專利名稱：一種基于PLC與WiFi基礎(chǔ)上的交互式家居電子系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子工程中的微電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊領(lǐng)域中的電力載波通訊和無線通訊技術(shù)，具體涉及一種基于PLC與WiFi基礎(chǔ)上的交互式家居電子系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前智能家居領(lǐng)域采用的技術(shù)紛繁雜冗，主要有P0WER-BUS技術(shù)、XlO電力載波、WiF1、紅外、藍(lán)牙、Zigbee等等，各種技術(shù)難以互通，統(tǒng)一的智能家居解決方案沒有形成，阻礙了智能家居的普及。目前智能家電通訊主要采用單一 WiFi,少數(shù)采用單一 HomePlugAV。采用WiFi通訊導(dǎo)致智能家電存在通訊不穩(wěn)定、不可靠、容易受微波爐等電器影響和墻壁樓層阻隔影響；采用HomeplugAV直接導(dǎo)致成本高企?，F(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)500Mbps的HomePlugAV產(chǎn)品和9.8Mbps的HomePlugGP ;但將WiFi與HomePlugAV、HomePlugGP集成的電子設(shè)備還沒有出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一種基于PLC與WiFi基礎(chǔ)上的交互式家居電子系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)不穩(wěn)定不可靠、無法互聯(lián)互通、不便管理維護(hù)或成本高企難以普及的缺點(diǎn)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案包括: 一種基于PLC與WiFi基礎(chǔ)上的交互式家居電子系統(tǒng)，其特征在于:所述家居電子系統(tǒng)由PLC通信HomePlug協(xié)議模塊、無線通信WiFi模塊、智能家居硬件模塊和電子單元收發(fā)模塊組成，各模塊彼此之間無線連接，所述智能家居硬件模塊用以實(shí)現(xiàn)智能家居和智能家電點(diǎn)對點(diǎn)之間通信，所述電子單元收發(fā)模塊獨(dú)立收發(fā)信號，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制與本地設(shè)置相結(jié)合。優(yōu)選的，所述PLC通信HomePlug協(xié)議模塊由高帶寬協(xié)議和中低帶寬協(xié)議組成，所述高帶寬協(xié)議和中低帶寬協(xié)議在同一電力線上共存并通信，所有智能家電和智能家居產(chǎn)品共享同一電力線并相互控制，互不干擾； WiFi作為在PLC通信異常下的自適應(yīng)補(bǔ)充通信，在非標(biāo)準(zhǔn)家居電力線系統(tǒng)(有兩條或三條分離的電力線，而有的電力線被開關(guān)或特殊裝置斷開)或電力線通信工作不正常(如吹風(fēng)機(jī)，吸塵器造成噪聲太大)的情況下，立即取代PLC進(jìn)行通信。HomePlugAV與WiFi的集成通信裝置，用于高帶寬(〉200Mbps)電子系統(tǒng)接入家居網(wǎng)絡(luò)，如IP電視，電腦，監(jiān)視攝像頭，IP音響等；該集成裝置也用于家庭網(wǎng)關(guān)/路由器和家居系統(tǒng)的連接；HomePlugGP與WiFi的集成通信裝置，用于中低帶寬(2_9.8Mbps)電子系統(tǒng)家居網(wǎng)絡(luò)，如洗衣機(jī)，冰箱，空調(diào)，電子門鎖，LED燈光系統(tǒng)，自來水電子閥門，煤氣電子閥門，電子溫度計，太陽能面板，智能面板等。優(yōu)選的，所述電子單元收發(fā)模塊任何電子單元都存在開放的接口，用以同時接收并發(fā)送信號，所述任一電子單元接收其它多個電子單元發(fā)來的信號，并同時向其它多個電子單元發(fā)送信號。 優(yōu)選的，所述電子單元收發(fā)模塊任何電子單元都存在開放的接口，任一電子單元獨(dú)立向系統(tǒng)外部遠(yuǎn)程發(fā)送或接受信號。優(yōu)選的，所述PLC通信HomePlug協(xié)議模塊、無線通信WiFi模塊、智能家居硬件模塊和電子單元收發(fā)模塊之間的通信采用對等模式或反饋循環(huán)模式或主從模式進(jìn)行，任一一種模式共存于PLC/WiFi基礎(chǔ)上的家居電子系統(tǒng)而且能同時進(jìn)行，不互相干擾。