基于无线通信的智能车库门远程控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明提出一种基于无线通信的智能车库门远程控制系统，并设计产品车库精灵，结合了无线通信技术和自动控制技术，能够对普通的车库门进行蓝牙或WiFi远程控制，从而让用户通过一款应用来控制车库门的开启或者关闭。作品最大的创新点是通过手机、平板等移动终端取代了传统的车库门钥匙，进行无线远程控制。本作品设计巧妙，简单实用，有较高的扩展性和先进性。
【专利说明】基于无线通信的智能车库门远程控制系统
【技术领域】
[0001] 本发明属于物联网智能家居【技术领域】，具体涉及一种基于无线通信的智能车库门 远程控制系统。
【背景技术】
[0002] 随着社会的发展和进步，物质水平更是得到前所未有的提高，人们进一步开始关 注一种更为舒适、便捷和智能的生活方式和态度。近些年来，"物联网"概念已经广为人知， 并使人们努力追随和实现它。随之而来的是"智能家居"逐渐被用户接受以及其产品与技 术的百花齐放。其中之一是随着私家车的增多，车库门控制系统的需求量也越来越大。因 而得到人们的广泛重视，而如何确保车库门控制系统设计的有效性，使之在使用过程中安 全可靠、简单实用，把越来越多企业的目光吸引到对车库门控制系统的研究。
[0003] 目前的车库门电机，大多是通过遥控器或者墙壁开关进行控制，其中最为普通使 用的就是遥控器，这种控制方式是通过传统的433MHz数传射频技术。但这种涉及到实体 遥控钥匙，使用范围有限，会面临诸多问题，如使用车开到车库门附近后发现遥控器没有电 了、遥控器容易丢失或者落在家里、遥控钥匙使用433MHz的射频通道易受干扰、新配钥匙 需要找原厂购买，成本高等。
【发明内容】
[0004] 本发明是针对现有车库门开关的缺陷，提出一种基于无线通信的智能车库门远程 控制系统，该控制系统结合了无线通信技术和自动控制技术，能够对普通的车库门进行蓝 牙或WiFi远程控制，从而让用户通过一种应用来控制车库门的开启或者关闭。
[0005] 实现本发明的技术方案如下：
[0006] 一种基于无线通信的智能车库门远程控制系统，该系统包括
[0007] 车库精灵客户端，其设置于移动终端上，用于发送车库门的开或关命令；
[0008] 车库精灵盒子，用于在接收到客户端发送的开或关命令时，生成控制信号传输给 车库门电机控制板来控制电机的转动，实现车库门的开或关。
[0009] 进一步地，本发明所述发送车库门的开或关命令是通过移动终端上的蓝牙模块或 WiFi模块实现。
[0010] 进一步地，本发明所述车库精灵盒子包括蓝牙模块、WiFi模块、继电器模块及电压 转换模块；其中
[0011] 电压转换模块，用于将输入的电压转换后为蓝牙模块和WiFi模块供电；
[0012] 蓝牙模块采用CC2540芯片实现，用于接收车库精灵客户端发送的开或关命令，并 将其传输给继电器模块；
[0013] WiFi模块采用HF-A11X芯片实现，用于接收库精灵客户端发送的开或关命令，并 将其传输给继电器模块；
[0014] 继电器模块包括电阻R1、电阻R2、三极管Q1及继电器芯片，其中蓝牙模块的输出 端和WiFi模块的输出端分别通过电阻R1与三极管的基极相连，三极管的基极通过电阻R2 接地，三极管的发射极接地，同时将三极管的集电极与继电器芯片的输入端相连，继电器芯 片的常闭触点与公共端接入电机控制板，作为电机控制板的输入信号。
[0015] 有益效果：
[0016] 第一，本发明采用最先进的物联网无线通信技术（其中包括WiFi和蓝牙等）取代 了传统433MHz射频通信技术，克服了传统433MHz射频通信技术抗干扰能力弱、组网不变、 可靠性一般的诸多缺点。两种技术的结合可以使用户根据自身环境去选择更为方便的模 式，例如车库附件有可以使用的WiFi用户可以选择使用WiFi模式，没有的情况下选择使用 蓝牙模式。
[0017] 第二，本发明将车库精灵客户端设置于移动终端上，创新性地使用手机、平板电脑 等移动终端取代传统的按钮和遥控钥匙来控制车库门。随着智能手机功能的不断完善，以 及越来越多产品通过APP软件集成在智能手机上，目前人们已经习惯使用智能手机、平板 电脑来实现这些产品的功能，设置于移动终端上的车库精灵客户端来取代车库门钥匙也将 使用户使用起来十分方便；该发明涉及巧妙，简单实用，有较高的扩展性和先进性。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1.本发明车库精灵客户端示意图；
[0019] 图2.本发明车库精灵盒子不意图；
[0020] 图3.本发明总体设计方案的流程图；
[0021] 图4.本发明总体设计方案的示意图；
[0022] 图5.车库精灵盒子内部主要电路原理图；
