适用于智能家居系统的嵌入式智能网关设备及其使用方法
【专利摘要】本发明提供了一种适用于智能家居系统的嵌入式智能网关设备及其使用方法，包括：处理器模块、以太网模块、ZigBee模块、显示模块、Flash模块以及电源模块，处理器模块用于信息处理和其他模块的运行控制；以太网模块，用于实现与家庭外部网络的信息交换；ZigBee模块，用于实现与家庭内部传感器、智能插座的信息交换；显示模块，用于显示家庭实时状态数据与户内外传输信息；Flash模块，用于存储数据；电源模块，为网关内部各个模块提供正常工作电压。本发明整个系统采用B/S架构，移植了UIP开源协议栈，并运行web服务器应用程序，用户仅需用浏览器登陆即可在网页上查看家庭实时状态信息、控制家用电器运行状态。
【专利说明】
适用于智能家居系统的嵌入式智能网关设备及其使用方法
技术领域
[0001]本发明涉及电子通信设备领域，具体地，涉及一种适用于智能家居系统的嵌入式智能网关设备及其使用方法。
【背景技术】
[0002]智能家居系统是一种以家庭住宅为平台，以提高人们生活舒适度、节能减排为目的，以远程控制家用电器运行状态和实时监测家庭环境质量为手段，集嵌入式技术、通信技术与计算机网络技术于一体的综合技术手段。
[0003]智能网关是智能家居系统的核心，用于接收和存储家庭内部各种传感器传来的数据、控制与家用电器连接的智能插座、显示家庭实时状态数据和接收用户操作指令并执行。智能家居系统内部一般采用ZigBee、红外等无线通信技术传输信息，采用光纤、双绞线等有线方式接入运营商网络或小区路由器，因此智能网关也是连接家庭网络与外部网络的一个枢纽装置，它的实现手段直接影响了整个智能家居系统架构和用户使用舒适度。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于智能家居系统的嵌入式智能网关设备及其使用方法。
[0005]根据本发明提供的适用于智能家居系统的嵌入式智能网关设备，包括:处理器模块、以太网模块、ZigBee模块、显示模块以及Flash模块；
[0006]处理器模块，用于实现信息处理，并控制以太网模块、ZigBee模块、显示模块、Flash模块的运行；
[0007]以太网模块，用于实现与家庭外部网络的信息交换；
[0008]ZigBee模块，用于实现与家庭内部传感器、智能插座的信息交换；
[0009]显示模块，用于显示家庭实时状态数据和户内外传输信息；
[0010]Flash模块，用于存储数据。
[0011]优选地，还包括电源模块，用于为网关内部各个模块提供所需的工作电压。
[0012]优选地，所述电源模块提供的电压包括:+5V和+3.3V。
[0013]优选地，所述处理器模块为ARM处理器，所述ARM处理器模块与ZigBee模块采用UART接口进行数据传输。
[0014]优选地，所述以太网模块为DM9000，所述DM9000以太网模块与ARM处理器采用并口接口进行数据传输。
[0015]优选地，所述以太网模块移植有UIP开源协议栈，能够运行web服务器的应用程序，并通过ZigBee模块和多个智能插座相连。
[0016]优选地，采用B/S架构，提供网络实时查询页面，所述页面上能够显示家庭电器设备的实时运行状态信息。
[0017]根据本发明提供的适用于智能家居系统的嵌入式智能网关设备的使用方法，包括如下步骤:
[0018]步骤1:ARM处理器模块初始化，完成时钟、I/O口、中断初始化；
[0019]步骤2:ZigBee模块初始化，作为ZigBee协调点建立户内ZigBee无线通信网络，并对加入网络的智能插座进行地址分配、信息验证处理；
[0020]步骤3: IXD显示模块初始化，显示网关初始化过程的相关信息；
[0021 ]步骤4: DM9000以太网模块初始化，完成包括MAC地址、IP地址、UIP协议的初始化；
[0022]步骤5: ARM处理器模块运行web服务器，监听网络数据；
[0023]步骤6:用户通过浏览器与智能网关web服务器建立连接后，发送查询或控制指令，ARM处理器模块对该指令进行验证与解析，并以指定格式将指令通过UART接口发送给ZigBee 模块；
[0024]步骤7: ZigBee模块接收UART接口传来的指令后，作为网络协调点将该指令发送给智能插座;并通过UART接口将智能插座发送来的信息反馈至ARM处理器模块；