優(yōu)選的，所述電子單元收發(fā)模塊之間數(shù)據(jù)交換使用TCP/IP的格式，同時與Internet進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。優(yōu)選的，所述系統(tǒng)的建立通過遠(yuǎn)程控制器件設(shè)置。優(yōu)選的，所述系統(tǒng)的建立通過電子單元收發(fā)模塊的控制界面上進(jìn)行本地設(shè)置。軟件的實(shí)現(xiàn)除了針對單個家居電子單元的在該電子單元內(nèi)部實(shí)現(xiàn)外，盡量將大部分通訊功能的控制軟件在作為控制終端的手機(jī)或電腦上實(shí)現(xiàn)，這樣可以最大化減輕家居電子單元的軟件/存儲處理的負(fù)載。


圖1為本發(fā)明基于PLC/WiFi基 礎(chǔ)上的交互式電子家居系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2為針對非理想電力線狀況采用本發(fā)明PLC/WiFi裝置連接的電子家居系統(tǒng)的示意圖。圖3為本發(fā)明通過遠(yuǎn)程軟件控制來實(shí)現(xiàn)的三種交互操作模式示意圖。如下具體實(shí)施方式
將結(jié)合附圖進(jìn)行說明。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的核心為:將PLC與WiFi集成通信技術(shù)應(yīng)用于智能家居和智能家電上，通過HomePlugAV解決高速率家電的通信，通過HomePlugGP解決中低速率家電的通信，通過WiFi自適應(yīng)補(bǔ)充通信來實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)與因特網(wǎng)的無縫交流和遠(yuǎn)程控制，大幅度兼容通信設(shè)備，降低通信成本，提高通信性能的目的。整個交互式家居系統(tǒng)的連接如圖1所示。所有的家居電子單元通過SPI標(biāo)準(zhǔn)總線接口連接到PLC/WiFi通訊模塊(101)，然后連接到電力線(116)。PLC/WiFi通訊模塊通過GP或AV字符來指明是HomePlugGP還是HomePlugAV模塊。路由器/網(wǎng)關(guān)通過HomePlugAV/WiFi模塊連接到電力線，提供家居系統(tǒng)到因特網(wǎng)的接口。每個家居電子系統(tǒng)根據(jù)其自身特性選用合適帶寬的集成模塊(HomePlugAV/WiFi或HomePlugGP/WiFi模塊)。在該圖中顯示了一些典型的家用電子系統(tǒng)的帶寬選擇:
監(jiān)控攝像機(jī)(102)使用HomePlugAV/WiFi ；
電子門鎖(103)使用 HomePlugGP/WiFi ；
IP 電視(104)使用 HomePlugAV/WiFi ；
IP 音響(105)使用 HomePlugAV/WiFi ；
LED 燈光系統(tǒng)(106)使用 HomePlugGP/WiFi ；電子溫度計(107)使用HomePlugGP/WiFi ；
空調(diào)(108)使用 HomePlugGP/WiFi ；
煤氣探測器(109)使用HomePlugGP/WiFi ；
自來水電子閥門(110)使用HomePlugGP/WiFi ；
煤氣電子閥門(111)使用HomePlugGP/WiFi ；
路由器 / 網(wǎng)關(guān)(113)使用 HomePlugAV/ffiFi ；
圖2是針對非理想電力線狀況(如有的屋子有兩條或三條分離的電力線，而有的電力線被開關(guān)或特殊裝置斷開)使用PLC/WiFi集成模塊的物理連接。和路由器相連的電力線(116)為正常通道，而和該電力線分離的其他電力線則使用無線WiFi (118)和路由器相連接。圖3是關(guān)于整個家居電子系統(tǒng)的軟件架構(gòu)。PLC/WiFi結(jié)合提供家用電力電子設(shè)備互相操作的底層硬件環(huán)境；家居系統(tǒng)內(nèi)局部交互控制系統(tǒng)的建立可以通過遠(yuǎn)程控制器件(如手機(jī)，電腦)來設(shè)置；也可以在電子單元的控制界面上進(jìn)行本地設(shè)置；遠(yuǎn)程控制器件(手機(jī)等)可以隨時備份個電子器件狀態(tài)(同時也備份了建立的局部交互控制系統(tǒng))，并可以隨時進(jìn)行修改；每一個電元單元設(shè)備作為一個節(jié)點(diǎn)，各個電力電子設(shè)備之間可以通過以下模式互相操作:
