一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能家居的制作方法
【專利摘要】本專利提出了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能家居系統(tǒng)，該系統(tǒng)由三部分組成：家居遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊、家居控制中心模塊和家居控制節(jié)點(diǎn)模塊。其中家庭控制節(jié)點(diǎn)模塊可以根據(jù)生活的需求進(jìn)行拓展。系統(tǒng)工作流程是：首先家居控制中心模塊建立Zigbee智能網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)家居控制節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)中，它們共同構(gòu)建了一個(gè)星型Zigbee無線家居網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)用戶通過遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊需要對(duì)某個(gè)家居設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)或控制時(shí)，控制中心找到與該設(shè)備節(jié)點(diǎn)相連的ID信息，并將控制信息發(fā)往該節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)收到信息后，切入功能驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)該家居進(jìn)行相應(yīng)的操作，從而完成智能家居的控制。家居控制中心模塊是智能家居的核心設(shè)備和集中控制中心，對(duì)家庭網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行集中控制和管理。
【專利說明】一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能家居
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本專利提出了一種星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的ZIGBEE無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為家居控制子網(wǎng)，以擴(kuò)展了 INTERNET接口的嵌入式系統(tǒng)作為家居控制中心，以現(xiàn)有的能夠接入以太網(wǎng)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)家居生活的遠(yuǎn)程智能監(jiān)控，從而搭建一個(gè)完整的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能家居控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著物質(zhì)水平的逐漸提高，人們對(duì)傳統(tǒng)家居生活有了更多的想法，需要一種更快捷、更方便、更人性化的生活方式。傳統(tǒng)的智能家居控制一般是通過有線線路布線并進(jìn)行各種控制和通信，這種方式的可擴(kuò)展性比較差，一旦布好線就很難重新改造。
[0003]針對(duì)傳統(tǒng)智能家居這種布線難、造價(jià)高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，本專利將ZigBee無線通信技術(shù)引入到智能家居中，具有免布線、維護(hù)方便、運(yùn)行費(fèi)用低、實(shí)時(shí)在線監(jiān)控的特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能家居是在房間、家居和家電中嵌入傳感器節(jié)點(diǎn)，通過無線網(wǎng)絡(luò)與Internet網(wǎng)絡(luò)連接，通過安裝設(shè)置的溫度、濕度、光照等傳感器感應(yīng)室內(nèi)不同位置的環(huán)境狀況，從而對(duì)門窗、空調(diào)等家電進(jìn)行自動(dòng)控制，為人們提供智能、舒適的居住環(huán)境。
[0005]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能家居系統(tǒng)是一套集協(xié)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)采集及實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能于一體的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它將與家庭生活有關(guān)的各種應(yīng)用子系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合在一起，通過遠(yuǎn)程控制，讓家庭生活的更舒適、安全、有效和節(jié)能。完整的智能家居系統(tǒng)中除了需要部署能夠控制各種電器自動(dòng)化工作的控制節(jié)點(diǎn)(一般安裝在電器設(shè)備的控制器或繼電器上)，還需要有能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)的傳感器節(jié)點(diǎn)(如溫度傳感器節(jié)點(diǎn)、煤氣傳感器節(jié)點(diǎn)、光照度傳感器節(jié)點(diǎn)、房屋振動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)等)。
