專利名稱：基于Internet和ZigBee的智能家居控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于智能家居控制技術(shù)領(lǐng)域,具體指一種基于Internet和ZigBee的智能家居控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著科技的發(fā)展和生活質(zhì)量的提高，人們越來越追求家庭生活現(xiàn)代化、居住環(huán)境舒適化、安全化等，即家居智能化。目前國內(nèi)外提出了“智慧城市”、“智能家居”、“智能小區(qū)”的概念和開發(fā)了相關(guān)產(chǎn)品，同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)也推動了智能家居系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用，家居智能化正在逐漸成為現(xiàn)實(shí)。傳統(tǒng)的家居系統(tǒng)多采用有線的方式進(jìn)行組建，這會存在布線繁瑣、工程量大、影響美觀、系統(tǒng)的擴(kuò)展性差、維護(hù)不方便等缺點(diǎn)。在智能家居系統(tǒng)中，采用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以提供更大的靈活性、流動性，更符合家庭網(wǎng)絡(luò)簡潔性、靈活性、模塊化、擴(kuò)展性及獨(dú)立性的通信特點(diǎn)，將無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于家庭網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為主流趨勢。從現(xiàn)今的應(yīng)用來看，每一種無線技術(shù)都有自己的一些特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中，低速率、低成本的無線通信在自動控制、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、家居自動化等諸多更貼近日常生活的領(lǐng)域具有廣泛的市場。ZigBee是一種新興的近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，工作在2.4GHz和868/928MHZ頻段，相對藍(lán)牙、紅外，ZigBee技術(shù)組網(wǎng)簡單靈活、形式多樣，且具有帶有路由的自組網(wǎng)功能，非常適合有大量終端設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸量小且成本要求低的家庭網(wǎng)絡(luò)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于Internet和ZigBee技術(shù)的智能家居控制系統(tǒng)，能夠省去家庭內(nèi)布線的繁瑣，提高系統(tǒng)的靈活性，將家庭中許多相對獨(dú)立的設(shè)備構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)，方便對各種設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的控制和管理，并且，通過家庭網(wǎng)關(guān)將家庭內(nèi)網(wǎng)與Internet連接,實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:一種基于Internet和ZigBee的智能家居控制系統(tǒng)，由家庭網(wǎng)關(guān)和若干個(gè)基于ZigBee技術(shù)的無線通信終端組成，其特征在于所述的家庭網(wǎng)關(guān)采用32位ARM芯片作為核心處理器，具有顯示、操作和數(shù)據(jù)傳送功能，通過ZigBee模塊與家庭中的ZigBee無線通信終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，控制電燈的開關(guān)和亮度，控制窗簾、煙霧煤氣報(bào)警器的開關(guān)，控制人員入侵布防/撤防等；與Internet網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，當(dāng)有人員入侵或室內(nèi)環(huán)境異常，自動向用戶和管理中心報(bào)警；與小區(qū)總線連接，通過液晶屏顯示小區(qū)通知；與家庭內(nèi)部PC連接，實(shí)現(xiàn)家用PC對整個(gè)系統(tǒng)的控制。所述的ZigBee無線通信終端節(jié)點(diǎn)包括人體紅外探測終端、煙霧探測終端、煤氣探測終端、溫度采集終端、窗簾控制終端、燈光控制終端和按鍵遙控終端。