基于智能传感器和语音控制终端的ZigBee智能家居系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于物联网应用技术类的智能家居监控系统领域，尤其涉及一种基于智能传感器和语音控制终端的ZigBee智能家居系统，包括智能传感器单元、中央控制单元、智能家居网关和语音控制终端，智能传感器单元包括传感器复合模块、物理量采集模块、信息处理模块，中央控制单元包括信息接收模块、射频收发模块、数据存储模块、系统控制模块。本产品采用智能传感器具有复合功能，可以同时监测多个物理量，取代了多个单一功能的传感器，节约了硬件成本，也减少了综合布线的复杂性和开支，也便于设备的管理和控制，通过软件的设计可以减少非线性误差、零点误差，提高了信噪比和精确度。本产品也可以通过语音进行远程控制，使用户更加体验到了控制的智能化。
【专利说明】基于智能传感器和语音控制终端的ZigBee智能家居系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于物联网应用技术类的智能家居监控系统领域，尤其涉及一种基于智能传感器和语音控制终端的ZigBee智能家居系统。
【背景技术】
[0002]随着电子、无线通信技术的发展，智能家居监控系统的发展速度越来越快，涉及到监控数据种类也随着增多。但是传统的传感器模块因自身感应设置只能独立的监测一个物理量，因此在一定的房间区域里需要安装的传感器种类增多如温度传感器、湿度传感器、浓度传感器等各种类型传感器，从而导致综合布线就更加复杂化，硬件成本也随着增大，甚至各类传感器之间互相干扰，影响监测的准确性。
[0003]另外，虽然人们可以通过触摸屏来对终端设备进行操作，并传输控制指令。但是，当用户开车、手持重要物品等双手处在忙碌状态时就难以通过触摸屏来进行操作，这时不得不停下手中正在做的事去操作触摸屏来进行设备控制，不仅浪费用户的时间而且使用户不能更好体验智能家居的高品质生活。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是根据【背景技术】中存在的缺点和问题加以改进，提供一种成本低、监测精度高、低能耗且智能方便的基于智能传感器和语音控制终端的ZigBee智能家居系统。
[0005]本实用新型的技术方案是提供了一种基于智能传感器和语音控制终端的ZigBee智能家居系统，其特征在于:包括智能传感器单元、中央控制单元、智能家居网关和语音控制终端，所述智能传感器单元包括用于监测湿度、温度和气体浓度的传感器复合模块，与传感器复合模块连接的物理量采集模块，与物理量采集模块连接的信息处理模块，所述中央控制单元包括信息接收模块、通过ZigBee无线通信与信息处理模块相连的射频收发模块、与射频收发模块相连的数据存储模块、与数据存储模块和信息接收模块连接的系统控制模块，所述智能家居网关包括ZigBee模块和网卡芯片，所述语音控制终端包括语音采集模块、语音转化信息模块、发送信息模块、信息存储模块，其中:所述物理量采集模块将传感器复合模块监测到的湿度、温度和气体浓度信息变成电信号并进行分类后传递给信息处理模块，所述信息处理模块将分类后的电信号信息进行脉冲编码调制并通过ZigBee无线通信传递给射频收发模块，所述信息接收模块接收手机发送模块通过GPRS发过来的控制信息，并传递给系统控制模块，系统控制模块控制家用设备工作，所述射频收发模块将信息处理模块发来的电信号通过串行接口传送给数据存储模块，数据存储模块将接收到的信息的数据和预设数据进行对比，在接收到的信息的数据异常时发送信号至系统控制模块和射频收发模块，系统控制模块控制家用设备，射频收发模块将异常信息发送至语音控制终端的信息存储模块。
[0006]本实用新型具有以下优点:
[0007]1、节约了成本
[0008]本系统采用智能传感器具有复合功能，可以同时监测多个物理量，取代了多个单一功能的传感器，节约了硬件成本，也减少了综合布线的复杂性和开支，也便于设备的管理和控制。
[0009]2、提高数据监测的精确度
[0010]本系统采用了智能传感器，通过软件的设计可以减少非线性误差、零点误差，提高了信噪比和精确度。
[0011]3、低功耗、更加智能方便的远程控制
[0012]虽然WIF1、蓝牙等无线通信技术不断发展并运用于智能家居，但是蓝牙通信技术传输距离短、WIFI功耗大等缺点制约着智能家居的发展和普及。本系统采用ZigBee无线通信技术代替以上通信技术，从而解决了以上的不足，采用ZigBee无线通信技术并通过ZigBee模块转以太网网关的方式联接因特网，在利用手机或电脑实现远程控制的同时，相比蓝牙、WIFI技术具有成本低，功耗低，通信时延和从休眠状态到激活时延都很短、安全可靠、多跳、自组网的优点。
