一種新型智能家居室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種新型智能家居室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，主要用于家居電器的遠(yuǎn)程控制與電氣信息的遠(yuǎn)程采集，是智能家居系統(tǒng)的重要組成部分。該系統(tǒng)以nRF905無(wú)線射頻收發(fā)芯片作為基本的無(wú)線通信媒介，憑借微功率技術(shù)穩(wěn)定高效的通信性能，對(duì)電器設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)工作。該系統(tǒng)通過(guò)精確的程序控制，既能實(shí)時(shí)無(wú)線采集電氣信息如三表信息、安防警報(bào)等，也能發(fā)出或者接收室內(nèi)主機(jī)的控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)電器設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。
【專利說(shuō)明】
一種新型智能家居室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到智能電網(wǎng)需求側(cè)能源管理“智能用電”技術(shù)的實(shí)施，主要提供一種應(yīng)用于智能家居系統(tǒng)的新型“室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)”整體架構(gòu)的設(shè)計(jì)，涉及到無(wú)線射頻模塊的硬件開發(fā)與軟件設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出一種針對(duì)智能家居的具有家電遠(yuǎn)程控制、電氣信息遠(yuǎn)程采集的新型“室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)”。

【背景技術(shù)】
[0002]在國(guó)家的大力扶持下，以智能配電、智能輸電、智能用電為特征的智能電網(wǎng)已成為新一代電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。相對(duì)于傳統(tǒng)的家居用電，智能家居系統(tǒng)具有信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化等優(yōu)勢(shì)，是實(shí)現(xiàn)智能用電的重要依托。在實(shí)現(xiàn)智能家居用電監(jiān)測(cè)與控制的過(guò)程中，具有便捷、高效等特點(diǎn)的室內(nèi)無(wú)線通信網(wǎng)對(duì)提高系統(tǒng)可靠性與舒適性至關(guān)重要。
[0003]隨著智能家居的大規(guī)模發(fā)展，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)布線方式既不便于擴(kuò)展與改造，也會(huì)增加布線成本。使用基于HRF905無(wú)線射頻模塊開發(fā)的室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)無(wú)需布線，有著安裝便利、組網(wǎng)容易、擴(kuò)展性高、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，在室內(nèi)電氣信息的采集監(jiān)測(cè)和電器設(shè)備控制方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。本系統(tǒng)面向智能家居的電器終端控制進(jìn)行設(shè)計(jì)，以室內(nèi)主機(jī)為控制核心，既可以通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)常用的家用電器，從而輕松實(shí)現(xiàn)家電的遠(yuǎn)程控制與智能控制，又可以對(duì)各個(gè)家電產(chǎn)品的耗電量進(jìn)行監(jiān)控，并與電力系統(tǒng)進(jìn)行連接，便于用電管理。因此，通過(guò)采用室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，并結(jié)合“四網(wǎng)合一”技術(shù)，可以極大地簡(jiǎn)化布線工作，提高智能家居系統(tǒng)工作效能，促進(jìn)綠色環(huán)保技術(shù)的發(fā)展。
[0004]另一方面，本系統(tǒng)基于微功率射頻模塊進(jìn)行開發(fā)，是一種新型的室內(nèi)通信組網(wǎng)技術(shù)，具有功耗低、通信距離遠(yuǎn)、模塊成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)。相比于幾種傳統(tǒng)的通信技術(shù)，基于射頻技術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)有著自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。紅外通信技術(shù)由于在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中兩個(gè)通信設(shè)備之間不能有障礙物，且不能邊移動(dòng)邊傳輸，因此不適合在復(fù)雜的工作環(huán)境中使用。藍(lán)牙技術(shù)的有效傳輸距離小于10m，更適合鼠標(biāo)、鍵盤等設(shè)備。W1-FI (802.1lb)技術(shù)的設(shè)備使用費(fèi)較為昂貴。而微功率短距離無(wú)線通信一般使用數(shù)字信號(hào)單片射頻收發(fā)芯片，加上微控制器和少量外圍元器件即可構(gòu)成專用或通用無(wú)線通信模塊。同時(shí)，無(wú)線射頻技術(shù)是一種新型無(wú)線通信技術(shù)，相比于ZigBee技術(shù)，使用無(wú)線射頻技術(shù)開發(fā)的智能家居無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)具有完全的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，是智能家居系統(tǒng)大規(guī)模發(fā)展的重要技術(shù)保障，也是本發(fā)明使用的主要技術(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)主要用于家居電器的遠(yuǎn)程控制與電氣信息的遠(yuǎn)程采集，是智能家居系統(tǒng)的重要組成部分。