专利名称：一种支持无线传感网络的家庭网关的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及家庭网关领域，具体来讲是一种支持无线传感网络的家庭网关。
背景技术：
随着基于物联网的智能家居系统的发展，出现了各种无线传感器模块及智能家庭网关。现有的技术中，家庭网关只有IP数据收发功能，而无法和传感器模块进行双工通信，要实现上述功能，必须单独再增加一台无线传感控制器与家庭网关通信，这类无线传感控制器的通讯接口不常见且体积较大，造成了成本和使用难度的增加。
实用新型内容针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种支持无线传感网络的家庭网关，包括和无线传感器进行双工交互的433MHz控制器和Zigbee控制器，所述两个控制器能实现采集不同功能类型的传感数据，并将收集的传感数据与家庭网关进行双向互动，使得家庭网关能够成为智能家居控制中心节点，减化了智能家居部署的难度，降低了智能家居部署的成本。为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是一种支持无线传感网络的家庭网关，包括家庭网关、与家庭网关相连的USB集线器、433MHz传感器和Zigbee传感器，其特征在于所述USB集线器分别连接一个433MHz控制器和一个Zigbee控制器，433MHz控制器通过无线信号与433MHz传感器互通，Zigbee控制器通过无线信号与Zigbee传感器互通。在上述技术方案的基础上，所述USB集线器还连接一个USB存储器。在上述技术方案的基础上，所述USB集线器还连接一个USB数码摄像头。在上述技术方案的基础上，所述433MHz控制器和Zigbee控制器均为USB形式的控制器。在上述技术方案的基础上，所述433MHz控制器包括信号转换芯片、USB转串口芯片和433MHz信号收发芯片，USB转串口芯片上接有USB接口，USB转串口芯片与433MHz的RF芯片的通过接脚信号相连。在上述技术方案的基础上，所述信号转换芯片为SP3243EU芯片，USB转串口芯片为CP210x芯片，433MHz信号收发芯片为CClllO芯片。在上述技术方案的基础上，所述Zigbee传感器包括信号转换芯片、USB转串口芯片和2. 4GHZ信号收发芯片，USB转串口芯片上接有USB接口，USB转串口芯片与2. 4GHZ的RF芯片的通过接脚信号相连。在上述技术方案的基础上，所述信号转换芯片为SP3243EU芯片，USB转串口芯片为CP210x芯片，2. 4GHZ信号收发芯片为CC2530芯片。本实用新型的有益效果在于1. 433MHz控制器和Zigbee控制器能实现采集不同功能类型的传感数据，通过在家庭网关内部设置一个无线传感控制器代理程序，该程序能将上层的控制指令下达到传感器，也能收集传感器数据。2.通过电子电路设计，433MHz控制器和Zigbee控制器为USB形式的控制器(大小如一般U盘)，体积缩小，实现无线传感器网络与Internet (互联网)的交互。3.通过高度集成的USB转串口的桥接器cp210x，USB完成了串口转换通用串行总线，使接口简单化。
图1为本实用新型实施例支持无线传感网络的家庭网关的结构框图；图2为本实用新型实施例433MHz控制器的结构框图；图3为本实用新型实施例Zigbee控制器的结构框图。
家庭网关1、USB集线器2、433MHz传感器3、Zigbee传感器4、433MHz控制器5、Zigbee控制器6，USB存储器7、一个USB数码摄像头8。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明。
如图1所示，本实用新型支持无线传感网络的家庭网关，包括家庭网关1、USB集线器2,433MHz传感器3、Zigbee传感器4、433MHz控制器5和Zigbee控制器6，家庭网关I连接USB集线器2，USB集线器2分别连接一个433MHz控制器5和一个Zigbee控制器6，433MHz控制器5通过无线信号与433MHz传感器3互通，Zigbee控制器6通过无线信号与Zigbee传感器4互通。433MHz控制器5和Zigbee控制器6均为USB形式的控制器，USB集线器2为USB设备的连接扩展装置，还分别连接一个USB存储器7和一个USB数码摄像头8，USB存储器7是对家庭网关I存储器的扩展，USB数码摄像头8，通过家庭网关软件系统中的监控程序，对实时景象进行拍照编解码和传送，以实现安防监控功能。