[0025]步骤8:ARM处理器模块在UART接口接收到信息后，进入UART中断程序，对该信息进行解析与验证后，对缓冲区和标志位变量进行赋值，web服务器以HTTP协议格式将信息返回给用户浏览器。
[0026]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0027]本发明提供的适用于智能家居系统的嵌入式智能网关设备的嵌入式网关移植了UIP开源协议栈，并运行web服务器应用程序，用户仅需要一个嵌入式网关和几个智能插座就能构建一个简单的智能家居系统，在PC端用浏览器登陆即可在网页上查看家庭实时状态信息，使用方便，成本低廉。
【附图说明】
[0028]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0029]图1为智能网关的模块结构示意图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0031]根据本发明提供的适用于智能家居系统的嵌入式智能网关设备，包括:处理器模块、以太网模块、ZigBee模块、显示模块以及Flash模块；
[0032]处理器模块，用于信息处理和其他模块的运行控制；
[0033]以太网模块，用于实现与家庭外部网络的信息交换；
[0034]ZigBee模块，用于实现与家庭内部传感器、智能插座的信息交换；
[0035]显示模块，用于显示家庭实时状态数据与户内外传输信息；
[0036]Flash模块，用于存储数据。
[0037]所述适用于智能家居系统的嵌入式智能网关设备，还包括电源模块，用于为网关内部各个模块提供所需的工作电压。
[0038]所述电源模块提供的电压包括:+5V和+3.3V。
[0039]所述处理器模块为ARM处理器，所述ARM处理器模块与ZigBee模块采用UART接口进行数据传输。
[0040]所述以太网模块为DM9000，所述DM9000以太网模块与ARM处理器采用并口接口进行数据传输。
[0041]所述以太网模块移植有UIP开源协议栈，能够运行web服务器应用程序，并通过ZigBee模块和多个智能插座相连。
[0042]所述适用于智能家居系统的嵌入式智能网关设备采用B/S架构，用户仅需用浏览器登陆即可在网页上查看家庭实时状态信息、控制家用电器运行状态。
[0043]如图1所示，包括ARM处理器模块、DM9000以太网模块、Zi gBee模块、LCD显示模块、Flash模块以及电源模块；
[0044]ARM处理器模块，用于信息处理和其余模块的运行控制；
[0045]DM9000以太网模块，用于实现与家庭外部网络的信息交换；
[0046]ZigBee模块，用于实现与家庭内部传感器、智能插座的信息交换；
[0047]IXD显示模块，用于显示家庭实时状态数据与户内外传输信息；
[0048]Flash模块，用于存储数据；
[0049]电源模块，为网关内部各个模块提供正常工作电压。
[0050]所述ARM处理器模块与DM9000以太网模块采用并口接口进行数据传输。
[0051 ]所述ARM处理器模块与ZigBee模块采用UART接口进行数据传输。
[0052]所述ARM处理器模块与IXD显示模块采用并口接口进行数据传输。
[0053]所述电源模块主要提供+5V和+3.3V两种电压，分别为其余模块提供正常工作所需电压。
[0054]通过移植了UIP开源协议栈，并运行web服务器应用程序，用户仅需要一个智能网关和几个智能插座就能构建一个简单的智能家居系统。整个系统采用B/S架构，用户仅需用浏览器登陆即可在网页上查看家庭实时状态信息、控制家用电器运行状态。
[0055]本实施例的智能网关运行步骤如下所示:
[0056]步骤I:智能网关通电，电源模块为其他模块提供正常工作所需电压；
[0057]步骤2:ARM处理器模块初始化，完成时钟、I/O口、中断等初始化；
[0058]步骤3= ZigBee模块初始化，作为ZigBee协调点建立户内ZigBee无线通信网络，并对加入网络的智能插座进行地址分配、信息验证等处理；
[0059]步骤4: IXD显示模块初始化，显示网关初始化过程相关信息；
[0060]步骤5:启动Flash模块和电源模块；
