专利名称：基于无线通信的智能家电控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及了一种智能家电控制器，具体说是一种基于无线射频通信的带有电能检测、红外遥控、电源控制和液晶显示功能的通用家电控制器。
背景技术：
目前，智能化家居已迅速发展起来，随着人们生活水平的提高、需求的日益增长以及信息化程度的普及，更多人将不满足于维护传统生活的现状。智能家居能帮助人们更好地管理生活的细节，提高生活质量。智能家居中最主要的一个应用是实现智能用电。据有关查询显示，若是家庭用户能及时了解家电的耗电信息，就会使自己每月的电费开支下降5% 15%，这样一来不仅节省了电费还能起到节能环保的作用。实现智能用电的一个关键技术就是对家电的智能控制，随着无线射频技术和嵌入式技术的发展，市场上出现了很多与智能家电相关的产品，例如智能插座、无线家居遥控器等。智能插座类产品实现的功能大多数是实时监测家电的功率和耗电信息，并显示，或者具有定时通断电源的功能；家居遥控器类产品大都是通过无线射频转红外来完成远程控制的功能。但是这些产品或者是单一检测或者是单一控制，又或者是检测和控制做到一起，但是不具有无线通信功能。所以这些类似的控制器，没有能够实现把电量检测与家电遥控功能结合在一起，并且通过无线射频传输，把采集到的数据传送出去，并且接收控制命令，完成信息交互，从而做到真正的智能化用电。
发明内容
本发明的目的是提供了一种基于无线射频通信的集电能检测和家电遥控功能于一体的通用型家电控制器，它把检测到的电量信息通过稳定、可靠的无线射频网络传送给用户的控制中心，然后接收控制中心的反馈命令，控制家用电器，实现家电的闭环控制，达到智能用电的效果。本发明为实现上述目的所采用的技术方案是:基于无线通信的智能家电控制器，包括电能检测模块，实时检测家电的工作功率和电能消耗；无线通信模块，传送采集到的家电的工作功率和电能消耗数据并接收控制命令；液晶显示模块，实时显示工作状态、家电的工作功率和电能消耗；家电控制模块，对家电的工作状态进行控制；主控单元，与电能检测模块、无线通信模块和液晶显示模块连接，实现对各个模块的控制。还包括电源模块，通过变压整流为各个模块提供所需工作电压。所述电能检测模块由专业电能计量芯片和与其匹配的外围电路组成，通过采集负载的电流和电压信号，得出功率值，并转换成脉冲的形式输出给主控单元。所述电能检测模块还包括实时时钟电路，用于记录计量电量的时间信息并显示在液晶显示模块上。所述家电控制模块为红外模块，对带有红外遥控功能的家电进行控制。所述家电控制模块为电源通断控制模块，对不带红外遥控功能的家电进行控制。所述红外模块包括接收、发射和存储电路，能够自学习红外编码控制指令，从而可以替代遥控器控制家电。所述电源通断控制模块，由固态继电器实现对负载电源的通断控制。所述无线通信模块兼有路由的功能，支持Mesh网络拓扑结构，支持网络节点的自动加入和删除，支持自动请求数据重传机制。所述无线通信模块支持远程设置采样频率、数据传输频率以及控制器远程升级的功能。本发明具有以下优点:1.电量检测和控制相结合。本发明能够让用户实时的了解家电用电情况，并能够执行控制命令，为实现家电的闭环智能控制提供硬件基础。2.通用性强。对于带有红外遥控功能的设备，控制器可以学习其红外控制编码，实现遥控器的所有控制功能；对于不带有红外遥控功能的普通设备，控制器通过继电器可以控制设备的电源通断。3.安装方便，使用灵活。本发明的接口采用插座形式，家电即插即用，对已有系统不会造成任何影响，通信方式采用无线射频通信，布线布局简单、灵活，并且本控制器支持远程设置采样频率、数据传输频率和远程软件升级。4.通信网络稳定、可靠。本控制器兼有路由的功能，支持Mesh网络拓扑结构，支持网络节点的自动加入和删除，支持自动请求数据重传机制。
图1是本发明一个实施例的硬件组成框图；图2是本发明实现控制家电的原理图；图3是本发明的网络结构图；图4是本发明的软件流程图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。如图1所示，本发明实施例由电源模块、电能检测模块、红外模块、电源通断控制模块、射频通信模块、液晶显示模块以及主控单元七部分组成。其中:所述电源模块要能够产生5V以及3.3V电压，供系统中各个模块使用。5V电源是经过变压、整流后由三端稳压集成电路lm7805生成，3.3V电源由低压差线性稳压器芯片生成；所述电能检测模块由专业电能计量芯片ADE7755和与其匹配的外围电路组成，其中还包括时钟芯片DS1302电路，用于计量电量的时间信息；
