CN103176445B - 基于blc2200的智能家居控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BLC2200的智能家居控制系统及其控制方法，其包括：用户端，用于向智能家居控制器发送操作命令；智能家居控制器，用于接收用户端发出的操作命令，并向智能家居设备发送控制命令；智能家居设备，用于接收智能家居控制器发出的操作命令，并响应该操作命令，同时智能家居设备也能够向智能家居控制器发送反馈命令。采用射频控制技术取代红外遥控技术，解决了可视距离限制问题和单向通信问题，为控制各类家电设备提供了很大的便利性，另外，智能家居控制系统采用低功耗技术，延长了遥控器的使用寿命。

Description

基于BLC2200的智能家居控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及智能家居控制技术领域，具体涉及一种基于BLC2200的智能家居控制系统及其控制方法。

背景技术

计算机技术、信息技术、自动化控制技术的发展在提高人们物质生活水平，改变人们生活方式与工作习惯的同时，也对传统的住宅提出了挑战，社会、技术以及经济的进步更使人们对家庭居室环境的观念随之巨变。人们对家具的要求早已不只是物理空间，更为关注的是一个高度安全性、方便、舒适的居家环境。随着消费电子、计算机、通讯一体化趋势日益明显，现代智能家居由于其安全、高效、舒适、便利、智能化等特点在21世纪将成为现代社会和家庭的必然选择。

自从19世纪70年代起，红外遥控技术（IR）一直盛行，其能简单控制很多设备，但是随着广泛的应用，红外遥控技术的局限性和缺点逐渐显现出来，因为屏幕发出的高强度光线，在大屏幕高清电视上使用红外遥控技术就比较困难，其次还有可视距离限制和单向通信。随着消费电子日趋复杂，设备存储能力的新趋势，IR技术逐渐被新技术取代，如射频控制技术。

射频控制技术使得用户能更准确和简单的控制娱乐设备。设备只需要通过一次按钮，不需要多次按钮才能执行命令，双向通信方式为消费电子产业提供一个新的平台，射频控制技术能更好地适应设备控制方式的发展。因此，新的功能推动了自动化设备的发展和集成。

所谓智能家居系统，是以住宅为平台，兼备建筑设备、网络通信、信息家电和设备自动化，集系统、结构、服务、控制为一体的高效、安全、舒适和便利的居住环境。目前国内市场上出现的智能家居的产品基本上都是几个独立的子系统拼凑起来的系统组合，并不是真正意义上的智能家居系统。智能家居系统应该是采用统一的技术标准来实现家庭中各监测设备之间的连接和通信的系统。能够实现对多个子系统的统一控制，如照明系统、安防系统等。

因此寻求一种通过无线通讯技术，实现对由多个子系统组成的智能家居系统的统一控制，是从事通讯技术应用研究的技术人员当前一个重要的课题方向和研究目标。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于BLC2200的智能家居控制系统及其控制方法，其解决了对家庭中多种设备统一射频遥控控制问题，可很好地提高用户的生活水平。

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：

一种基于BLC2200的智能家居控制系统，其特征在于，所述智能家居管理系统包括用户端、智能家居控制器以及智能家居设备，其中

用户端，用于向智能家居控制器发送操作命令；

智能家居控制器，用于接收用户端发出的操作命令，并向智能家居设备发送控制命令；

智能家居设备，用于接收智能家居控制器发出的操作命令，并响应该操作命令，同时智能家居设备也能够向智能家居控制器发送反馈命令。

对于上述技术方案，发明人还有进一步的优化实施方案。

作为优化，所述智能家居设备装配在家电设备上，包括第一外置处理单元和通过RS-232串口进行连接的第一无线单元，所述第一外置处理单元用于响应智能家居控制器所发出的命令并采集家电信息和外界环境信息，所述第一无线单元用于从RS-232接收、处理、保存并从射频端发送家电信息和外界环境信息。

作为优化，所述智能家居控制器是手持设备，包括第二外置处理单元和通过RS-232串口进行连接的第二无线单元，所述第二外置处理单元具有超时设定/响应用户端发出的命令并向智能家居设备模块发送命令的功能，所述第二无线单元用于从RS-232接收、处理、保存并从射频端发送家电信息和外界环境信息。

