基于Zigbee无线通信技术的智能家居系统的控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于Zigbee无线通信技术的智能家居系统的控制系统，该系统包括主节点智能家居网络控制器和分布在每个房间内的家居网络设备；每个房间内的家居网络设备包括分节点智能家居网络控制路由器、多个家居设备、多个作为家居设备的功能执行机构的功能驱动模块和多个分节点智能家居网络控制器；每个分节点智能家居网络控制器和主节点智能家居网络控制器均包括单片机、Zigbee无线收发电路、通信接口电路、GPRS模块、人机交互模块和晶振电路。本发明专利技术使得该系统实现了远程控制、无线收发数据、方便人机交互等功能，而且通过这些结构，提高家居网络数据传输可靠性；使家居网络具有自组织性，自适用性；提高网络安全性且使得系统更具有可扩展性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子信息通信领域，尤其涉及一种基于Zigbee无线通信技术的智能家居系统的控制系统。
技术介绍
目前，智能家居领域的国际标准尚未成熟，各大厂商和相关组织机构正在着手建立和制定智能家居系统内部设备之间的网络接口标准和数据传输协议，但是就目前情况来看，智能家居通讯协议阵营复杂，而且各不兼容。关于通讯协议，智能家居领域已经有不少通信协议了，WiFi、蓝牙、ZigBee、Z-Wave等等。估计开发者在选用哪种协议的时候头都大了，最后很可能像Homey一样被迫支持八种通信协议。现在，三星、Nest、ARM又联手推出了一种新的协议Thread。不知道Thread会加速行业统一标准形成，还是让原本已经够乱的通信协议更加“剪不断、理还乱”。现在比较常用的网络协议有WiFi、蓝牙、ZigBee、Z-Wave，不过都有存在以下的不足：1、WiFi的功耗比较大，适合传输大量的数据；2、蓝牙功耗比较低，但现在还存在蓝牙2.0与蓝牙4.0并存的混乱局面，且不支持IPv6；3、Z-Wave由丹麦公司Zensys主导，暂时还不够强大，选用者太少。在智能家居系统设计中，在尽可能保持标准统一的前提下，针对各种信号类型来选择合适的总线或无线技术并设计主控制器己成为智能家居建设的首要问题。在有线方式中，各传感器和控制器的连接通过总线，它的优点是可以简化各功能单元的设计，缺点就是布线多，结构复杂，也存在总线协议设计选择的问题。在目前的智能家居系统中，系统通信模块一般与功能控制模块集成在一起，在智能家居系统发展的早期，智能家居生产厂商比较少，且各个系统比较独立，这样可以增加系统集成，降低系统成本，推动了智能家居的发展。但随着人们生活水平的提高，各种家居设备发展迅速，家居系统网络技术(有线和无线技术)的不断应用，采用通信模块和功能控制模块集成的传统智能家居系统具有通用性不好，系统难维护和设计不灵活等缺点。
技术实现思路
针对上述技术中存在的不足之处，本专利技术提供一种基于Zigbee无线通信技术的智能家居系统的控制系统，本专利技术的智能家居系统具有复用性，安装容易，调试简单，通用性好等特点。为实现上述目的，本专利技术提供一种基于Zigbee无线通信技术的智能家居系统的控制系统，包括主节点智能家居网络控制器和分布在每个房间内的家居网络设备，所述家居网络设备均与主节点智能家居网络控制器通信连接，所述房间的数量至少为一个；每个房间内的家居网络设备包括分节点智能家居网络控制路由器、多个家居设备、多个作为家居设备的功能执行机构的功能驱动模块和多个分节点智能家居网络控制器；每个家居设备与对应的功能驱动模块交互连接，每个功能驱动模块与对应的分节点智能家居网络控制器进行交互连接，每个分节点智能家居网络控制器均与分节点智能家居网络控制路由器进行通信连接；每个房间的分节点智能家居网络控制路由器与主节点智能家居网络控制器之间进行通信连接后形成该系统的Zigbee无线通信网络；每个分节点智能家居网络控制器和主节点智能家居网络控制器均包括用于控制整个系统的单片机、实现数据的无线传送和收发的Zigbee无线收发电路、通信接口电路、用于远程对家居设备监控的GPRS模块、方便实现人机交互的人机交互模块和提供系统工作时钟信号的晶振电路；所述Zigbee无线收发电路、通信接口电路、GPRS模块、人机交互模块和晶振电路均与单片机交互连接；所述通信接口电路主要用于与家居设备的连接，完成数据采集和对家具设备执行机构的控制，同时还与PC机相连，对系统进行调试和监测。其中，所述每个分节点智能家居网络控制器和主节点智能家居网络控制器均还包括为系统提供电能的电源。