基于ZigBee和Java平臺(tái)的智能家居家庭網(wǎng)關(guān)及其建立方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于ZigBee和Java平臺(tái)的智能家居家庭網(wǎng)關(guān)及其建立方法，包括：步驟1：利用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)；步驟2：采用Windows運(yùn)行環(huán)境下的Java編程平臺(tái)實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)關(guān)的信息交互。步驟1中將ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)集成在家庭網(wǎng)關(guān)之中，并利用Windows系統(tǒng)內(nèi)部Java程序通過USB串口與所述ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)進(jìn)行通信。本發(fā)明采用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)，功耗低、安全性和可靠性高，抗干擾性好；家庭網(wǎng)關(guān)內(nèi)部程序通過USB串口通信實(shí)現(xiàn)有效的信息交換，并通過從ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)接收的數(shù)據(jù)，采集、統(tǒng)計(jì)家庭中每個(gè)用電設(shè)備的用電量，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的本地保存與恢復(fù)，穩(wěn)定性高，成本低。
【專利說明】
基于Z i gBee和Java平臺(tái)的智能家居家庭網(wǎng)關(guān)及其建立方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及家庭網(wǎng)關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于ZigBee和Java平臺(tái)的智能家居家庭網(wǎng)關(guān)及其建立方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的不斷發(fā)展，智能家居控制技術(shù)逐漸走進(jìn)人們的日常生活。在智能家居控制系統(tǒng)中，家庭網(wǎng)關(guān)是起到核心組網(wǎng)作用的組件，家庭內(nèi)部的智能插座或智能設(shè)備都要與家庭網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)有效的信息交換，受家庭網(wǎng)關(guān)的控制，因此家庭網(wǎng)關(guān)在在整個(gè)系統(tǒng)中至關(guān)重要。通常的智能家居家庭網(wǎng)關(guān)具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能性不強(qiáng)，組網(wǎng)穩(wěn)定性不高的問題。
[0003]本發(fā)明提出一種基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)和Java平臺(tái)的智能家居家庭網(wǎng)關(guān)，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能性強(qiáng)，組網(wǎng)穩(wěn)定性高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于ZigBee和Java平臺(tái)的智能家居家庭網(wǎng)關(guān)及其建立方法。
[0005]根據(jù)本發(fā)明提供的基于ZigBee和Java平臺(tái)的智能家居家庭網(wǎng)關(guān)建立方法，包括如下步驟:
[0006]步驟1:利用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)；
[0007]步驟2:采用Windows運(yùn)行環(huán)境下的Java編程平臺(tái)實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)關(guān)的信息交互。
[0008]優(yōu)選地，所述步驟I包括:將ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)集成在家庭網(wǎng)關(guān)之中，并利用Windows系統(tǒng)內(nèi)部Java程序通過USB串口與所述ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)進(jìn)行通信；其中所述ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)能夠通過發(fā)送信息控制家庭智能插座或智能設(shè)備。
[0009]優(yōu)選地，所述步驟2包括:
[0010]步驟2.1:實(shí)現(xiàn)Windows系統(tǒng)內(nèi)部Java程序與ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)之間的有效信息交換；[0011 ]步驟2.2:實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，即實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)關(guān)與公網(wǎng)服務(wù)器之間的有效信息交換；
[0012]步驟2.3:通過從ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)接收的信息，分別采集、統(tǒng)計(jì)家庭中每個(gè)用電設(shè)備的用電量，并在本地?cái)?shù)據(jù)庫加以保存。
[0013]根據(jù)本發(fā)明提供的基于ZigBee和Java平臺(tái)的智能家居家庭網(wǎng)關(guān)，包括=ZigBee模塊、Java平臺(tái)模塊，所述ZigBee模塊用于實(shí)現(xiàn)無線組網(wǎng)；其中Java平臺(tái)模塊設(shè)置在Windows系統(tǒng)內(nèi)部，當(dāng)在Windows運(yùn)行環(huán)境下時(shí)，所述Java平臺(tái)模塊通過USB串口實(shí)現(xiàn)與ZigBee模塊協(xié)調(diào)點(diǎn)之間的信息交互。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0015]1、本發(fā)明中的網(wǎng)關(guān)采用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)，功耗低，安全性、可靠性高，抗干擾性好，成本低。
