智能家庭网关及其系统

1.一种智能家庭网关，其特征在于，包括主控制器，所述的主控制器通过内部总线连接有ZIGBEE通信模块、WIFI通信模块，所述的主控制器通过外部总线连接有GAM/CDMA接口模块、USB接口模块、音频接口模块、视频接口模块，在所述的主控制器上还连接有显示模块、电源模块。
2.根据权利要求1所述的所述的智能家庭网关，其特征在于，在所述的主控制器上还连接有外存储器。
3.一种智能家居系统，其特征在于，包括：
至少一个权利要求1或2所述的智能家庭网关，设置于家庭中用于接收智能设备的状态信息及下载服务请求传输给远程服务器，并接收来自远程服务器、控制终端的控制命令和下载内容，并将控制命令传输给智能设备；
远程服务器，用于接收各智能家庭网关传送的状态信息及下载服务请求；
控制终端，用于提供控制界面，通过向远程服务器或者智能家庭网关发送控制命令控制家庭中的智能设备；
无线路由器，用于实现控制终端、智能家庭网关和远程服务器之间的无线网络连接。

智能家庭网关及其系统\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及家居设备智能控制领域，尤其涉及智能家庭网关及其系统。\n背景技术\n[0002] 当下智能家居系统已经发展到了较高的技术水平，从对单个电器的遥控逐步发展到了家庭内部的组网，采用家庭内部统一的主机控制；从采用以太网、电力载波网络发展到基于无线传感网的组网模式；从家庭内部组网控制发展到基于互联网络的远程控制；随着无线互联网的兴起，采用智能手机、平板电脑等智能移动平台在技术上也逐步实现。目前的智能家居系统普遍存在着一个问题：即各类智能家居系统主要考虑了如何将当前考虑到的智能家居设备集于控制系统之下，对未来新设备的接入控制仅考虑到有限的扩展，如需要增加新的设备，需要重新调整软件及硬件，且软件涉及重新安装、调试。当智能家居市场大规模兴起之时，会快速出现大量的新型智能家用设备，如果与控制系统相关的远程服务器、家庭智能网关以及控制器不是可扩展的，就会出现这样的问题：由于设备控制需要涉及四个层面的软件驱动、状态保存及操作界面更新，每次更新时需要同时更新设备、家庭网关、远程控制服务器、智能控制器四个层面的驱动及控制界面软件，非常复杂，在智能家居大量推广的情况下，如果不能做到远程自动加载及更新驱动，每套智能家居系统中增加一个设备的更新量非常大，普通用户很难在家中完成驱动加载及更新，需要设备供应商上门服务，工作量非常之大。\n实用新型内容\n[0003] 本实用新型的目的在于提供一种设置与家庭中用于直接控制个智能设备的方便扩展的智能家庭网关，本实用新型还提供包含该智能家庭网关的智能家居控制系统。\n[0004] 为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：\n[0005] 本实用新型的智能家庭网关，包括主控制器，所述的主控制器通过内部总线连接有ZIGBEE通信模块、WIFI通信模块，所述的主控制器通过外部总线连接有GAM/CDMA接口模块、USB接口模块、音频接口模块、视频接口模块，在所述的主控制器上还连接有显示模块、电源模块。\n[0006] 优选的，在所述的主控制器上还连接有外存储器。\n[0007] 本实用新型的包含该智能家庭网关的智能家居控制系统，包括：至少一个所述的智能家庭网关，设置于家庭中用于接收智能设备的状态信息及下载服务请求传输给远程服务器，并接收来自远程服务器、控制终端的控制命令和下载内容，并将控制命令传输给智能设备；\n[0008] 远程服务器，用于接收各智能家庭网关传送的状态信息及下载服务请求；\n[0009] 控制终端，用于提供控制界面，通过向远程服务器或者智能家庭网关发送控制命令控制家庭中的智能设备；\n[0010] 无线路由器，用于实现控制终端、智能家庭网关和远程服务器之间的无线网络连接。