健康智能家居系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种健康智能家居系统。其中移动智能终端通过网络服务器与家庭服务器连接，家庭服务器通过ZigBee无线网络分别与参数检测设备及家电无线连接，家庭服务器还通过RFID读卡器与电子标签无线连接；参数检测设备包括家居环境参数检测设备、人体生理参数检测设备、家电工作参数检测设备；家居环境参数检测设备、人体生理参数检测设备、家电工作参数检测设备分别通过ZigBee无线网络连接到家庭服务器。本实用新型可实现对人与家电的健康状况的实时监控、自适应环境及人体状况的家电智能控制、基于节能评价系数的家庭节能管理、基于RFID的无线寻物系统；构建了家庭人员、设备与环保机构、社区医院、电网公司、家电制造商的免打扰式高效通信方式。
【专利说明】
健康智能家居系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种健康智能家居系统。
【背景技术】
[0002]1、智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、智能家居系统设计方案安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。
[0003]2、现已公布的关于健康智能家居的专利，大多关注智能家居中的控制技术及安防技术，如中国专利申请号201010611797公开的智能家居控制方法，中国专利申请号200910038519公开的智能家居远程控制系统及方法，中国专利申请号201010195676公开的智能家居系统及工作方法。对人体健康状况、家电健康状况及家庭节能管理的关注极少。有部分专利涉及家居节能，如中国专利申请号201110144590公开的网络化智能家居用电优化控制方法，但其未涉及家电健康状况。
【发明内容】
[0004]本实用新型要解决的技术问题是提供一种健康智能家居系统。
[0005]对于上述要解决的技术问题，本实用新型采用的技术方案是:健康智能家居系统，包括参数检测设备、家电、电子标签、网络服务器、家庭服务器、移动智能终端、ZigBee无线网络及RFID读卡器；
[0006]移动智能终端通过网络服务器与家庭服务器连接，家庭服务器通过ZigBee无线网络分别与参数检测设备及家电无线连接，家庭服务器还通过RFID读卡器与电子标签无线连接；
[0007]参数检测设备包括家居环境参数检测设备、人体生理参数检测设备、家电工作参数检测设备;家居环境参数检测设备、人体生理参数检测设备、家电工作参数检测设备分别通过ZigBee无线网络连接到家庭服务器。
[0008]作为优选，家居环境参数检测设备包括数据采集模块、ZigBee模块;的数据采集模块包括环境参数传感器、预处理电路、A/D采样电路；
[0009]环境参数传感器包括温湿度传感器、一氧化碳传感器、甲醛传感器、灰尘度传感器；
[0010]预处理包括衰减电路、差分放大电路，
[0011 ] A/D采样电路由ZigBee模块的片内外设提供；
[0012]ZigBee模块包括CC2530处理器；
[0013]环境参数传感器、预处理电路、A/D采样电路、CC2530处理器依次连接，且CC2530处理器设有天线。
[0014]作为优选，人体参数监测设备包括便携式医疗设备和运动睡眠检测设备;便携式医疗设备和运动睡眠检测设备具有标准开放通信接口；标准开放通信接口包括RS232、蓝牙或ZigBee接口；便携式医疗设备和运动睡眠检测设备包括血压仪、血糖仪、心电监护仪。
[0015]作为优选，家电工作参数检测设备包括数据采集模块、ZigBee模块;数据采集模块包括电压传感器、电流传感器、预处理电路和A/D采集电路;预处理电路包括放大电路和差分放大电路，A/D采样电路由ZigBee的片内外设提供;ZigBee模块采用CC2530处理器；
[0016]电压传感器或电流传感器、预处理电路、A/D采集电路、CC2530处理器依次连接，且CC2530处理器设有天线。
[0017]作为优选，电子标签为RFID卡，RFID卡可通过RFID读卡器读取或改写RFID卡的信息。
[0018]作为优选，RFID读卡器包括晶振电路、复位电路、SPI接口电路、RC522芯片、天线；RC522芯片分别与晶振电路、复位电路、SPI接口电路连接，且RC522芯片设有天线。