該系統(tǒng)以nRF905無(wú)線射頻收發(fā)芯片作為基本的無(wú)線通信媒介，憑借微功率技術(shù)穩(wěn)定高效的通信性能，對(duì)電器設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)工作。該系統(tǒng)通過(guò)精確的程序控制，既能實(shí)時(shí)無(wú)線采集電氣信息如三表信息、安防警報(bào)等，也能發(fā)出或者接收室內(nèi)主機(jī)的控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)電器設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種新型智能家居室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，包括下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、無(wú)線射頻模塊二、無(wú)線射頻模塊一、室內(nèi)主機(jī)；下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與無(wú)線射頻模塊二連接，無(wú)線射頻模塊二與無(wú)線射頻模塊一通過(guò)無(wú)線連接，無(wú)線射頻模塊一與室內(nèi)主機(jī)連接；無(wú)線射頻模塊二和無(wú)線射頻模塊一均包括nRF905無(wú)線射頻收發(fā)芯片、微型控制器MCU、電源及串口等外圍電路；室內(nèi)主機(jī)通過(guò)串口連接無(wú)線射頻模塊一，并與和下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連的無(wú)線射頻模塊二進(jìn)行通?目;
室內(nèi)主機(jī)一方面接收由無(wú)線射頻模塊一通過(guò)串口發(fā)送來(lái)的信息并進(jìn)行分析處理，包括計(jì)算、存儲(chǔ)、顯示；另一方也通過(guò)無(wú)線射頻模塊一向與下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接的無(wú)線射頻模塊二下達(dá)控制指令，包括復(fù)位、信息采集、機(jī)械動(dòng)作；由無(wú)線射頻模塊二實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信息采集和對(duì)下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作控制，因此室內(nèi)主機(jī)間接實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電氣信息采集和遠(yuǎn)程控制；
下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一方面通過(guò)各項(xiàng)傳感器對(duì)室內(nèi)電氣信息進(jìn)行采集，包括電壓信息、電流信息、溫度信息、光照信息，采集結(jié)果由無(wú)線射頻模塊二通過(guò)其微型控制器MCU讀取并在分析處理后發(fā)送至與室內(nèi)主機(jī)連接的無(wú)線射頻模塊一；另一方面，下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行由無(wú)線射頻模塊二下達(dá)的控制指令，包括繼電器開合、電機(jī)動(dòng)作、空調(diào)調(diào)節(jié)。
[0007]包括兩個(gè)以上的下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
[0008]所述下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括電器控制模塊、安防設(shè)施模塊、環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊、三表集抄數(shù)據(jù)采集模塊；
所述電器控制模塊:以智能插座為載體，用于室內(nèi)主要電器的電氣信息采集以及電器設(shè)備的控制；
所述安防設(shè)施模塊:包括窗磁、門磁、煙感、緊急按鈕，用于室內(nèi)安防、火災(zāi)以及其他緊急情況；
所述環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊:包括光照傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器，用于室內(nèi)環(huán)境的監(jiān)測(cè)；
所述三表集抄數(shù)據(jù)采集模塊:包括電表、水表、氣表數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集三表數(shù)據(jù)并上傳到室內(nèi)主機(jī)。
[0009]一種新型智能家居室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，其工作過(guò)程為如下:
(O首先系統(tǒng)上電進(jìn)行系統(tǒng)自檢及各個(gè)模塊的初始化，包括定時(shí)器、AD轉(zhuǎn)換初始化，配置無(wú)線收發(fā)模塊工作模式、數(shù)據(jù)收發(fā)地址、數(shù)據(jù)寬度、地址寬度、CRC校檢、發(fā)射功率；
(2)然后下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)入循環(huán)工作狀態(tài)，定時(shí)向主機(jī)發(fā)送確認(rèn)信息，確保下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)處于正常工作狀態(tài)；同時(shí)下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的測(cè)量部分也進(jìn)行AD中斷采樣；