[0023] 图6.为采用蓝牙模块通信的车库精灵盒子的内部结构示意图；
[0024] 图7.车库门电机运行速度期望曲线。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图对本发明作详细介绍。
[0026] 本发明总体设计思想：以一种全新的产品车库精灵来取代传统的车库门钥匙，通 过软件编程在ios/Android环境下开发出车库精灵客户端，设计带蓝牙或WiFi模块的车 库精灵盒子；将车库精灵客户端置于移动终端上，移动终端通过自带的蓝牙或WiFi与车库 精灵盒子的蓝牙或WiFi模块进行通信，发送开或关车库门的命令；车库精灵盒子的蓝牙或 WiFi模块接收到开或关命令后通过硬件电路处理，向车库门电机控制板发送其能处理的信 号（相似于当前开、关车库门的按键信号），实现对车库门电机的控制。
[0027] 如图3所示，本发明为一种基于无线通信的智能车库门远程控制系统，该系统包 括
[0028] 车库精灵客户端，其设置于移动终端上，用于发送车库门的开和关的命令；
[0029] 车库精灵盒子，用于在接收到客户端发送的开或关的命令时，生成控制信号并将 其传送给车库门电机控制板来控制电机的转动，实现车库门的开关。
[0030] 图1是本发明车库精灵客户端示意图，车库精灵客户端是指在手机、iPad等移动 终端的ios/Android等系统下开发的软件模块，其通过移动终端上自带的蓝牙或WiFi与车 库精灵盒子建立通信，采用两种通信方式中任一方式与车库精灵盒子连接时都需要匹配密 码，以保证系统的安全性。移动终端蓝牙或WiFi可以保存密码，自动连接来保证操作的便 利性。车库精灵盒子还提供密码修改功能，这样可以在一段时间后修改密码来确保只有自 己的家人可以自动连接。
[0031] 图2是本发明车库精灵盒子示意图，车库精灵盒子主要部件包括蓝牙通信模块、 WiFi通信模块、电源模块、电压转换模块和继电器模块。主要作用是通过蓝牙模块或者 WiFi模块与移动终端中的车库精灵客户端进行通信，接收车库精灵客户端发过来的开或关 车库门的命令，然后将命令转化为电压信号。由于其电压较小无法驱动电机控制电路，所以 需要继电器模块将微小的电压信号转换成高低电平信号来，然后将该信号送给车库电机控 制板，控制电机的转动来带动车库门的关和闭。
[0032] 图4分别是基于本发明无线通信的智能车库门远程控制系统的实现车库门打开 或关闭的流程图，包括以下步骤：
[0033] (1)首先在移动终端上打开车库精灵客户端，选择蓝牙或者WiFi通信模式，输入 密码（首次需要设置密码，保存后下次登录会自动连接），连接成功后，车库精灵客户端会 显示连接成功，即可发送开启或者关闭命令；
[0034] (2)车库精灵盒子的蓝牙通信模块或者WiFi通信模块接收到信号后，通过自身硬 件电路进行信号转换，将足够能驱动电机控制板的电压信号送给电机控制板；
[0035] (3)电机控制板要对电机的位置和速度进行平稳的控制，保证车库门开关平稳。本 发明所用的电机控制板可以是原有的墙壁或者遥控车库门的电机控制板，只需要稍作修改 就可以与车库精灵盒子进行连接，这样可以方便的实现原有车库门的改造，节约用户的成 本。
[0036] 图5是车库精灵盒子内部主要的示意图，包括蓝牙模块、WiFi模块、继电器模块及 电压转换模块；其中
[0037] 电压转换模块，用于将输入的电压转换后为蓝牙模块和WiFi模块供电；
[0038] 蓝牙模块采用CC2540芯片实现，用于接收车库精灵客户端发送的开或关命令，并 将其传输给继电器模块；
[0039] WiFi模块采用HF-A11X芯片实现，用于接收库精灵客户端发送的开或关命令，并 将其传输给继电器模块；
[0040] 继电器模块包括电阻R1、电阻R2、三极管Q1及继电器芯片，其中蓝牙模块的输出 端和WiFi模块的输出端分别通过电阻R1与三极管的基极相连，三极管的基极通过电阻R2 接地，三极管的发射极接地，同时将三极管的集电极与继电器芯片的输入端相连，继电器芯 片的常闭触点与公共端接入电机控制板，作为电机控制板的输入信号。
[0041] 实例
[0042] 如图6所示，以蓝牙模块进行通信为例：