[0019]作为优选，网络服务器与INTERNET网络、移动无线网络连接，从而通过INTERNET或移动无线网络与家庭服务器、移动智能终端进行通信，并且可以把家庭服务器所得到的信息通过INTERNET网络或移动无线网络与社区医生、环保中心、家电制造商、供电公司所处网络互相通信。
[0020]作为优选，家庭服务器包括处理器，处理器分别与电源电路、复位电路、JTAG接口电路、IXD触摸式液晶显示器、按键、全向麦克风、RS232接口电路、网卡接口电路连接;IXD触摸式液晶显示器提供人机界面;全向麦克风接收语音信息，用于家庭服务器的语音指令识别，家庭服务器通过网卡接口电路与INTERNET连接，从而与网络服务器进行通信。
[0021 ]本实用新型的有益效果是:
[0022]实现了对人与家电的健康状况的实时监控、自适应环境及人体状况的家电智能控制、基于节能评价系数的家庭节能管理、基于RFID的无线寻物系统；构建了家庭人员、设备与环保机构、社区医院、电网公司、家电制造商的免打扰式高效通信方式;制定了具有上述综合特色的健康智能家居框架体系。
【附图说明】
[0023]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细的说明。
[0024]图1是本实用新型健康智能家居系统实施例的总体结构图。
[0025]图2是本实用新型健康智能家居系统实施例将协议数据字段封装到以太网帧的方法图。
[0026]图3是本实用新型健康智能家居系统实施例的家电工作参数检测设备结构图。
[0027]图4是本实用新型健康智能家居系统实施例的家居环境检测设备结构图。
[0028]图5是本实用新型健康智能家居系统实施例的RFID读卡器结构图。
[0029]图6是本实用新型健康智能家居系统实施例的家庭服务器结构图。
【具体实施方式】
[0030]如图1所示，本实施例由参数检测设备、家电、电子标签、网络服务器、家庭服务器、移动智能终端、ZigBee无线网络及RFID读卡器组成。
[0031]其中移动智能终端与网络服务器连接，家庭服务器与网络服务器连接，家庭服务器通过ZigBee无线网络与参数检测设备及家电无线连接、通过RFID读卡器与电子标签无线连接。
[0032]参数检测设备包括家居环境参数检测设备、人体生理参数检测设备、家电工作参数检测设备。
[0033]家电工作参数检测设备由设在家电内部的内嵌故障自诊断模块以及外置家电工作参数检测设备组成。
[0034]外置家电工作参数检测设备包括数据采集模块、ZigBee模块，其中数据采集模块包括电压传感器、电流传感器、预处理电路和A/D采集电路，预处理电路包括放大电路和差分放大电路，A/D采样电路由ZigBee的片内外设提供，ZigBee模块采用CC2530处理器。
[0035]在图3中，电压传感器或电流传感器、预处理电路、A/D采集电路、CC2530处理器依次连接，且CC2530处理器设有天线，由此构成了外置家电工作参数检测设备。
[0036]图4是家居环境检测设备，由数据采集模块、ZigBee模块组成。
[0037]数据采集模块包括环境参数传感器、预处理电路、A/D采样电路。环境参数传感器包括温湿度传感器、一氧化碳传感器、甲醛传感器、灰尘度传感器。
[0038]预处理包括衰减电路、差分放大电路，A/D采样电路由ZigBee的片内外设提供，ZigBee模块采用CC2530处理器并设有天线。
[0039]环境参数传感器、预处理电路、A/D采样电路、ZigBee模块依次连接构成家居环境检测设备。
[0040]如图5所示，RFID读卡器由晶振电路、复位电路、SPI接口电路、RC522芯片组成，RC522芯片分别与晶振电路、复位电路、SPI接口电路连接，并且RC522芯片设有天线。
[0041 ] 家庭服务器可采用嵌入式ARM处理器，也可以采用PC机，如图6所示，家庭服务器采用三星S5PV210处理器，该处理器分别与电源电路、复位电路、JTAG接口电路、IXD触摸式液晶显示器、按键、全向麦克风、RS232接口电路、网卡接口电路连接。
[0042]健康智能家居系统，各设备之间通信时需要遵守通信协议。协议包含以下两个层次:(I)家庭服务器与参数检测设备之间；(2)网络服务器与家庭服务器、移动终端之间。
[0043](I)家庭服务器与参数检测各设备之间(基于zigbee协议)
[0044]协议帧中需要包含的信息，如:源设备号、目的设备号、命令号、数据类型、数据;为了保证协议帧的正确传输，还需要有起始字节和校验字节;协议帧由起始字节、源设备号、目的设备号、命令号、数据类型、数据7个字段组成，中间每个字段以‘，’分隔。