(3)在AD循環(huán)中斷采樣的過(guò)程中，下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)同時(shí)在等待室內(nèi)主機(jī)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)操作指令；當(dāng)接收到數(shù)據(jù)請(qǐng)求指令時(shí)，下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)將采集準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線射頻模塊一發(fā)送給無(wú)線射頻模塊二，并最終傳送給室內(nèi)主機(jī)；室內(nèi)主機(jī)當(dāng)接收到操作用電設(shè)備的指令及用電設(shè)備類型及編號(hào)時(shí)，MCU發(fā)出控制繼電器的指令或者紅外發(fā)射的指令，達(dá)到遠(yuǎn)程控制管理用電設(shè)備的功能。
[0010](4)室內(nèi)主機(jī)將采集到數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，以決定是否發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并向下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制操作；同時(shí)，室內(nèi)主機(jī)也可以接收用戶操作指令，對(duì)下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行主動(dòng)查詢，或者對(duì)下位機(jī)進(jìn)行配置。
[0011]所述電器控制模塊的工作過(guò)程包括:
定時(shí)發(fā)送確認(rèn)信息部分和接收主機(jī)控制信息部分；電器控制模塊每隔一段時(shí)間向主機(jī)發(fā)送一次確認(rèn)信息，如果主機(jī)超過(guò)一定時(shí)間沒(méi)有檢測(cè)到電器控制模塊發(fā)過(guò)來(lái)的確認(rèn)信息，則判定電器控制模塊出錯(cuò)；同時(shí)，電器控制模塊也不斷監(jiān)測(cè)主機(jī)的控制信號(hào)，包括啟停、開度。
所述安防設(shè)施模塊的工作過(guò)程包括:
采用發(fā)送確認(rèn)信息的方式確保該模塊的正常工作，室內(nèi)主機(jī)也可以主動(dòng)詢查，另外還可以修改下位機(jī)地址，究竟要完成那種功能通過(guò)標(biāo)志位來(lái)確定；安防設(shè)施模塊采用循環(huán)掃描的方式，一旦接收到主機(jī)信息，就通過(guò)標(biāo)志位識(shí)別，從而確定是發(fā)送確認(rèn)信息還是修改地址。
[0012]所述環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊的工作過(guò)程包括:
定時(shí)發(fā)送環(huán)境數(shù)據(jù)以確保環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊在正常工作；在環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊支持室內(nèi)主機(jī)定時(shí)刷新環(huán)境數(shù)據(jù)，保證終端顯示的數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和實(shí)用性；如果想得到某一時(shí)刻的環(huán)境數(shù)據(jù)，但是定時(shí)時(shí)間未到，這時(shí)就可以通過(guò)發(fā)送查詢信息到環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊，模塊接到查詢信息后，通過(guò)識(shí)別標(biāo)志位，確認(rèn)詢查指令，然后調(diào)用環(huán)境監(jiān)測(cè)函數(shù)，并將測(cè)得的數(shù)據(jù)發(fā)回主機(jī)；另外通過(guò)識(shí)別標(biāo)志位，如果是修改地址指令，則修改本機(jī)地址。
[0013]所述三表集抄數(shù)據(jù)采集模塊的工作過(guò)程包括:
定時(shí)發(fā)送確認(rèn)信息和接收主機(jī)查詢信息，其工作方式與環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊基本一致。
[0014]本發(fā)明采用基于nRF905無(wú)線射頻收發(fā)芯片構(gòu)筑的室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，能完全滿足智能家居系統(tǒng)對(duì)室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)的需求，其主要優(yōu)點(diǎn)列述如下:
I)擴(kuò)展性好。nRF905無(wú)線射頻收發(fā)芯片具有一套完整的通信協(xié)議，并結(jié)合該芯片固有的調(diào)頻通信能力，能夠輕易實(shí)現(xiàn)一對(duì)多、多對(duì)多通信，因此只需對(duì)控制程序進(jìn)行升級(jí)即可對(duì)室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。
[0015]2)功耗低。nRF905無(wú)線射頻收發(fā)芯片采用微功率技術(shù)，在包含其控制MCU及外圍電路的條件下，無(wú)線射頻模塊的功率在mW級(jí)別。
[0016]3)穩(wěn)定可靠?；趎RF905的無(wú)線射頻模塊有效通信距離在50m以上，且不受障礙物阻隔，在復(fù)雜電磁環(huán)境及氣候條件下下均可正常工作。在穩(wěn)定可靠工作的同時(shí)，又具有相對(duì)較低的價(jià)格。
[0017]4)使用nRF905無(wú)線射頻模塊構(gòu)筑室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)是一種全新的組網(wǎng)方式，在只能家居大規(guī)模應(yīng)用時(shí)能獲得核心技術(shù)的上游優(yōu)勢(shì)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本發(fā)明的層次示意圖；