[0006]一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能家居系統(tǒng)由三部分組成:家居遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊、家居控制中心模塊和家居控制節(jié)點(diǎn)模塊。其中家庭控制節(jié)點(diǎn)模塊可以根據(jù)生活的需求進(jìn)行拓展，整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如附圖1所示。本專利以家庭生活中的煤氣監(jiān)測(cè)作為監(jiān)控節(jié)點(diǎn)。
[0007]系統(tǒng)工作流程是:首先家居控制中心模塊建立Zigbee智能網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)家居控制節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)中，它們共同構(gòu)建了一個(gè)星型Zigbee無線家居網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)用戶通過遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊需要對(duì)某個(gè)家居設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)或控制時(shí)，控制中心找到與該設(shè)備節(jié)點(diǎn)相連的ID信息，并將控制信息發(fā)往該節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)收到信息后，切入功能驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)該家居進(jìn)行相應(yīng)的操作，從而完成智能家居的控制。
[0008](一)家居控制中心
家居控制中心模塊是智能家居內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)的連接接口，用以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的接入以及連接家庭內(nèi)網(wǎng)的功能。該模塊是智能家居的核心設(shè)備和集中控制中心，對(duì)家庭網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行集中控制和管理。設(shè)備必須由至少一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)的FFD組成，一方面主導(dǎo)家居內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)建立的整個(gè)過程,包括系統(tǒng)初始化、網(wǎng)絡(luò)的建立、地址的分配和成員的加入、節(jié)點(diǎn)設(shè)備數(shù)據(jù)的更新、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表、設(shè)備關(guān)聯(lián)表等幾個(gè)方面，另一方面作為家居網(wǎng)關(guān)和設(shè)備節(jié)點(diǎn)之間的橋梁，完成家居網(wǎng)關(guān)和家居設(shè)備節(jié)點(diǎn)的通信，包括接收家庭各控制節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息，以及發(fā)送命令控制節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。
[0009]控制中心采用系統(tǒng)輪詢和突發(fā)事件報(bào)告機(jī)制。其工作流程為:控制中心每隔一段時(shí)間向每一個(gè)家庭控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送查詢命令，控制節(jié)點(diǎn)收到查詢命令后，將當(dāng)前狀態(tài)發(fā)送給控制中心。如果發(fā)生緊急事件，控制節(jié)點(diǎn)可以向控制中心主動(dòng)上報(bào)事件，控制中心處理后向遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)發(fā)送報(bào)警信息。
[0010]控制中心打開電源先進(jìn)行初始化，申請(qǐng)加入網(wǎng)絡(luò)后直接進(jìn)入休眠狀態(tài)，當(dāng)控制中心收到控制節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求時(shí)，激活控制節(jié)點(diǎn)，接收信息，處理完畢后繼續(xù)進(jìn)入休眠狀態(tài)，等待有請(qǐng)求再次激活。
[0011]控制中心軟件流程圖見附圖3
控制中心不僅可以主動(dòng)請(qǐng)求所有節(jié)點(diǎn)信息，還要能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)節(jié)點(diǎn)的控制，比如關(guān)閉煤氣閥、報(bào)警撤防、燈光控制等。因此控制中心需要定義與每個(gè)節(jié)點(diǎn)的控制命令，如:
#define CONDITION 0X01 // 空調(diào)控制 #define GAS 0X02 //煤氣控制 #define SAFEALARM 0X03 //安全報(bào)警控制
家居控制中心通過建立起來的Zigbee通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)出請(qǐng)求幀來查詢或者命令無端的家居設(shè)備節(jié)點(diǎn)的功能，指定的家居設(shè)備節(jié)點(diǎn)收到正確的數(shù)據(jù)幀并完成指定操作之后自動(dòng)返回一個(gè)應(yīng)答幀告知命令執(zhí)行的結(jié)果。
[0012](二)家居控制節(jié)點(diǎn)
