基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于嵌入式技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于智能路由的智能家居系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]新時(shí)代的發(fā)展讓廣大業(yè)主對(duì)掌握家里的實(shí)時(shí)情況、控制家庭設(shè)備提出了新的要求。但我國(guó)目前市場(chǎng)上的大部分產(chǎn)品只停留在家庭小范圍內(nèi)通過(guò)Zigbee、藍(lán)牙等技術(shù)組建的無(wú)線個(gè)域網(wǎng)(WPAN)控制的水平，沒(méi)有連接互聯(lián)網(wǎng)，各產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也不統(tǒng)一；智能化的家庭監(jiān)護(hù)、遠(yuǎn)程提醒等還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。
[0003]在此背景下，急需一個(gè)兼容性好的平臺(tái)來(lái)融合互聯(lián)網(wǎng)和家庭無(wú)線個(gè)域網(wǎng)(WPAN)。相比于傳統(tǒng)路由器，智能路由器具有獨(dú)立的操作系統(tǒng)，用戶可以自主選擇安裝應(yīng)用，具有應(yīng)用市場(chǎng)的支持。它功能的擴(kuò)展有多種方式，可隨時(shí)通過(guò)WIF1、串口等多種方式共享數(shù)據(jù)文件，操控家庭設(shè)備，實(shí)現(xiàn)家庭設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化和智能化。以此為基礎(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)化的智能家居系統(tǒng)具有良好的兼容性和應(yīng)用前景，正是市場(chǎng)所需要的。兼容性、擴(kuò)展性極佳的智能家居方案在市場(chǎng)上還是一片空白。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng)，旨在通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)讓在外的人員能得到家里的實(shí)時(shí)情況，控制家中門窗、空調(diào)和熱水器等設(shè)備。并能查看家庭的實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻，獲取家中有害氣體、室溫等參數(shù)，擁有異常情況警告功能。
[0005]本發(fā)明由遠(yuǎn)程客戶端、智能路由器系統(tǒng)、家庭無(wú)線個(gè)域網(wǎng)(WPAN)三個(gè)部分組成。家庭設(shè)備之間通過(guò)微控制器組建無(wú)線個(gè)域網(wǎng)，提出了一種新型的工作在2.4g (ISM頻段)的射頻芯片NRF24L01組合MSP430系列微處理器設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建微型家庭無(wú)線個(gè)域網(wǎng)的解決方案。并通過(guò)搭載Linux系統(tǒng)的智能路由，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)封包轉(zhuǎn)串口與互聯(lián)網(wǎng)相連接，用戶通過(guò)網(wǎng)頁(yè)等遠(yuǎn)程的方式操控。實(shí)現(xiàn)安防和智能服務(wù)一體化，有良好的發(fā)展前景。
[0006]所述的家庭無(wú)線個(gè)域網(wǎng)(WPAN)指的是能在便攜式消費(fèi)電器和通信設(shè)備之間進(jìn)行短距離特別連接的自組織網(wǎng)絡(luò)，其覆蓋范圍一般在10米半徑以內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸速率一般在IMbps以內(nèi)，這里的特別連接含有兩層意思:(1)設(shè)備可以承擔(dān)主控功能，又可以承擔(dān)被控功能；(2)設(shè)備可以很容易地加入或者離開(kāi)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)有的個(gè)域網(wǎng)技術(shù)主要包括:藍(lán)牙、Zigbee、紅外、家庭射頻(HomeRF)、超寬帶(UWB)等。在發(fā)明中，無(wú)線個(gè)域網(wǎng)將主要采用工作在2.4G (ISM頻段)的射頻芯片NRF24L01結(jié)合MSP430系列微處理器設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建微型家庭無(wú)線個(gè)域網(wǎng)。其具有經(jīng)濟(jì)可靠、功耗低、擴(kuò)展性強(qiáng)的優(yōu)良特點(diǎn)。