所述红外模块包括红外接收电路和红外发射电路，接收电路主要由一体化红外接收头HS0038B组成，发射电路主要由38K载波发生电路、驱动电路和红外发射管组成；该实施例中，电能检测和红外模块都需要数据的存储，他们共用一个存储电路，由64K字节容量的EEPROM芯片AT24C64组成；所述电源通断控制模块由固态继电器SM1-5VDC-SL-2C组成；所述射频通信模块由2.4G射频芯片CC2430及其外围电路组成；所述液晶显示模块由自带中文字库的128X64点阵IXD 12864M-1组成；所述主控单元由MSP430F1611单片机及其外围电路组成。图2给出了实现控制家电的原理框图，如图2所示，控制器与家电之间主要有两方面的信息交互。一个是对家电用电信息的采集，一个是执行接收到的指令，控制家电。控制器以插座为接口形式采集家电的电流和电压信号，通过电能测量模块把消耗的电量信息以脉冲的方式输出给主控单元，主控单元经过分析处理，计算出相应的耗电信息，最后经由无线射频模块传送出去，并通过液晶显示模块实时显示。控制器在工作之前需要先把家电遥控器的红外代码学习下来，这样才能有效的控制家电；然后，控制器等待接收控制命令，执行相应操作。图3给出了由本控制器组成的Mesh网络拓扑图。每个控制器均具有其固定的设备ID和路由功能，在加入网络之前，先要搜索网络，把搜索到的一跳范围内的所有节点ID加入自己的路由表中，同时，相邻节点也把它的设备ID加入路由表中，完成入网过程；如果在几次通信周期中，都没有检测到路由表中的某个ID，则认为该节点已不存在，从表中删除。Mesh网络拓扑结构可以提供多个数据通路。当最优路径出现故障时，冗余的其他通路提供相应的路径，控制器还支持自动请求数据重传机制，当数据发送失败后，会自动重传，高了通讯网络的可靠性。图4所示为本发明实施例的软件流程图，上电后，控制器先要进行系统的初始化，包括定时器初始化、I/o端口初始化、无线模块的参数配置；初始化完成后，程序会一直等待无线射频命令的到来，根据相应的命令，进入到子程序中执行对应的任务。一共有四种命令:分别是红外学习指令，遥控指令，电源通断控制指令和测量指令。控制器在第一次使用时，先要有学习的过程，即先要接收红外学习指令，调用红外代码学习程序，并把学习下来的红外代码存储下来。这样在以后使用的时候，直接调用代码即可，如果不更换家电，就不必重新学习代码。遥控指令与学到的红外代码相关联，每一种遥控命令对应一个红外代码，功能与遥控器相同。控制器接收到一次测量指令，就会启动一次电能测量程序，并返回测量数据。整个工作过程是一个无限循环的过程，控制器在执行完相应的任务后会回到等待射频命令的程序中，随时准备执行下一次任务。
权利要求
1.一种基于无线通信的智能家电控制器，其特征在于，包括 电能检测模块，实时检测家电的工作功率和电能消耗； 无线通信模块，传送采集到的家电的工作功率和电能消耗数据并接收控制命令； 液晶显示模块，实时显示工作状态、家电的工作功率和电能消耗； 家电控制模块，对家电的工作状态进行控制； 主控单元，与电能检测模块、无线通信模块和液晶显示模块连接，实现对各个模块的控制。
2.根据权利要求1所述的基于无线通信的智能家电控制器，其特征在于，还包括电源模块，通过变压整流为各个模块提供所需工作电压。
3.根据权利要求1所述的基于无线通信的智能家电控制器，其特征在于，所述电能检测模块由专业电能计量芯片和与其匹配的外围电路组成，通过采集负载的电流和电压信号，得出功率值，并转换成脉冲的形式输出给主控单元。
4.根据权利要求3所述的基于无线通信的智能家电控制器，其特征在于，所述电能检测模块还包括实时时钟电路，用于记录计量电量的时间信息并显示在液晶显示模块上。
5.根据权利要求1所述的基于无线通信的智能家电控制器，其特征在于，所述家电控制模块为红外模块，对带有红外遥控功能的家电进行控制。
6.根据权利要求1所述的基于无线通信的智能家电控制器，其特征在于，所述家电控制模块为电源通断控制模块，对不带红外遥控功能的家电进行控制。
7.根据权利要求5所述的基于无线通信的智能家电控制器，其特征在于，所述红外模块包括接收、发射和存储电路，能够自学习红外编码控制指令，从而可以替代遥控器控制家电。
8.根据权利要求6所述的基于无线通信的智能家电控制器，其特征在于，所述电源通断控制模块，由固态继电器实现对负载电源的通断控制。
9.根据权利要求1所述的基于无线通信的智能家电控制器，其特征在于，所述无线通信模块兼有路由的功能，支持Mesh网络拓扑结构，支持网络节点的自动加入和删除，支持自动请求数据重传机制。
10.根据权利要求1或9所述的基于无线通信的智能家电控制器，其特征在于，所述无线通信模块支持远程设置采样频率、数据传输频率以及控制器远程升级的功能。
全文摘要
本发明涉及了一种智能家电控制器，具体说是一种基于无线射频通信的带有电能检测、红外遥控、电源控制和液晶显示功能的通用家电控制器。本发明包括电能检测模块，实时检测家电的工作功率和电能消耗；无线通信模块，传送采集到的家电的工作功率和电能消耗数据并接收控制命令；液晶显示模块，实时显示工作状态、家电的工作功率和电能消耗；家电控制模块，对家电的工作状态进行控制；主控单元，与电能检测模块、无线通信模块和液晶显示模块连接，实现对各个模块的控制。本发明将电量检测和控制相结合，具有通用性强，安装方便，使用灵活，通信网络稳定、可靠的优点。
文档编号H04L12/28GK103139026SQ20111039882
公开日2013年6月5日 申请日期2011年12月5日 优先权日2011年12月5日
发明者崔世界, 葛维春, 王英男, 王芝茗, 喻洪辉, 曾鹏, 藏传治, 尚志军, 于海斌 申请人:中国科学院沈阳自动化研究所, 辽宁省电力有限公司沈阳供电公司, 国家电网公司