[0016]2、本發(fā)明將ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)集成于智能家居家庭網(wǎng)關(guān)之中，與家庭網(wǎng)關(guān)內(nèi)部程序通過USB串口通信實(shí)現(xiàn)有效的信息交換，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好。
[0017]3、本發(fā)明中的家庭網(wǎng)關(guān)內(nèi)部程序依靠Java平臺(tái)編寫，實(shí)現(xiàn)與ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)和公網(wǎng)服務(wù)器的數(shù)據(jù)交換，簡(jiǎn)單易用，穩(wěn)定性高。
[0018]4、本發(fā)明中的家庭網(wǎng)關(guān)通過從Zi gBe e協(xié)調(diào)點(diǎn)接收的數(shù)據(jù)，采集、統(tǒng)計(jì)家庭中每個(gè)用電設(shè)備的用電量，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的本地保存與恢復(fù)，功能性強(qiáng)。
【附圖說明】
[0019]通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0020]圖1為應(yīng)用本發(fā)明提供的基于ZigBee和Java平臺(tái)的智能家居家庭網(wǎng)關(guān)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的提供的基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)和Java平臺(tái)的智能家居家庭網(wǎng)關(guān)及其建立方法，包括如下步驟:
[0023]步驟S1:利用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)；
[0024]其中ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)集成在家庭網(wǎng)關(guān)之中能夠同Windows系統(tǒng)內(nèi)部Java程序通過USB串口通信，而家庭內(nèi)部的智能插座或智能設(shè)備都必須接收ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)發(fā)來的信息，并受ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)控制。
[0025]步驟S2:采用Windows運(yùn)行環(huán)境下的Java編程平臺(tái)實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)關(guān)的信息交互；
[0026]步驟S2.1:與ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)進(jìn)行USB串口通信，實(shí)現(xiàn)有效的信息交換；
[0027]步驟S2.2:實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，即與公網(wǎng)服務(wù)器進(jìn)行有效的信息交換；
[0028]步驟S2.3:通過從ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)接收的數(shù)據(jù)，分別采集、統(tǒng)計(jì)家庭中每個(gè)用電設(shè)備的用電量，并在本地?cái)?shù)據(jù)庫加以保存；
[0029]步驟S2的方式有利于用戶用電數(shù)據(jù)的保存和恢復(fù)，并具有簡(jiǎn)單，面向?qū)ο?，穩(wěn)定，解釋型，多線程，動(dòng)態(tài)等特點(diǎn)。
[0030]具體地，如圖1所示，將本發(fā)明提供的家庭網(wǎng)關(guān)應(yīng)用在智能家居控制系統(tǒng)時(shí)，包括如下步驟:
[0031]步驟Al:家庭網(wǎng)關(guān)通過Java平臺(tái)，利用TCP協(xié)議下的Socket通信，實(shí)現(xiàn)與公網(wǎng)服務(wù)器的連接，以便進(jìn)行必要的信息交換。
[0032]具體地，在整個(gè)智能家居控制系統(tǒng)中，用戶可以使用手機(jī)客戶端APP對(duì)系統(tǒng)中的終端進(jìn)行控制，那么手機(jī)客戶端APP與家庭網(wǎng)關(guān)之間的信息交換通過公網(wǎng)服務(wù)器的中介來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)手機(jī)客戶端APP需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控時(shí)，向公網(wǎng)服務(wù)器發(fā)送信息，進(jìn)而家庭網(wǎng)關(guān)接收到相關(guān)信息并進(jìn)行相應(yīng)的處理；當(dāng)家庭網(wǎng)關(guān)有信息需要傳遞給手機(jī)客戶端APP時(shí)，同樣需要發(fā)送信息向公網(wǎng)服務(wù)器進(jìn)行中轉(zhuǎn)。
[0033]步驟A2:家庭網(wǎng)關(guān)集成有ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部ZigBee網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)，ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)通過Java運(yùn)行環(huán)境中的rxtx串口通信與網(wǎng)關(guān)內(nèi)部Java程序進(jìn)行有效的信息交換。
[0034]具體地，家庭中的若干智能插座或智能設(shè)備終端集成有CC2530芯片，家庭網(wǎng)關(guān)可以通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)向這些智能設(shè)備發(fā)送信息，智能設(shè)備接收到信息后，返回相應(yīng)的設(shè)備狀態(tài)(包括電壓、電流、功率、頻率和功率因數(shù))。例如，家庭網(wǎng)關(guān)通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)向智能設(shè)備發(fā)送信息0C1#，這代表家庭網(wǎng)關(guān)向一號(hào)設(shè)備請(qǐng)求電能數(shù)據(jù)信息。在I號(hào)智能設(shè)備確認(rèn)接收到家庭網(wǎng)關(guān)發(fā)送的信息后，立刻通過內(nèi)部的電能計(jì)量芯片采集當(dāng)前時(shí)刻的電能數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)整合成一條信息返回至ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)，協(xié)調(diào)點(diǎn)通過rxtx串口通信將信息返回至系統(tǒng)內(nèi)部程序中。