本实施例中，433MHz控制器5通过433MHz的无线信号与433MHz传感器3互通。如图1和图2所示，所述433MHz控制器5包括信号转换芯片、USB转串口芯片和433MHz信号收发芯片，其中信号转换芯片为SP3243EU芯片，USB转串口芯片为CP210x芯片，433MHz信号收发芯片为CClllO芯片。CP210x芯片和SP3243EU芯片是USB信号与串口信号转换的主要芯片，USB接口直接连于CP210x芯片上，完成信号转换。CP210x芯片上接有 USB 接口，信号由 CP210x 芯片的 8 个引脚(Rl、DCD、DTR、DSR、TXD、RXD、RTS、CTS)传入或传出。SP3243EU芯片将USB传入的信号和CClllO芯片传入的信号分别转化为CClllO芯片和CP210x可接收的信号。所述CClllO芯片为433M无线信号的收发芯片，该芯片的引脚P0_2>0_5可通过芯片寄存器设置为串口输入输出口，RF_P和RF_N为433MHZ信号收发引脚。所述433MHz控制器5通过CP210x芯片和SP3243EU芯片将串口转换成USB接口，USB接口完成与家庭网关I的信号交互，并完成USB信号到串口信号的转换，串口信号直接接到433M无线信号的收发芯片上，从而完成通过USB完成433MHz传感器3的收发模块与家庭网关I的交互。如图1和图3所示，Zigbee控制器6包括信号转换芯片、USB转串口芯片和2. 4GHZ信号收发芯片，信号转换芯片为SP3243EU芯片，USB转串口芯片为CP210x芯片，2. 4GHZ信号收发芯片为CC2530芯片。CP210x芯片和SP3243EU芯片是USB信号与串口信号转换的主要芯片，USB接口直接连于芯片上，完成信号转换。USB转串口芯片上接有USB接口，信号由CP210x 芯片的 8 个引脚(R1、DCD、DTR、DSR、TXD、RXD、RTS、CTS)传入或传出。SP3243EU 将USB传入的信号和CC2530芯片传入的信号分别转化为CC2530芯片和cp210x可接收的信号。所述CC2530芯片为2. 4GHz无线信号的收发芯片，该芯片的引脚P0_2 P0_5可通过芯片寄存器设置为串口输入输出口，RF_P和RF_N为2. 4GHz信号收发引脚。所述2. 4GHz控制器6通过CP210x芯片和SP3243EU芯片将串口转换成USB接口，USB接口完成与家庭网关I的信号交互，并完成USB信号到串口信号的转换，串口信号直接接到2. 4GHz无线信号的收发芯片上，从而完成通过USB完成zigbee传感器4的收发模块与家庭网关I的交互。如图1、图2和图3所示，本实用新型支持无线传感网络的家庭网关的工作原理为系统上电后，家庭网关l、433MHz传感器3、Zigbee传感器4、433MHz控制器5和Zigbee控制器6分别上电。所述家庭网关I通过网关自带软件对家庭网关进行初始，然后运行需要的任务管理器程序。该程序负责接收远端服务器的报文和监听串口来的信号，收到的报文被解析，若为远端服务器发送来的对控制器进行操作的命令，则按私有的串口协议打包发送到433MHz控制器5或Zigbee控制器6。串口接收到的信号通过解析，若合法，则按照解析的结果进行信号中命令的相应动作应答。所述433MHz控制器5和Zigbee控制器6分别驱动程序进行初始化，运用中断，优先处理来自串口的数据，串口的数据是由家庭网关I发送的一定格式的几个字节，其中含了一个操作指令，这个操作指令中包含一个操作动作和一个传感器id。如果串口中有数据，则通过解析函数对·串口传来的数据进行解析，如果解析得到这个数据是合法的，则根据操作指令中id将操作动作按私有无线协议打包发送至传感器与两个控制器分别对应的传感器上。如果串口没有数据，433MHz控制器5和Zigbee控制器6的RF芯片监测空气中有无可以接收到数据。若接受到信号，则进行解析，若数据合法，则直接将解析得到的数据按私有usb_serial协议打包通过串口发送至网关。所述433MHz传感器3、Zigbee传感器4均为无线传感器，上电后分别驱动程序对无线信号收发芯片(以下称RF芯片)进行初始化，之后监听空气中的无线信号，收到的无线信号通过解析，若合法，则按照信号中的命令进行相应的动作应答。