[0007]所述的智能路由系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是Linux內(nèi)核的開(kāi)源OpenWRT系統(tǒng)，除滿足一般的上網(wǎng)功能外，在此Linux平臺(tái)上還可自主開(kāi)發(fā)各種應(yīng)用模塊，如本發(fā)明中的TCP/UDP封包轉(zhuǎn)串口、DDNS軟件模塊、網(wǎng)絡(luò)攝像頭軟件模塊等等，這一塊的技術(shù)點(diǎn)主要是結(jié)合各類算法設(shè)計(jì)貼合智能家居的軟件模塊。其擴(kuò)展性能良好，管理起來(lái)十分輕松，系統(tǒng)升級(jí)也十分方便。
[0008]基于本套系統(tǒng)，本發(fā)明同時(shí)也提供了一種物聯(lián)網(wǎng)家居系統(tǒng)的操作方法: 步驟一:用戶通過(guò)網(wǎng)頁(yè)端從外網(wǎng)對(duì)固定域名發(fā)送對(duì)應(yīng)信息；
用戶通過(guò)網(wǎng)頁(yè)端進(jìn)行身份信息的確認(rèn)，確認(rèn)通過(guò)后用戶可以通過(guò)網(wǎng)頁(yè)端各各菜單中選擇對(duì)家居系統(tǒng)的信息獲取，并通過(guò)架設(shè)的智能路由的固定域名向路由發(fā)送信息。
[0009]步驟二:路由對(duì)接受的信息進(jìn)行抓包處理，將信息轉(zhuǎn)換成串口數(shù)據(jù)；
智能路由為路由器系統(tǒng)的一部分，路由部分就是用來(lái)實(shí)現(xiàn)將外網(wǎng)發(fā)送來(lái)的TCP/UDP協(xié)議的信息包轉(zhuǎn)化成串口的數(shù)據(jù)。智能路由搭載OpenWRT操作系統(tǒng)，無(wú)需自己編寫(xiě)程序，可選擇性能穩(wěn)定的TCP/UDP封包轉(zhuǎn)串口軟件。安裝的抓包軟件可以實(shí)現(xiàn)TCP/UDP信息轉(zhuǎn)為串口信息；串口信息生成后通過(guò)路由上的串口線傳遞給家庭的移動(dòng)終端；
步驟三:移動(dòng)終端接受信息并通過(guò)星形網(wǎng)絡(luò)將信息發(fā)送給各功能組；
所述的移動(dòng)終端是32位單片機(jī)搭載了實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)uc/cosll系統(tǒng)，uc/cosll系統(tǒng)是一個(gè)可視化并提供觸屏功能的片上操作系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)人性化的設(shè)計(jì)，屏幕上有六個(gè)鮮明的功能分別對(duì)應(yīng)控制六個(gè)從設(shè)備。32位終端可以通過(guò)接收來(lái)自路由的串口數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)家居進(jìn)行操作，同樣也可以由用戶直接通過(guò)32位移動(dòng)終端來(lái)進(jìn)行操作控制。32位終端與從設(shè)備間使用的是2.4g模塊的星形組網(wǎng)方式，SPI方式的通信方式。32位終端通過(guò)2.4g模塊將用戶的指令信息發(fā)送給對(duì)應(yīng)的從設(shè)備接收模塊。
[0010]步驟四:各功能組包括六個(gè)從設(shè)備，分別控制LED燈、用電器開(kāi)關(guān)、電機(jī)、溫度傳感器、氣體傳感器、紅外控制；
從機(jī)使用的是MSP430G2553微控制器，通過(guò)2.4g模塊接受用戶發(fā)送的調(diào)整信息。從設(shè)備不僅可以接受來(lái)自步驟三中移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)，也可以同時(shí)將實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)傳遞給移動(dòng)終端，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的反饋。
[0011]本發(fā)明中的:
系統(tǒng)核心智能路由器搭載OpenWRT開(kāi)源操作系統(tǒng)，能夠方便地管理文件、安裝驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用軟件，將來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的TCP/UTP封包轉(zhuǎn)化為串口輸出，控制下級(jí)的家庭個(gè)域網(wǎng)絡(luò)。在家庭無(wú)線個(gè)域網(wǎng)絡(luò)方面，提出了一種新型的以工作在2.4G (ISM頻段)的射頻芯片NRF24L01組合MSP430系列微處理器設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，構(gòu)建微型家庭無(wú)線個(gè)域網(wǎng)的解決方案。
[0012]遠(yuǎn)程客戶端主要有三種形式，可以是網(wǎng)頁(yè)、安卓APP或者是PC上的客戶端，負(fù)責(zé)將用戶指令傳輸?shù)街悄苈酚善?，并處理返回的?shù)據(jù)。
[0013]智能路由系統(tǒng)包含了攝像頭圖像采集及處理、TCP/UDP封包轉(zhuǎn)串口、動(dòng)態(tài)域名(DDNS)服務(wù)三個(gè)主要軟件模塊。能夠處理來(lái)自遠(yuǎn)程客戶端的數(shù)據(jù)請(qǐng)求并且向下級(jí)家庭無(wú)線個(gè)域網(wǎng)絡(luò)傳達(dá)控制命令。