圖2是本發(fā)明的整體架構(gòu)圖；
圖3是90C52AD單片機(jī)(MCU)電路原理圖；
圖4是nRF905無(wú)線收發(fā)芯片接口圖；
圖5是nRF905無(wú)線收發(fā)芯片發(fā)送數(shù)據(jù)流程圖；
圖6是nRF905無(wú)線收發(fā)芯片接收數(shù)據(jù)流程圖； 圖7是窗簾控制機(jī)構(gòu)與室內(nèi)主機(jī)的通信流程圖；
圖8是安防模塊與室內(nèi)主機(jī)的通信流程圖；
圖9是環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊與室內(nèi)主機(jī)的通信流程圖；
圖10是三表模塊與室內(nèi)主機(jī)的通信流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖所示的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0020]如圖1所示，本系統(tǒng)分為三個(gè)層次:下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、基于無(wú)線射頻技術(shù)的通信設(shè)備無(wú)線射頻模塊一和二、室內(nèi)主機(jī)。
[0021]其中基于無(wú)線射頻技術(shù)的通信設(shè)備無(wú)線射頻模塊主要包括三部分:nRF905無(wú)線射頻收發(fā)芯片、控制MCU、電源及串口等外圍電路。這三部分共同構(gòu)成了無(wú)線射頻通信底板，集信號(hào)收發(fā)、信號(hào)解析處理功能于一體，這里合稱為無(wú)線射頻模塊。無(wú)線射頻模塊既可以通過(guò)控制MCU的I/O 口控制下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，又可以通過(guò)串口與室內(nèi)主機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，同時(shí)兩塊無(wú)線射頻模塊之間也可以通過(guò)無(wú)線方式進(jìn)行通信，從而在下位機(jī)和室內(nèi)主機(jī)之間建立起通信連接。由于一塊無(wú)線射頻模塊可以與其他多塊無(wú)線射頻模塊之間同時(shí)進(jìn)行通信，因此可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)主機(jī)與下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一對(duì)多通信。
[0022]下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)電氣信息的采集及控制指令的執(zhí)行。在工作過(guò)程中，下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一方面通過(guò)各項(xiàng)傳感器對(duì)室內(nèi)電氣信息進(jìn)行采集，比如電壓信息、電流信息、溫度信息、光照信息，采集結(jié)果由無(wú)線射頻模塊二通過(guò)控制MCU讀取并在分析處理后發(fā)送至與室內(nèi)主機(jī)連接的無(wú)線射頻模塊一；另一方面，下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)也執(zhí)行由無(wú)線射頻模塊二下達(dá)的控制指令，比如繼電器開合、電機(jī)動(dòng)作、空調(diào)調(diào)節(jié)等。
[0023]室內(nèi)主機(jī)是室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的信息集散地，主要通過(guò)串口與無(wú)線射頻模塊一進(jìn)行連接，并利用無(wú)線射頻模塊一和無(wú)線射頻模塊二進(jìn)行無(wú)線通信。工作過(guò)程中，室內(nèi)主機(jī)一方面接收由無(wú)線射頻模塊一通過(guò)串口發(fā)送來(lái)的信息并進(jìn)行分析處理，比如計(jì)算、存儲(chǔ)、顯示等；另一方面也通過(guò)無(wú)線射頻模塊一向與下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接的無(wú)線射頻模塊二下達(dá)控制指令，比如復(fù)位、信息采集、機(jī)械動(dòng)作等。由于無(wú)線射頻模塊二可以實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信息采集和對(duì)下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作控制，因此室內(nèi)主機(jī)就可以間接實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電氣信息采集和遠(yuǎn)程控制。
[0024]本發(fā)明將主要介紹基于射頻技術(shù)的室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的整體架構(gòu)與工作流程。系統(tǒng)的整體架構(gòu)如附圖2所示，室內(nèi)主機(jī)通過(guò)串口連接無(wú)線射頻模塊一從而接入室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，并與和下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連的無(wú)線射頻模塊二進(jìn)行通信。同時(shí)，室內(nèi)主機(jī)也可以通過(guò)光纖與小區(qū)局域網(wǎng)進(jìn)行連接，從而用戶即可以通過(guò)網(wǎng)頁(yè)、客戶端等方式實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)電氣設(shè)備的遙控與監(jiān)測(cè)。由于這是室內(nèi)主機(jī)的外聯(lián)功能，與本發(fā)明關(guān)系不甚密切，此處不作詳細(xì)說(shuō)明。室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)是本發(fā)明的主要說(shuō)明部分，通過(guò)無(wú)線射頻模塊接入該網(wǎng)絡(luò)的下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括如下四個(gè)部分:
(a)電器控制模塊:以智能插座為載體，主要用于室內(nèi)主要電器的電氣信息采集以及電器設(shè)備的控制；
(b)安防模塊:主要有窗磁、門磁、煙感、緊急按鈕等，用于室內(nèi)安防、火災(zāi)以及其他緊急情況； (C)環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊:主要有光照傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器等，用于室內(nèi)環(huán)境的監(jiān)測(cè)；
(d)三表數(shù)據(jù)采集模塊:即電表、水表、氣表數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集三表數(shù)據(jù)并上傳到室內(nèi)主機(jī)。
[0025]本發(fā)明依托nRF905無(wú)線射頻收發(fā)芯片構(gòu)建了一個(gè)完整的室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，利用無(wú)線射頻模塊作為通信媒介，實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)主機(jī)與下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的信息交互，從而提高了家居生活的品質(zhì)。如前所述，下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括家用電器、安防模塊、環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊和三表集抄模塊。
[0026]現(xiàn)將整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行流程說(shuō)明如下:
首先系統(tǒng)上電進(jìn)行系統(tǒng)自檢及各個(gè)模塊的初始化，包括定時(shí)器、AD轉(zhuǎn)換初始化，配置無(wú)線收發(fā)模塊工作模式、數(shù)據(jù)收發(fā)地址、數(shù)據(jù)寬度、地址寬度、CRC校檢、發(fā)射功率等內(nèi)容。
[0027]然后下位機(jī)進(jìn)入循環(huán)工作狀態(tài)，定時(shí)向主機(jī)發(fā)送確認(rèn)信息，確保下位機(jī)處于正常工作狀態(tài)。同時(shí)下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的測(cè)量部分(包括電器控制模塊中的電壓/電流傳感器、三表集抄模塊中的電表、氣表、水表測(cè)量傳感器)也進(jìn)行AD中斷采樣。本處以電壓/電流測(cè)量為例進(jìn)行說(shuō)明，在一個(gè)周期(20ms)中，電壓/電流傳感器一共進(jìn)行64次采樣，將電流電壓的瞬時(shí)值計(jì)算出來(lái)，然后每隔一個(gè)周期在乘法運(yùn)算器中進(jìn)行快速運(yùn)算，從而打到精確的一個(gè)周期中的有功功率，并計(jì)算好電壓電流一個(gè)周期的有效值，在此不斷的循環(huán)中斷采樣計(jì)算，并每隔四分鐘主動(dòng)通過(guò)無(wú)線射頻模塊向智能家居系統(tǒng)主機(jī)發(fā)送有功功率，電壓電流有效值，繼電器是否安全等狀態(tài)信息。此外，其他模塊的下位機(jī)也將開關(guān)量、環(huán)境溫度等模擬量采集并發(fā)送到室內(nèi)主機(jī)進(jìn)行分析判斷。
[0028]在AD循環(huán)中斷采樣的過(guò)程中，下位機(jī)同時(shí)也在等待智能家居系統(tǒng)室內(nèi)主機(jī)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)操作指令。當(dāng)接收到數(shù)據(jù)請(qǐng)求指令時(shí)，智能插座立刻將采集準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線射頻模塊一發(fā)送給無(wú)線射頻模塊二，并最終傳送給室內(nèi)主機(jī)。當(dāng)接收到操作用電設(shè)備的指令及用電設(shè)備類型及編號(hào)時(shí)，此時(shí)MCU發(fā)出控制繼電器的指令或者紅外發(fā)射的指令，從而達(dá)到遠(yuǎn)程控制管理用電設(shè)備的功能。
[0029]室內(nèi)主機(jī)工作時(shí)，會(huì)將采集到數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，以決定是否發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并向下位機(jī)進(jìn)行控制操作。同時(shí)，室內(nèi)主機(jī)也可以接收用戶操作指令，對(duì)下位機(jī)狀態(tài)進(jìn)行主動(dòng)查詢，或者對(duì)下位機(jī)進(jìn)行配置，如修改地址等操作。
[0030]無(wú)線射頻模塊硬件說(shuō)明:主要包括控制MCU、nRF905單片無(wú)線收發(fā)芯片、電源轉(zhuǎn)換電路等幾部分。如附圖3所示，本系統(tǒng)通信底板以90C52AD單片機(jī)為控制MCU，通過(guò)單片機(jī)I/O 口模擬SPI通信，從而與設(shè)計(jì)好的nRF905無(wú)線收發(fā)模塊相連接。如附圖4所示為nRF905無(wú)線收發(fā)芯片的接口圖，其中MISO為SPI輸出，MOSI為SPI輸入，CSN為SPI使能端，低電平有效。此外，⑶、AM、DR三個(gè)管腳分別為載波檢測(cè)輸出、地址匹配輸出、數(shù)據(jù)就緒輸出。附圖3與附圖4中標(biāo)識(shí)相同的管腳在實(shí)際電路中是連接在一起的。