所述的基于Internet和ZigBee的智能家居控制系統(tǒng)中所述的家庭網(wǎng)關(guān)包括以下幾個(gè)部分:核心控制器:采用32位ARM微處理器；ZigBee協(xié)調(diào)器即ZigBee模塊:與家庭中的無線通信終端進(jìn)行組網(wǎng)和通信；以太網(wǎng)通信模塊:連接網(wǎng)絡(luò)路由器，實(shí)現(xiàn)PC對整個(gè)系統(tǒng)的控制；485通信模塊:連接小區(qū)總線，與小區(qū)管理中心通信；顯示模塊:利用液晶屏顯示小區(qū)通知、系統(tǒng)各部分工作狀況及數(shù)據(jù)；控制按鍵模塊:特殊情況下系統(tǒng)的手動控制。所述的基于Internet和ZigBee的智能家居控制系統(tǒng)中所述的人體紅外探測終端、煙霧探測終端、煤氣探測終端包括四個(gè)部分=ZigBee模塊、傳感器、A/D轉(zhuǎn)換電路。監(jiān)測到異常時(shí)，自動報(bào)警，通過ZigBee模塊將環(huán)境信息傳送至用戶和控制中心。所述的基于Internet和ZigBee的智能家居控制系統(tǒng)中所述的溫度采集終端包括ZigBee模塊和傳感器。傳感器采集室內(nèi)溫度，經(jīng)ZigBee模塊傳送至網(wǎng)關(guān)，經(jīng)液晶屏實(shí)時(shí)顯示。所述的基于Internet和ZigBee的智能家居控制系統(tǒng)中所述的窗簾控制終端、燈光控制終端由ZigBee模塊和電機(jī)、燈光驅(qū)動電路組成，采用PWM控制方式實(shí)現(xiàn)電燈亮度和電機(jī)轉(zhuǎn)速控制。所述的基于Internet和ZigBee的智能家居控制系統(tǒng)中所述的按鍵遙控終端包括ZigBee模塊、顯示屏和控制按鍵，按鍵控制信號通過ZigBee模塊發(fā)送出去，網(wǎng)關(guān)接收到控制信號并分析處理后發(fā)送到指定的家居設(shè)備上，反饋回來的設(shè)備狀態(tài)在液晶屏上顯示。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步:在家居中，采用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組網(wǎng)為系統(tǒng)提供更大的靈活性、流動性，更符合家庭網(wǎng)絡(luò)簡潔性、靈活性、模塊化、擴(kuò)展性及獨(dú)立性的通信特點(diǎn)，融合成熟的以太網(wǎng)技術(shù)，將家居設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能化監(jiān)控和管理，具有很強(qiáng)的實(shí)用和推廣價(jià)值


圖1基于Internet和ZigBee的智能家居控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2家庭網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)圖。圖3 ZigBee終端節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖。圖4 Ethernet通訊模塊電路原理圖。圖5 RS485通訊模塊電路原理圖。圖6液晶顯不|旲塊接口電路。圖7 ZigBee模塊電路原理圖。圖8報(bào)警器電路原理圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一:
參見圖1、2，基于Internet和ZigBee的智能家居控制系統(tǒng)由家庭網(wǎng)(I)和若干個(gè)基于ZigBee技術(shù)的無線通信終端節(jié)點(diǎn)組成，所述的家庭網(wǎng)關(guān)采用32位ARM芯片作為核心處理器，具有顯示、操作和數(shù)據(jù)傳送功能，通過ZigBee模塊與家庭中的ZigBee無線通信終端進(jìn)行通信，控制電燈的開關(guān)和亮度，控制窗簾、煙霧煤氣報(bào)警器的開關(guān)，控制人員入侵布防/撤防等；與Internet網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，當(dāng)有人員入侵或室內(nèi)環(huán)境異常，自動向用戶和管理中心報(bào)警；與小區(qū)總線連接，通過液晶屏顯示小區(qū)通知；與家庭內(nèi)部PC連接，實(shí)現(xiàn)家用PC對整個(gè)系統(tǒng)的控制。所述的ZigBee無線通信終端包括人體紅外探測終端(2)、煙霧探測終端(3)、煤氣探測終端(4)、溫度采集終端(5)、窗簾控制終端￠)、燈光控制終端(7)和按鍵遙控終端(8)。實(shí)施例二:本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處如下:
所述家庭網(wǎng)關(guān)(I)包括以下幾個(gè)部分:核心控制器(11):采用32位ARM微處理器，聯(lián)接并控制以下各模塊:ZigBee協(xié)調(diào)器即ZigBee模塊(14):與家庭中的無線通信終端進(jìn)行組網(wǎng)和通信；Ethernet模塊(12):連接網(wǎng)絡(luò)路由器，實(shí)現(xiàn)PC對整個(gè)系統(tǒng)的控制；RS485模塊(13):連接小區(qū)總線，與小區(qū)管理中心通信；顯示模塊(15):利用液晶屏顯示小區(qū)通知、系統(tǒng)各部分工作狀況及數(shù)據(jù)；控制按鍵模塊(16):特殊情況下系統(tǒng)的手動控制；報(bào)警器