[0045]定义协议帧数据结构，该数据结构包括:
[0046]起始字节:起始字节用于标记协议帧数据的开始；
[0047]源设备号:一个设备对应唯一一个设备号，用于识别协议帧的来源；
[0048]目的设备号:一个设备对应唯一一个设备号，协议帧中包含目的设备号用于中继设备识别数据包的目的，进行协议帧的转发；
[0049]命令号:同一设备的一个命令对应唯个命令号，不同的命令对用的命令号不同，如:控制空调开机的命令号可以为0x01，设置空调关机的命令号可以为0x02;
[0050]数据类型:标记数据包传输数据的类型，如:数据类型描述为温度，则data键传输的就是温度数据；
[0051 ]数据:协议帧具体要传输的数据，比如传输的温度数据0x16，则表示温度为22摄氏度；
[0052]校验字节:校验字节=源设备号+目的设备号+命令号+数据的第一个字节;校验出错的数据包丢弃，用于保证协议帧传输的正确性。
[0053]协议帧的数据结构如下:
[0054]DataPocket
[0055]{
[0056]“start” ；//起始字节
[0057]“source” ；//源设备号
[0058]“aim”；//目的设备号
[0059]“cmd”；//命令号
[0060]“type” ；//数据类型[0061 ] “data” ； //数据
[0062]“check” ；//校验
[0063]}
[0064](2)网络服务器与家庭服务器、移动终端之间(基于tcp/ip协议)
[0065]网络服务器与家庭服务器、移动终端之间的数据传输是基于tcp/ip协议的网络通信，每个服务器都具有自己的MAC地址及IP地址，传输数据需要传输的协议数据字段封装到以太网帧中的IP数据字段，如图2所示。
[0066]在以太网帧传输到服务器后，服务器对以太网帧进行解析，分解出协议数据字段。
[0067]网络服务器与家庭服务器、移动终端之间传输的协议数据字段由源设备号、目的设备号、命令号、数据类型、数据5个字段组成，中间每个字段以‘，’分隔。
[0068]定义协议数据字段结构，该数据结构包括:
[0069]源设备号:一个设备对应唯一一个设备号，用于识别数据的来源；
[0070]目的设备号:一个设备对应唯个设备号，协议帧中包含目的设备号用于中继设备识别数据包的目的，进行协议帧的转发；
[0071 ] 命令号:同一设备的一个命令对应唯个命令号，不同的命令对用的命令号不同，如:控制空调开机的命令号可以为0x01，设置空调关机的命令号可以为0x02;
[0072]数据类型:标记数据包传输数据的类型，如:数据类型描述为温度，则data键传输的就是温度数据；
[0073]数据:协议帧具体要传输的数据，比如传输的温度数据0x16，则表示温度为22摄氏度。
[0074]参数检测设备包括家居环境参数检测设备、人体生理参数检测设备、家电工作参数检测设备。
[0075]参数检测设备的工作流程如下:
[0076]步骤11:参数检测设备初始化，主要包括ZigBee初始化，硬件初始化；
[0077]步骤12:运行采集模块，家居环境参数检测设备采集温度、湿度、灰尘度、一氧化碳浓度等信息;人生理参数检测设备采集人的脉搏波及体温等信息;家电工作参数检测设备采集家电的工作电压和电流等信息；
[0078]步骤13:运行数据处理、分析模块；
[0079]步骤14:数据打包，发送给家庭服务器。
[0080]RFID读卡器用于读取电子标签，对电子标签进行定位，从而实现物品寻找。
[0081]寻找电子标签的工作流程如下:
[0082]步骤21:当用户需要寻找某件物品时，发出寻找此电子标签命令，RFID读卡器接收到命令；
[0083]步骤22:RFID读卡器向电子标签发送射频信息，根据信息反馈，得出信号强度，计算与电子标签之间的距离；
[0084]步骤23:将距离信息发送给家庭服务器，帮助用户用于找到物品。
[0085]如图1所示，移动智能终端、网络服务器、家庭服务器之间通过INTERNET通信，家庭服务器与ZigBee协调器之间通过RS232串行接口通信，家庭服务器与RFID读卡器之间通过SPI串行接口通信，ZigBee与参数检测设备之间通过IEEE802.15.4通信。
[0086]各终端及服务器之间的数据传输流程如下:
[0087]步骤31:传输层初始化，建立网络连接；
[0088]步骤32:接收到数据或者命令信息，识别数据包的目的地址；
[0089]步骤33:如果目标地址为自身地址，则接收；如果目标地址不是自身地址，则进入步骤34;
