基于智能傳感器和語音控制終端的ZigBee智能家居系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)類的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于智能傳感器和語音控制終端的ZigBee智能家居系統(tǒng)，包括智能傳感器單元、中央控制單元、智能家居網(wǎng)關(guān)和語音控制終端，智能傳感器單元包括傳感器復(fù)合模塊、物理量采集模塊、信息處理模塊，中央控制單元包括信息接收模塊、射頻收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、系統(tǒng)控制模塊。本產(chǎn)品采用智能傳感器具有復(fù)合功能，可以同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)物理量，取代了多個(gè)單一功能的傳感器，節(jié)約了硬件成本，也減少了綜合布線的復(fù)雜性和開支，也便于設(shè)備的管理和控制，通過軟件的設(shè)計(jì)可以減少非線性誤差、零點(diǎn)誤差，提高了信噪比和精確度。本產(chǎn)品也可以通過語音進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，使用戶更加體驗(yàn)到了控制的智能化。
【專利說明】基于智能傳感器和語音控制終端的ZigBee智能家居系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)類的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于智能傳感器和語音控制終端的ZigBee智能家居系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子、無線通信技術(shù)的發(fā)展，智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展速度越來越快，涉及到監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)種類也隨著增多。但是傳統(tǒng)的傳感器模塊因自身感應(yīng)設(shè)置只能獨(dú)立的監(jiān)測(cè)一個(gè)物理量，因此在一定的房間區(qū)域里需要安裝的傳感器種類增多如溫度傳感器、濕度傳感器、濃度傳感器等各種類型傳感器，從而導(dǎo)致綜合布線就更加復(fù)雜化，硬件成本也隨著增大，甚至各類傳感器之間互相干擾，影響監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。
[0003]另外，雖然人們可以通過觸摸屏來對(duì)終端設(shè)備進(jìn)行操作，并傳輸控制指令。但是，當(dāng)用戶開車、手持重要物品等雙手處在忙碌狀態(tài)時(shí)就難以通過觸摸屏來進(jìn)行操作，這時(shí)不得不停下手中正在做的事去操作觸摸屏來進(jìn)行設(shè)備控制，不僅浪費(fèi)用戶的時(shí)間而且使用戶不能更好體驗(yàn)智能家居的高品質(zhì)生活。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的是根據(jù)【背景技術(shù)】中存在的缺點(diǎn)和問題加以改進(jìn)，提供一種成本低、監(jiān)測(cè)精度高、低能耗且智能方便的基于智能傳感器和語音控制終端的ZigBee智能家居系統(tǒng)。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是提供了一種基于智能傳感器和語音控制終端的ZigBee智能家居系統(tǒng)，其特征在于:包括智能傳感器單元、中央控制單元、智能家居網(wǎng)關(guān)和語音控制終端，所述智能傳感器單元包括用于監(jiān)測(cè)濕度、溫度和氣體濃度的傳感器復(fù)合模塊，與傳感器復(fù)合模塊連接的物理量采集模塊，與物理量采集模塊連接的信息處理模塊，所述中央控制單元包括信息接收模塊、通過ZigBee無線通信與信息處理模塊相連的射頻收發(fā)模塊、與射頻收發(fā)模塊相連的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和信息接收模塊連接的系統(tǒng)控制模塊，所述智能家居網(wǎng)關(guān)包括ZigBee模塊和網(wǎng)卡芯片，所述語音控制終端包括語音采集模塊、語音轉(zhuǎn)化信息模塊、發(fā)送信息模塊、信息存儲(chǔ)模塊，其中:所述物理量采集模塊將傳感器復(fù)合模塊監(jiān)測(cè)到的濕度、溫度和氣體濃度信息變成電信號(hào)并進(jìn)行分類后傳遞給信息處理模塊，所述信息處理模塊將分類后的電信號(hào)信息進(jìn)行脈沖編碼調(diào)制并通過ZigBee無線通信傳遞給射頻收發(fā)模塊，所述信息接收模塊接收手機(jī)發(fā)送模塊通過GPRS發(fā)過來的控制信息，并傳遞給系統(tǒng)控制模塊，系統(tǒng)控制模塊控制家用設(shè)備工作，所述射頻收發(fā)模塊將信息處理模塊發(fā)來的電信號(hào)通過串行接口傳送給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊將接收到的信息的數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，在接收到的信息的數(shù)據(jù)異常時(shí)發(fā)送信號(hào)至系統(tǒng)控制模塊和射頻收發(fā)模塊，系統(tǒng)控制模塊控制家用設(shè)備，射頻收發(fā)模塊將異常信息發(fā)送至語音控制終端的信息存儲(chǔ)模塊。
[0006]本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0007]1、節(jié)約了成本
