基于无线控制的智能家居系统及其通讯防碰撞算法
【专利说明】基于无线控制的智能家居系统及其通巧防碰撞算法
[技术领域]
[0001] 本发明设及通信电子技术领域，具体地说是一种基于无线控制的智能家居系统及 其通讯防碰撞算法。
[【背景技术】]
[0002] 随着计算机、通信及微电子技术的飞速发展和人民生活水平的提高，人们对居住 环境的要求，也向着追求精神内涵、安全舒适、便捷智能化和自动化为理想目标，智能化的 家居环境也逐渐备受人们的关注。目前，在现有的智能家居设计中，控制中屯、与终端设备的 连接多采用基于总线的有线连接方式，如485，CAN等，该种方式不但施工复杂，维护极不方 便。此外，虽也有采用无线通讯的方式，但若多台终端设备同时在往控制中屯、发送数据，贝U 会出现数据碰撞丢失的现象。
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【发明内容】
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[0003] 本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种基于无线控制的智能家居系统， 能够让人们享受到更加个性化、高品质、智能化的生活方式，实现了用户可在远程对智能家 居进行实时控制。
[0004] 为实现上述目的设计一种基于无线控制的智能家居系统，包括中央控制模块、智 能口禁控制模块、智能灯光控制模块、智能热水器控制模块、烟雾传感器模块、无线传输模 块和电源模块，所述智能口禁控制模块、智能灯光控制模块、智能热水器控制模块、烟雾传 感器模块分别连接电源模块，所述智能口禁控制模块、智能灯光控制模块、智能热水器控制 模块、烟雾传感器模块、电源模块中均集成有Zigbee模块忍片，并通过Zigbee模块忍片与无 线传输模块进行通讯，所述无线传输模块通过UART接口与中央控制模块进行数据交互。
[0005] 还包括远程移动终端，所述远程移动终端通过网络平台连接计算机，所述计算机 与中央控制模块进行通讯。
[0006] 所述电源模块内部存在电压转换电路，所述电源模块经电压转换电路将外界电压 转换为智能口禁控制模块、智能灯光控制模块、智能热水器控制模块、烟雾传感器模块所需 电压。
[0007] 所述中央控制模块采用广播发送的方式进行通信，所述中央控制模块与智能口禁 控制模块、智能灯光控制模块、智能热水器控制模块、烟雾传感器模块之间均设有广播监听 状态和连接状态。
[000引所述无线收发模块和Zigbee模块均采用CC1100E忍片作为Zigbee节点的CPU,所述 CC1100E忍片上集成有处理器硬核、射频收发器、存储单元W及外设接口电路，所述Zigbee 节点的时钟电路由32MHz晶振W及32.768Ifflz晶振两个无缘晶振提供，32MHz晶振为工作在 正常模式下的Zigbee节点提供系统时钟，32.768Ifflz晶振为工作在低功耗模式下的Zigbee 节点提供系统时钟。
[0009]该基于无线控制的智能家居系统的通讯防碰撞算法，包括W下步骤：
[0010] (I)节点传输数据之前，先对当前传输的信道进行侦听，若信道空闲，则过一个帖 间间隔时间DIFS后侦听，如果依旧空闲，则立即发送数据，进行数据的传输；
[0011] (2)若此时有其它节点正好同时发送数据，此时状态为碰撞状态，则需要进行退避 算法，回退一个随机时间进入争用窗口；
[0012] (3)将开始碰撞后的时间划分为长度均匀都为2t的时间片；
[0013] (4)在第一次碰撞后，所有节点应等待0或1个时间片后重新发送；
[0014] (5)当发生二次碰撞后，所有的节点随机分配的是0、1、2或3个时间片，在等待了分 配到各自的时间片之后重新发送数据；
[0015] (6) W此类推，当第i次碰撞后，所有的节点随机分配的是0至2的i次方减一个时间 片，等待了自己分配到的时间之后重传数据。
[0016] 当碰撞了 10次后，可W选择的时间片是在0至2的10次方减一之间，如果连续出现 16次的碰撞则不需重发，直接报告上层。