[0035]如返回信息為:A10220.01.100022.00050.0Oil.000，則表示當(dāng)前設(shè)備為I號(hào)設(shè)備電能信息，當(dāng)前電壓為220.0V，電流為0.1A，功率為22W，頻率為50.0OHz，功率因數(shù)為1.0。系統(tǒng)內(nèi)部程序收到這條信息后，一方面將這條信息通過TCP協(xié)議下的Socket通信傳遞至公網(wǎng)服務(wù)器，由公網(wǎng)服務(wù)器對(duì)這條信息進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)或存儲(chǔ)，另一方面在本地對(duì)當(dāng)前時(shí)刻的設(shè)備電能信息進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0036]步驟A3:家庭網(wǎng)關(guān)定時(shí)(如每隔15分鐘)向家庭中設(shè)定的每一個(gè)智能設(shè)備發(fā)送電能數(shù)據(jù)查詢信息，并通過家庭能耗算法計(jì)算各個(gè)智能設(shè)備每天的用電量，在本地進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和備份。
[0037]具體地，當(dāng)前時(shí)刻記ST1，家庭網(wǎng)關(guān)收到智能設(shè)備終端返回的電能信息，此時(shí)當(dāng)天，該設(shè)備已用電量為A(單位:J)，那么下一個(gè)采樣時(shí)刻T2，家庭網(wǎng)關(guān)收到智能設(shè)備終端返回的電能數(shù)據(jù)，取其中的功率數(shù)據(jù)，設(shè)為P(單位:W)，假設(shè)該時(shí)間段足夠小，那么時(shí)間段內(nèi)的功率可以近似認(rèn)為恒為P。此時(shí)需要首先判斷!^與^兩時(shí)刻是不是在同一天(即中間有沒有跨過O點(diǎn))。若兩個(gè)時(shí)刻是一天之中的兩個(gè)數(shù)據(jù)(即中間沒有跨過O點(diǎn))，那么到T2時(shí)刻，該設(shè)備在當(dāng)天的用電量已經(jīng)變?yōu)棣?Ρ*(Τ2-Τ0 (單位:J);若兩個(gè)時(shí)刻之間相差一天(即中間跨過O點(diǎn)時(shí)刻)，那么前一天的用電量為A-PMT3-T1K其中，T3為前一天最后時(shí)刻，最終結(jié)果單位為J)，對(duì)于第二天的用電量，應(yīng)該置為A+P*(T2-T4)(其中，T4為第二天最初時(shí)刻，最終結(jié)果單位為J)。如此算法循環(huán)往復(fù)，家庭網(wǎng)關(guān)就可以根據(jù)智能設(shè)備終端定時(shí)返回的電能信息，計(jì)算每一天的設(shè)備用電量，并在得到設(shè)備前一天用電量的時(shí)刻對(duì)前一天的用電量在本地進(jìn)行存儲(chǔ)與備份。
[0038]以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于ZigBee和Java平臺(tái)的智能家居家庭網(wǎng)關(guān)建立方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟I:利用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)； 步驟2:采用Windows運(yùn)行環(huán)境下的Java編程平臺(tái)實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)關(guān)的信息交互。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ZigBee和Java平臺(tái)的智能家居家庭網(wǎng)關(guān)建立方法，其特征在于，所述步驟I包括:將ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)集成在家庭網(wǎng)關(guān)之中，并利用Windows系統(tǒng)內(nèi)部Java程序通過USB串口與所述ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)進(jìn)行通信;其中所述ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)能夠通過發(fā)送信息控制家庭智能插座或智能設(shè)備。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于ZigBee和Java平臺(tái)的智能家居家庭網(wǎng)關(guān)建立方法，其特征在于，所述步驟2包括: 步驟2.1:實(shí)現(xiàn)Windows系統(tǒng)內(nèi)部Java程序與ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)之間的有效信息交換； 步驟2.2:實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，即實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)關(guān)與公網(wǎng)服務(wù)器之間的有效信息交換； 步驟2.3:通過從ZigBee協(xié)調(diào)點(diǎn)接收的信息，分別采集、統(tǒng)計(jì)家庭中每個(gè)用電設(shè)備的用電量，并在本地?cái)?shù)據(jù)庫加以保存。4.一種基于ZigBee和Java平臺(tái)的智能家居家庭網(wǎng)關(guān)，其特征在于，包括:ZigBee模塊、Java平臺(tái)模塊，所述ZigBee模塊用于實(shí)現(xiàn)無線組網(wǎng)；其中Java平臺(tái)模塊設(shè)置在Windows系統(tǒng)內(nèi)部，當(dāng)在Windows運(yùn)行環(huán)境下時(shí)，所述Java平臺(tái)模塊通過USB串口實(shí)現(xiàn)與ZigBee模塊協(xié)調(diào)點(diǎn)之間的信息交互。
【文檔編號(hào)】H04W88/16GK105915415SQ201610204162
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月1日
【發(fā)明人】徐曉灼, 王志新
【申請(qǐng)人】上海交通大學(xué)