(1)對等模式(126和127):如監(jiān)控攝像和電子門鎖可以互相控制。當(dāng)監(jiān)控攝像監(jiān)測到可疑人員進(jìn)入院子時，可以命令電子門鎖死鎖，防止盜賊撬門而入；而電子門鎖在感應(yīng)到有人撬門或破壞時，也可以命令攝像頭調(diào)整方位和清晰度，拍攝門口和盜賊照片并及時遠(yuǎn)程傳送給屋主并 提醒；
(2)主從模式(122，123和124):如電視，音響和LED照明可以是主-從-從模式。當(dāng)電視播放電影或MTV時，電視可以通過電力線或WiFi傳送視頻信號給音響以播放音樂，同時也送信號給LED照明系統(tǒng)，隨音樂變換色彩和亮度，構(gòu)造娛樂晚會的氛圍。(3)反饋循環(huán)模式(119，120和121):如電子溫度計和空調(diào)構(gòu)成反饋系統(tǒng)，保持最佳室內(nèi)溫度狀態(tài)；而亮度感應(yīng)器和LED照明系統(tǒng)則可以調(diào)整室內(nèi)亮度到屋主的期望水平。系統(tǒng)初始化時，HomePlugAV和HomePlugGP器件會根據(jù)HomePlug協(xié)議按先后順序或用戶指定選擇一個通訊模塊節(jié)點(diǎn)作為中央控制單元(CC0)，中央控制單元能對電力線上的交流信號進(jìn)行過零探測，并按此發(fā)送信標(biāo)信號(Beacon)到各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行時鐘同步。然后電力線通訊資源分配按照時分/優(yōu)先級的方式來進(jìn)行。基本上來說，HomePlugGP通訊占據(jù)電力線信道時間不超過7%，而大部分時間由HomePlugAV節(jié)點(diǎn)使用，以滿足高帶寬家居電子系統(tǒng)在服務(wù)質(zhì)量(QoS)上的要求。遠(yuǎn)程控制通過如下方式來進(jìn)行(圖1):手機(jī)或電腦控制終端(115)軟件程序(127)在指定時間點(diǎn)發(fā)出指令，該指令會被解釋并通過因特網(wǎng)(114)到達(dá)家庭路由器(113)然后送到相應(yīng)的電子單元節(jié)點(diǎn)。有些電子單元設(shè)定為發(fā)送信號主體(如104)，而有些電子單元則為接受/被控制單元(如105和106);發(fā)送單元送出的信號通過PLC/WiFi信道的傳輸?shù)竭_(dá)接收電子單元來完成一個控制指令的操作；這樣通過一系列時序點(diǎn)的操作來實(shí)現(xiàn)家居電子系統(tǒng)點(diǎn)對點(diǎn)之間的通訊和控制。為了保證任何電子單元之間都能相互通信，所以每個電子單元都實(shí)行開放的接口，既能接收也能發(fā)送信號(但發(fā)送接收不能同時進(jìn)行)；一個單元可以接收多個其他單元發(fā)來的信號(分時)，也可以同時向多個目標(biāo)發(fā)送信號。為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和交互，每個單元也可以想遠(yuǎn)程目標(biāo)單元發(fā)送或接收信號(如鄰居或辦公室電子系統(tǒng))。終端控制軟件會定時和所有電子單元節(jié)點(diǎn)溝通，讀取每個電子系統(tǒng)的狀態(tài)，由此來跟蹤家居電子系統(tǒng)的最新狀態(tài)；同時終端控制軟件能對所有的電子單元節(jié)點(diǎn)進(jìn)行狀態(tài)更新，如設(shè)置離家模式，夜間模式，學(xué)習(xí)模式，晚會模式等等。總的來說，交互式家居電子系統(tǒng)使得每個家居電子單元足夠靈活，能擔(dān)當(dāng)發(fā)送控制指令或接受控制的角色，自由構(gòu)成局部的循環(huán)或單向的網(wǎng)絡(luò)；而且能成為Internet的一個節(jié)點(diǎn)而不用承受太多負(fù)擔(dān)；(簡單的電子單元如電子門鎖，洗衣機(jī)，電冰箱等，控制軟件接口可以在遠(yuǎn)程控制器件如手機(jī)上來實(shí)現(xiàn)，所以可以減輕負(fù)擔(dān))；硬件上使用PLC/WiFi互相補(bǔ)充，保證了通信的可靠性；而且每個電子單元可以選擇合適的帶寬，所以節(jié)省了信道帶寬資源，并在此基礎(chǔ)上減少電力的消耗。`
權(quán)利要求
1.一種基于PLC與WiFi基礎(chǔ)上的交互式家居電子系統(tǒng)，其特征在于:所述家居電子系統(tǒng)由PLC通信HomePlug協(xié)議模塊、無線通信WiFi模塊、智能家居硬件模塊和電子單元收發(fā)模塊組成，各模塊彼此之間無線連接，所述智能家居硬件模塊用以實(shí)現(xiàn)智能家居和智能家電點(diǎn)對點(diǎn)之間通信，所述電子單元收發(fā)模塊獨(dú)立收發(fā)信號，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制與本地設(shè)置相結(jié)口 ο
