一种基于6LoWPAN技术的智能家居系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于智能家居领域，具体涉及一种基于6LoWPAN技术的智能家居系统。
【背景技术】
[0002]智能家居拥有广阔的发展前景，但是由于IPv4地址资源的枯竭、各厂商协议不统一等问题，智能家居无法实现大规模的推广。6LoWPAN技术可以解决在IEEE 802.15.4网络上传输IPv6数据报文的问题。
[0003]6LowPan，即IPv6 over IEEE 802.15.4，为低速无线个域网标准，是为短距离、低速率、低功耗无线通信而设计的网络，旨在将IPv6引入以IEEE 802.15.4为底层标准的无线个域网，可广泛用于智能家电和工业控制等领域。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种基于6LoWPAN技术的智能家居系统，由智能家居监控终端、6LoWPAN星型网络和系统网关组成的智能家居系统。
[0005]为了达到上述目的，本实用新型包括具有电源电路和时钟电路的ARM处理器，ARM处理器连接有监控终端传感器模块和家电开关控制设备，ARM处理器还连接有JTAG调试接口、显示器以及包括若干6LoWPAN子节点的星型拓扑结构的6LoWPAN网络；
[0006]所述星型拓扑结构的6LoWPAN网络包括若干与ARM处理器连接的6LoWPAN子节点，6LoWPAN子节点连接汇聚节点，汇聚节点连接系统网关，系统网关连接IP v6路由器，IPv6路由器连接若干IPv6终端。
[0007]所述监控终端传感器模块包括温、湿度一体传感器、可燃气体传感器、火焰探测传感器、人体红外传感器或声音振动传感器中的一种或多种。
[0008]所述汇聚节点采用能够实现6LowPAN协议栈和IEEE802.15.4射频收发机功能的CC2530芯片，CC2530芯片完成6LoWPAN网络功能，并将数据通过UART串口传输到完成应用层功能的LPC 3250处理器芯片。
[0009]所述系统网关包括通过串口 UART连接汇聚节点的ARM9处理器LPC3250，LPC3250具有内置的以太网控制器和内置的LCD控制器，内置的以太网控制器和内置的LCD控制器分别连接RJ45以太网接口和IXD触摸屏，LPC3250连接有驱动电路、FLASH存储器、SDRAM存储器、摄像头和蜂鸣报警电路。
[0010]所述ARM处理器采用LPC1788，LPC1788通过I/O 口分别连接监控终端传感器模块和家电开关控制模块，LPC1788分别通过串口 UARTl和UARTO分别连接6LoWPAN子节点和RFID门禁系统，LPC1788通过内置的IXD控制器接口连接显示器。
[0011]与现有技术相比，本实用新型能够通过监控终端传感器模块来适应多种不同类型的传感器及检测设备，使用灵活方便；将监控终端传感器模块独立出来，方便更换其它传感器或连接特定需求、特殊形式的传感器部分，监控终端传感器模块与家电开关控制设备相配合，实现了智能家居的监控与控制；本实用新型使用了 IPv6地址，扩展了智能家居的应用范围和应用面。
[0012]进一步的，本实用新型的监控终端传感器模块能够改变其中的传感器类型和个数，能够根据需要配置不同的传感器，提高了本装置的适用性。
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型的监控终端结构图；
[0014]图2为本实用新型的6LoWPAN星型网络拓扑组成结构图；
[0015]图3为本实用新型系统网关结构图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
[0017]参见图1，本实用新型包括具有电源电路和时钟电路的ARM处理器，ARM处理器连接有监控终端传感器模块和家电开关控制设备，监控终端传感器模块包括温、湿度一体传感器、可燃气体传感器、火焰探测传感器、人体红外传感器或声音振动传感器中的一种或多种，ARM处理器还连接有JTAG调试接口、显示器以及包括若干6LoWPAN子节点的星型拓扑结构的6LoWPAN网络，ARM处理器采用LPC1788，LPC1788通过I/O 口分别连接监控终端传感器模块和家电开关控制模块，LPC1788分别通过串口 UARTl和UARTO分别连接6LoWPAN子节点和RFID门禁系统，LPC1788通过内置的IXD控制器接口连接显示器；
[0018]参见图2，星型拓扑结构的6LoWPAN网络包括若干与ARM处理器连接的6LoWPAN子节点，6LoWPAN子节点连接汇聚节点，汇聚节点连接系统网关，系统网关连接IPv6路由器，IPv6路由器连接若干IPv6终端。
[0019]参见图3，汇聚节点采用能够实现6LowPAN协议栈和IEEE802.15.4射频收发机功能的CC2530芯片，CC2530芯片完成6LoWPAN网络功能，并将数据通过UART串口传输到完成应用层功能的LPC 3250处理器芯片，系统网关包括通过串口 UART连接汇聚节点的ARM9处理器LPC3250，LPC3250具有内置的以太网控制器和内置的IXD控制器，内置的以太网控制器和内置的IXD控制器分别连接RJ45以太网接口和IXD触摸屏，LPC3250连接有驱动电路、FLASH存储器、SDRAM存储器、摄像头和蜂鸣报警电路。
[0020]监控终端负责采集数据信息(包括多种传感器数据、ID卡信息以及受控家电的开关状态等)，通过星型的6LoWPAN网络传输到嵌入式智能家居系统网关。网关除了完成对家居环境等的集中监控与报警以外，还实现将数据信息接入Internet。