[0014]家庭無(wú)線個(gè)域網(wǎng)絡(luò)(WPAN)采用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由MSP430、STM32微控制器組合射頻芯片NRF24L01構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。共包含了 I個(gè)主控設(shè)備，6個(gè)從設(shè)備，主控設(shè)備負(fù)責(zé)解析智能路由傳達(dá)的網(wǎng)絡(luò)命令，并且根據(jù)指令內(nèi)容操控對(duì)應(yīng)的從設(shè)備執(zhí)行動(dòng)作。從設(shè)備執(zhí)行完指令后，會(huì)返回相應(yīng)數(shù)據(jù)。
[0015]本發(fā)明通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)讓在外人員隨時(shí)掌控家里的實(shí)時(shí)情況，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、智能化的家庭服務(wù)。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是家庭無(wú)線個(gè)域網(wǎng)的主機(jī)模塊的轉(zhuǎn)接板原理圖； 圖2是家庭無(wú)線個(gè)域網(wǎng)的紅外接收主機(jī)模塊的原理圖；
圖3是家庭無(wú)線個(gè)域網(wǎng)的LED控制從機(jī)模塊的轉(zhuǎn)接板原理圖；
圖4是家庭無(wú)線個(gè)域網(wǎng)的Motor控制從機(jī)模塊的轉(zhuǎn)接板原理圖；
圖5是家庭無(wú)線個(gè)域網(wǎng)的溫度獲取從機(jī)模塊的轉(zhuǎn)接板的原理圖；
圖6是家庭無(wú)線個(gè)域網(wǎng)的繼電器控制從機(jī)模塊的轉(zhuǎn)接板的原理圖；
圖7是家庭無(wú)線個(gè)域網(wǎng)的煙霧傳感器從機(jī)模塊的轉(zhuǎn)接板的原理圖；
圖8是家庭無(wú)線個(gè)域網(wǎng)的紅外接收從機(jī)模塊的轉(zhuǎn)接板的原理圖；
圖9是本發(fā)明的系統(tǒng)框圖；
圖10是數(shù)據(jù)傳輸渠道圖；
圖11是家庭控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案以及有益的效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖以及具體的實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。此處所描述的【具體實(shí)施方式】?jī)H用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0018]本發(fā)明是一種物聯(lián)網(wǎng)家居系統(tǒng)，包括遠(yuǎn)程客戶端系統(tǒng)、智能路由器系統(tǒng)、家庭無(wú)線個(gè)域網(wǎng)系統(tǒng)。
[0019]所述的遠(yuǎn)程客戶端系統(tǒng)包括三種形式，分別為網(wǎng)頁(yè)、安卓APP、PC機(jī)客戶端。
[0020]所述的智能路由器系統(tǒng)，包括輸入模塊、輸出模塊、路由處理器模塊和交換開(kāi)關(guān)模塊；
所述的智能路由器系統(tǒng)的輸入模塊為網(wǎng)線接口端，該端口與服務(wù)器相連；所述的輸出模塊為串口端，該端口包括1、2、3、4四個(gè)腳。這四個(gè)腳分別與STM32轉(zhuǎn)接板模塊的P6的1、2、3、4腳相連。
[0021]所述的家庭無(wú)線個(gè)域網(wǎng)，包括主機(jī)模塊、紅外接收主機(jī)模塊、LED控制從機(jī)模塊、Motor控制從機(jī)模塊、溫度獲取從機(jī)模塊、繼電器控制從機(jī)模塊、煙霧傳感器從機(jī)模塊、紅外接收從機(jī)模塊；
如圖1所示，家庭無(wú)線個(gè)域網(wǎng)的主機(jī)模塊包括主控處理芯片STM32F103ZET6與轉(zhuǎn)接板；
家庭無(wú)線個(gè)域網(wǎng)的主機(jī)模塊的轉(zhuǎn)接板包括PU P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、P9、PlO十個(gè)接線端；
如圖2所示，家庭無(wú)線個(gè)域網(wǎng)的紅外接收主機(jī)模塊包括P1、P2接線端，三極管BJT1，發(fā)光二極管Dl，電阻Rll ;
家庭無(wú)線個(gè)域網(wǎng)的紅外接收主機(jī)模塊的Pl的2腳與三極管BJTl的B極相連，其余I腳、3腳、4腳懸空；
家庭無(wú)線個(gè)域網(wǎng)的紅外接收主機(jī)模塊的P2的I腳、3腳、5腳均接地，2腳、4腳、6腳接主機(jī)模塊的VCC電源端；
家庭無(wú)線個(gè)域網(wǎng)的紅外接收主機(jī)模塊的三極管BJTl的E極接地，C極接發(fā)光二極管的負(fù)極；
家庭無(wú)線個(gè)域網(wǎng)的紅外接收主機(jī)模塊的電阻Rll的一端接發(fā)光二極管的正極另一端接主機(jī)模塊的VCC電源端。
[0022]如圖3所示，家庭無(wú)線個(gè)域網(wǎng)的LED控制從機(jī)模塊包括處理芯片