[0017] 本发明同现有技术相比，通过设置有中央控审臘块、智能n禁控审臘块、智能灯光 控制模块、智能热水器控制模块、烟雾传感器模块、无线传输模块及电源模块，并基于当下 时兴的物联网技术，使得用户可W在终端，如电脑、手机上实时控制家居系统，其所有模块 均是基于Zigbee无线通讯技术，并通过中央控制模块传输至网络平台，有效解决了当下现 有只能离线控制的缺点；同时，本发明中加入无线通讯防碰撞的算法，可W减少数据传输中 丢包、碰撞出错等接收问题，从而使得用户的数据传输更加可靠，提高了无线传输的抗干扰 性;此外，本发明所述的基于无线控制的智能家居系统具有功能多样化、人性化，并且符合 当下智能化、集约化的发展理念，能够让人们享受到更加个性化、高品质、智能化的生活方 式，实现了用户可在远程对智能家居进行实时控制，值得推广应用。
[【附图说明】]
[0018] 图1为本发明系统硬件原理框图；
[0019] 图2为本发明中央控制模块与家庭设备模块之间的无线连接示意图；
[0020] 图3为本发明基于防碰撞技术的数据传输软件设计流程图；
[0021 ]图4为CSMA/CA的基本访问机制示意图。
[【具体实施方式】]
[0022] 下面结合附图对本发明作W下进一步说明：
[0023] 如附图所示，本发明包括：中央控制模块、智能口禁控制模块、智能灯光控制模块、 智能热水器控制模块、烟雾传感器模块、无线传输模块和电源模块，智能口禁控制模块、智 能灯光控制模块、智能热水器控制模块、烟雾传感器模块分别连接电源模块，智能口禁控制 模块、智能灯光控制模块、智能热水器控制模块、烟雾传感器模块、电源模块中均集成有 Zigbee模块忍片，并通过Zigbee模块忍片与无线传输模块进行通讯，无线传输模块通过 UART接口与中央控制模块进行数据交互。还包括远程移动终端，远程移动终端通过网络平 台连接计算机，计算机与中央控制模块进行通讯。
[0024] 本发明中，电源模块内部存在电压转换电路，电源模块经电压转换电路将外界电 压转换为智能口禁控制模块、智能灯光控制模块、智能热水器控制模块、烟雾传感器模块所 需电压。中央控制模块采用广播发送的方式进行通信，中央控制模块与智能口禁控制模块、 智能灯光控制模块、智能热水器控制模块、烟雾传感器模块之间均设有广播监听状态和连 接状态，即该智能家居底层节点与中央控制模块有广播监听和连接两种状态，进行通信时 为连接状态，否则处于监听模式。
[0025]本发明中，中央控制模块处于核屯、地位，负责与其余模块进行控制指令和数据的 交互。智能口禁控制模块、智能灯光控制模块、智能热水器控制模块、烟雾传感器模块、电源 模块中集成有Zigbee模块忍片，使它们成为可W联网通讯的Zigbee节点，运些节点通过无 线方式将数据送至无线收发模块（即无线传输模块），无线收发模块与中央控制模块通过 UART接口将实时的数据传输给中央控制模块的主控忍片。
[00%]其中，无线收发模块和Zigbee模块采用的是TI公司的CC1100E忍片作为Zigbee节 点的CPU,其片上集成了51处理器硬核、射频收发器、存储单元W及各种外设接口电路。 Zigbee节点的时钟电路由两个无缘晶振提供，频率分别为32MHz和32.768KHZ，其中，32MHz 晶振为工作在正常模式下的Zigbee节点提供系统时钟，当Zigbee节点进入低功耗模式时， 系统由32.768Ifflz晶振提供时钟。电源模块经转换电路后用于对不同模块供电，电源模块的 内部存在电压转换电路，将外界的电压转换为各个模块所需的电压。
[0027] 主控忍片单元采用的主控忍片ARM Codex-M4构架的STM32F37X系列，所述忍片具 有较高的性能，低成本和低功耗等优点，并且具有一个快速12位ADC(IMSPS)，低功耗RTC，9 个通用16位定时器，3个基本定时器，同时还配备了标准和先进的通信接口 ：多达2个IIC接 口，3个SPI接口，全部有复用IIS，S个USART，CAN和USB。加上自带的看口狗定时器和内部实 时时钟，减少了外部的复杂电路，在硬件的层面上降低了功耗，同时提高了系统的稳定性。
[0028] 该智能家居系统的主要工作步骤为:底层节点通过Zigbee网络将各自的数据传输 至无线通讯模块，无线通讯模块通过UART接口与中央控制模块进行通讯，反之同理。中央控 制模块与通过RS232与计算机进行通讯，计算机将数据传输至网络平台，同时用户利用定制 的手机APP软件实时的对自己家里的底层设备进行控制，读取当前的状态。
[0029] 当多个节点同时向无线收发模块发送数据时，可能会产生通讯碰撞现象，作为本 发明的软件设计部分，因此