一种用于智能家居无线控制的系统及利用该系统的方法
【专利摘要】一种用于智能家居无线控制的系统，包括：嵌入式网关核心控制模块、家居应用子系统模块、GPRS模块和摄像头模块。本发明还提供一种利用用于智能家居无线控制的系统的方法。本发明提供的系统及方法将物联网系统的嵌入式技术、Zigbee无线通信技术以及智能家居控制的基本流程结合起来，通过云计算技术通过因特网络与云端的服务器进行连接，实现了中央控制系统的云端同步升级，实现人机界面软件的实时更新，在功耗、距离、稳定性等技术参数方面满足了普通家庭用户的需求，实现了智能家居系统的人性化及智能化功能。
【专利说明】一种用于智能家居无线控制的系统及利用该系统的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于智能家居无线控制的系统及利用该系统的方法，更具体地，涉及一种在电子信息物联网【技术领域】的可以实现家居设备的无线短距离和长距离远程交互控制的系统和方法，其可通过云计算实现系统一次性大范围更新升级的功能。
【背景技术】
[0002]智能家居是以住宅为平台，将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。传统的智能家居系统一般包含安防、灯光、影音、环境等模块，为了确保控制的稳定性，相关通信一般采用综合布线技术，将相关子模块进行有线连接，由中央控制器进行统一控制。该技术需要在原有的家庭网络中进行重新布局布线，不利于功能模块的增减，更无法进行大范围的系统软件升级。
[0003]目前，部分智能家居系统已经采用各种无线方式进行控制，但在功耗、距离、稳定性等技术参数方面仍需要满足普通家庭用户的需求。
[0004]此外，随着智能家居系统用户的不断增多和对功能要求的不断提高，由于现有的智能家居系统相对比较独立，无法实现智能集中统一升级和管理，使得控制软件的升级工作量很大。
【发明内容】
[0005]针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于智能家居无线控制的系统和利用该系统的方法。
[0006]为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下:
[0007]本发明的一方面，提供一种用于智能家居无线控制的系统，包括:嵌入式网关核心控制模块、家居应用子系统模块、GPRS模块和摄像头模块；其中，
[0008]所述嵌入式网关核心控制模块由ARM6410处理器控制，用于对各种网络数据进行分析、转换、转发和管理，以实现系统的全局控制和外部网络的远程控制；
[0009]所述嵌入式网关核心控制模块通过串口分别与GPRS模块和摄像头模块进行数据交互，并通过串口与协调器串口进行数据通信，再通过协调器建立的Zigbee网络与所述家居应用子系统模块通信，并通过因特网与PC机终端、手机终端和云端控制系统进行数据通?目。
[0010]进一步地,所述家居应用子系统模块包含家电子系统模块、安防子系统模块、环境子系统模块、照明子系统模块。
[0011]进一步地，所述嵌入式网关核心控制模块通过无线的ZigBee网络，完成对家电子系统模块、安防子系统模块、环境子系统模块、照明子系统模块的交互信息连接，用户通过所述嵌入式网关核心控制模块完成对家电子系统模块、安防子系统模块、环境子系统模块、照明子系统模块的统一管理和数据采集。
[0012]进一步地，所述嵌入式网关核心控制模块具有统一的家电联网接口，以完成家电设备的组网。
[0013]进一步地，所述家电子系统模块、安防子系统模块、环境子系统模块、照明子系统模块采用相同的核心板和底板的设计，并带有通用的传感器接口。
[0014]进一步地，所述核心板设计有zigbee cc2530射频单片机无线通信电路，使用ZSTACK协议栈软件进行开发，模块上电后自动组成无线传感网络，与嵌入式网关中的zigbee协调器组网连接，进行点播通信，网络中无大量数据冗余，并工作在睡眠低功耗模式。
[0015]进一步地，底板电路采用低功耗设计，由锂电池或外部5V电源供电，并且带有锂电池充电保护电路，锂电池充电控制芯片采用TP4056，并且每个底板上设有继电器执行机构，用于控制外部设备的开关。
[0016]进一步地，PC机终端、手机终端采用WEB控制的串口通信，其通过因特网访问ARM6410平台中的嵌入式WEB服务器，以实时管理和控制各个终端节点设备，实现智能家居远程控制管理。
[0017]本发明的另一方面，提供一种利用用于智能家居无线控制的系统的方法，包括如下步骤:
[0018]步骤1:提供一种根据上述权利要求1-8中任一项权利要求所述的用于智能家居无线控制的系统；
[0019]步骤2:在嵌入式网关核心控制模块的控制下，通过ZigBee协调器节点与家居应用子系统模块之间的耦合与互动，获取家居应用子系统模块的相关信息，并在之后将相关信息通过ZigBee协调器传送至嵌入式网关核心控制模块；
[0020]步骤3:嵌入式网关核心控制模块将控制指令通过ZigBee协调器转发到ZigBee终端执行节点，实现针对家居应用子系统模块的智能管理。