[0013]4、更加智能化的远程控制
[0014]最重要的是在双手处于忙碌状态时也可以通过语音进行远程控制，更加体验到了控制的智能化。
[0015]总之，本系统在采用目前通用的ZigBee无线通信协议的同时，也依靠智能传感器代替原来的单一功能的传感器和增加了语音控制功能，不仅减少了硬件的开发成本，也减少了开发周期，而且为智能家居监控系统以后的发展方向提供了一个参考方向。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型的结构框图。
【具体实施方式】
[0017]由图1可知，本实用新型包括智能传感器单元、中央控制单元、智能家居网关和语音控制终端，所述智能传感器单元包括用于监测湿度、温度和气体浓度的传感器复合模块，与传感器复合模块连接的物理量采集模块，与物理量采集模块连接的信息处理模块，所述中央控制单元包括信息接收模块、通过ZigBee无线通信与信息处理模块相连的射频收发模块、与射频收发模块相连的数据存储模块、与数据存储模块和信息接收模块连接的系统控制模块，所述智能家居网关包括ZigBee模块和网卡芯片，所述语音控制终端包括语音采集模块、语音转化信息模块、发送信息模块、信息存储模块，其中:所述物理量采集模块将传感器复合模块监测到的湿度、温度和气体浓度信息变成电信号并进行分类后传递给信息处理模块，所述信息处理模块将分类后的电信号信息进行脉冲编码调制并通过ZigBee无线通信传递给射频收发模块，所述信息接收模块接收手机发送模块通过GPRS发过来的控制信息，并传递给系统控制模块，系统控制模块控制家用设备工作，所述射频收发模块将信息处理模块发来的电信号通过串行接口传送给数据存储模块，数据存储模块将接收到的信息的数据和预设数据进行对比，在接收到的信息的数据异常时发送信号至系统控制模块和射频收发模块，系统控制模块控制家用设备，射频收发模块将异常信息发送至语音控制终端的信息存储模块。
[0018]本实用新型所述的传感器复合模块包括高集成度传感器部分、物理量选择电路部分和ARM微处理器，所述ARM微处理器控制信息处理模块进行脉冲编码调制。本实用新型所述的系统控制模块包括用于远程控制的微处理器。本实用新型所述的语音控制终端是手机和/或平板电脑和/或PC。
[0019]本监测系统中的智能传感器单元包含:传感器变换模块、物理量采集模块、信息处理模块等设备，智能传感器单元I具有传感器复合功能可以在短时间内自动监测出室内的湿度、温度、浓度并可快速地进行数据处理后传递给中央控制单元2。中央控制单元2包含:信息接收模块、射频收发模块、数据存储模块、系统控制模块等相关设备。中央控制单元2主要是负责接发数据、数据比对和并将形成控制指令信息发送给智能家居网关3。智能家居网关3是用嵌入式Linux作为操作系统，以ARM9系列的STR912FA46X6作为主控芯片，并且包括了采用CC2530芯片的ZibBee无线通信模块和网卡芯片RC82545EM，主要是负责家庭网络的建立和网络管理并通过路由节点和因特网向语音控制终端4发送控制指令。语音控制终端4包含括语音采集模块、语音转化信息模块、发送信息模块、信息存储模块。通过这三个模块在实现远距离控制的同时也可以通过语音对家用设备进行远程控制。
[0020]本实用新型设计原理:
[0021]本系统包含:智能传感器单元、中央控制单元、智能家居网关、语音控制终端。
[0022]智能传感器单元包含:传感器复合模块、物理量采集模块、信息处理模块等设备。
[0023]智能传感器单元具有传感器复合功能，可以在短时间内自动监测出室内的湿度、温度、浓度等物理量并将监测的物理量传递给物理量采集模块。
[0024]其中传感器复合模块包括:具有多个经典高集成度传感器部分、物理量选择电路部分、ARM微处理器部分。具有多个经典高集成度传感器部分采用的是超大规模CMOS电路集成技术，使集成的智能传感器的体积大大减小，功耗大大降低。在ARM微处理器的控制下，通过物理量选择电路来控制高集成度传感器进行有序的测量各个物理量参数如湿度、温度、气体浓度。
[0025]物理量采集模块将收集传感器变换模块发送过来的物理信息变化成电信号并进行分类后，传递给信息处理模块。
[0026]信息处理模块:将分类后的电信号信息在ARM微处理器控制下通过PCM脉码调制量化为相应的数字信号，最后通过ZigBee无线通信传递给中央控制单元。
[0027]中央控制单元包含:信息接收模块、射频收发模块、数据存储模块、系统控制模块等相关设备。
[0028]其中信息接收模块可以接收手机发送模块通过GPRS发过来的控制信息。并将发送信息模块发过来的控制信息传递给系统控制模块中的微处理器以形成控制指令去执行相应的操作，从而达到远程控制的目的。