[0031]無(wú)線射頻模塊數(shù)據(jù)收發(fā)流程說(shuō)明:如附圖5所示為nRF905芯片的發(fā)送數(shù)據(jù)流程圖。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)由控制MCU對(duì)nRF905芯片進(jìn)行I/O操作，使之進(jìn)入發(fā)射模式，然后將待發(fā)送數(shù)據(jù)寫入nRF905芯片，在給數(shù)據(jù)加上字頭和CRC校驗(yàn)碼后激發(fā)數(shù)據(jù)發(fā)送。如附圖6所示為nRF905芯片的接收數(shù)據(jù)流程圖。接收數(shù)據(jù)時(shí)，首先由控制MCU對(duì)nRF905進(jìn)行I/O操作，使之進(jìn)入接收模式，在檢測(cè)到同一頻段載波后，先將相關(guān)標(biāo)志位置1，再進(jìn)行地址匹配和數(shù)據(jù)校驗(yàn)，檢測(cè)無(wú)誤后出發(fā)中斷，提示控制MCU讀取數(shù)據(jù)。
[0032]系統(tǒng)通信流程說(shuō)明:系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)采集傳感器、開關(guān)量等電氣信息，并將收到的信息通過(guò)無(wú)線射頻模塊二傳送給無(wú)線射頻模塊一，再由無(wú)線射頻模塊一通過(guò)串口將信息傳達(dá)給室內(nèi)主機(jī)。同樣，當(dāng)室內(nèi)主機(jī)運(yùn)行的程序要下達(dá)指令時(shí)，先將指令通過(guò)串口發(fā)送給無(wú)線射頻模塊一，再通過(guò)無(wú)線通信傳達(dá)給無(wú)線射頻模塊二，并由無(wú)線射頻模塊二中的MCU解析指令并對(duì)下位機(jī)進(jìn)行操作。室內(nèi)主機(jī)與下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行的通信主要包括下面四個(gè)部分:
O室內(nèi)主機(jī)與下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中電器控制模塊的無(wú)線通信:該模塊以智能插座為載體，控制對(duì)象包括電燈、窗簾、空調(diào)等部分，是智能家居的重要組成部分。系統(tǒng)工作時(shí)，智能插座可以采集連接到該插座的電器的電流、電壓、功率等信息，并通過(guò)無(wú)線射頻模塊一和無(wú)線射頻模塊二(I)構(gòu)成的媒介將信息傳遞到室內(nèi)主機(jī)進(jìn)行保存。另一方面通過(guò)室內(nèi)主機(jī)的控制指令也可以通過(guò)同樣的方式傳送到智能插座，并通過(guò)控制信號(hào)對(duì)相應(yīng)的電器發(fā)送控制其啟停、模式調(diào)整等信號(hào)，例如開關(guān)量信號(hào)或者紅外信號(hào)，本發(fā)明以電器控制模塊中的窗簾控制機(jī)構(gòu)為例進(jìn)行說(shuō)明。如附圖7所示為窗簾控制程序，主要包括兩部分，定時(shí)發(fā)送確認(rèn)信息部分和接收主機(jī)控制信息部分。下位機(jī)每隔一段時(shí)間向主機(jī)發(fā)送一次確認(rèn)信息，如果主機(jī)超過(guò)一定時(shí)間沒(méi)有檢測(cè)到下位機(jī)發(fā)過(guò)來(lái)的確認(rèn)信息，則判定下位機(jī)出錯(cuò)；同時(shí)，下位機(jī)也不斷監(jiān)測(cè)主機(jī)的控制信號(hào)，如啟停、開度等。
[0033]2)室內(nèi)主機(jī)與下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中安防模塊的無(wú)線通信:安防模塊由四個(gè)部分組成，其原理基本相同。在外界條件觸發(fā)下，比如按下緊急按鈕、窗磁觸片分離、紅外傳感器被拆開等，安防器件發(fā)出報(bào)警信號(hào)。無(wú)線射頻模塊二(3)中的控制MCU檢測(cè)到這些信號(hào)后，把報(bào)警信息通過(guò)無(wú)線通信發(fā)送給無(wú)線射頻模塊一，無(wú)線射頻模塊一再將信息通過(guò)串口發(fā)送給室內(nèi)主機(jī)，室內(nèi)主機(jī)發(fā)出警鳴，并進(jìn)一步處理信息。如附圖8所示，安防模塊同樣采用發(fā)送確認(rèn)信息的方式確保該模塊的正常工作，室內(nèi)主機(jī)也可以主動(dòng)詢查，另外還可以修改下位機(jī)地址，究竟要完成那種功能通過(guò)標(biāo)志位來(lái)確定。下位機(jī)采用循環(huán)掃描的方式，一旦接收到主機(jī)信息，就通過(guò)標(biāo)志位識(shí)別，從而確定是發(fā)送確認(rèn)信息還是修改地址。
[0034]3)室內(nèi)主機(jī)與下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊的無(wú)線通信:如附圖9所示，該模塊的程序具有定時(shí)發(fā)送環(huán)境數(shù)據(jù)功能以確保環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊在正常工作。在環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊中，這部分程序的另外一個(gè)功能是支持室內(nèi)主機(jī)定時(shí)刷新環(huán)境數(shù)據(jù)，保證終端顯示的數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和實(shí)用性。如果想知道某一時(shí)刻的環(huán)境數(shù)據(jù)，但是定時(shí)時(shí)間未到，這時(shí)就可以通過(guò)發(fā)送查詢信息到環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊，模塊接到查詢信息后，通過(guò)識(shí)別標(biāo)志位，確認(rèn)詢查指令，然后調(diào)用環(huán)境監(jiān)測(cè)函數(shù)，并將測(cè)得的數(shù)據(jù)發(fā)回主機(jī)。另外通過(guò)識(shí)別標(biāo)志位，如果是修改地址指令，則修改本機(jī)地址。
[0035]4)室內(nèi)主機(jī)與下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中三表模塊的無(wú)線通信:實(shí)驗(yàn)電表是遠(yuǎn)傳電表DDSF722 (40A)遠(yuǎn)傳電表，具有RS485通信功能，我們配套該型號(hào)電表開發(fā)了無(wú)線遠(yuǎn)傳模塊，將無(wú)線串口轉(zhuǎn)換為RS485接口與電表連接起來(lái)。同樣，程序部分包括定時(shí)發(fā)送確認(rèn)信息和接收主機(jī)查詢信息。其工作方式與環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊基本一致，其通信流程如附圖10所示，此處不加贅述。
