专利名称：基于can总线的智能家居监控方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及数字家庭及智能家居技术领域，尤其涉及一种基于CAN总线的智能家居监控方法及装置。
背景技术：
随着经济的发展，生活水平的提高，人们对智能家居的要求与日俱增。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，还能提供舒适安全、高效节能、具有高度人性化的生活空间。家居环境监控的主要功能包括家用电器的控制和家居环境的监测，用户需要通过远程终端准确掌握家居状况，并跟据实际情况采取相应的控制，这要求家居监控系统要有较高的可靠性和实时性。而与一般的现场总线相比，CAN总线具有突出的可靠性、实时性和灵活性的特点。 其应用范围已不再局限于汽车行业，而向自动化、机器人、数控机床、机械工业、智能大厦、 小区安防、环境监测、航空航天及传感器等领域发展。CAN总线的检错机制完善，报文长度短，抗干扰能力强，传输速率高。各节点工作在多主机方式下，发生故障时与其他节点之间
互不影响。因此，人们希望能将CAN总线技术应用到智能家居监控系统中。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于CAN总线的智能家居监控方法及装置， 实现更可靠和实用的监控。本发明的目的通过以下技术方案予以实现本发明提供一种基于CAN总线的智能家居监控装置包括CAN总线控制器，还包括用于承担连接互联网，对接收到的模块信息进行传输和发送数据的ARM通信总机；用于接收家电控制模块、家庭环境监测模块、门窗状态检测模块信息的智能节占.
^ \\\ 用于对家电使用情况监控的家电控制模块；用于对温度传感器和湿度传感器等家庭环境监测的家庭环境监测模块；用于对门磁、红外、热释电等门窗状态监控的门窗状态检测模块；用于给各模块和单片机处理器供给合适电压的变压器。可选的，所述家电控制模块、家庭环境监测模块、门窗状态检测模块分别通过智能节点连接到单片机控制器，变压器连接到家用电源上。可选的，所述装置采用ARM处理器作为互联网的接入终端。可选的，各个模块通过智能节点连接到CAN总线上，本发明提供一种基于CAN总线的智能家居监控方法，包括以下步骤
1)家电控制模块、家庭环境监测模块和门窗状态检测模块通过智能节点连接到 CAN总线上，单片机处理器控制总线驱动器驱动总线上的各智能节点收集各模块信息；2)总线驱动器驱动CAN控制器连接的各智能节点收集家电控制模块、家庭环境监测模块信息，将现场实时数据传送给通信总机；3)通信总机通过内部网络接口将接收到的数据通过互联网传送到显示到用户登录平台；4)用户发送控制指令由互联网传送给通信总机，通信总机收到命令后传达相应操作指令给单片机控制器，总线上的各智能节点根据接收到的指令对家电控制模块、家庭环境监测模块和门窗状态检测模块进行操作。可选的，步骤1)中CAN协议用串行通信协议，总线上的位信号以差分信号的形式传输，显性位表示“0”，隐性位表示“ 1 ”。上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果(1)本发明系统采用CAN总线作为各节点间的通信机制，大大降低系统的功耗，经济性好。(2)节点与嵌入式系统相连实现远程控制的功能。用户可以通过电脑或手机终端实时了解家居状况，实用性强。(3)用户只需到指定登录平台，就可以了解到家居和环境监测的最新状况。(4)用户可发送控制指令对家电控制模块、家庭环境监测模块和门窗状态检测模块进行操作，达到用户远程监控的目的。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1是本发明装置实施例的结构组成框图；图2是本发明家电控制模块的工作原理框图；图3是本发明家庭环境监测模块的工作原理框图；图4是本发明门窗状态检测模块的工作原理框图；图5是本发明通信总机的工作原理框图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。本发明提供一种基于CAN总线的智能家居监控方法及装置，实现更可靠和实用的监控。本发明方法包括以下两种功能一是通过CAN总线对家用电器的远程控制，二是通过CAN总线对家居环境的远程监测。本发明装置，包括有通信总机、智能节点、CAN总线、 单片机控制器、家电控制模块、家庭环境监测模块、门窗状态检测模块。本发明通过软硬件结合，构造了一个安全、可靠、高实用性的远程家居状况掌握与控制系统。用户通过远程终端准确掌握家居状况，并跟据实际情况采取相应的控制，确保家庭与外部保持信息交流畅通的同时优化了户的生活方式，满足实时、可靠性的要求。采用CAN总线作为各节点间的通信机制，数据速率高，传输距离远，抗干扰能力强，具有较强的检错和容错能力。相比目前市场上家居安全系统产品单一、质量参差不齐、缺乏系统性的状况，本系统将家居环境监测模块、家电控制模块与CAN总线标准件化，使得在完整性以及实用性上均有较大优势，打破了目前市场上只能实现一个家庭的家居安全管理的模式，实现了小区化的家居安全管理。图1 图5所示为本发明的实施例。图1是本发明装置实施例的结构组成框图； 图2是本发明家电控制模块的工作原理框图；图3是本发明家庭环境监测模块的工作原理框图；图4是本发明门窗状态检测模块的工作原理框图；图5是本发明通信总机的工作原理框图如图1所示，本实施例一种基于CAN总线的智能家居监控装置，包括具有CAN总线控制器，此外还包括用于承担连接互联网，对接收到的模块信息进行传输和发送数据的ARM通信总机；用于接收家电控制模块、家庭环境监测模块、门窗状态检测模块信息的智能节占.