其中，所述单片机为40管脚PDIP封装的PICl8LF4620微控制器，该单片机上设置有MSSP模块，所述通信接口电路通过MSSP模块与串行EEPROM、移位寄存器、显示驱动器和AD转换器进行通信连接；所述MSSP模块有两种工作模式，分别为SPI工作模式和I2C接口硬件上支持的主控模式、多主机模式和从动模式；所述MSSP模块工作在SPI工作模式下时，MSSP模块与Zigbee无线收发电路进行数据通信连接。其中，所述单片机还包括EUSART模块，该EUSART模块可配置为与CRT终端和个人计算机通讯的全双工异步系统；EUSART模块也可以配置成能够与A／D或D／A集成电路、串行EPROM通讯的半双工同步系统；所述USART模块还包括自动波特率检测和校准单元和用于接收到同步间隔字符时的自动唤醒和12位间隔字符发送的间隔字符收发单元；且该EUSART模块与GPRS模块通信连接。其中，所述晶振电路包括第一电容、第二电容和晶振芯片，所述晶振芯片的一端通过第一电容接地，所述晶振芯片的另一端通过第二电容接地，所述第一电容与晶振芯片的公共端及第二电容与晶振芯片的公共端均连接至单片机，且输出晶振信号。其中，所述Zigbee无线收发电路为CC2420射频芯片，所述CC2420射频芯片的无线通信设备支持数据传输率高达250kbps可以实现多点对多点的快速组网。其中，所述CC2420射频芯片内设有依次连接的接收单元、低噪声放大器、变频单元、滤波放大单元和模数转换器，该CC2420射频芯片内还设有FIFO缓存区；接收单元从天线接收到射频信号，射频信号首先经过低噪声放大器放大，然后在正交下变频到2MHz的中频上，形成中频信号的同时形成两路同向分量和正交分量；该两路信号经过滤波和放大后，直接通过模数转换器转换成数字信号；当CC2420射频芯片的SFD引脚为低电平时，表示接收到了物理帧的SFD字节；接收到的数据存放在128字节的FIFO缓存区中；FIFO缓存区保存MAC帧的长度、MAC帧头和MAC帧负载数据三个部分；CC2420射频芯片发送数据时，数据帧的前导序列、帧开始分隔符以及帧检验序列产生：接收数据时，MAC帧的长度、MAC帧头和MAC帧负载数据三个部分只用于帧同步和CRC校验；CC2420射频芯片发送数据时，使用直接正交上变频，基带信号的同相分量和正交分量直接被数模转换器转换为模拟信号，通过低通滤波器后，直接变频到设定的信道上。其中，所述CC2420射频芯片上设有FIFO引脚、CCA引脚、FIFOP引脚、SFD引脚、CSn引脚、VERG-EN引脚、RESET引脚、SCK引脚、SO引脚和SI引脚，所述FIFO引脚、CCA引脚、FIFOP引脚和SFD引脚四个表示收发数据的状态，且接入单片机的输入引脚；所述单片机的输出引脚接入CSn引脚、VERG-EN引脚、RESET引脚和SCK引脚，所述SO引脚还接入单片机的输入引脚，所述单片机的输出引脚还接入SI引脚；所述CC2420射频芯片收到物理帧的SFD字段后，会在SFD引脚输出高电平，直到接收完该帧，如果启动了地址辨识，在地址辩识失败后，SFD引脚立即转为输出低电平；所述FIFO引脚和FIFOP引脚标示FIFO的缓存区的状态，如果FIFO缓存区有数据，FIFO引脚输出高电平；如果接收FIFO缓存区为空，FIFO引脚输出低电平；FIFOP引脚在接收FIFO缓存区的数据超过设定的临界值时或者在CC2420射频芯片接收到一个完整的帧以后输出高电平，临界值可以通过CC2420射频芯片的寄存器设置；CCA引脚在信道有信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Zigbee无线通信技术的智能家居系统的控制系统，其特征在于，包括主节点智能家居网络控制器和分布在每个房间内的家居网络设备，所述家居网络设备均与主节点智能家居网络控制器通信连接，所述房间的数量至少为一个；每个房间内的家居网络设备包括分节点智能家居网络控制路由器、多个家居设备、多个作为家居设备的功能执行机构的功能驱动模块和多个分节点智能家居网络控制器；每个家居设备与对应的功能驱动模块交互连接，每个功能驱动模块与对应的分节点智能家居网络控制器进行交互连接，每个分节点智能家居网络控制器均与分节点智能家居网络控制路由器进行通信连接；每个房间的分节点智能家居网络控制路由器与主节点智能家居网络控制器之间进行通信连接后形成该系统的Zigbee无线通信网络；每个分节点智能家居网络控制器和主节点智能家居网络控制器均包括用于控制整个系统的单片机、实现数据的无线传送和收发的Zigbee无线收发电路、通信接口电路、用于远程对家居设备监控的GPRS模块、方便实现人机交互的人机交互模块和提供系统工作时钟信号的晶振电路；所述Zigbee无线收发电路、通信接口电路、GPRS模块、人机交互模块和晶振电路均与单片机交互连接；所述通信接口电路主要用于与家居设备的连接，完成数据采集和对家具设备执行机构的控制，同时还与PC机相连，对系统进行调试和监测。...

