专利名称：一种基于ZigBee技术的智能家居系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于智能家居控制技术领域，具体涉及一种基于ZigBee技术的智能 家居系统。
背景技术：
智能家居(Smart Home)，又称智能住宅。智能家居是以住宅为平台，兼备建筑、网 络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、 环保的居住环境。智能家居作为一个系统，利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、 将与家居生活有关的各种子系统，有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒 适、安全、有效。目前传统的家居智能控制系统，大致有以下实施方式1、通过有线方式来组 建，如LonWorks、CEBus, X_10、CAN等，但有线网络存在布线麻烦、部署复杂、可扩展性差的 缺点；2、采用红外控制、蓝牙、802. 11无线局域网等无线网络技术来组建智能家居系统，但 这些方式的使用仍存在缺点如采用红外控制，其传输距离短，发送信号时需要正对；而应 用蓝牙、802. 11无线局域网，则编程实现较复杂、芯片价格较贵。ZigBee是一种新兴的的无线网络技术，它依据802. 15. 4标准，在数千个微小的传 感器之间相互协调实现通信。ZigBee具有功耗低、成本低、传输速率低、相邻节点距离近、短 时延、高容量、高安全等特点，Zigbee作为无线网络中的一种，其亦具有较大的灵活性、流动 性，不仅省去花在综合布线上的费用和精力，而且它更符合家庭网络的通讯特点。中国专利申请号为200710039151. 8，名称为《基于电话和ZigBee技术的智能家居 控制系统》的文献公开了一种智能家居控制系统，包括家庭控制中心和若干个基于ZigBee 技术的无线通信控制模块，该专利将ZigBee无线通信模块内置于家庭控制中心和每个控 制模块，通过这些ZigBee无线通信模块，数据或指令在控制中心和控制模块之间传送，但 其具有传输距离有限的局限性；另外，家庭控制中心与电话网络相连，通过家庭内部电话或 远程电话实现整个系统的控制，而使用电话也存在信号不稳定、资费高等缺点。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供了一种基于ZigBee技 术的智能家居系统，本实用新型具有成本低、功耗低、覆盖范围大、安全性强、操作简单和升 级、更新方便等优点。本实用新型的目的是通过下述技术方案实现的一种基于ZigBee技术的智能家 居系统，包括多个家用设备，还包括用于与中继控制器进行通信，形成命令信息并发送至中继控制器实现对家用设备 的控制和监测，并接收中继控制器发送的各家用设备状态信息，显示各家用设备状态的家 居控制中心；用于将家居控制中心的命令信息转化为ZigBee控制命令并发送至基于ZigBee技术的控制模块，同时作为智能家居系统的数据中转站、实现数据整合的中继控制器；用于通过人机交互，发送ZigBee控制命令至基于ZigBee技术的控制模块，或直接 发送红外控制命令实现对家用设备控制的手持控制器；和用于根据中继控制器或手持控制器的ZigBee控制命令对家用设备进行控制， 并把家用设备的状态信息发送至中继控制器，或把家用设备的状态信息通过手持控制器发 送至中继控制器，由中继控制器发送至家居控制中心的基于ZigBee技术的控制模块。为更好的实现本实用新型，所述家用设备包括传感器、照明设备、红外家电设备和 其它家电设备。优选的，所述基于ZigBee技术的控制模块为下述模块中的一种或多种用于根据中继控制器或手持控制器的ZigBee控制命令，对家电设备进行开关量 控制的插座开关模块；用于根据中继控制器或手持控制器的ZigBee控制命令，控制照明设备的开关量 及调节其亮度的亮度调节模块；用于根据中继控制器或手持控制器的ZigBee控制命令检测环境状态，通过驱动 和检测传感器实现设防、撤防和报警的安防监控模块。所述家居控制中心包括电源；用于分析数据信息并形成命令信息的处理器；用于显示各家用设备的状态，并实现人机交互的液晶触摸屏；和用于与中继控制器进行通信，将处理器的命令信息发送至中继控制器的串口通 信模块。优选的，所述家居控制中心还可以包括用于连接用户手机的GSM收发器；用于连接无线网络的无线网卡；用于连接局域网网络的局域网网卡；和/或用于与电脑连接的USB接口模块。