[0008]本系統(tǒng)采用智能傳感器具有復(fù)合功能，可以同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)物理量，取代了多個(gè)單一功能的傳感器，節(jié)約了硬件成本，也減少了綜合布線的復(fù)雜性和開支，也便于設(shè)備的管理和控制。
[0009]2、提高數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的精確度
[0010]本系統(tǒng)采用了智能傳感器，通過軟件的設(shè)計(jì)可以減少非線性誤差、零點(diǎn)誤差，提高了信噪比和精確度。
[0011]3、低功耗、更加智能方便的遠(yuǎn)程控制
[0012]雖然WIF1、藍(lán)牙等無線通信技術(shù)不斷發(fā)展并運(yùn)用于智能家居，但是藍(lán)牙通信技術(shù)傳輸距離短、WIFI功耗大等缺點(diǎn)制約著智能家居的發(fā)展和普及。本系統(tǒng)采用ZigBee無線通信技術(shù)代替以上通信技術(shù)，從而解決了以上的不足，采用ZigBee無線通信技術(shù)并通過ZigBee模塊轉(zhuǎn)以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的方式聯(lián)接因特網(wǎng)，在利用手機(jī)或電腦實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的同時(shí)，相比藍(lán)牙、WIFI技術(shù)具有成本低，功耗低，通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)到激活時(shí)延都很短、安全可靠、多跳、自組網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)。
[0013]4、更加智能化的遠(yuǎn)程控制
[0014]最重要的是在雙手處于忙碌狀態(tài)時(shí)也可以通過語音進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，更加體驗(yàn)到了控制的智能化。
[0015]總之，本系統(tǒng)在采用目前通用的ZigBee無線通信協(xié)議的同時(shí)，也依靠智能傳感器代替原來的單一功能的傳感器和增加了語音控制功能，不僅減少了硬件的開發(fā)成本，也減少了開發(fā)周期，而且為智能家居監(jiān)控系統(tǒng)以后的發(fā)展方向提供了一個(gè)參考方向。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]由圖1可知，本實(shí)用新型包括智能傳感器單元、中央控制單元、智能家居網(wǎng)關(guān)和語音控制終端，所述智能傳感器單元包括用于監(jiān)測(cè)濕度、溫度和氣體濃度的傳感器復(fù)合模塊，與傳感器復(fù)合模塊連接的物理量采集模塊，與物理量采集模塊連接的信息處理模塊，所述中央控制單元包括信息接收模塊、通過ZigBee無線通信與信息處理模塊相連的射頻收發(fā)模塊、與射頻收發(fā)模塊相連的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和信息接收模塊連接的系統(tǒng)控制模塊，所述智能家居網(wǎng)關(guān)包括ZigBee模塊和網(wǎng)卡芯片，所述語音控制終端包括語音采集模塊、語音轉(zhuǎn)化信息模塊、發(fā)送信息模塊、信息存儲(chǔ)模塊，其中:所述物理量采集模塊將傳感器復(fù)合模塊監(jiān)測(cè)到的濕度、溫度和氣體濃度信息變成電信號(hào)并進(jìn)行分類后傳遞給信息處理模塊，所述信息處理模塊將分類后的電信號(hào)信息進(jìn)行脈沖編碼調(diào)制并通過ZigBee無線通信傳遞給射頻收發(fā)模塊，所述信息接收模塊接收手機(jī)發(fā)送模塊通過GPRS發(fā)過來的控制信息，并傳遞給系統(tǒng)控制模塊，系統(tǒng)控制模塊控制家用設(shè)備工作，所述射頻收發(fā)模塊將信息處理模塊發(fā)來的電信號(hào)通過串行接口傳送給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊將接收到的信息的數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，在接收到的信息的數(shù)據(jù)異常時(shí)發(fā)送信號(hào)至系統(tǒng)控制模塊和射頻收發(fā)模塊，系統(tǒng)控制模塊控制家用設(shè)備，射頻收發(fā)模塊將異常信息發(fā)送至語音控制終端的信息存儲(chǔ)模塊。
[0018]本實(shí)用新型所述的傳感器復(fù)合模塊包括高集成度傳感器部分、物理量選擇電路部分和ARM微處理器，所述ARM微處理器控制信息處理模塊進(jìn)行脈沖編碼調(diào)制。本實(shí)用新型所述的系統(tǒng)控制模塊包括用于遠(yuǎn)程控制的微處理器。本實(shí)用新型所述的語音控制終端是手機(jī)和/或平板電腦和/或PC。