[0021]监控终端的硬件以高性能Cortex-M3架构的NXP公司LPC1788微控制器为核心，外围扩展多种不同参数的传感器模块(包括温湿度一体化传感器、火焰探测传感器、可燃气体传感器、人体红外传感器、声音传感器等)、家电开关控制设备和RFID门禁系统。整个监控终端的硬件结构图如图1所示，除了基本的驱动电路和调试电路以外，还有一个本地的IXD液晶屏用于显示核心处理器采集到的传感器数据。
[0022]在实际应用中，各子节点选用的传感器组可能不同，因此本实用新型将监控终端的多参数传感器模块独立出来，单独形成PCB制版，再通过双排针接口与以LPC1788为核心的监控终端底板相连接。这样，在智能家居的不同应用环境下，就可以使用相同的监控终端PCB底板，然后根据需求选用不同的传感器。例如在厨房就可以选用可燃气体传感器和火焰传感器用于防范火灾隐患；
[0023]在客厅和卧室可以选用温度、湿度传感器，便于调节室内温度；在阳台、窗户附近可以选用人体红外传感器用于防盗。这样的设计思路可达到“一次设计，多场景应用”的目标，有利于降低研发成本，提高系统通用性。
[0024]另外处理器的UARTO接口资源也引出到双排针，用于连接6LoWPAN子节点，完成无线信号的收发。LPC1788处理器有4个UART串口资源，本设计将UARTl接口用于RFID门禁系统，用于传输ID卡的标签数据信息。还有部分I/O 口用于驱动家电开关控制设备，家电开关控制设备由继电器和配电箱组成，继电器是连接弱电和220V市电的桥梁，通过处理器I/O 口发出的控制信令，实现弱电控制强电。
[0025]本系统的子节点使用CC2530基本电路模块，该CC2530基本电路模块包含2.4GHz天线馈电单元、射频前端匹配电路以及时钟晶振等外围驱动电路，用于传输数据的I/o 口、电源VCC、电源地GND和JTAG调试接口等管脚，通过插针方式引出与监控终端底板相连。
[0026]本系统中，这个完成应用层功能的芯片被设计成系统网关，采用的芯片是ARM 9体系结构的LPC 3250处理器芯片。
[0027]参见图3，硬件方案是选用高性能的ARM9核心的微处理器芯片LPC3250搭建嵌入式平台最小系统，外围扩展电路包括LCD触摸屏接口、蜂鸣器报警电路、CMOS摄像头接口、以太网接口、UART串口等等。其中，IXD触摸屏为智能家居系统的集中监控提供人机界面；蜂鸣器用来实现报警功能；CM0S摄像头用来实现视频监控功能；以太网控制器为将6LoffPAN网络接入Internet提供硬件支持；UART串口为网络功能处理器和应用功能处理器的数据交互提供通路。
【主权项】
1.一种基于6L0WPAN技术的智能家居系统，其特征在于:包括具有电源电路和时钟电路的ARM处理器，ARM处理器连接有监控终端传感器模块和家电开关控制设备，ARM处理器还连接有JTAG调试接口、显示器以及包括若干6LoWPAN子节点的星型拓扑结构的6LoWPAN网络； 所述星型拓扑结构的6LoWPAN网络包括若干与ARM处理器连接的6LoWPAN子节点，6LoffPAN子节点连接汇聚节点，汇聚节点连接系统网关，系统网关连接IP v6路由器，IP v6路由器连接若干IPv6终端。
2.根据权利要求1所述的一种基于6LoWPAN技术的智能家居系统，其特征在于:所述监控终端传感器模块包括温、湿度一体传感器、可燃气体传感器、火焰探测传感器、人体红外传感器或声音振动传感器中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种基于6LoWPAN技术的智能家居系统，其特征在于:所述汇聚节点采用能够实现6LowPAN协议栈和IEEE802.15.4射频收发机功能的CC2530芯片，CC2530芯片完成6LoWPAN网络功能，并将数据通过UART串口传输到完成应用层功能的LPC3250处理器芯片。
4.根据权利要求3所述的一种基于6LoWPAN技术的智能家居系统，其特征在于:所述系统网关包括通过串口 UART连接汇聚节点的ARM9处理器LPC3250，LPC3250具有内置的以太网控制器和内置的LCD控制器，内置的以太网控制器和内置的LCD控制器分别连接RJ45以太网接口和IXD触摸屏，LPC3250连接有驱动电路、FLASH存储器、SDRAM存储器、摄像头和蜂鸣报警电路。
5.根据权利要求1所述的一种基于6LoWPAN技术的智能家居系统，其特征在于:所述ARM处理器采用LPC1788，LPC1788通过I/O 口分别连接监控终端传感器模块和家电开关控制模块，LPC1788分别通过串口 UARTl和UARTO分别连接6LoWPAN子节点和RFID门禁系统，LPC1788通过内置的IXD控制器接口连接显示器。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于6LoWPAN技术的智能家居系统，包括具有电源电路和时钟电路的ARM处理器，ARM处理器连接有监控终端传感器模块和家电开关控制设备，ARM处理器还连接有JTAG调试接口、显示器以及包括若干6LoWPAN子节点的星型拓扑结构的6LoWPAN网络，通过监控终端传感器模块来适应多种不同类型的传感器及检测设备，使用灵活方便；设计中将监控终端传感器模块独立出来，方便更换其它传感器或连接特定需求、特殊形式的传感器部分，监控终端传感器模块与家电开关控制设备相配合，实现了智能家居的监控与控制；本实用新型使用了IPv6地址，扩展了智能家居的应用范围和应用面。
【IPC分类】G05B19-418, G05B15-02
【公开号】CN204576099
【申请号】CN201520240783
【发明人】李秦君, 杨丽君, 王明伟, 兀旦晖, 杨萍
【申请人】陕西科技大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年4月20日