所述中继控制器包括用于连接家居控制中心与单片机，接收家居控制中心的命令信息并发送到单片 机，并将单片机的各家电设备状态信息发送到家居控制中心的串口通信模块；用于分析家居控制中心的命令信息并形成ZigBee控制命令发送至ZigBee无线通 信模块，将ZigBee无线通信模块的各家电设备状态信息发送到串口通信模块的单片机；和用于将ZigBee控制命令发送至基于ZigBee技术的控制模块的ZigBee无线通 信模块。所述手持控制器包括用于与用户交互信息数据的人机交互模块；将人机交互模块的交互信息转化为ZigBee控制命令或红外控制命令的单片机；将单片机的ZigBee控制命令发送至基于ZigBee技术的控制模块的ZigBee无线 通信模块；用于将单片机的红外控制命令发送至红外家电设备的红外通信模块；[0036]和用于存储遥控编码信息的存储器。所述插座开关模块具体包括用于与中继控制器或手持控制器通信，将中继控制器或手持控制器的ZigBee控 制命令发送至单片机，将单片机的家电设备状态信息发送至中继控制器或手持控制器的 ZigBee无线通信模块；用于根据中继控制器或手持控制器的ZigBee控制命令，发送控制电平到相应管 脚，检测家电设备的状态并把状态信息发送至ZigBee无线通信模块的单片机；和用于根据单片机的控制电平，控制家电设备开关量的开关量控制模块。 所述亮度调节模块具体包括用于与中继控制器或手持控制器通信，将中继控制器或手持控制器的ZigBee控 制命令发送至单片机，将单片机的照明设备状态信息发送至中继控制器或手持控制器的 ZigBee无线通信模块；用于根据中继控制器或手持控制器的ZigBee控制命令，发送控制脉冲到相应管 脚，检测照明设备的状态并把状态信息发送至ZigBee无线通信模块的单片机；和用于根据单片机的控制脉冲，控制照明设备的开关量及调节其亮度的功率控制 模块。所述安防监控模块具体包括用于与中继控制器或手持控制器通信，将中继控制器或手持控制器的ZigBee 控制命令发送到单片机，将单片机的传感器状态信息发送至中继控制器或手持控制器的 ZigBee无线通信模块；用于根据中继控制器或手持控制器的ZigBee控制命令驱动和检测传感器，并将 传感器的状态信息发送至ZigBee无线通信模块的单片机；和用于传送传感器的驱动、检测、状态信息的传感器接口模块。本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果第一、采用无线通信技术，由于不需要在用户家中重新布线，使整个系统的安装和使用更为灵活、便捷，从而有利于产品的推广。采用基于ZigBee技术的无线通信方式，相对 于目前采用的蓝牙、红外等控制技术，具有成本低、功耗低、覆盖范围大的特点。而且由于它 符合家庭网络的通信特点，随着无线网络技术的进一步发展，必将大大促进家庭网络智能 化的进程。第二、家居控制中心设置有GSM收发器、无线网卡、局域网网卡、USB接口等，可以 直接连接用户手机、电脑、网络，方便用户远程控制，特别是在紧急情况下，通过安防监控模 块的预警功能，用户可以进行远程控制，从而增强了整个系统的安全性和可靠性。同时，通 过电脑和互联网，也方便系统的升级和更新。第三、本实用新型的中继控制器与家居控制中心设置为相互分离独立的模式，系 统可设置有多个中继控制器，各中继控制器具有路由选择功能，家居控制中心通过中继控 制器可以控制不同ZigBee无线控制网络内的各基于ZigBee技术的控制模块，不仅免去综 合布线的麻烦，降底了成本，扩大了控制范围，并且减少了各基于ZigBee技术的控制模块 的响应时间，提高了系统的速度。
图1是本实用新型一种基于ZigBee技术的智能家居系统的示意图；图2是本实用新型家居控制中心的结构示意图； 图3是本实用新型中继控制器的结构示意图；图4是本实用新型手持控制器的结构示意图；图5是本实用新型插座开关模块的结构示意图；图6是本实用新型亮度调节模块的结构示意图；图7是本实用新型安防监控模块的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实 施方式不限于此。