^ \\\ 用于对电灯、风扇、冰箱等家电使用情况监控的家电控制模块；用于对温度传感器和湿度传感器等家庭环境监测的家庭环境监测模块；用于对门磁、红外、热释电等门窗状态监控的门窗状态检测模块；用于集成电路图和各个部件的标准件；用于给各模块和单片机处理器供给合适电压的变压器。其中家电控制模块、家庭环境监测模块、门窗状态检测模块分别通过智能节点连接到单片机控制器，变压器连接到家用电源上。CAN总线作为一封闭性的系统，并不需要负责系统的安全、产生用户接口的数据， 以及监控网络的登入等动作，各智能节点工作在多主机方式下，发生故障时与其他节点之间互不影响。采用ARM处理器(嵌入式系统)作为互联网的接入终端。c52可通过串口与ARM 处理器之间进行通信，从而使嵌入式系统成为总线上的一个节点并承担起连接互联网和监控系统的作用，实现对家电控制模块、家庭环境监测模块、门窗状态检测模块远程控制的功能。如图2所示，本实施例对家电使用状况进行检测，包括以下步骤 (1)家电控制模块是利用继电器控制供电线路的通断从而控制电灯或家用电器的开关。(2)控制方式支持手动按钮控制和远程控制。(3)使用高耐压、大电流达林顿管ULN2003作为继电器的驱动器，ULN2003内部集成了抵消线圈反电动势的二极管，可直接驱动继电器。
(4)在5V的工作电压下能同时直接驱动7个继电器。在c52与驱动器之间采用了光耦隔离以保护处理器。具体的本发明提供的一种基于CAN总线的智能家居监控的方法，各个模块通过智能节点连接到CAN总线上，不但可以实现各个节点间状态信息的互通与节点间的联动，而且还可以将各状态信息汇总并通过通信主机送往远程用户端，用户通过远程终端掌握家居状况和环境监测的最新状况，并跟据实际情况采取相应的控制，包括以下步骤a.家电控制模块、家庭环境监测模块和门窗状态检测模块通过智能节点连接到 CAN总线上，单片机处理器控制TJA1050总线驱动器驱动总线上的各智能节点收集各模块 fn息οb. TJA1050总线驱动器驱动CAN控制器SJA1000连接的各智能节点收集家电控制模块、家庭环境监测模块信息，将现场实时数据传送给通信总机。c.通信总机通过内部网络接口将接收到的数据通过互联网传送到显示到用户登录平台，用户了解到家居和环境监测的最新状况。d.用户发送控制指令由互联网传送给通信总机，通信总机收到命令后传达相应操作指令给单片机控制器，总线上的各智能节点根据接收到的指令对家电控制模块、家庭环境监测模块和门窗状态检测模块进行操作，达到用户远程的目的。步骤a中CAN协议是参考IS0/0SI的7层协议模式而做定义的，用串行通信协议， 总线上的位信号以差分信号的形式传输，显性位表示“0”，隐性位表示“ 1 ”。步骤b中TJA1050总线驱动器是CAN控制器和物理线路之间的连接部分，提供差动发送和接收的功能，数据速率最高可达1Mbps，具有较高的抗电磁干扰能力、过流保护能力和过热保护能力。步骤c中采用ARM处理器(嵌入式系统)作为互联网的接入终端，c52通过串口与ARM处理器之间进行数据交换.，然后通过内部网络接口将接收到的数据通过互联网传送到显示到用户登录平台。上述采用家庭环境监测模块，对家电使用状况进行检测，包括以下步骤(1)采用DHTll电阻式数字温湿传感器采集温湿状态。(2)该传感器应用温湿传感技术与数字模块采集技术，对采集得到的模拟信号进行编码和校正。(3)湿度测量的精度士5% HR、温度测量的精度为士2°C。湿度测量范围为20RH 90RH，温度测量范围为0度 50度。上述测量结果通过单总线的串行接口输出，由单片机获取数据上述方法是针对基于CAN总线的智能节点情况而言的，CAN智能节点以单片机c52 作为处理器，SJAl000CAN控制器支持CAN2. OA和CAN2. OB协议，可工作在BaseCAN模式或 PeliCAN模式。该芯片具有8位并行接口，可以与处理器相连，通过处理器访问芯片的内部寄存器，可以设置它的工作方式，获得它的工作状态，控制数据的发送和接收。