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于PLC與WiFi基礎(chǔ)上的交互式家居電子系統(tǒng)，其特征在于:所述PLC通信HomePlug協(xié)議模塊由高帶寬協(xié)議和中低帶寬協(xié)議組成，所述高帶寬協(xié)議和中低帶寬協(xié)議在同一電力線上共存并通信，所有智能家電和智能家居產(chǎn)品共享同一電力線并相互控制，互不干擾。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種基于PLC與WiFi基礎(chǔ)上的交互式家居電子系統(tǒng)，其特征在于:所述電子單元收發(fā)模塊任何電子單元都存在開放的接口，用以同時接收并發(fā)送信號，所述任一電子單元接收其它多個電子單元發(fā)來的信號，并同時向其它多個電子單元發(fā)送信號。
4.如權(quán)利要求1或2所述的一種基于PLC與WiFi基礎(chǔ)上的交互式家居電子系統(tǒng)，其特征在于:所述電子單元收發(fā)模塊任何電子單元都存在開放的接口，任一電子單元獨(dú)立向系統(tǒng)外部遠(yuǎn)程發(fā)送或接受信號。
5.如權(quán)利要求3所述的一種基于PLC與WiFi基礎(chǔ)上的交互式家居電子系統(tǒng)，其特征在于:所述PLC通信HomePlug協(xié)議模塊、無線通信WiFi模塊、智能家居硬件模塊和電子單元收發(fā)模塊之間的通信采用對等模式或反饋循環(huán)模式或主從模式進(jìn)行，任一一種模式共存于PLC/ffiFi基礎(chǔ)上的家居電子系統(tǒng)而且能同時進(jìn)行，不互相干擾。
6.如權(quán)利要求3所述的一種基于PLC與WiFi基礎(chǔ)上的交互式家居電子系統(tǒng)，其特征在于:所述電子單元收發(fā)模塊之間數(shù)據(jù)交換使用TCP/IP的格式，同時與Internet進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。`
7.如權(quán)利要求3所述的一種基于PLC與WiFi基礎(chǔ)上的交互式家居電子系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)的建立通過遠(yuǎn)程控制器件設(shè)置。
8.如權(quán)利要求3所述的一種基于PLC與WiFi基礎(chǔ)上的交互式家居電子系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)的建立通過電子單元收發(fā)模塊的控制界面上進(jìn)行本地設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于PLC與WiFi基礎(chǔ)上的交互式家居電子系統(tǒng)，其特征在于所述家居電子系統(tǒng)由PLC通信HomePlug協(xié)議模塊、無線通信WiFi模塊、智能家居硬件模塊和電子單元收發(fā)模塊組成，各模塊彼此之間無線連接，所述智能家居硬件模塊用以實(shí)現(xiàn)智能家居和智能家電點(diǎn)對點(diǎn)之間通信，所述電子單元收發(fā)模塊獨(dú)立收發(fā)信號，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制與本地設(shè)置相結(jié)合。本發(fā)明利用PLC通信實(shí)現(xiàn)高速、穩(wěn)定、可靠的智能家居網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，另一方面利用WiFi技術(shù)實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋；利用Homeplug協(xié)議良好的兼容性，實(shí)現(xiàn)了智能家居和智能家電的互聯(lián)互通及遠(yuǎn)程控制，大幅度降低了家庭物聯(lián)網(wǎng)的成本；此外任何電子單元都實(shí)行開放的接口便于電子系統(tǒng)之間的交互操作，使得用戶能最大限度和創(chuàng)造性地利用家居電子系統(tǒng)的性能，提高用戶對智能家居系統(tǒng)的滿意度。
文檔編號G05B19/418GK103246275SQ201310211778
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月31日
發(fā)明者楊俊杰, 楊柳 申請人:楊俊杰, 楊柳