(17):監(jiān)測對象異常報(bào)警。家庭網(wǎng)關(guān)⑴的核心控制器(11)采用ST公司生產(chǎn)的具有5個(gè)USART接口、3個(gè)SPI端口、2個(gè)IIC接口以及以太網(wǎng)10/100MAC模塊的微處理器ARM芯片STM32F107VCT6。見附圖4，家庭網(wǎng)關(guān)⑴的Ethernet通訊模塊(12)采用高性價(jià)比的DM916IAEP作為10M/100M以太網(wǎng)PHY芯片，采用M II接口與處理器STM32F107VCT6內(nèi)部的IEEE1588 MAC連接，標(biāo)準(zhǔn)RJ45接口。見附圖5，家庭網(wǎng)關(guān)⑴的RS485通訊模塊(13)采用MAX485芯片與處理器串口通訊引腳連接，完成電平轉(zhuǎn)換。見附圖6，家庭網(wǎng)關(guān)⑴的液晶顯示模塊(15)采用3.2寸TFT觸摸液晶屏，32針液晶顯示接口，通過SPI總線與處理器連接。見附圖7，ZigBee模塊(14)采用CC2430芯片，融合MSSTATE_LRWPAN協(xié)議實(shí)現(xiàn)無線組網(wǎng)和通信。在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有兩種地址模式:64位的IEEE MAC長地址和16位短地址，可以通過任一地址實(shí)現(xiàn)對指定節(jié)點(diǎn)的控制。IEEE MAC地址由IEEE組織進(jìn)行分配，用于設(shè)備的 唯一標(biāo)識；16位短地址用于本地網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備標(biāo)識。如果是處于不同的網(wǎng)絡(luò)中，有可能具有相同的短地址。當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，由它的父節(jié)點(diǎn)給它分配短地址。見附圖8，采用音頻功率放大器LM386驅(qū)動8 Ω /0.5W揚(yáng)聲器進(jìn)行報(bào)警。ZigBee終端將檢測對象信息
發(fā)送到網(wǎng)關(guān)，監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)，微處理器控制揚(yáng)聲器進(jìn)行報(bào)警。見附圖3，每個(gè)終端上都有ZigBee模塊(O)，根據(jù)不同的應(yīng)用連接不同的應(yīng)用電路，煙霧、煤氣傳感器(21)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路(22)連接ZigBee模塊(O)，感知和采集室內(nèi)煙霧、CO氣體濃度；溫度傳感器DS18B20(71)連接ZigBee模塊(O)，實(shí)時(shí)采集室內(nèi)溫度；電機(jī)驅(qū)動電路(52)連接電機(jī)(51)和ZigBee模塊(O)，通過控制電機(jī)(51)正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)對窗簾的控制；燈光驅(qū)動模塊(62)連接電燈(61)和ZigBee模塊(O)，實(shí)現(xiàn)電燈(61)的開、關(guān)和亮度調(diào)節(jié)；遙控終端以按鍵的形式實(shí)現(xiàn)，通過網(wǎng)關(guān)控制其他節(jié)點(diǎn)。圖4、圖5、圖6、圖7和圖8分別示出一種Ethernet通訊模塊電路、RS485通訊模塊電路、液晶顯示模塊接口電路、ZigBee模塊電路和報(bào)警器電路。
權(quán)利要求
1.一種基于Internet和ZigBee的智能家居控制系統(tǒng)，由家庭網(wǎng)關(guān)(I)和若干個(gè)基于ZigBee技術(shù)的無線通信終端組成，其特征在于所述的家庭網(wǎng)關(guān)(I)采用32位ARM芯片作為核心處理器，具有顯示、操作和數(shù)據(jù)傳送功能，通過ZigBee模塊與家庭中的ZigBee無線通信終端進(jìn)行通信；控制電燈的開關(guān)和亮度，控制窗簾、煙霧煤氣報(bào)警器的開關(guān)，控制人員入侵布防/撤防；與Internet網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，當(dāng)有人員入侵或室內(nèi)環(huán)境異常，自動向用戶和管理中心報(bào)警；與小區(qū)總線連接，通過液晶屏顯示小區(qū)通知；與家庭內(nèi)部PC連接，實(shí)現(xiàn)家用PC對整個(gè)系統(tǒng)的控制；所述的ZigBee無線通信終端包括人體紅外探測終端(2)、煙霧探測終端(3)、煤氣探測終端(4)、溫度采集終端(5)、窗簾控制終端(6)、燈光控制終端(7)和按鍵遙控終端(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Internet和ZigBee的智能家居控制系統(tǒng),其特征在于所述家庭網(wǎng)關(guān)(I)包括以下幾個(gè)部分:核心控制器(11):采用32位ARM微處理器，聯(lián)接并控制以下各模塊=ZigBee協(xié)調(diào)器即ZigBee模塊(14):與家庭中的無線通信終端進(jìn)行組網(wǎng)和通信；Ethernet模塊(12):連接網(wǎng)絡(luò)路由器，實(shí)現(xiàn)PC對整個(gè)系統(tǒng)的控制；RS485模塊(13):連接小區(qū)總線，與小區(qū)管理中心通信；顯示模塊(15):利用液晶屏顯示小區(qū)通知、系統(tǒng)各部分工作狀況及數(shù)據(jù)；控制按鍵模塊(16):特殊情況下系統(tǒng)的手動控制；報(bào)警器(17):監(jiān)測對象異常報(bào)警。