[0090]步骤34:如果数据包为数据信息，则发送给上一层网关;如果数据包为命令信息，则发送给下一层网关;返回步骤32。
[0091]家庭服务器的工作流程如下:
[0092]步骤41:系统初始化，包括硬件外设初始化、数据库初始化；
[0093 ]步骤42:各模块接收数据，解包、存储、呈现；
[0094]步骤43:建立数据库；
[0095]步骤44:各模块对数据进行分析；
[0096]步骤45:如正常则返回42，如异常则报警；
[0097]步骤46:长时间的数据分析后得到结论，将相关数据提交给社区医生及家电制造商，向用户推送建议。
[0098]以上所述的本实用新型实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1.健康智能家居系统，其特征在于: 包括参数检测设备、家电、电子标签、网络服务器、家庭服务器、移动智能终端、ZigBee无线网络及RFID读卡器； 所述移动智能终端通过网络服务器与家庭服务器连接，所述家庭服务器通过ZigBee无线网络分别与参数检测设备及家电无线连接，家庭服务器还通过RFID读卡器与电子标签无线连接； 所述参数检测设备包括家居环境参数检测设备、人体生理参数检测设备、家电工作参数检测设备;所述家居环境参数检测设备、人体生理参数检测设备、家电工作参数检测设备分别通过ZigBee无线网络连接到家庭服务器。2.根据权利要求1所述的健康智能家居系统，其特征在于:所述家居环境参数检测设备包括数据采集模块、ZigBee模块;所述的数据采集模块包括环境参数传感器、预处理电路、A/D米样电路； 所述环境参数传感器包括温湿度传感器、一氧化碳传感器、甲醛传感器、灰尘度传感器； 所述预处理包括衰减电路、差分放大电路， 所述A/D采样电路由ZigBee模块的片内外设提供； 所述ZigBee模块包括CC2530处理器； 所述环境参数传感器、预处理电路、A/D采样电路、CC2530处理器依次连接，且CC2530处理器设有天线。3.根据权利要求1所述的健康智能家居系统，其特征在于:所述人体参数监测设备包括便携式医疗设备和运动睡眠检测设备;所述便携式医疗设备和运动睡眠检测设备具有标准开放通信接口 ；所述标准开放通信接口包括RS232、蓝牙或ZigBee接口 ；所述便携式医疗设备和运动睡眠检测设备包括血压仪、血糖仪、心电监护仪。4.根据权利要求1所述的健康智能家居系统，其特征在于:所述家电工作参数检测设备包括数据采集模块、ZigBee模块;所述数据采集模块包括电压传感器、电流传感器、预处理电路和A/D采集电路;所述预处理电路包括放大电路和差分放大电路，所述A/D采样电路由ZigBee的片内外设提供;所述ZigBee模块采用CC2530处理器； 所述电压传感器或电流传感器、预处理电路、A/D采集电路、CC2530处理器依次连接，且CC2530处理器设有天线。5.根据权利要求1所述的健康智能家居系统，其特征在于:所述电子标签为RFID卡，所述RFID卡可通过RFID读卡器读取或改写RFID卡的信息。6.根据权利要求1所述的健康智能家居系统，其特征在于:所述RFID读卡器包括晶振电路、复位电路、SPI接口电路、RC522芯片、天线;所述RC522芯片分别与晶振电路、复位电路、SPI接口电路连接，且RC522芯片设有天线。7.根据权利要求1所述的健康智能家居系统，其特征在于:所述网络服务器与INTERNET网络、移动无线网络连接，从而通过INTERNET或移动无线网络与家庭服务器、移动智能终端进行通信，并且可以把家庭服务器所得到的信息通过INTERNET网络或移动无线网络与社区医生、环保中心、家电制造商、供电公司所处网络互相通信。8.根据权利要求1所述的健康智能家居系统，其特征在于:所述家庭服务器包括处理器，所述处理器分别与电源电路、复位电路、JTAG接口电路、IXD触摸式液晶显示器、按键、全向麦克风、RS232接口电路、网卡接口电路连接;所述LCD触摸式液晶显示器提供人机界面；所述全向麦克风接收语音信息，用于家庭服务器的语音指令识别，所述家庭服务器通过网卡接口电路与INTERNET连接，从而与网络服务器进行通信。
【文档编号】G05B19/418GK205428168SQ201520907011
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年11月12日
【发明人】高翠云, 方潜生, 马鸣池, 虞永兵, 李莹莹, 陈杰, 杨军
【申请人】安徽建筑大学