本实用新型支持无线传感网络的家庭网关的系统工作方式如下家庭网关I接收来自服务器的命令请求报文，通过解析得到命令的原文，将命令进行第一次封装成为符合rs232协议的包，再进行第二次封装成为符合一种私有串口协议的包，通过串口传至控制器端，即433MHz控制器5和Zigbee控制器6。433MHz控制器5和Zigbee控制器6对传来的包进行解析，先解析为符合rs232协议的包，再解析出命令原文，再对原文进行两次封装，第一次将其封装成符合TI433协议(TI公司提供的433MHZ的协议栈)或zigbee协议的包，第二次将其封装成符合私有TI433协议或zigbee的包，通过无线信号传至传感器端，即433MHz传感器3和Zigbee传感器4，二者对无线信号进行两次解析得到命令原文后，按照命令对感应模块进行相应的动作。命令动作完成后，返回命令所需的数据(如温度湿度等)或动作(如完成失败等)，即为响应信号。响应信号在传感器端通过两次封装使其符合私有TI433协议或zigbee协议，通过无线传至控制器端，经过两次解析，再经过两次封装使其符合私有串口协议，通过串口传至家庭网关I。经过两次解析，再进行报文封装，通过tcp/ip协议传至服务器端。在上述过程中，传感器端每段时间(2min)会对所有的环境参数(如温度，湿度，光强度，烟雾，火焰等)进行测试，得到的数据会自动传到远端服务器(通讯机制与上述响应信号传至服务器机制类似)。若某个或某些环境参数超过阀值，则在封装时加入报警标识。一些特殊传感模块(如门磁，震动，倾斜，敲击等)，可以通过信号中断机制将实时的异常信号传至传感器主处理器。若接受到这些异常信号，传感器立即将报警信号经由控制器和网关发至远端服务器，并拉响警报器。本实用新型不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有 技术。
权利要求1.一种支持无线传感网络的家庭网关，包括家庭网关、与家庭网关相连的USB集线器、 433MHz传感器和Zigbee传感器，其特征在于所述USB集线器分别连接一个433MHz控制器和一个Zigbee控制器,433MHz控制器通过无线信号与433MHz传感器互通，Zigbee控制器通过无线信号与Zigbee传感器互通。
2.如权利要求1所述的支持无线传感网络的家庭网关，其特征在于所述USB集线器还连接一个USB存储器。
3.如权利要求1所述的支持无线传感网络的家庭网关，其特征在于所述USB集线器还连接一个USB数码摄像头。
4.如权利要求1、2或3所述的支持无线传感网络的家庭网关，其特征在于所述 433MHz控制器和Zigbee控制器均为USB形式的控制器。
5.如权利要求4所述的支持无线传感网络的家庭网关，其特征在于所述433MHz控制器包括信号转换芯片、USB转串口芯片和433MHz信号收发芯片，USB转串口芯片上接有USB 接口，USB转串口芯片与433MHz的RF芯片的通过接脚信号相连。
6.如权利要求5所述的支持无线传感网络的家庭网关，其特征在于所述信号转换芯片为SP3243EU芯片，USB转串口芯片为CP210x芯片，433MHz信号收发芯片为CClllO芯片。
7.如权利要求4所述的支持无线传感网络的家庭网关，其特征在于所述Zigbee传感器包括信号转换芯片、USB转串口芯片和2. 4GHZ信号收发芯片，USB转串口芯片上接有USB 接口，USB转串口芯片与2. 4GHZ的RF芯片的通过接脚信号相连。
8.如权利要求7所述的支持无线传感网络的家庭网关，其特征在于所述信号转换芯片为SP3243EU芯片，USB转串口芯片为CP210x芯片，2. 4GHZ信号收发芯片为CC2530芯片。
专利摘要一种支持无线传感网络的家庭网关，涉及家庭网关领域，包括家庭网关、与家庭网关相连的USB集线器、433MHz传感器和Zigbee传感器，所述USB集线器分别连接一个433MHz控制器和一个Zigbee控制器，433MHz控制器通过无线信号与433MHz传感器互通，Zigbee控制器通过无线信号与Zigbee传感器互通。本实用新型两个控制器能实现采集不同功能类型的传感数据，并将收集的传感数据与家庭网关进行双向互动，使得家庭网关能够成为智能家居控制中心节点，减化了智能家居部署的难度，降低了智能家居部署的成本。
文档编号H04W88/16GK202889381SQ20122052795
公开日2013年4月17日 申请日期2012年10月15日 优先权日2012年10月15日
发明者田广礼, 张涛, 张霖, 张园, 翁文杰, 敖浩 申请人:武汉兴火源科技有限责任公司