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Internet和ZigBee的智能家居控制系統(tǒng),其特征在于所述的人體紅外探測終端(2)、煙霧探測終端(3)和煤氣探測終端(4)的傳感器檢測終端包括一個(gè)ZigBee模塊(O)經(jīng)一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換電路(22)與紅外、煙霧、煤氣傳感器(21)連接，監(jiān)測到異常時(shí)，自動報(bào)警，通過ZigBee模塊將環(huán)境信息傳送至用戶的核心控制器(11)和控制中心。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Internet和ZigBee的智能家居控制系統(tǒng),其特征在于所述的溫度采集終端(5)包括ZigBee模塊(O)連接溫度傳感器(71)，溫度傳感器(71)采集室內(nèi)溫度，經(jīng)ZigBee模塊(O)傳送至家庭網(wǎng)關(guān)(I)，經(jīng)液晶屏實(shí)時(shí)顯示。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Internet和ZigBee的智能家居控制系統(tǒng),其特征在于所述的窗簾控制終端(6)和燈光控制終端(7)由ZigBee模塊(O)分別連接電機(jī)驅(qū)動電路(52)和燈光驅(qū)動電路￠2)構(gòu)成，采用PWM控制方式實(shí)現(xiàn)電燈亮度和電機(jī)轉(zhuǎn)速控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Internet和ZigBee的智能家居控制系統(tǒng),其特征在于所述的按鍵遙控終端(8)由ZigBee模塊(O)連接顯示屏(82)和遙控按鍵(81)構(gòu)成，按鍵控制信號通過ZigBee模塊(O)發(fā)送出去，家庭網(wǎng)關(guān)(I)接收到控制信號并分析處理后發(fā)送到指定的家居設(shè)備上，反饋回來的設(shè)備狀態(tài)在液晶屏上顯示。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于Internet和ZigBee的智能家居控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)由家庭網(wǎng)關(guān)和若干個(gè)基于ZigBee技術(shù)的無線通信終端節(jié)點(diǎn)組成，在家庭網(wǎng)關(guān)和每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)上都接有一個(gè)ZigBee模塊，數(shù)據(jù)通過模塊在網(wǎng)關(guān)和終端節(jié)點(diǎn)傳送。ZigBee模塊負(fù)責(zé)組建家庭內(nèi)部無線通信網(wǎng)絡(luò)，終端節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)控制家庭設(shè)備、監(jiān)測家庭環(huán)境和各種故障報(bào)警數(shù)據(jù)，家庭網(wǎng)關(guān)與Internet網(wǎng)絡(luò)連接，家用PC或遠(yuǎn)程PC實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)的控制，RS485總線或以太網(wǎng)與小區(qū)管理中心通信，液晶屏顯示小區(qū)通知、系統(tǒng)各部分工作狀況和數(shù)據(jù)。此系統(tǒng)采用ZigBee技術(shù)組建家庭網(wǎng)絡(luò)，相對藍(lán)牙、紅外，具有組網(wǎng)簡單靈活、形式多樣，且?guī)в新酚傻淖越M網(wǎng)功能，適合有大量終端設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸量小且成本要求低的家庭網(wǎng)絡(luò)，具有很好的通用性和可擴(kuò)展性。
文檔編號G05B19/418GK103207594SQ20121044887
公開日2013年7月17日 申請日期2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月12日
發(fā)明者尹紀(jì)庭, 余建波, 袁佳, 焦志曼 申請人:上海大學(xué)