实施例一种基于ZigBee技术的智能家居系统，包括多个家用设备(具体为传感器、照明 设备、红外家电设备和其它家电设备)，还包括家居控制中心，用于与中继控制器进行通信，形成命令信息并发送至中继控制器 实现对家用设备的控制和监测，并接收中继控制器发送的各家用设备状态信息，显示各家 用设备的状态；中继控制器，用于将家居控制中心的命令信息转化为ZigBee控制命令并发送至 基于ZigBee技术的控制模块，同时作为智能家居系统的数据中转站，实现数据整合；手持控制器，用于通过人机交互，发送ZigBee控制命令至基于ZigBee技术的控制 模块，或直接发送红外控制命令实现对家用设备的控制，同时将操作信息通过中继控制器 发送到家居控制中心；和基于ZigBee技术的控制模块，用于根据中继控制器或手持控制器的ZigBee控 制命令对家用设备进行控制，并把家用设备的状态信息发送至中继控制器，或把家用设备 的状态信息通过手持控制器发送至中继控制器，由中继控制器发送至家居控制中心。如图1所示，所述家居控制中心与中继控制器连接，中继控制器与手持控制器、插 座开关模块、亮度调节模块、安防监控模块相连，手持控制器与插座开关模块、亮度调节模 块、安防监控模块、红外家电设备相连，各中继控制器网络相连。如图2所示，所述家居控制中心由处理器、液晶触模屏、串口通信模块、GSM收发 器、无线网卡、局域网网卡、USB接口模块和电源组成。家居控制中心采用SAMSUNG 2440的32位嵌入式处理器，采用Windows CE实时嵌 入式操作系统作为软件控制平台。家居控制中心的处理器通过串口通信模块与中继控制器 进行通信，分析网络中各数据信息并形成命令信息，通过串口通信模块将处理器的命令信 息发送至中继控制器，利用液晶触模屏显示各家用设备的状态，并实现人机交互；同时，通 过GSM收发器与用户手机相连，通过无线网卡连接无线网络，通过局域网网卡接入局域网 网络，通过USB接口模块与电脑连接，使本智能家居系统的使用方式多样，应用操作过程简 便，并具有远程控制的功能。中继控制器作为不同网络之间的数据中转站，ZigBee无线控制网络内的信息与外部网络或其它处理终端间的连接均需要通过中继控制器来实现，因此中继控制器是ZigBee 无线控制网络中最重要的一部分。中继控制器是ZigBee无线控制网络与有线设备连接的 中转站，其与家居控制中心通过串口通信模块连接，同时，通过ZigBee无线通信模块与基 于ZigBee技术的控制模块ZigBee信号连接。中继控制器负责发送上层命令(如状态查 询、状态控制等)、接收下层节点请求和数据，具有数据融合、请求仲裁和路由选择的功能。 本智能家居系统内可根据家用设备布局情况，布置多个中继控制器，各中继控制器信号相 连，它们具有路由选择功能，家居控制中心通过中继控制器控制智能家居系统内的任一基 于ZigBee技术的控制模块。如图3所示，中继控制器由串口通信模块、单片机和ZigBee无线通信模块组成。 本实施例中，中继控制器的串口通信模块采用RS232，单片机采用CC2430芯片，内置ZigBee 无线通信模块。中继控制器的单片机通过串口通信模块与家居控制中心连接，串口通信模 块接收家居控制中心的命令信息并发送到单片机，中继控制器的单片机分析家居控制中心 的命令信息并形成ZigBee控制命令发送至ZigBee无线通信模块，ZigBee无线通信模块将 ZigBee控制命令发送至基于ZigBee技术的控制模块。ZigBee无线通信模块将各家用设备 状态信息发送到单片机，由单片机对数据进行融合，并通过串口通信模块发送到家居控制 中心。如图4所示，手持控制器，是简易的手持终端设备，用于对基于ZigBee技术的控 制模块及红外家电设备进行无线监控。所述手持控制器包括ZigBee无线通信模块、单片 机、红外通信模块、人机交互模和存储器，单片机采用CC2430芯片，并内置ZigBee无线通 信模块、存储器为EEPram存储器。手持控制器通过人机交互模块与用户交互信息数据；由 于其控制功能要求比较简单，因此使用黑白液晶显示即可达到需要的显示效果；通过单片 机将人机交互模块的交互信息转化为ZigBee控制命令，ZigBee无线通信模块将单片机的 ZigBee控制命令发送至基于ZigBee技术的控制模块；同时，手持控制器作为Zigbee网络与红外遥控的网关，要求其带有红外收发功 能，用于模拟红外遥控对红外家电设备进行控制。通过一对红外探头(一个为接受，一个为 发送)预先录入遥控的红外编码，并储存在设备的EEPram中，在对红外家电设备进行遥控 控制时，根据交互信息在EEPram中读取相应的编码，转化为红外控制命令发送至红外通信 模块，由红外通信模块将单片机的红外控制命令发送至红外家电设备，实现对红外家电的 直接控制，达到模拟家电遥控的目的。所述基于ZigBee技术的控制模块有插座开关模块、亮度调节模块和安防监控模 块，根据家居应用的要求，还可以有其它的基于ZigBee技术的控制模块。