一种面板式多功能无线综合智能网关的制作方法

1.本发明实施例涉及智能家居技术领域，具体涉及一种面板式多功能无线综合智能网关。


背景技术：

2.随着时代的进步，科技的不断发展，智能需求已经随处可见。而智能家居行业经过国外到国内十多年的不断发展，国内已经涌现出大批的智能家居产品企业，智能家居产品琳琅满目，不断完善，样式功能各有千秋。而人们对生活质量的需求不断提升，对智能家居产品的认可也越来越高，智能家居产品也已经进入千家万户。
3.智能网关具备智能家居控制枢纽及无线路由两大功能，一方面负责具体的安防报警、家电控制、用电信息采集，通过无线方式与智能交互终端等产品进行数据交互；另一方面它还具备有无线路由功能，优良的无线性能，网络安全和覆盖面积，可免去各种布线的劣势。目前智能家居技术领域的硬件设备大都是通过两种网关、三种方式互联的，即蓝牙网关、zigbee网关和蓝牙连接、zigbee连接、wi-fi连接(无需网关)，但现有的网关基本只有控制枢纽及无线路由两大基本的功能,连接方式也只支持zigbee或蓝牙，在联网方式上有的还需借助有线lan，功能单一、外型匹配性差、交互性差；在安装方面需要靠近插排的位置，或拖着长长的电源适配器供电或需要后期更换电池，在使用体验感上较差。


技术实现要素：

4.为此，本发明实施例提供一种面板式多功能无线综合智能网关，以解决传统网关存在的功能单一、交互性差、用户体验不佳的问题。
5.为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种面板式多功能无线综合智能网关，所述智能网关包括可拆卸连接的面板模块和耦合器模块，所述面板模块包括主控mcu模块、显示屏模块、wifi通讯模块、zigbee/蓝牙无线通讯模块、温湿度传感器模块和按键模块，所述主控mcu模块通过显示屏驱动模块107连接所述显示屏模块，所述wifi通讯模块、zigbee/蓝牙无线通讯模块、温湿度传感器模块和按键模块均连接于所述主控mcu模块，所述wifi通讯模块用于连接wifi网络，所述zigbee/蓝牙无线通讯模块用于连接无线终端设备，所述耦合器模块包括继电器模块，所述继电器模块均连接所述主控mcu模块，所述继电器模块用于连接家居负载设备。
6.进一步地，所述面板模块和耦合器模块采用标准86底盒壁装设计。
7.进一步地，所述面板模块还包括与wifi通讯模块连接的存储器模块，所述存储器模块用于保存智能网关的相关配置参数及信息。
8.进一步地，所述面板模块还包括与主控mcu模块连接的按键灯模块，所述按键灯模块用于指示继电器的开关状态、联网模式切换状态、恢复缺省配置状态。
9.进一步地，所述耦合器模块还包括用于供电的电源模块，所述电源模块连接所述主控mcu模块。
10.进一步地，所述耦合器模块还包括与电源模块连接的接口模块，所述接口模块用于实现电源接入。
11.进一步地，所述耦合器模块还包括过零检测模块，所述过零检测模块一端连接所述接口模块，另一端连接所述主控mcu模块，所述过零检测模块用于对交流电源零点的检测，以实现在接近零点时控制继电器吸合。
12.进一步地，所述面板模块上设置有边框，所述边框与耦合器模块扣合连接。
13.进一步地，所述主控mcu模块的型号为efr32mg21a020，所述wifi通讯模块的型号为esp8266ex，所述zigbee/蓝牙无线通讯模块的型号为efr32mg21a020，所述温湿度传感器模块的型号为aht20或sht20。
14.进一步地，所述无线终端设备为开关面板、温控面板、窗帘电机、调光调色灯、传感器、插座中的一种或几种，所述家居负载设备包括室内灯具。
15.本发明实施例具有如下优点：