【權(quán)利要求】
1.一種新型智能家居室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，其特征在于:包括下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、無(wú)線射頻模塊二、無(wú)線射頻模塊一、室內(nèi)主機(jī)；下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)與無(wú)線射頻模塊二連接，無(wú)線射頻模塊二與無(wú)線射頻模塊一通無(wú)線連接，無(wú)線射頻模塊一與室內(nèi)主機(jī)連接；無(wú)線射頻模塊二和無(wú)線射頻模塊一均包括nRF905無(wú)線射頻收發(fā)芯片、微型控制器MCU、電源及串口外圍電路；室內(nèi)主機(jī)通過(guò)串口連接無(wú)線射頻模塊一，并與和下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連的無(wú)線射頻模塊二進(jìn)行通信； 室內(nèi)主機(jī)一方面接收由無(wú)線射頻模塊一通過(guò)串口發(fā)送來(lái)的信息并進(jìn)行分析處理，包括計(jì)算、存儲(chǔ)、顯示；另一方也通過(guò)無(wú)線射頻模塊一向與下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接的無(wú)線射頻模塊二下達(dá)控制指令，包括復(fù)位、信息采集、機(jī)械動(dòng)作；由無(wú)線射頻模塊二實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信息采集和對(duì)下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作控制，因此室內(nèi)主機(jī)間接實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電氣信息采集和遠(yuǎn)程控制； 下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一方面通過(guò)各項(xiàng)傳感器對(duì)室內(nèi)電氣信息進(jìn)行采集，包括電壓信息、電流信息、溫度信息、光照信息，采集結(jié)果由無(wú)線射頻模塊二通過(guò)其微型控制器MCU讀取并在分析處理后發(fā)送至與室內(nèi)主機(jī)連接的無(wú)線射頻模塊一；另一方面，下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行由無(wú)線射頻模塊二下達(dá)的控制指令，包括繼電器開合、電機(jī)動(dòng)作、空調(diào)調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型智能家居室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，其特征在于:包括兩個(gè)以上的下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
3.一種新型智能家居室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，其特征在于:所述下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括電器控制模塊、安防設(shè)施模塊、環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊、三表集抄數(shù)據(jù)采集模塊； 所述電器控制模塊:以智能插座為載體，用于室內(nèi)主要電器的電氣信息采集以及電器設(shè)備的控制； 所述安防設(shè)施模塊:包括窗磁、門磁、煙感、緊急按鈕，用于室內(nèi)安防、火災(zāi)以及其他緊急情況； 所述環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊:包括光照傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器，用于室內(nèi)環(huán)境的監(jiān)測(cè)； 所述三表集抄數(shù)據(jù)采集模塊:包括電表、水表、氣表數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集三表數(shù)據(jù)并上傳到室內(nèi)主機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型智能家居室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，其特征在于:其工作過(guò)程為如下: (O首先系統(tǒng)上電進(jìn)行系統(tǒng)自檢及各個(gè)模塊的初始化，包括定時(shí)器、AD轉(zhuǎn)換初始化，配置無(wú)線收發(fā)模塊工作模式、數(shù)據(jù)收發(fā)地址、數(shù)據(jù)寬度、地址寬度、CRC校檢、發(fā)射功率； (2)然后下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)入循環(huán)工作狀態(tài)，定時(shí)向主機(jī)發(fā)送確認(rèn)信息，確保下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)處于正常工作狀態(tài)；同時(shí)下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的測(cè)量部分也進(jìn)行AD中斷采樣； (3)在AD循環(huán)中斷采樣的過(guò)程中，下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)同時(shí)在等待室內(nèi)主機(jī)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