[0029]其中射频收发模块一方面接收智能传感器通过ZigBee无线通信发过来的电信号，另一方面将电信号通过串行接口传送给数据存储模块进行下一步与预设数据对比同时也通过ZigBee无线通信技术传将收到的信息传递给智能家居网关3。
[0030]数据存储模块将接收的信息数据和以前设置的数据进行对比。如果有异常立马传递给系统控制模块同时，也传递给射频收发模块。射频收发模块将异常信息以短信的方式发送给手机用户，用户可以及时了解异常情况。系统控制模块接受到信息后转化成控制指令进行控制相关设备如:安防报警设备，加热制冷等设备。
[0031]智能家居网关是基于Linux环境下嵌入式处理器包含ZigBee模块和网卡芯片，主要是负责家庭网络的建立和网络管理并通过路由节点向语音控制终端发送控制请求。
[0032]语音控制终端包含语音采集模块、语音转化信息模块、发送信息模块、信息存储模块，通过这几个模块在实现远距离控制的同时也可以通过语音对家用设备进行远程控制。
[0033]其中语音采集模块主要是通过手机上的MIC把收集到的简单的控制单词声音信号变成模拟信号。
[0034]语音转化信息模块主要把生成的模拟信号译成数字信号并和以前特征收集原始单词控制指令而生成的数字信号库模型进行对比。如果相似就通过语音转化信息模块将数字信号转化成执行操作指令信息传递给发送信息模块，如果不相似就将进行语音播报提示语音错误。
[0035]发送信息模块把生成的操作信息发送给信息接收模块。信息接收模块接收到信息后通过串口通信传输给系统控制模块中微处理器。
[0036]发送信息模块通过GPRS通信方式将控制信息发送到中央控制单元2中的信息接收模块，再由信息接收模块通过串行接口传递给控制模块行成控制指令，从而达到过程控制，随时随地控制的目的。
[0037]本监测系统采用了基于ZigBee协议的无线通信技术，和成熟的蓝牙、WIFI等通信技术相比ZigBee技术具有功耗低、成本低、通信时延和从休眠状态到激活时延都很短、安全可靠、网络容量大、多跳、自组网的优点。ZigBee模块通过路由器可将数据信息上传到因特网，从而实现远距离控制突破了传统的局限于家庭个人电脑控制。
[0038]本实用新型所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行的描述，并非对本实用新型构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
【权利要求】
1.一种基于智能传感器和语音控制终端的ZigBee智能家居系统，其特征在于:包括智能传感器单元、中央控制单元、智能家居网关和语音控制终端， 所述智能传感器单元包括用于监测湿度、温度和气体浓度的传感器复合模块，与传感器复合模块连接的物理量采集模块，与物理量采集模块连接的信息处理模块， 所述中央控制单元包括信息接收模块、通过ZigBee无线通信与信息处理模块相连的射频收发模块、与射频收发模块相连的数据存储模块、与数据存储模块和信息接收模块连接的系统控制模块， 所述智能家居网关包括ZigBee模块和网卡芯片， 所述语音控制终端包括语音采集模块、语音转化信息模块、发送信息模块、信息存储模块，其中: 所述物理量采集模块将传感器复合模块监测到的湿度、温度和气体浓度信息变成电信号并进行分类后传递给信息处理模块，所述信息处理模块将分类后的电信号信息进行脉冲编码调制并通过ZIGBEE无线通信传递给射频收发模块， 所述信息接收模块接收手机发送模块通过GPRS发过来的控制信息，并传递给系统控制模块，系统控制模块控制家用设备工作， 所述射频收发模块将信息处理模块发来的电信号通过串行接口传送给数据存储模块，数据存储模块将接收到的信息的数据和预设数据进行对比，在接收到的信息的数据异常时发送信号至系统控制模块和射频收发模块，系统控制模块控制家用设备，射频收发模块将异常信息发送至语音控制终端的信息存储模块。
2.根据权利要求1所述的基于智能传感器和语音控制终端的ZigBee智能家居系统，其特征在于:所述的传感器复合模块包括高集成度传感器部分、物理量选择电路部分和ARM微处理器，所述ARM微处理器控制信息处理模块进行脉冲编码调制。
3.根据权利要求1所述的基于智能传感器和语音控制终端的ZigBee智能家居系统，其特征在于:所述的系统控制模块包括用于远程控制的微处理器。
4.根据权利要求1所述的基于智能传感器和语音控制终端的ZigBee智能家居系统，其特征在于:所述的语音控制终端是手机和/或平板电脑和/或PC。
【文档编号】G05B19/418GK204069011SQ201420466563
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年8月19日 优先权日:2014年8月19日
【发明者】邓行 申请人:湖南华瑞联芯物联网应用技术有限公司