16.本发明实施例提出的一种面板式多功能无线综合智能网关，包括可拆卸连接的面板模块和耦合器模块，所述面板模块包括主控mcu模块、显示屏模块、wifi通讯模块、zigbee/蓝牙无线通讯模块、温湿度传感器模块和按键模块，所述wifi通讯模块用于连接wifi网络，所述zigbee/蓝牙无线通讯模块用于连接无线终端设备，所述耦合器模块包括继电器模块，所述继电器模块用于连接家居负载设备。上行采用普遍的家庭无线wifi，下行皆为zigbee或蓝牙无线终端设备，无通讯布线接线，采用多种无线方式通讯、自带继电器输出控制，既是网关也是开关面板，对于智能家居系统改造加装或智能家居系统前装有天然优势，配合温湿度传感器模块和显示屏模块，可以实时显示日期时间、室内温湿度、室外天气、联网状态等数据，简单实用，功能多样，用户体验较好。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
18.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
19.图1为本发明实施例1提供的一种面板式多功能无线综合智能网关控制原理框图；
20.图2为本发明实施例1提供的一种面板式多功能无线综合智能网关结构示意图；
21.图3为本发明实施例1提供的一种面板式多功能无线综合智能网关爆炸结构示意图；
22.图4为本发明实施例1提供的一种面板式多功能无线综合智能网关又一视角的爆炸结构示意图；
23.图5为本发明实施例1提供的一种面板式多功能无线综合智能网关主控mcu模块电路图；
24.图6为本发明实施例1提供的一种面板式多功能无线综合智能网关wifi通讯模块电路图；
25.图7为本发明实施例1提供的一种面板式多功能无线综合智能网关zigbee/蓝牙无线通讯模块电路图；
26.图8为本发明实施例1提供的一种面板式多功能无线综合智能网关显示屏驱动模块电路图；
27.图9为本发明实施例1提供的一种面板式多功能无线综合智能网关显示屏模块电路图；
28.图10为本发明实施例1提供的一种面板式多功能无线综合智能网关按键灯模块电路图；
29.图11为本发明实施例1提供的一种面板式多功能无线综合智能网关按键模块电路图；
30.图12为本发明实施例1提供的一种面板式多功能无线综合智能网关温湿度传感器模块电路图；
31.图13为本发明实施例1提供的一种面板式多功能无线综合智能网关存储器模块电路图；
32.图14为本发明实施例1提供的一种面板式多功能无线综合智能网关继电器模块电路图；
33.图15为本发明实施例1提供的一种面板式多功能无线综合智能网关接口模块电路图；
34.图16为本发明实施例1提供的一种面板式多功能无线综合智能网关电源模块电路图；
35.图17为本发明实施例1提供的一种面板式多功能无线综合智能网关过零检测模块电路图；
36.图18为本发明实施例1提供的一种面板式多功能无线综合智能网关启动流程图；
37.图19为本发明实施例1提供的一种面板式多功能无线综合智能网关按键操作流程图；
38.图20为本发明实施例1提供的一种面板式多功能无线综合智能网关显示屏刷新流程图；
39.图21为本发明实施例1提供的一种面板式多功能无线综合智能网关zigbee/蓝牙收发流程图；
40.图22为本发明实施例1提供的一种面板式多功能无线综合智能网关wifi接收流程图；
41.图23为本发明实施例1提供的一种面板式多功能无线综合智能网关wifi发送流程图。
42.图中：面板模块1、耦合器模块2、主控mcu模块100、wifi通讯模块101、存储器模块102、温湿度传感器模块103、zigbee/蓝牙无线通讯模块104、按键灯模块105、按键模块106、显示屏驱动模块107、显示屏模块108、继电器模块201、过零检测模块202、电源模块203、接口模块204、连接器公座a/母座b、边框c。
具体实施方式
43.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.实施例1