[0021]进一步地，在上述方法中，所述的家居应用子系统模块包含家电子系统模块、安防子系统模块、环境子系统模块、照明子系统模块。
[0022]与现有技术相比，本发明提供的系统和方法将物联网系统的嵌入式技术、Zigbee无线通信技术以及智能家居控制的基本流程结合起来，通过云计算技术通过因特网络与云端的服务器进行连接，实现了中央控制系统的云端同步升级，实现人机界面软件的实时更新，在功耗、距离、稳定性等技术参数方面满足了普通家庭用户的需求，实现了智能家居系统的人性化及智能化功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明的一种用于智能家居无线控制的系统的示意图；
[0024]图2为嵌入式网关核心控制模块的示意图；
[0025]图3为根据本发明的系统所采用的核心板的硬件电路图；
[0026]图4为根据本发明的系统所采用的底板的硬件电路图；
[0027]图5a_5f为根据本发明的系统的显示不同家居状态的示例性界面；
[0028]图6a_6b为根据本发明的系统实现智能家居远程控制管理的示例性界面。
【具体实施方式】
[0029]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例及附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0030]如图1所示，本实施例提供的一种用于智能家居无线控制的系统，包括:嵌入式网关核心控制模块(中央控制系统)、包含有家电子系统模块、安防子系统模块、环境子系统模块、照明子系统模块的家居应用子系统模块、GPRS模块和摄像头模块；其中，如图2所示，嵌入式网关核心控制模块由ARM6410处理器控制，用于对各种网络数据进行分析、转换、转发和管理，以实现系统的全局控制和外部网络的远程控制；所述嵌入式网关核心控制模块通过串口分别与GPRS模块和摄像头模块进行数据交互，并通过串口与协调器串口进行数据通信，再通过协调器建立的Zigbee网络与所述家电子系统模块、安防子系统模块、环境子系统模块、照明子系统模块通信，并通过因特网与PC机终端、手机终端和云端控制系统进行数据通信。
[0031]嵌入式网关核心控制模块是整个系统的核心，在远程可以用电脑或智能手持终端登录家居管理系统，查询家庭环境信息或控制家用设备，如当家里发生险情时系统第一时间向主人发送报警信息。
[0032]所述嵌入式网关核心控制模块通过无线的ZigBee网络通信方式，完成对家电子系统模块、安防子系统模块、环境子系统模块、照明子系统模块的交互信息连接，用户通过所述嵌入式网关核心控制模块完成对家电子系统模块、安防子系统模块、环境子系统模块、照明子系统模块的统一管理和数据采集。所述嵌入式网关核心控制模块具有统一的家电联网接口，以完成家电设备的组网。这样用户可以通过智能手机、电脑，完成对家中电视机、空调、加湿器等电器的状态查询和控制。
[0033]所述家电子系统模块、安防子系统模块、环境子系统模块、照明子系统模块采用相同的核心板和底板的设计，并带有通用的传感器接口，方便传感器的维护和升级。如图3所示，所述核心板设计有zigbee cc2530射频单片机无线通信电路，使用ZSTACK协议栈软件进行开发，模块上电后自动组成无线传感网络，与嵌入式网关中的zigbee协调器组网连接，进行点播通信，网络中无大量数据冗余，并工作在睡眠低功耗模式。如图4所示，底板电路采用低功耗设计，由锂电池或外部5V电源供电，并且带有锂电池充电保护电路，锂电池充电控制芯片采用TP4056，并且每个底板上设有继电器执行机构，用于控制外部设备的开关。
[0034]在上述系统中，远程PC机终端、手机终端采用WEB控制的串口通信，其通过因特网访问A觀6410平台中的嵌入式WEB服务器，以实时管理和控制各个终端节点设备，实现智能家居远程控制管理。
[0035]以下通过实施例提供利用本发明的系统的方法，本发明的更有利的细化也将通过以下实施例进行说明:
[0036]实施例1
[0037]环境监测
[0038]提供一种上述的用于智能家居无线控制的系统，其中，系统的嵌入式网关核心控制模块以固定的周期通过串口发送查询温湿度的指令给ZigBee协调器节点，再由ZigBee协调器节点转发给ZigBee温湿度采集终端节点，湿度采集节点接收ZigBee协调器发送过来的温湿度指令后，从温湿度传感器取得当前的温湿度信息，将其打包成协议格式的指令返回给ZigBee协调器节点，实现温湿度智能管理。界面如图5a所示。
[0039]实施例2
[0040]照明控制
[0041]提供一种上述的用于智能家居无线控制的系统，智能家居中带有光敏传感器的ZigBee终端节点周期性的采集当前环境的光照强度，当感知当前环境的光照强度发生改变时，系统的嵌入式网关核心控制模块需要将控制开关灯和开关窗帘的命令通过ZigBee协调器转发到ZigBee终端执行节点。例如，当前环境状态光照强度小于规定的阈值，则发送开灯指令给ZigBee协调器,如果大于规定的阈值，则发送关灯指令给ZigBee协调器,并最终转发至ZigBee灯光控制模块，实现灯光照明智能管理。界面如图5b所示。