如图5所示，插座开关模块根据中继控制器或手持控制器的ZigBee控制命令，对 家电设备进行开关量控制；所述插座开关模块由ZigBee无线通信模块、单片机和开关量控 制模块组成，其中单片机采用CC2430芯片，内置ZigBee无线通信模块，开关量控制模块为 继电器。ZigBee无线通信模块与中继控制器或手持控制器通信，将中继控制器或手持控制 器的ZigBee控制命令发送至单片机，单片机根据中继控制器或手持控制器的ZigBee控制 命令，发送控制电平到相应管脚，开关量控制模块根据单片机的控制电平，控制家电设备开 关量。同时，单片机检测家电设备的状态并把状态信息经由ZigBee无线通信模块发送至中 继控制器或手持控制器。[0076]如图6所示，亮度调节模块根据中继控制器或手持控制器的ZigBee控制命令，控 制照明设备的开关量及调节其亮度；所述亮度调节模块由ZigBee无线通信模块、单片机和 功率控制模块组成，其中单片机采用CC2430芯片，内置ZigBee无线通信模块，功率控制模 块为可控硅。ZigBee无线通信模块与中继控制器或手持控制器通信，将中继控制器或手持 控制器的ZigBee控制命令发送至单片机，单片机根据中继控制器或手持控制器的ZigBee 控制命令，发送控制脉冲到相应管脚，功率控制模块根据单片机的控制脉冲，控制照明设备 的开关量及调节其亮度。同时，单片机检测照明设备的状态并把状态信息经由ZigBee无线 通信模块发送至中继控制器或手持控制器。如图7所示，安防监控模块根据中继控制器或手持控制器的ZigBee控制命令检测 环境状态，通过驱动和检测传感器实现设防、撤防和报警。安防监控模块通过连接传感器并 在底层程序中设定传感器类型和相关参数，实现传感器驱动和检测应用。安防监控模块预 留了 3个传感器接口，可连接开关类型(如人体红外开关)或者基于IIC总线(如18B20) 的传感器。当检测环境中的某个状态发生改变后，触发相应的传感器，安防监控模块把相应 的状态信号发送到中继控制器并在家居控制中心进行处理，达到环境状态检测和报警的效果。所述安防监控模块由ZigBee无线通信模块、单片机和传感器接口模块组成，其中 单片机采用CC2430芯片，内置ZigBee无线通信模块。ZigBee无线通信模块与中继控制器 或手持控制器通信，将中继控制器或手持控制器的ZigBee控制命令发送到单片机，单片机 根据中继控制器或手持控制器的ZigBee控制命令驱动和检测传感器，单片机将传感器的 状态信息经由ZigBee无线通信模块发送至中继控制器或手持控制器，传感器接口模块则 用于传送传感器的驱动、检测和状态信息。上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述 实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替 代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求一种基于ZigBee技术的智能家居系统，包括多个家用设备，其特征在于，还包括用于与中继控制器进行通信，形成命令信息并发送至中继控制器实现对家用设备的控制和监测，并接收中继控制器发送的各家用设备状态信息，显示各家用设备状态的家居控制中心；用于将家居控制中心的命令信息转化为ZigBee控制命令并发送至基于ZigBee技术的控制模块，同时作为智能家居系统的数据中转站，实现数据整合的中继控制器；用于通过人机交互，发送ZigBee控制命令至基于ZigBee技术的控制模块，或直接发送红外控制命令实现对家用设备控制的手持控制器；和用于根据中继控制器或手持控制器的ZigBee控制命令对家用设备进行控制，并把家用设备的状态信息发送至中继控制器，或把家用设备的状态信息通过手持控制器发送至中继控制器，由中继控制器发送至家居控制中心的基于ZigBee技术的控制模块。
2.根据权利要求1所述一种基于ZigBee技术的智能家居系统，其特征在于，所述家用 设备包括传感器、照明设备、红外家电设备和其它家电设备。
3.根据权利要求2所述一种基于ZigBee技术的智能家居系统，其特征在于，所述基于 ZigBee技术的控制模块为下述模块中的一种或多种用于根据中继控制器或手持控制器的ZigBee控制命令，对家电设备进行开关量控制 的插座开关模块；用于根据中继控制器或手持控制器的ZigBee控制命令，控制照明设备的开关量及调 节其亮度的亮度调节模块；用于根据中继控制器或手持控制器的ZigBee控制命令检测环境状态，通过驱动和检 测传感器实现设防、撤防和报警的安防监控模块。