45.如图1-图4所示，本实施例提出了一种面板式多功能无线综合智能网关，该智能网关包括可拆卸连接的面板模块1和耦合器模块2。
46.面板模块1包括主控mcu模块100、wifi通讯模块101、存储器模块102、温湿度传感器模块103、zigbee/蓝牙无线通讯模块104、按键灯模块105、按键模块106、显示屏驱动模块107和显示屏模块108。主控mcu模块100通过显示屏驱动模块107连接显示屏模块108，wifi通讯模块101、zigbee/蓝牙无线通讯模块104、温湿度传感器模块103和按键模块106均连接于主控mcu模块100。
47.wifi通讯模块101用于连接wifi网络，zigbee/蓝牙无线通讯模块104用于连接无线终端设备。无线终端设备为开关面板、温控面板、窗帘电机、调光调色灯、传感器、插座中的一种或几种。该智能网关下行通过zigbee/蓝牙无线通讯模块104进行无线终端设备的统一管理及数据转发；上行则是通过无线wifi通讯模块101与上端wifi路由器/光猫进行wifi通讯连接，实现智能家居系统远端云控制及状态同步、实时时钟同步、天气预报同步等功能，无通讯布线接线。
48.主控mcu模块100通过控制显示屏驱动模块107来驱动显示屏模块108，并在显示屏模块108显示设备联网状态、当前日期时间、实时天气、室内温湿度等信息。显示屏模块108为lcd显示屏、oled显示屏、va屏、液晶屏中的一种或几种。本实施例中，如图8所示，显示屏驱动模块107采用32*4lcd驱动控制器ht1621b；控制器内建256khz rc振荡器；1/2或1/3的bias可选，1/2或1/3或1/4的duty可选；3线控制接口，通讯速率150kbps～300kbps。如图9所示，显示屏模块108连接显示屏驱动模块107，通过显示屏模块108可实现智能网关联网状态、当前日期时间、实时天气、室内温湿度等信息的展示。显示屏模块108采用无背光的led冷光屏，显示清晰明了且大大降低智能网关整机功耗。
49.面板模块1还包括与wifi通讯模块101连接的存储器模块102，存储器模块102用于保存智能网关的相关配置参数及信息。如图13所示，存储器模块102芯片采用spi接口的32mb nor flash型存储器by25q32bstig，通过存储器模块102可以保存智能网关的相关配置参数及信息，如：wifi网络路由信息、zigbee/蓝牙组网信息、网关配置参数等等，在智能网关掉电或重启后通过读取存储器模块102的相关数据，从而使智能网关快速的恢复到正常的工作状态。
50.面板模块1还包括与主控mcu模块100连接的按键灯模块105，如图10所示，按键灯模块105用于指示继电器的开关状态、联网模式切换状态、恢复缺省配置状态。该智能网关包含至少一路按键灯模块105和按键模块106，通过按键模块106操作智能网关，可以实现智能网关继电器的开关、无线联网模式的切换、恢复缺省配置等功能，并通过按键灯模块105指示当前智能网关按下按键后所处状态，如图11所示。
51.如图5所示，主控mcu模块100采用efr32mg21a020fxxxim32无线soc作为主芯片，它
采用32bit cortex-m33作为内核，操作频率80mhz，包含768kb/1024kb flash、64kb/96kb ram、实时时钟rtc和丰富硬件外设，内部集成了zigbee/蓝牙通讯协议栈和rf射频收发模块，最大发射功率20dbm，支持zigbee 3.0协议/蓝牙5.0mesh，主要用于智能家居中的网关、智能开关等产品。主控mcu模块100内部集成的zigbee/蓝牙通讯协议栈和rf射频收发模块，另外外部需要增加zigbee/蓝牙无线通讯模块104及天线，zigbee/蓝牙无线通讯模块104参见图9所示，其中ant_2.4g为板载pcb天线，nc_ipx为外置天线连接器，使用时二者采用二选一方式。