[0043] 本实施例中，蓝牙CC2540芯片的内置天线接收命令信号，其外围的RC电路起到滤 波的作用，外围的晶振为CC2540芯片提供内部时钟频率。电压转换模块采用1117芯片，其 输入为5V的电压，经过内部电压转换成3. 3V的电压信号，将其引脚V0与CC2540芯片的 所有VDD引脚相连，提供CC2540芯片的工作电压。另外，将CC2540芯片的Pl_2引脚与一 个三极管相连，三极管Q1可视为控制开关，当三极管的基极被输入高电平时，三极管饱和 导通，集电极变为低电平，继电器线圈通电，触点吸合，当三极管的基极被输入低电平时，三 极管截止，集电极变为高电平，继电器线圈断电，触点断开。并将继电器芯片的常闭触点和 公共端作为输出端。图6中，蓝牙CC2540芯片的工作电压为2. OV-3. 6V，所以加一个1117 芯片进行电压转换，而继电器芯片和1117芯片的工作电压均可定在5V，可以通过变压器将 220V电压转变为5V的电压。该电路图的工作原理简述为：因为蓝牙CC2540芯片是一个可 编程的蓝牙模块，所以通过预先写入程序将Pl_2引脚作为输出引脚，根据接收到的客户端 的开关命令输出高低电平到三极管，三极管Q1可视为控制开关来控制继电器的常闭、常开 触点，并将常闭触点与公共端接入电机控制板，作为其输入信号。
[0044] 本发明蓝牙模块是基于TI公司CC2540芯片研发的低功耗蓝牙射频模块，是一款 高性能物联网无线收发器，可广泛应用于各种场合的短距离物联网无线通信领域。该模块 特别适合运用于基于蓝牙4. 0中低功耗蓝牙的电子产品，能提高操作的可靠性；提高信号 的传输距离和抗干扰性；使信号传递不受障碍物影响；还能实现解决不同电子产品间的互 操作问题，电池寿命也可显著延长。而蓝牙4. 0是2012年最新蓝牙版本，是3. 0的升级版 本，较3. 0版本蓝牙4. 0最重要的特性是省电，极低的运行和待机功耗可以使一粒纽扣电池 连续工作数年之久。此外，低成本和跨厂商互操作性，3毫秒低延迟、AES-128加密等诸多特 色，并已经走向了商用，在最新款的 Xperia Z、Galaxy S3、S4、Note2、iPhone5、iPhone4S、 魅族]\1)(3、！11'(]〇116父、小米手机2、1116他￥1?3(1、1?3(14、]\^〇13〇〇1^六;[1'、]\^(313〇〇1^?1'〇以及 台商ACER AS3951系列/Getway NV57系列，ASUS UX21/31三星NOTE系列上都已应用了蓝 牙4. 0技术。
[0045] 本发明WiFi通信模块使用HF-A11X模块作为AP，移动终端可以支持连接到 HF-A11X模块上，通过无线网络控制用户设备。该模块同样是一个可编程的WiFi模块，通过 预先写入程序将Pin2引脚作为输出引脚，根据接收到的客户端的开关命令输出高低电平 到继电器模块。用于驱动继电器常闭、常开触点，并将常闭触点与公共端接入电机控制板， 作为其输入信号，其功能作用与上述的蓝牙模块相同。
[0046] 图7是车库门电机运行速度期望曲线，分为四个段：加速段、平稳段、减速1段以及 减速2段。在加速段，期望电机速度能够快速响应，但同时要控制超调，防止失控（即系统的 不稳定）；在平稳段，要求电机运行速度平稳，考虑的是系统的稳态性能以及其鲁棒性；减 速段分为减速1段和减速2段，来减少电机受到的负载冲击，另一方面保证门的快速开闭。
[0047] 电机控制板要使保证车库门系统良好的运行，须保证车库门开关平稳，减小电机 所受的负载冲击，提高系统的可靠性，延长设备寿命。车库门开关的平稳性能主要体现在对 电机速度的控制上。
[0048] 综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种基于无线通信的智能车库门远程控制系统，其特征在于，该系统包括 车库精灵客户端，其设置于移动终端上，用于发送车库门的开或关命令； 车库精灵盒子，用于在接收到客户端发送的开或关命令时，生成控制信号传输给车库 门电机控制板来控制电机的转动，实现车库门的开或关。
2. 根据权利要求1所述基于无线通信的智能车库远程控制系统，其特征在于，所述发 送车库门的开或关命令是通过移动终端上的蓝牙模块或WiFi模块实现。
3. 根据权利要求2所述基于无线通信的智能车库远程控制系统，其特征在于，所述车 库精灵盒子包括蓝牙模块、WiFi模块、继电器模块及电压转换模块；其中 电压转换模块，用于将输入的电压转换后为蓝牙模块和WiFi模块供电； 蓝牙模块采用CC2540芯片实现，用于接收车库精灵客户端发送的开或关命令，并将其 传输给继电器模块； WiFi模块采用HF-A11X芯片实现，用于接收库精灵客户端发送的开或关命令，并将其 传输给继电器模块； 继电器模块包括电阻R1、电阻R2、三极管Q1及继电器芯片，其中蓝牙模块的输出端和 WiFi模块的输出端分别通过电阻R1与三极管的基极相连，三极管的基极通过电阻R2接地， 三极管的发射极接地，同时将三极管的集电极与继电器芯片的输入端相连，继电器芯片的 常闭触点与公共端接入电机控制板，作为电机控制板的输入信号。
【文档编号】G05B19/418GK104142665SQ201410350101
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2014年7月22日
【发明者】夏元清, 徐培友, 董建军, 孙中奇, 詹玉峰, 蒲钒, 柴森春 申请人:北京理工大学