【技术特征摘要】
1.一种基于Zigbee无线通信技术的智能家居系统的控制系统，其特征在于，包括主节点智能家居网络控制器和分布在每个房间内的家居网络设备，所述家居网络设备均与主节点智能家居网络控制器通信连接，所述房间的数量至少为一个；每个房间内的家居网络设备包括分节点智能家居网络控制路由器、多个家居设备、多个作为家居设备的功能执行机构的功能驱动模块和多个分节点智能家居网络控制器；每个家居设备与对应的功能驱动模块交互连接，每个功能驱动模块与对应的分节点智能家居网络控制器进行交互连接，每个分节点智能家居网络控制器均与分节点智能家居网络控制路由器进行通信连接；每个房间的分节点智能家居网络控制路由器与主节点智能家居网络控制器之间进行通信连接后形成该系统的Zigbee无线通信网络；每个分节点智能家居网络控制器和主节点智能家居网络控制器均包括用于控制整个系统的单片机、实现数据的无线传送和收发的Zigbee无线收发电路、通信接口电路、用于远程对家居设备监控的GPRS模块、方便实现人机交互的人机交互模块和提供系统工作时钟信号的晶振电路；所述Zigbee无线收发电路、通信接口电路、GPRS模块、人机交互模块和晶振电路均与单片机交互连接；所述通信接口电路主要用于与家居设备的连接，完成数据采集和对家具设备执行机构的控制，同时还与PC机相连，对系统进行调试和监测。2.根据权利要求1所述的基于Zigbee无线通信技术的智能家居系统的控制系统，其特征在于，所述每个分节点智能家居网络控制器和主节点智能家居网络控制器均还包括为系统提供电能的电源。3.根据权利要求1所述的基于Zigbee无线通信技术的智能家居系统的控制系统，其特征在于，所述单片机为40管脚PDIP封装的PICl8LF4620微控制器，该单片机上设置有MSSP模块，所述通信接口电路通过MSSP模块与串行EEPROM、移位寄存器、显示驱动器和AD转换器进行通信连接；所述MSSP模块有两种工作模式，分别为SPI工作模式和I2C接口硬件上支持的主控模式、多主机模式和从动模式；所述MSSP模块工作在SPI工作模式下时，MSSP模块与Zigbee无线收发电路进行数据通信连接。4.根据权利要求3所述的基于Zigbee无线通信技术的智能家居系统的控制系统，其特征在于，所述单片机还包括EUSART模块，该EUSART模块可配置为与CRT终端和个人计算机通讯的全双工异步系统；EUSART模块也可以配置成能够与A／D或D／A集成电路、串行EPROM通讯的半双工同步系统；所述USART模块还包括自动波特率检测和校准单元和用于接收到同步间隔字符时的自动唤醒和12位间隔字符发送的间隔字符收发单元；且该EUSART模块与GPRS模块通信连接。5.根据权利要求1所述的基于Zigbee无线通信技术的智能家居系统的控制系统，其特征在于，所述晶振电路包括第一电容、第二电容和晶振芯片，所述晶振芯片的一端通过第一电容接地，所述晶振芯片的另一端通过第二电容接地，所述第一电容与晶振芯片的公共端及第二电容与晶振芯片的公共端均连接至单片机，且输出晶振信号。6.根据权利要求1所述的基于Zigbee无线通信技术的智能家居系统的控制系统，其特征在于，所述Zigbee无线收发电路为CC2420射频芯片，所述CC2420射频芯片的无线通信设备支持数据传输率高达250kbps可以实现多点对多点的快速组网。7.根据权利要求6所述的基于Zigbee无线通信技术的智能家居系统的...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢锋，
申请(专利权)人：深圳市丰巨泰科电子有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44