[0061 ] 步骤6: DM9000以太网模块初始化，完成包括MAC地址、IP地址、UIP协议等在内的初始化过程；
[0062]步骤7: ARM处理器模块运行web服务器应用程序，监听网络数据；
[0063]步骤8:用户通过浏览器与智能网关web服务器应用程序建立连接后，发送查询或控制指令，ARM处理器模块对该指令进行验证与解析，并以指定格式将指令通过UART接口发送给ZigBee模块；
[0064]步骤9: ZigBee模块接收UART接口传来的信息后，作为网络协调点将该指令信息发送给智能插座；
[0065]步骤10:ZigBee模块接收智能插座发送来的信息后，通过UART接口发送给ARM处理器模块；
[0066]步骤11:ARM处理器模块在UART接口接收到信息后，进入UART中断程序，对该信息进行解析与验证后，对缓冲区和标志位变量进行赋值，web服务器应用程序以HTTP协议格式将信息返回给用户浏览器。
[0067]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
【主权项】
1.一种适用于智能家居系统的嵌入式智能网关设备，其特征在于，包括:处理器模块、以太网模块、ZigBee模块、显示模块以及Flash模块； 处理器模块，用于实现信息处理，并控制以太网模块、ZigBee模块、显示模块、Flash模块的运行； 以太网模块，用于实现与家庭外部网络的信息交换； ZigBee模块，用于实现与家庭内部传感器、智能插座的信息交换； 显示模块，用于显示家庭实时状态数据和户内外传输信息； Flash模块，用于存储数据。2.根据权利要求1所述的适用于智能家居系统的嵌入式智能网关设备，其特征在于，还包括电源模块，用于为网关内部各个模块提供所需的工作电压。3.根据权利要求2所述的适用于智能家居系统的嵌入式智能网关设备，其特征在于，所述电源模块提供的电压包括:+5V和+3.3V。4.根据权利要求1所述的适用于智能家居系统的嵌入式智能网关设备，其特征在于，所述处理器模块为ARM处理器，所述ARM处理器模块与ZigBee模块采用UART接口进行数据传输。5.根据权利要求4所述的适用于智能家居系统的嵌入式智能网关设备，其特征在于，所述以太网模块为DM9000，所述DM9000以太网模块与ARM处理器采用并口接口进行数据传输。6.根据权利要求1所述的适用于智能家居系统的嵌入式智能网关设备，其特征在于，所述以太网模块移植有UIP开源协议栈，能够运行web服务器的应用程序，并通过ZigBee模块和多个智能插座相连。7.根据权利要求1所述的适用于智能家居系统的嵌入式智能网关设备，其特征在于，采用B/S架构，提供网络实时查询页面，所述页面上能够显示家庭电器设备的实时运行状态信息。8.—种适用于智能家居系统的嵌入式智能网关设备的使用方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1:ARM处理器模块初始化，完成时钟、I/O口、中断初始化； 步骤2:ZigBee模块初始化，作为ZigBee协调点建立户内ZigBee无线通信网络，并对加入网络的智能插座进行地址分配、信息验证处理； 步骤3: LCD显示模块初始化，显示网关初始化过程的相关信息； 步骤4: DM9000以太网模块初始化，完成包括MAC地址、IP地址、UIP协议的初始化； 步骤5: ARM处理器模块运行web服务器，监听网络数据； 步骤6:用户通过浏览器与智能网关web服务器建立连接后，发送查询或控制指令，ARM处理器模块对该指令进行验证与解析，并以指定格式将指令通过UART接口发送给ZigBee模块； 步骤7: ZigBee模块接收UART接口传来的指令后，作为网络协调点将该指令发送给智能插座;并通过UART接口将智能插座发送来的信息反馈至ARM处理器模块； 步骤8: ARM处理器模块在UART接口接收到信息后，进入UART中断程序，对该信息进行解析与验证后，对缓冲区和标志位变量进行赋值，web服务器以HTTP协议格式将信息返回给用户浏览器。
【文档编号】H04L12/66GK106027347SQ201610566298
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月18日
【发明人】王亮, 王志新
【申请人】上海交通大学