)操作指令；當(dāng)接收到數(shù)據(jù)請(qǐng)求指令時(shí)，下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)將采集準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線射頻模塊一發(fā)送給無(wú)線射頻模塊二，并最終傳送給室內(nèi)主機(jī)；室內(nèi)主機(jī)當(dāng)接收到操作用電設(shè)備的指令及用電設(shè)備類型及編號(hào)時(shí)，MCU發(fā)出控制繼電器的指令或者紅外發(fā)射的指令，達(dá)到遠(yuǎn)程控制管理用電設(shè)備的功能； (4)室內(nèi)主機(jī)將采集到數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，以決定是否發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并向下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制操作；同時(shí)，室內(nèi)主機(jī)也可以接收用戶操作指令，對(duì)下位機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行主動(dòng)查詢，或者對(duì)下位機(jī)進(jìn)行配置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型智能家居室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，其特征在于:所述電器控制模塊的工作過(guò)程包括: 定時(shí)發(fā)送確認(rèn)信息部分和接收主機(jī)控制信息部分；電器控制模塊每隔一段時(shí)間向主機(jī)發(fā)送一次確認(rèn)信息，如果主機(jī)超過(guò)一定時(shí)間沒(méi)有檢測(cè)到電器控制模塊發(fā)過(guò)來(lái)的確認(rèn)信息，則判定電器控制模塊出錯(cuò)；同時(shí)，電器控制模塊也不斷監(jiān)測(cè)主機(jī)的控制信號(hào)，包括啟停、開度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型智能家居室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，其特征在于:所述安防設(shè)施模塊的工作過(guò)程包括: 采用發(fā)送確認(rèn)信息的方式確保該模塊的正常工作，室內(nèi)主機(jī)也可以主動(dòng)詢查，另外還可以修改下位機(jī)地址，究竟要完成那種功能通過(guò)標(biāo)志位來(lái)確定；安防設(shè)施模塊采用循環(huán)掃描的方式，一旦接收到主機(jī)信息，就通過(guò)標(biāo)志位識(shí)別，從而確定是發(fā)送確認(rèn)信息還是修改地址。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型智能家居室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，其特征在于:所述環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊的工作過(guò)程包括: 定時(shí)發(fā)送環(huán)境數(shù)據(jù)以確保環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊在正常工作；在環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊支持室內(nèi)主機(jī)定時(shí)刷新環(huán)境數(shù)據(jù)，保證終端顯示的數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和實(shí)用性；如果想得到某一時(shí)刻的環(huán)境數(shù)據(jù)，但是定時(shí)時(shí)間未到，這時(shí)就可以通過(guò)發(fā)送查詢信息到環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊，模塊接到查詢信息后，通過(guò)識(shí)別標(biāo)志位，確認(rèn)詢查指令，然后調(diào)用環(huán)境監(jiān)測(cè)函數(shù)，并將測(cè)得的數(shù)據(jù)發(fā)回主機(jī)；另外通過(guò)識(shí)別標(biāo)志位，如果是修改地址指令，則修改本機(jī)地址。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型智能家居室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，其特征在于:所述三表集抄數(shù)據(jù)采集模塊的工作過(guò)程包括: 定時(shí)發(fā)送電表、水表、氣表的數(shù)據(jù)信息以確保三表模塊在正常工作；在三表集抄模塊支持室內(nèi)主機(jī)定時(shí)刷新環(huán)境數(shù)據(jù)，保證終端顯示的數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和實(shí)用性；如果想得到某一時(shí)刻的三表數(shù)據(jù)，但是定時(shí)時(shí)間未到，這時(shí)就可以通過(guò)發(fā)送查詢信息到三表集抄模塊，模塊接到查詢信息后，通過(guò)識(shí)別標(biāo)志位，確認(rèn)查詢指令，然后執(zhí)行讀表子程序，并將讀到的信息發(fā)回主機(jī)；另外通過(guò)識(shí)別標(biāo)志位，如果是修改地址指令，則修改本機(jī)地址。
【文檔編號(hào)】G08C17/02GK104331056SQ201410655297
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】周洪, 高星冉, 胡文山, 江朝強(qiáng), 來(lái)金鋼, 易凌松, 蔣燕, 任正濤, 宋春德, 楊輝, 李恩良 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)