更进一步，所述智能家居控制器和智能家居设备均配置有用于无线通信的三种频率，所述智能家居设备的第一外置处理单元内设有用于频率切换和关闭射频接收的频率控制装置。

作为优化，智能家居控制器模块和智能家居设备模块的硬件平台为集成有微处理器和2.4GHz无线收发单元的芯片器件BLC2200。

本发明还提供了一种与上述基于BLC2200的智能家居控制系统相适用的控制方法，控制方法具体包括以下控制步骤：

Ⅰ、智能家居设备模块分别装配在各家电设备上，第一外置处理单元响应控制和采集家电信息和外界环境信息，第一无线单元从RS-232接收经处理、保存的家电信息和外界环境信息，并配置三种频率进行家电信息和外界环境信息的广播发送；

Ⅱ、智能家居设备模块接收到广播信号后，并结合自身独有的地址信息对家电信息和外界环境信息进行处理；

Ⅲ、智能家居控制器模块与智能家居设备模块通过各自的无线单元进行通信自检，智能家居设备模块向智能家居控制器模块发送一通信等待信号或无反馈；

Ⅳ、当智能家居设备模块接收到来自智能家居控制器模块的请求控制信号后，智能家居设备模块将采集的家电信息和外界环境信息发送给智能家居控制器模块，智能家居控制器模块根据家电信息和外界环境信息处理结果，向智能家居设备模块发送控制信号；

Ⅴ、智能家居设备模块接收到控制信号，指定地址的智能家居设备模块响应相应的控制并将反馈信号发送给智能家居控制器模块；当指定地址的智能家居设备模块没有响应相应的控制或者响应控制之后没有将反馈信号发送给智能家居控制器模块，智能家居控制器模块将重新向智能家居设备模块发送控制信号。

作为优化，步骤Ⅰ中所述第一无线单元进行射频信号广播发送时，关闭射频接收。步骤Ⅰ中所述家电信息和外界环境信息包括家电的ID信息、环境温度以及光照强度信息。

作为优化，步骤Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ中，所述的智能家居控制器模块和智能家居设备模块之间为点对多无线数据通信。

相对于现有技术中的方案，本发明的优点是：

本发明描述了一种基于BLC2200的智能家居控制系统及其控制方法，本发明采用射频控制技术取代红外遥控技术，解决了可视距离限制问题和单向通信问题，为控制各类家电设备提供了很大的便利性，另外，智能家居控制系统采用低功耗技术，延长了遥控器的使用寿命。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明实施例中智能家居控制器和智能家居设备的结构示意框图；

图2为本发明实施例中智能家居控制系统的系统结构框图；

图3为本发明实施例中智能家居设备的工作流程图；

图4为本发明实施例中智能家居控制器的工作流程图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

实施例：

本实施例描述了一种基于BLC2200的智能家居控制系统，本实施例通过对家电信息和外界环境信息的无线射频通讯技术控制家庭中的多种设备，实现远程控制多种家电设备的效果，该通过无线信道通信的实体包括智能家居控制器和智能家居设备两个模块，两类模块分别包含各自的无线单元和外置处理单元，且每类模块中的无线单元和外置处理单元通过RS-232串口连接相连接，如图1所示。

为了表述的清楚、简洁，对各功能模块及无线通信的数据作如下定义，并在后续的描述中均以该定义指代：智能家居控制器模块为A类模块、智能家居设备模块为B类模块。该两类模块每个都可以看作是一个通信终端，负责实现RS-232串行端口与无线网络的数据转发和传输。另把每个模块的无线单元网络通信端口定义为‘R’端，而RS-232通信端口定义为‘M’端。如果从‘R’端或‘M’端接收到某类数据帧是需要进行处理的，则称该类数据帧适应‘R’或‘M’端；如果某类模块能识别并处理某种帧数据帧，则称该数据帧适应某类模块，可以记述为：A-表示该数种据帧适应A类模块的R端和M端；BR-表示该种数据帧只适应B类模块的R端……以此类推。

对A和B类模块而言，A类模块是手持设备。在信道15，20，25接收B类模块的反馈信号，和向B类模块发送射频控制信号；B类模块分别设置于家电设备上，接收A类模块的射频控制信号，和向A类模块发送反馈信号。