52.如图6所示，wifi通讯模块101主芯片采用的是esp8266ex，它是一套高度集成的wi-fi soc解决方案，拥有完整的且自成体系的wi-fi网络功能，支持802.11b/g/n/e/i，通过spi/sdio或i2c/uart接口即可应用到基于任何微控制器的设计中。esp8266ex集成了增强版的32-bit内核处理器，还集成了天线开关、射频balun、功耗放大器、低噪放大器器、过滤器和电源管理模块，低功耗、紧凑设计和高稳定性是它的特点。本设计中wifi天线采用板载pcb天线，wifi通讯模块101通过uart接口与主控mcu模块100进行对接通讯，同时两者之间还增加了相关控制信号线，如：复位信号线、ota升级信号线和配置清除信号线，用以满足使用中的各种配置需求。
53.如图7所示，提供无线数据通道的zigbee/蓝牙无线通讯模块104连接于主控mcu模块100，握手zigbee/蓝牙无线终端设备加入在线列表启动心跳数据，发送终端设备配置和控制数据，接收终端设备状态上传模式和继电器模块的开关模式，zigbee/蓝牙无线通讯模块104和主控mcu模块100协议栈采用同一个芯片，芯片型号为efr32mg21a020。
54.温湿度传感器模块103检测室内温湿度获得本地温湿度数据，主控mcu模块100读取rtc时钟、本地温湿度、天气数据，刷新显示屏模块108并显示。如图12所示，温湿度传感器模块103的温湿度传感器采用aht20或sht20，该传感器将一个电容式湿度传感器、一个带隙温度传感器和专门的模拟和数字集成电路集成在一个芯片上，这在精度、稳定性以及低功耗方面给传感器产生了无与伦比的性能优势。通过温湿度传感器模块103采集的温湿度数据，不但可以用于显示屏模块108的显示，还可以作为空调、地暖等设备的智能开关的依据，实现空调、地暖等设备的智能控制。
55.耦合器模块2包括继电器模块201，继电器模块201均连接主控mcu模块100，继电器模块201用于连接家居负载设备。家居负载设备包括室内灯具等。继电器模块201可以控制室内灯具的开关，让智能网关能作为智能家居系统的中枢，还能作为智能家居节点实现负载设备的开关控制。该智能网关包含至少一路继电器模块201，如图14所示，继电器模块201所选继电器采用高防浪涌tv-5的w11-1a2stle-h继电器，防浪涌电流78a，线圈电压为5vdc，线圈功率约200mw，采用mos管驱动，线圈反接续流二极管用以保护继电器，确保整个电路稳定可靠。
56.耦合器模块2还包括用于供电的电源模块203，电源模块203连接主控mcu模块100。如图16所示，电源模块203为整个智能网关设备供电，电源模块203分为ac/dc电源电路和dc/dc电源电路，ac/dc电源电路采用ls05-13b05r3型开关电源模块203，超宽输入电压范围：85～305vac，提供5v/1a电源输出，开关电源模块203有功率大且效率高的特点，适合ac/dc的电源转换需求；dc/dc电源电路采用tlv62565dbvr芯片，该芯片为低压差高效降压转换器，将5v电源转换为3.3v/1.5a输出，该芯片输出电流大、静态功耗低，保障无线wifi和
zigbee/蓝牙无线通讯模块104的数据收发外，还能降低整机静态功耗。
57.耦合器模块2还包括与电源模块203连接的接口模块204，接口模块204用于实现电源接入。如图15所示，接口模块204可兼容接入220vac和110vac交流电给网关供电，同时接口模块204加入过压、过流、短路、浪涌等防护电路，为智能网关正常运行提供保障。