家居控制節(jié)點(diǎn)模塊是家庭內(nèi)網(wǎng)的組成部分，每個(gè)家庭可以根據(jù)自己的需求配置各種類型的傳感器或者接口來控制不同的家電設(shè)備。每個(gè)節(jié)點(diǎn)完成家居環(huán)境內(nèi)所需信息的采集，同時(shí)和家居控制中心連接做為匯聚節(jié)點(diǎn)與家庭內(nèi)部的信息采集點(diǎn)進(jìn)行通訊，收集信息供家居控制中心處理。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)只需要在被控制的家電中安裝上短距離低速率無線通信模塊并將其組成一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都包含了無線收發(fā)器和微控制器。對(duì)于一個(gè)典型的家居無線傳感器節(jié)點(diǎn)來說，主要包括以下幾個(gè)模塊:供電模塊、傳感器模塊、處理單元和無線收發(fā)模塊。見附圖4。傳感器模塊負(fù)責(zé)對(duì)采集點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，并把采集信息返回給處理單元。處理單元在綜合一段時(shí)間內(nèi)的檢測(cè)數(shù)據(jù)后根據(jù)處理節(jié)點(diǎn)來判斷是否需要通過無線模塊與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。傳感器模塊、處理單元以及無線收發(fā)模塊都有可能處于工作或休眠狀態(tài)，因此供電模塊應(yīng)根據(jù)當(dāng)前模塊的工作狀態(tài)調(diào)節(jié)自己的供電計(jì)劃，以達(dá)到最好的節(jié)能效果。
[0013]監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的軟件主要負(fù)責(zé)對(duì)可燃?xì)怏w傳感器采集的信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并判斷采集結(jié)果是否有煤氣泄露，如果有，則進(jìn)行主動(dòng)報(bào)警處理。
[0014](三)遠(yuǎn)程用戶監(jiān)控
遠(yuǎn)程用戶監(jiān)控模塊可以運(yùn)行在一臺(tái)PC機(jī)上，也可以運(yùn)行在手機(jī)上，只要能接入Internet，便可以方便的登錄網(wǎng)頁對(duì)家庭設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。一個(gè)家居遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件的功能列表見附圖5。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果在于:
1、基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組建的智能家居系統(tǒng)組網(wǎng)更方便 2、基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組建的智能家居系統(tǒng)同時(shí)采用跳頻和擴(kuò)頻技術(shù)，搞干擾能力強(qiáng)，具有更高的可靠性
3、基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組建的智能家居系統(tǒng)功耗低
4、基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組建的智能家居系統(tǒng)采用128K的高級(jí)加密技術(shù)，具有更高的安全性
5、基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組建的智能家居系統(tǒng)組網(wǎng)規(guī)模大，最大網(wǎng)絡(luò)可承擔(dān)6萬臺(tái)設(shè)備【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明提供的智能家居網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 圖2是本發(fā)明提供的智能家居系統(tǒng)程序整體框架 圖3是本發(fā)明提供的智能家居控制中心程序流程圖 圖4是本發(fā)明提供的智能家居控制節(jié)點(diǎn)硬件框圖 圖5本發(fā)明提供的智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件功能列表
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，應(yīng)當(dāng)理解，以下所說明的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0017]圖1是本發(fā)明提供的智能家居網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1所示:
家居各監(jiān)控節(jié)點(diǎn)與家居控制中心構(gòu)成Zigbee網(wǎng)絡(luò),控制中心模塊嵌入Internet接口，從而實(shí)現(xiàn)家居網(wǎng)絡(luò)與Internet的互聯(lián)。
[0018]
圖2是本發(fā)明提供的智能家居系統(tǒng)程序整體框架，如圖2所示；
遠(yuǎn)程控制程序是通過現(xiàn)有的能夠接入以太網(wǎng)的設(shè)備來收發(fā)信息，得到家居環(huán)境內(nèi)的采集信息，并根據(jù)需要遠(yuǎn)程控制節(jié)點(diǎn)。
[0019]控制中心程序通過擴(kuò)展了 INTERNET接口的嵌入式系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。嵌入式系統(tǒng)在實(shí)用性和穩(wěn)定性上都處于一定的優(yōu)勢(shì)，并且成本低、軟件代碼小、響應(yīng)速度快。
[0020]監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)程序用來采集家庭內(nèi)布置的節(jié)點(diǎn)信息并提供給網(wǎng)關(guān)程序處理，其實(shí)現(xiàn)沒有控制中心那樣復(fù)雜，可以通過單片機(jī)作為家庭網(wǎng)絡(luò)控制的核心，并通過無線方式與家庭控制中心進(jìn)行通訊。
[0021]
圖3是本發(fā)明提供的智能家居控制中心程序流程圖，如圖3所示；