[0019]本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的智能傳感器單元包含:傳感器變換模塊、物理量采集模塊、信息處理模塊等設(shè)備，智能傳感器單元I具有傳感器復(fù)合功能可以在短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)監(jiān)測(cè)出室內(nèi)的濕度、溫度、濃度并可快速地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后傳遞給中央控制單元2。中央控制單元2包含:信息接收模塊、射頻收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、系統(tǒng)控制模塊等相關(guān)設(shè)備。中央控制單元2主要是負(fù)責(zé)接發(fā)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)比對(duì)和并將形成控制指令信息發(fā)送給智能家居網(wǎng)關(guān)3。智能家居網(wǎng)關(guān)3是用嵌入式Linux作為操作系統(tǒng)，以ARM9系列的STR912FA46X6作為主控芯片，并且包括了采用CC2530芯片的ZibBee無線通信模塊和網(wǎng)卡芯片RC82545EM，主要是負(fù)責(zé)家庭網(wǎng)絡(luò)的建立和網(wǎng)絡(luò)管理并通過路由節(jié)點(diǎn)和因特網(wǎng)向語音控制終端4發(fā)送控制指令。語音控制終端4包含括語音采集模塊、語音轉(zhuǎn)化信息模塊、發(fā)送信息模塊、信息存儲(chǔ)模塊。通過這三個(gè)模塊在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制的同時(shí)也可以通過語音對(duì)家用設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。
[0020]本實(shí)用新型設(shè)計(jì)原理:
[0021]本系統(tǒng)包含:智能傳感器單元、中央控制單元、智能家居網(wǎng)關(guān)、語音控制終端。
[0022]智能傳感器單元包含:傳感器復(fù)合模塊、物理量采集模塊、信息處理模塊等設(shè)備。
[0023]智能傳感器單元具有傳感器復(fù)合功能，可以在短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)監(jiān)測(cè)出室內(nèi)的濕度、溫度、濃度等物理量并將監(jiān)測(cè)的物理量傳遞給物理量采集模塊。
[0024]其中傳感器復(fù)合模塊包括:具有多個(gè)經(jīng)典高集成度傳感器部分、物理量選擇電路部分、ARM微處理器部分。具有多個(gè)經(jīng)典高集成度傳感器部分采用的是超大規(guī)模CMOS電路集成技術(shù)，使集成的智能傳感器的體積大大減小，功耗大大降低。在ARM微處理器的控制下，通過物理量選擇電路來控制高集成度傳感器進(jìn)行有序的測(cè)量各個(gè)物理量參數(shù)如濕度、溫度、氣體濃度。
[0025]物理量采集模塊將收集傳感器變換模塊發(fā)送過來的物理信息變化成電信號(hào)并進(jìn)行分類后，傳遞給信息處理模塊。
[0026]信息處理模塊:將分類后的電信號(hào)信息在ARM微處理器控制下通過PCM脈碼調(diào)制量化為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，最后通過ZigBee無線通信傳遞給中央控制單元。
[0027]中央控制單元包含:信息接收模塊、射頻收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、系統(tǒng)控制模塊等相關(guān)設(shè)備。
[0028]其中信息接收模塊可以接收手機(jī)發(fā)送模塊通過GPRS發(fā)過來的控制信息。并將發(fā)送信息模塊發(fā)過來的控制信息傳遞給系統(tǒng)控制模塊中的微處理器以形成控制指令去執(zhí)行相應(yīng)的操作，從而達(dá)到遠(yuǎn)程控制的目的。
[0029]其中射頻收發(fā)模塊一方面接收智能傳感器通過ZigBee無線通信發(fā)過來的電信號(hào)，另一方面將電信號(hào)通過串行接口傳送給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊進(jìn)行下一步與預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)對(duì)比同時(shí)也通過ZigBee無線通信技術(shù)傳將收到的信息傳遞給智能家居網(wǎng)關(guān)3。
[0030]數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊將接收的信息數(shù)據(jù)和以前設(shè)置的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。如果有異常立馬傳遞給系統(tǒng)控制模塊同時(shí)，也傳遞給射頻收發(fā)模塊。射頻收發(fā)模塊將異常信息以短信的方式發(fā)送給手機(jī)用戶，用戶可以及時(shí)了解異常情況。系統(tǒng)控制模塊接受到信息后轉(zhuǎn)化成控制指令進(jìn)行控制相關(guān)設(shè)備如:安防報(bào)警設(shè)備，加熱制冷等設(shè)備。
[0031]智能家居網(wǎng)關(guān)是基于Linux環(huán)境下嵌入式處理器包含ZigBee模塊和網(wǎng)卡芯片，主要是負(fù)責(zé)家庭網(wǎng)絡(luò)的建立和網(wǎng)絡(luò)管理并通過路由節(jié)點(diǎn)向語音控制終端發(fā)送控制請(qǐng)求。
[0032]語音控制終端包含語音采集模塊、語音轉(zhuǎn)化信息模塊、發(fā)送信息模塊、信息存儲(chǔ)模塊，通過這幾個(gè)模塊在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制的同時(shí)也可以通過語音對(duì)家用設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。
[0033]其中語音采集模塊主要是通過手機(jī)上的MIC把收集到的簡單的控制單詞聲音信號(hào)變成模擬信號(hào)。