处理器通过读取SJA1000的中断寄存器识别中断事件并作出相应的处理，中断方式有利于实现系统的实时性。利用CAN控制器的中断提示功能，处理器c52在对控制器初始化后可处于等待状态，当有中断事件发生时，通过查询中断寄存器判别中断类型并作出相应的处理。本节点采用查询方式发送报文，即发送数据后不产生中断。家电控制模块、门窗状态异常检测模块、 家居环境监测模块通过智能节点连接到CAN总线上，不但可以实现各个节点间状态信息的互通与节点间的联动，而且还可以将各状态信息汇总并通过通信主机送往远程用户端，实现远程控制。本发明方法对CAN总线的智能家居监控时，所述步骤a中用户将各监测模块接入节点后接通电源，按下开关按钮，工作指示灯亮，表示装置开始正常工作。此外，本发明利用门窗状态异常检测模块，对门窗状态异常进行检测，包括以下步骤(1)模块由门磁、实时时钟PCF8563、数码管、按键组成。(2)门窗状态的检测通过单片机对门磁信号的检测来实现。(3)门磁采用霍尔开关A44E，霍尔开关的内部集成了稳压器，霍尔传感器，差分放大器，施密特触发器和集电极开路的开关三极管。其输出信号作为c52的中断触发信号从 INTl引脚输入。此是通过单片机对门磁信号的检测来实现的。模块由门磁、实时时钟PCF8563、数码管、按键组成。门磁采用霍尔开关A44E，其输出信号作为c52的中断触发信号从INTl引脚输入。霍尔开关的内部集成了稳压器，霍尔传感器，差分放大器，施密特触发器和集电极开路的开关三极管。霍尔传感器根据磁场的强弱产生相应的霍尔电动势，当霍尔电动势达到一定的阈值时，施密特触发器的输出电平发生跳变，使开关三极管的输出电平翻转。由于在远离磁场时，其输出信号由低电平变成高电平，而处理器的中断触发模式通常为下降沿触发，因此传感器的输出端需要接三极管使输出信号在传感器远离磁场时由高电平跳变为低电平。在磁场减弱时，即门窗被打开时，处理器响应中断，记录发生异常的时间并一直检测门磁状态。本发明方法对CAN总线的智能家居监控时，所述步骤(1)中模块由门磁、实时时钟 PCF8563、数码管、按键组成，实现了标准件化。本发明采用传输数据结构简单，性能价格比高，实时性和可靠性高的CAN总线来满足对家居安全监控的监测，具体通过以下技术方案予以实现本发明使用检错机制完善，报文长度短，抗干扰能力强，传输速率高的CAN总线， 各节点工作在多主机方式下，发生故障时与其他节点之间互不影响。CAN总线作为一封闭性的系统，并不需要负责系统的安全、产生用户接口的数据，以及监控网络的登入等动作，因此只涉及了实体层和数据链接层的定义。具体通过以下技术方案予以实现(1)实体层负责的是网络中节点与节点之间的连结，以及在铜线、同轴缆线、光纤， 甚至是无线信号的实际电性脉冲传送。(2)传送器的实体层会把从数据链接层来的数据转换为电子信息，再传送出去； 在接收端，实体层将这些电子信息传换为数据格式，再传送到数据链接层。(3)理论上，每个CAN总线最多可连结2032个节点，但受限于收发器的功能，实际运用上最多大约可连结100个节点，而在一般的运用上则大约是连结3 10个节点。(4) CAN数据链接层实现总线仲裁，其目的在于建立数据信框封包，在信框内包含数据和控制数据。(5)数据链接层的主要功能之一，就是当系统中出现两个信号同时想使用网络中的相同资源时，如何防止冲突的发生。这就是所谓MAC (Medium Access Control)功能。在 CAN协议中，MAC功能会让具有最高优先权的数据信框优先使用总线的网络资源，此机制对于网络效能的影响很大。本发明装置时通过软硬件结合，构造了一个安全、可靠、高实用性的远程家居状况掌握与控制系统。相比目前市场上家居安全系统产品单一、质量参差不齐、缺乏系统性的状况，本系统将家居环境监测模块、家电控制模块与CAN总线标准件化，使得在完整性以及实用性上均有较大优势。