如图2所示的基于BLC2200的智能家居控制系统的系统框图。当安装在家电设备上的B类模块采集家电信息和外界环境信息的数据，并经过初步处理向A类模块发送数据和准备就绪的信息，A类模块接收到B类模块的信息，A类模块响应并向B类模块发送控制信号。

B类模块接收A类模块的广播信息含有目标设备地址，A类模块和B类模块需要经过配对机制，指定地址的B类模块才能响应A类模块的控制，而且B类模块响应控制时启动一个超时机制，当在规定时间内B类模块没有响应A类模块的控制，则放弃本次操作，A类模块重新向B类模块发送控制命令。这些超时机制的处理都是由外置处理单元完成的，因为这是一个与具体应用相关的数据处理。

本发明实施例中中A和B模块结构相一致，其中外置处理单元（MCU单元）与无线收发单元通过总线连接，二者构成能够实现各种功能的无线数据传输模块。本实施例采用了一款SoC芯片BLC2200，该芯片集成了MCU微处理器单元和2.4GHz的无线收发单元。MCU微处理器单元是一个MCS-51内核的处理器，其集成了通用串口和定时/计时器等一系列功能。无线收发单元的频段选择的是2.4GHz的ISM频段，其物理层是按照IEEE802.15.4的标准来设计的，它的数据传输速率为250kbps，该频带划分为16个信道，每个信道占5MHz的带宽。采用直接序列扩频(DSSS)和0－QPSK的调试方式，提高了无线信号的抗干扰能力。用户端通过RS-232通用串口通信总线电路，给系统无线数据传输模块的MCU单元传送数据，MCU单元将数据进行组包处理后再通过无线天线和匹配电路送给无线收发单元。

关于该基于BLC2200的智能家居控制系统中所涉及的帧格式说明，定义如下三种帧类型：

（1）用户按下控制命令帧

（2）用户重复控制命令帧

（3）用户释放控制命令帧

在该公交优先无线传输系统中各模块的功能及工作流程可以总结为：

A类模块

A类模块只负责把从M端接收到的数据帧以固定的周期和通信频率从R端发送出去，由于从M端接收到的数据非常简单，只是家电的ID信息，具体实现时可把这些ID信息直接配置到A类模块内，模块运行时只需发送这些ID数据即可。为了防止相邻距离较近的路口发生干扰，A类模块可配置三种频率进行ID信息的广播发送。

具体通信过程包括：

（1）从M端接收到家电设备编号等配置消息时，进行响应并处理。

（2）从M端接收到家电设备编号等配置消息时，则以三种频率从R端发射消息。

B类模块

具体通信过程包括：

（1）从R端接收到A类模块发送的用户按下控制命令帧时，从M端口发送出去，并向A类模块发送反馈信息，同时进行响应处理。

（2）从R端没有接收到A类模块发送的用户按下控制命令帧时，向A类模块发送反馈信息，请求A类模块发送用户重复控制命令帧。

（3）从R端接收到A类模块发送的用户释放控制命令帧时，从M端口发送出去。并进行响应处理。

以上是对各类模块间无线信号传输的介绍，接着将结合图3和图4所示的两类模块工作流程图，说明各功能模块是如何实现其智能家居控制的。

如图3所示的是智能家居设备模块的工作流程图。该模块经初始化后进入循环检测状态，首先检测串口处是否有数据，如果无数据则查询设备中断情况，如果已中断，则射频端在信道15，20，25分别发送家电ID信息，如果没有中断，则返回继续检测串口处是否有数据。而当检测到串口处确实有数据时，则对其进行完整性检测，对于非完整的情况，则采取丢弃该数据包，并返回继续检测串口处是否有数据，对于数据包完整的情况，根据包类型的差别，对应地在闪存中写入并对模块设置，或者读取指定帧并将其从串口发送出去。

如图4所示的是智能家居控制器模块的工作流程图。图中，智能家居控制器模块的工作流程与前述智能家居设备模块的工作流程大致相同，其差别仅在于对串口端所接收到的完整的命令帧包类型后，对其进行简单处理后从射频端发送出去以及对射频端数据有无的检测上，故相同部分不再赘述。特别地，当射频端检测确实有并且为完整的数据帧时，对应各种情况，射频端将有如下反馈动作：