系統(tǒng)初始化:控制設(shè)備上電后，控制模塊選擇網(wǎng)絡(luò)中的空閑信道，以廣播方式通知已上電運(yùn)行的控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行初始化。
[0022]等待加入節(jié)點(diǎn):控制中心收到控制節(jié)點(diǎn)申請(qǐng)加入網(wǎng)絡(luò)的請(qǐng)求后，給該節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)16位的網(wǎng)絡(luò)地址，并將該設(shè)備節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息記錄在地址表中，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)備關(guān)聯(lián)。
[0023]監(jiān)測(cè)信號(hào):控制中心完成對(duì)上電設(shè)備節(jié)點(diǎn)初始狀態(tài)的采集，完成網(wǎng)絡(luò)的組建與配置過程。
[0024]查詢信號(hào)、設(shè)置信號(hào):遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊向控制中心發(fā)出查詢或設(shè)置命令，控制中心根據(jù)收到的數(shù)據(jù)包完成指定操作并返回執(zhí)行結(jié)果。[0025]
圖4是本發(fā)明提供的智能家居控制節(jié)點(diǎn)硬件框圖，如圖4所示；
本專利以煤氣監(jiān)控節(jié)點(diǎn)為例，傳感器模塊選用催化燃燒式可燃?xì)怏w傳感器。
[0026]處理單元是家居控制節(jié)點(diǎn)的核心部分，本專利選用MSP430微處理器，該處理器提供六種不同的工作模式。
[0027]無線收發(fā)模塊使用ZigBee技術(shù)構(gòu)建家庭無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。因?yàn)閆igBee具有技術(shù)成熟、功耗低、成本低、低數(shù)據(jù)速率的特點(diǎn)，非常適合使用于距離近、復(fù)雜度低的家庭環(huán)境。目前支持ZigBee的無線收發(fā)器有多種，其中CC2420運(yùn)用較為廣泛。本方案采用以Atmegal28為核心的開發(fā)帶傳感器的家電控制節(jié)點(diǎn)模塊，以CC2420芯片作為信息收發(fā)核心。
[0028]
圖5本發(fā)明提供的智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件功能列表，如圖5所示；
遠(yuǎn)程登錄:提供用戶的登錄界面，保證用戶的安全使用
設(shè)備列表:登錄進(jìn)入主界面后可以看到家庭安裝的每一個(gè)無線監(jiān)控節(jié)點(diǎn)的設(shè)備
設(shè)備狀態(tài):點(diǎn)擊監(jiān)控節(jié)點(diǎn)可以顯示該節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)信息
設(shè)備控制:對(duì)該設(shè)備節(jié)點(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，如關(guān)閉煤氣閥、關(guān)閉窗戶、打開熱水器等操作 日志管理:顯示用戶對(duì)設(shè)備的操控信息
盡管上文對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明不限于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的原理進(jìn)行各種修改。因此，凡按照本發(fā)明原理所作的修改，都應(yīng)當(dāng)理解為落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能家居系統(tǒng)，其特征在于: 以一種星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的ZIGBEE無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為家居控制子網(wǎng)，以擴(kuò)展了INTERNET接口的嵌入式系統(tǒng)作為家居控制中心，以現(xiàn)有的能夠接入以太網(wǎng)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)家居生活的遠(yuǎn)程智能監(jiān)控，從而搭建一個(gè)完整的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能家居控制系統(tǒng)。
2.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能家居系統(tǒng)，其特征在于: 免布線、維護(hù)方便、運(yùn)行費(fèi)用低、可以進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控家居環(huán)境。
3.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能家居系統(tǒng)，其特征在于: 控制中心程序通過擴(kuò)展了 INTERNET接口的嵌入式系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，嵌入式系統(tǒng)在實(shí)用性和穩(wěn)定性上都處于一定的優(yōu)勢(shì)，并且成本低、軟件代碼小、響應(yīng)速度快。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK104007707SQ201310055105
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2013年2月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月21日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請(qǐng)人:徐成琦