[0034]語音轉(zhuǎn)化信息模塊主要把生成的模擬信號(hào)譯成數(shù)字信號(hào)并和以前特征收集原始單詞控制指令而生成的數(shù)字信號(hào)庫模型進(jìn)行對(duì)比。如果相似就通過語音轉(zhuǎn)化信息模塊將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化成執(zhí)行操作指令信息傳遞給發(fā)送信息模塊，如果不相似就將進(jìn)行語音播報(bào)提示語音錯(cuò)誤。
[0035]發(fā)送信息模塊把生成的操作信息發(fā)送給信息接收模塊。信息接收模塊接收到信息后通過串口通信傳輸給系統(tǒng)控制模塊中微處理器。
[0036]發(fā)送信息模塊通過GPRS通信方式將控制信息發(fā)送到中央控制單元2中的信息接收模塊，再由信息接收模塊通過串行接口傳遞給控制模塊行成控制指令，從而達(dá)到過程控制，隨時(shí)隨地控制的目的。
[0037]本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用了基于ZigBee協(xié)議的無線通信技術(shù)，和成熟的藍(lán)牙、WIFI等通信技術(shù)相比ZigBee技術(shù)具有功耗低、成本低、通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)到激活時(shí)延都很短、安全可靠、網(wǎng)絡(luò)容量大、多跳、自組網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)。ZigBee模塊通過路由器可將數(shù)據(jù)信息上傳到因特網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制突破了傳統(tǒng)的局限于家庭個(gè)人電腦控制。
[0038]本實(shí)用新型所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行的描述，并非對(duì)本實(shí)用新型構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定，在不脫離本實(shí)用新型設(shè)計(jì)思想的前提下，本領(lǐng)域中工程技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，本實(shí)用新型請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。
【權(quán)利要求】
1.一種基于智能傳感器和語音控制終端的ZigBee智能家居系統(tǒng)，其特征在于:包括智能傳感器單元、中央控制單元、智能家居網(wǎng)關(guān)和語音控制終端， 所述智能傳感器單元包括用于監(jiān)測(cè)濕度、溫度和氣體濃度的傳感器復(fù)合模塊，與傳感器復(fù)合模塊連接的物理量采集模塊，與物理量采集模塊連接的信息處理模塊， 所述中央控制單元包括信息接收模塊、通過ZigBee無線通信與信息處理模塊相連的射頻收發(fā)模塊、與射頻收發(fā)模塊相連的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和信息接收模塊連接的系統(tǒng)控制模塊， 所述智能家居網(wǎng)關(guān)包括ZigBee模塊和網(wǎng)卡芯片， 所述語音控制終端包括語音采集模塊、語音轉(zhuǎn)化信息模塊、發(fā)送信息模塊、信息存儲(chǔ)模塊，其中: 所述物理量采集模塊將傳感器復(fù)合模塊監(jiān)測(cè)到的濕度、溫度和氣體濃度信息變成電信號(hào)并進(jìn)行分類后傳遞給信息處理模塊，所述信息處理模塊將分類后的電信號(hào)信息進(jìn)行脈沖編碼調(diào)制并通過ZIGBEE無線通信傳遞給射頻收發(fā)模塊， 所述信息接收模塊接收手機(jī)發(fā)送模塊通過GPRS發(fā)過來的控制信息，并傳遞給系統(tǒng)控制模塊，系統(tǒng)控制模塊控制家用設(shè)備工作， 所述射頻收發(fā)模塊將信息處理模塊發(fā)來的電信號(hào)通過串行接口傳送給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊將接收到的信息的數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，在接收到的信息的數(shù)據(jù)異常時(shí)發(fā)送信號(hào)至系統(tǒng)控制模塊和射頻收發(fā)模塊，系統(tǒng)控制模塊控制家用設(shè)備，射頻收發(fā)模塊將異常信息發(fā)送至語音控制終端的信息存儲(chǔ)模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于智能傳感器和語音控制終端的ZigBee智能家居系統(tǒng)，其特征在于:所述的傳感器復(fù)合模塊包括高集成度傳感器部分、物理量選擇電路部分和ARM微處理器，所述ARM微處理器控制信息處理模塊進(jìn)行脈沖編碼調(diào)制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于智能傳感器和語音控制終端的ZigBee智能家居系統(tǒng)，其特征在于:所述的系統(tǒng)控制模塊包括用于遠(yuǎn)程控制的微處理器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于智能傳感器和語音控制終端的ZigBee智能家居系統(tǒng)，其特征在于:所述的語音控制終端是手機(jī)和/或平板電腦和/或PC。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK204069011SQ201420466563
【公開日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月19日
【發(fā)明者】鄧行 申請(qǐng)人:湖南華瑞聯(lián)芯物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)有限公司