如果是A类模块发送的数据帧，解包后从串口发送出去，并直接射频端发送给B类模块；如果是B类模块发送的数据帧，解包后从串口发送出去，执行操作。完成后的各种情况下将丢弃所用到的数据，并重新返回对串口数据的查看。

经实验室模拟：本发明所设计的基于BLC2200智能家居控制系统用射频控制技术取代红外遥控技术，解决了可视距离限制问题和单向通信问题，为控制各类家电设备提供了很大的便利性；智能家居控制系统采用低功耗技术，延长了遥控器的使用寿命。

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于BLC2200的智能家居控制系统，其特征在于，所述智能家居管理系统包括用户端、智能家居控制器以及智能家居设备，其中

用户端，用于向智能家居控制器发送操作命令；

智能家居控制器，用于接收用户端发出的操作命令，并向智能家居设备发送控制命令；所述智能家居控制器是手持设备，包括第二外置处理单元和通过RS-232串口进行连接的第二无线单元，所述第二外置处理单元具有超时设定和响应用户端发出的命令并向智能家居设备模块发送命令的功能，所述第二无线单元用于从RS-232接收、处理、保存并从射频端发送家电信息和外界环境信息；

智能家居设备，用于接收智能家居控制器发出的操作命令，并响应该操作命令，同时智能家居设备也能够向智能家居控制器发送反馈命令；所述智能家居设备装配在家电设备上，包括第一外置处理单元和通过RS-232串口进行连接的第一无线单元，所述第一外置处理单元用于响应智能家居控制器所发出的命令并采集家电信息和外界环境信息，所述第一无线单元用于从RS-232接收、处理、保存并从射频端发送家电信息和外界环境信息；

所述智能家居控制器和智能家居设备均配置有用于无线通信的三种频率，所述智能家居设备的第一外置处理单元内设有用于频率切换和关闭射频接收的频率控制装置。

2.根据权利要求1所述的基于BLC2200的智能家居控制系统，其特征在于，智能家居控制器模块和智能家居设备模块的硬件平台为集成有微处理器和2.4GHz无线收发单元的芯片器件BLC2200。

3.一种基于BLC2200的智能家居控制系统的控制方法，其特征在于，控制方法具体包括以下控制步骤：

Ⅰ、智能家居设备模块分别装配在各家电设备上，第一外置处理单元响应控制和采集家电信息和外界环境信息，第一无线单元从RS-232接收经处理、保存的家电信息和外界环境信息，并配置三种频率进行家电信息和外界环境信息的广播发送；

Ⅱ、智能家居设备模块接收到广播信号后，并结合自身独有的地址信息对家电信息和外界环境信息进行处理；

Ⅲ、智能家居控制器模块与智能家居设备模块通过各自的无线单元进行通信自检，智能家居设备模块向智能家居控制器模块发送一通信等待信号或无反馈；

Ⅳ、当智能家居设备模块接收到来自智能家居控制器模块的请求控制信号后，智能家居设备模块将采集的家电信息和外界环境信息发送给智能家居控制器模块，智能家居控制器模块根据家电信息和外界环境信息处理结果，向智能家居设备模块发送控制信号；

Ⅴ、智能家居设备模块接收到控制信号，指定地址的智能家居设备模块响应相应的控制并将反馈信号发送给智能家居控制器模块；当指定地址的智能家居设备模块没有响应相应的控制或者响应控制之后没有将反馈信号发送给智能家居控制器模块，智能家居控制器模块将重新向智能家居设备模块发送控制信号。

4.根据权利要求3所述的基于BLC2200的智能家居控制系统的控制方法，其特征在于，步骤Ⅰ中所述第一无线单元进行射频信号广播发送时，关闭射频接收。

5.根据权利要求3所述的基于BLC2200的智能家居控制系统的控制方法，其特征在于，步骤Ⅰ中所述家电信息和外界环境信息包括家电的ID信息、环境温度以及光照强度信息。

6.根据权利要求3所述的基于BLC2200的智能家居控制系统的控制方法，其特征在于，步骤Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ中，所述的智能家居控制器模块和智能家居设备模块之间为点对多无线数据通信。