用户通过远程终端准确掌握家居状况，并跟据实际情况采取相应的控制，确保家庭与外部保持信息交流畅通的同时优化了户的生活方式，满足实时、可靠性的要求。为进一步配更好地通过CAN总线的智能家居监控，本发明装置还包括用于将实时数据交换并承担起连接互联网和监控系统的作用的通信总机。用于对家居环境监测的家电控制模块、家庭环境监测模块、门窗状态检测模块。上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果(1)本发明系统采用CAN总线作为各节点间的通信机制，大大降低系统的功耗，经济性好。(2)节点与嵌入式系统相连实现远程控制的功能。用户可以通过电脑或手机终端实时了解家居状况，实用性强。(3)用户只需到指定登录平台，就可以了解到家居和环境监测的最新状况。(4)用户可发送控制指令对家电控制模块、家庭环境监测模块和门窗状态检测模块进行操作，达到用户远程监控的目的。以上对本发明实施例所提供的一种基于CAN总线的智能家居监控方法及装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.一种基于CAN总线的智能家居监控装置，其特征在于 包括CAN总线控制器，还包括用于承担连接互联网，对接收到的模块信息进行传输和发送数据的ARM通信总机； 用于接收家电控制模块、家庭环境监测模块、门窗状态检测模块信息的智能节点； 用于对家电使用情况监控的家电控制模块；用于对温度传感器和湿度传感器等家庭环境监测的家庭环境监测模块； 用于对门磁、红外、热释电等门窗状态监控的门窗状态检测模块； 用于给各模块和单片机处理器供给合适电压的变压器。
2.根据权利要求1所述的基于CAN总线的智能家居监控装置，其特征在于所述家电控制模块、家庭环境监测模块、门窗状态检测模块分别通过智能节点连接到单片机控制器，变压器连接到家用电源上。
3.根据权利要求1或2所述的基于CAN总线的智能家居监控装置，其特征在于 所述装置采用ARM处理器作为互联网的接入终端。
4.根据权利要求1或2所述的基于CAN总线的智能家居监控装置，其特征在于 各个模块通过智能节点连接到CAN总线上，
5.一种基于CAN总线的智能家居监控方法，其特征在于，包括以下步骤1)家电控制模块、家庭环境监测模块和门窗状态检测模块通过智能节点连接到CAN总线上，单片机处理器控制总线驱动器驱动总线上的各智能节点收集各模块信息；2)总线驱动器驱动CAN控制器连接的各智能节点收集家电控制模块、家庭环境监测模块信息，将现场实时数据传送给通信总机；3)通信总机通过内部网络接口将接收到的数据通过互联网传送到显示到用户登录平台；4)用户发送控制指令由互联网传送给通信总机，通信总机收到命令后传达相应操作指令给单片机控制器，总线上的各智能节点根据接收到的指令对家电控制模块、家庭环境监测模块和门窗状态检测模块进行操作。
6.根据权利要求5所述的基于CAN总线的智能家居监控方法，其特征在于步骤1)中CAN协议用串行通信协议，总线上的位信号以差分信号的形式传输，显性位表示“0”，隐性位表示“1”。
全文摘要
本发明公开一种基于CAN总线的智能家居监控方法及装置。该装置包括CAN总线控制器，还包括用于承担连接互联网，对接收到的模块信息进行传输和发送数据的ARM通信总机；用于接收家电控制模块、家庭环境监测模块、门窗状态检测模块信息的智能节点；用于对家电使用情况监控的家电控制模块；用于对温度传感器和湿度传感器等家庭环境监测的家庭环境监测模块；用于对门磁、红外、热释电等门窗状态监控的门窗状态检测模块；用于给各模块和单片机处理器供给合适电压的变压器。本发明系统采用CAN总线作为各节点间的通信机制，能大大降低系统的功耗，经济性好，实现远程控制的功能，实用性强。
文档编号G05B19/418GK102331764SQ20111022148
公开日2012年1月25日 申请日期2011年8月3日 优先权日2011年8月3日
发明者刘海亮, 杨艾琳, 罗笑南 申请人:中山大学深圳研究院