58.耦合器模块2还包括过零检测模块202，过零检测模块202一端连接接口模块204，另一端连接主控mcu模块100，过零检测模块202用于对交流电源零点的检测，以实现在接近零点时控制继电器吸合。如图17所示，通过过零检测模块202可实现交流电源220vac或102vac正弦波形零点的检测，在接近交流电源零点时执行继电器的吸合或断开动作，可大大减小led灯具等负载的启动电流，起到保护继电器触点的作用，大大增加继电器使用寿命。该智能网关带有至少一路继电器模块201，为智能网关提供灯具等负载的控制功能，再配合耦合器里过零检测模块202功能，外接启动电流极大的led灯具也可做到游刃有余。
59.本实施例中，面板模块1和耦合器模块2采用标准86底盒壁装设计，嵌入墙体安装不占用桌面位置而且美观。接口模块204、电源模块203及继电器输出接口均设置在86底壳的底部，整机安装后外部无接线，既干净整洁又实用。面板模块1与耦合器模块2采用对插扣合安装。面板模块1通过连接器公座a/母座b电信号与数字信号连接于耦合器模块2。面板模块1上设置有边框c，边框c与耦合器模块2扣合连接。
60.该智能网关启动流程参见图18，设备启动完成硬件初始化后，读取存储器模块102相关数据后，调用zigbee/bluetooth启动程序完成已知zigbee/bluetooth终端设备的搜索并加入到在线列表后返回，再调用wifi启动程序连接云服务器加入云服务，再连接时间服务器获取最新日期时间，连接天气服务器获取最新天气情况，并更新到网关设备后返回。启用智能网关所有功能，进入正常运行模式。
61.该智能网关启动完成后，即可进入工作模式，实现网关各项功能。按键操作流程框图参见图19，通过操作按键的方式不同可以进入不同的模式，如：点按实现继电器开关模式、长按5s左右进入配网模式、长按15s以上进入清除配置模式，进入相关操作模式即可实现相关操作，并通过按键灯进行状态指示，如：开/关智能网关耦合器上的继电器、进入配网搜网模式可以加入家庭wifi网络或者将zigbee/蓝牙终端设备加入到智能网关的智能控制列表、进入清除配置模块会清除智能网关的相关配置，后续需要重新配置相关参数，状态改变还会调用wifi发送更新数据同步到云服务器。
62.该智能网关的人机交互部分除了按键操作外，还有显示屏部分，显示屏显示刷新流程框图参见图20，显示刷新前会读取rtc实时时钟数据、室内温湿度、当前天气数据相关数据后进行刷新显示。
63.该智能网关会通过zigbee/蓝牙无线通讯模块104与无线终端设备进行通讯交互，涉及到zigbee/蓝牙数据的接收和发送，参见图21，通过zigbee/蓝牙无线通讯模块104接收的数据可以是控制智能网关继电器的控制数据，也可以是无线终端设备状态改变的状态数据，最终都会调用wifi通讯模块101发送上传这些更新的数据至云服务器，达到本地和云端设备的状态统一；通过zigbee/蓝牙无线通讯模块104发送的基本都是转发给无线终端设备的配置或控制数据，完成数据发送后回传状态信息。
64.该智能网关会通过wifi通讯模块101与internet云端进行通讯交互，涉及到wifi数据的接收和发送，wifi通讯模块101接收流程框图参见图22，通过wifi通讯模块101接收
的数据可以是网关配置参数、网关继电器控制和转发给无线终端设备的转发数据，涉及到智能网关的操作，智能网关执行后，都会调用wifi通讯模块101发送上传反馈信息至云服务器，达到本地和云端设备的状态统一；wifi通讯模块101发送流程框图参见图23，通过wifi通讯模块101发送的数据主要包括同云服务器的同步数据和从时间、天气服务器获取时间、天气的指令。
65.本实施例提出的智能网关，既实现无线智能家居网关的所需功能，又能作为室内灯具的开关，一举两得；标准86底盒安装，不论是室内前装还是后期加装改造，都可轻松应对；无外部接线且绚丽的面板式外观，给干净整洁的家里添上了一抹幸福的色彩。
66.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。