[0042]实施例3
[0043]安防报警
[0044]提供一种上述的用于智能家居无线控制的系统，当带有烟雾浓度检测传感器的ZigBee节点检测到烟雾浓度大于阈值时，立即将数据信息通过ZigBee协调器传送至系统的嵌入式网关核心控制模块，以便执行视频监控模块的抓拍和短信报警。另外，热释红外传感检测部分包含热释红外传感器和Zigbee终端节点，其周期地采集房间内的人体红外数据，一旦有人闯入，则执行报警通知，并进行现场视频监控模块的抓拍和通过GPRS模块给用户发送报警短信问题，实现安防报警智能管理。界面如图5c_5f所示。
[0045]在上述实施例中，远程PC端和智能手机端(安卓系统)采用WEB控制的串口通信，在智能家居远程控制访问时，任何一台装有浏览器的PC机或者智能手机都可通过Internet网访问ARM6410平台中的嵌入式WEB服务器，以实时管理和控制各个终端节点设备，实现智能家居远程控制管理。界面运行如图6a-6b所示。
[0046]本系统通过云计算技术通过因特网络与云端的服务器进行连接，实现了中央控制系统的云端同步升级，实现人机界面软件的实时更新。
[0047]以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种用于智能家居无线控制的系统，其特征在于，包括:嵌入式网关核心控制模块、家居应用子系统模块、GPRS模块和摄像头模块；其中， 所述嵌入式网关核心控制模块由ARM6410处理器控制，用于对各种网络数据进行分析、转换、转发和管理，以实现系统的全局控制和外部网络的远程控制； 所述嵌入式网关核心控制模块通过串口分别与GPRS模块和摄像头模块进行数据交互，并通过串口与协调器串口进行数据通信，再通过协调器建立的Zigbee网络与所述家居应用子系统模块通信，并通过因特网与PC机终端、手机终端和云端控制系统进行数据通?目。
2.根据权利要求1所述的用于智能家居无线控制的系统，其特征在于，所述家居应用子系统模块包含家电子系统模块、安防子系统模块、环境子系统模块、照明子系统模块。
3.根据权利要求2所述的用于智能家居无线控制的系统，其特征在于，所述嵌入式网关核心控制模块通过无线的ZigBee网络，完成对家电子系统模块、安防子系统模块、环境子系统模块、照明子系统模块的交互信息连接，用户通过所述嵌入式网关核心控制模块完成对家电子系统模块、安防子系统模块、环境子系统模块、照明子系统模块的统一管理和数据米集。
4.根据权利要求2所述的用于智能家居无线控制的系统，其特征在于，所述嵌入式网关核心控制模块具有统一的家电联网接口，以完成家电设备的组网。
5.根据权利要求2所述的用于智能家居无线控制的系统，其特征在于，所述家电子系统模块、安防子系统模块、环境子系统模块、照明子系统模块采用相同的核心板和底板的设计，并带有通用的传感器接口。
6.根据权利要求5所述的用于智能家居无线控制的系统，其特征在于，所述核心板设计有zigbee cc2530射频单片机无线通信电路，使用ZSTACK协议栈软件进行开发，模块上电后自动组成无线传感网络，与嵌入式网关中的zigbee协调器组网连接，进行点播通信，网络中无大量数据冗余，并工作在睡眠低功耗模式。
7.根据权利要求1或5所述的用于智能家居无线控制的系统，其特征在于，底板电路采用低功耗设计，由锂电池或外部5V电源供电，并且带有锂电池充电保护电路，锂电池充电控制芯片采用ΤΡ4056，并且每个底板上设有继电器执行机构，用于控制外部设备的开关。
8.根据权利要求1所述的用于智能家居无线控制的系统，其特征在于，PC机终端、手机终端采用WEB控制的串口通信，其通过因特网访问ARM6410平台中的嵌入式WEB服务器，以实时管理和控制各个终端节点设备，实现智能家居远程控制管理。
9.一种利用用于智能家居无线控制的系统的方法，包括如下步骤: 步骤1:提供一种根据上述权利要求1-8中任一项权利要求所述的用于智能家居无线控制的系统； 步骤2:在嵌入式网关核心控制模块的控制下，通过ZigBee协调器节点与家居应用子系统模块之间的耦合与互动，获取家居应用子系统模块的相关信息，并在之后将相关信息通过ZigBee协调器传送至嵌入式网关核心控制模块； 步骤3:嵌入式网关核心控制模块将控制指令通过ZigBee协调器转发到ZigBee终端执行节点，实现针对家居应用子系统模块的智能管理。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的家居应用子系统模块包含家电子系统模块、安防子系统模块、环境子系统模块、照明子系统模块。
【文档编号】H04L12/28GK104135408SQ201410380247
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年8月5日 优先权日:2014年8月5日
【发明者】浦灵敏, 王浩, 陈邦琼, 胡宏梅, 程瑞龙, 张子瑜, 宋林桂 申请人:健雄职业技术学院