4.根据权利要求1所述一种基于ZigBee技术的智能家居系统，其特征在于，所述家居 控制中心包括电源；用于分析数据信息并形成命令信息的处理器； 用于显示各家用设备的状态，并实现人机交互的液晶触摸屏；和用于与中继控制器进行通信，将处理器的命令信息发送至中继控制器的串口通信模块。
5.根据权利要求4所述一种基于ZigBee技术的智能家居系统，其特征在于，所述家居 控制中心还包括用于连接用户手机的GSM收发器； 用于连接无线网络的无线网卡； 用于连接局域网网络的局域网网卡； 和/或用于与电脑连接的USB接口模块。
6.根据权利要求1所述一种基于ZigBee技术的智能家居系统，其特征在于，所述中继 控制器包括用于连接家居控制中心与单片机，接收家居控制中心的命令信息并发送到单片机，并 将单片机的各家电设备状态信息发送到家居控制中心的串口通信模块；用于分析家居控制中心的命令信息并形成ZigBee控制命令发送至ZigBee无线通信模块，将ZigBee无线通信模块的各家电设备状态信息发送到串口通信模块的单片机；和用于将ZigBee控制命令发送至基于ZigBee技术的控制模块的ZigBee无线通信模块。
7.根据权利要求1所述一种基于ZigBee技术的智能家居系统，其特征在于，所述手持 控制器包括用于与用户交互信息数据的人机交互模块；将人机交互模块的交互信息转化为ZigBee控制命令或红外控制命令的单片机； 将单片机的ZigBee控制命令发送至基于ZigBee技术的控制模块的ZigBee无线通信 模块；用于将单片机的红外控制命令发送至红外家电设备的红外通信模块； 和用于存储遥控编码信息的存储器。
8.根据权利要求3所述一种基于ZigBee技术的智能家居系统，其特征在于，所述插座 开关模块具体包括用于与中继控制器或手持控制器通信，将中继控制器或手持控制器的ZigBee控制命 令发送至单片机，将单片机的家电设备状态信息发送至中继控制器或手持控制器的ZigBee 无线通信模块；用于根据中继控制器或手持控制器的ZigBee控制命令，发送控制电平到相应管脚，检 测家电设备的状态并把状态信息发送至ZigBee无线通信模块的单片机； 和用于根据单片机的控制电平，控制家电设备开关量的开关量控制模块。
9.根据权利要求3所述一种基于ZigBee技术的智能家居系统，其特征在于，所述亮度 调节模块具体包括用于与中继控制器或手持控制器通信，将中继控制器或手持控制器的ZigBee控制命 令发送至单片机，将单片机的照明设备状态信息发送至中继控制器或手持控制器的ZigBee 无线通信模块；用于根据中继控制器或手持控制器的ZigBee控制命令，发送控制脉冲到相应管脚，检 测照明设备的状态并把状态信息发送至ZigBee无线通信模块的单片机；和用于根据单片机的控制脉冲，控制照明设备的开关量及调节其亮度的功率控制模块。
10.根据权利要求3所述一种基于ZigBee技术的智能家居系统，其特征在于，所述安防 监控模块具体包括用于与中继控制器或手持控制器通信，将中继控制器或手持控制器的ZigBee控制命 令发送到单片机，将单片机的传感器状态信息发送至中继控制器或手持控制器的ZigBee 无线通信模块；用于根据中继控制器或手持控制器的ZigBee控制命令驱动和检测传感器，并将传感 器的状态信息发送至ZigBee无线通信模块的单片机；和用于传送传感器的驱动、检测、状态信息的传感器接口模块。
专利摘要本实用新型公开了一种基于ZigBee技术的智能家居系统，包括多个家用设备，还包括家居控制中心、中继控制器、手持控制器和基于ZigBee技术的控制模块。家居控制中心与中继控制器进行通信，形成命令信息并发送至中继控制器，中继控制器将家居控制中心的命令信息转化为ZigBee控制命令并发送至基于ZigBee技术的控制模块；手持控制器通过人机交互，发送ZigBee控制命令至基于ZigBee技术的控制模块，或直接发送红外控制命令实现对家用设备的控制；基于ZigBee技术的控制模块根据中继控制器或手持控制器的ZigBee控制命令对家用设备进行操作。本实用新型具有功耗低、覆盖范围大、安全性强和升级方便等优点。
文档编号G05B19/418GK201589976SQ201020104269
公开日2010年9月22日 申请日期2010年1月26日 优先权日2010年1月26日
发明者何沛钊, 叶峰, 孔庆彦, 李迪, 郑誉煌 申请人:华南理工大学