\n[0011] 本实用新型还公开了智能家庭网关上自动加载新智能设备驱动的方法，[0012] 本实用新型的有益效果如下：\n[0013] 本实用新型的智能家庭网关及其系统包括ZIGBEE模块，能够采用ZIGBEE方式进行WSN网络组建，再加入新的设备时不需要对网关的硬件结构做出调整，配合本实用新型提供的新设备的更新方法，可以完成新增设备的方便快捷入网。\n附图说明\n[0014] 图1为本实用新型的智能家庭网关一个实施例硬件结构图；\n[0015] 图2为本实用新型的智能家居系统的一个实施例的结构图；\n[0016] 图3为本实用新型的智能家居系统加载新得智能设备时的驱动更新的实现流程图。\n具体实施方式\n[0017] 下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案和有益效果进一步进行说明。\n[0018] 本实用新型的智能家庭网关是智能家居系统的核心，它实现将智能家居设备、远程互联网服务器、智能遥控设备之间的信息传输、处理；它可获取、存储各智能家居设备的状态及传输控制命令，还可传输、加载、更新各类软件模块。参见附图1，本实用新型的网关采用ARM芯片架构，内置Wifi、Zigbee、串口通信等设备芯片，具有显示及触摸操控功能，本实用新型的网关上可以运行Android操作系统，使用Android系统平台进行WSN和Internet进行数据交换，管理Zigbee设备进行WSN网络组建，并控制及监控Zigbee终端设备，对大数据量的视频及音频采用WIFI方式进行控制及监控。Android系统平台是一个开源的智能操作系统；能够兼容现在市场上的大部分硬件。\n[0019] 如图2所示本实用新型的智能家居系统的一个实施例，以智能家庭网关为核心，还包括远程服务器、无线路由器、控制终端：\n[0020] 1、家庭无线路由器，即目前市场上通用的家庭无线路由器，为带Wifi通信接口的智能手机、平板电脑、PC台式机|笔记本电脑、智能家庭网关以及远程服务器提供TCP/IP协议的无线通信功能。\n[0021] 2、远程服务器，该服务器与千家万户的智能家庭网关及控制设备相连，用于接收、存储、处理各类智能家居设备状态及状态控制。同时具备安全验证、各类模块自动下载传输功能。本服务器可采用PC服务器或Unix\Linux服务器，远程服务器可以采用集群式部署方式，通过应用服务采用开源的JBoos6进行部署，数据库采用PostgreSQL9进行数据存储服务，采用OpenSIPS1.6进行点对点服务。以上应用都采用集群部署方式，按照集群部署方式能够按照用户流量进行服务器增加、减少、移除服务器这样可以减少浪费资源；集群服务器能够支持更多的用户进行并发访问。\n[0022] 远程服务器采用如下配置表中的硬件实现：\n[0023] \n 服务器名称 数量 备注\n DELL R710 2台 应用服务器\n DELL R710 2台 SIP服务器(支持VOIP)\n DELL R910 2台 数据库服务器\n[0024] 远程服务器采用如下配置表中的软件实现：\n[0025] \n 软件名称 应用\n JBoss6 应用服务器\n PostgreSQL9 数据库服务器\n OpenSIPS1.6 点对点服务器\n Ubuntu Server 11 Linux操作系统\n Java虚拟机\n[0026] 3、智能控制终端，它可分为PC(包括台式机、笔记本电脑)，具备Wifi或GPRS、CDMA、3G无线通信功能的智能手机或平板电脑，亦包括运行智能软件平台(Windows Phone、Android、iOS)的专用控制设备，该设备上运行智能设备控制软件界面，用以实现对智能设备的状态展示及控制，具体可采用下表中所列设备：\n[0027] 表智能控制终端可选设备\n[0028] \n[0029] \n[0030] 智能家居设备作为智能家居系统的控制对象，指嵌入了可编程控制芯片、有线或无线通信芯片、可以通过其他设备对其进行状态获取及控制的智能家居设备，包括可控灯、开关、洗衣机、冰箱、窗帘、气体探测器、摄像头等各类家居、安防、监控家用设备。本系统的通信部分采用Zigbee无线通信芯片进行通信，以下举例说明几种智能家居设备的结构：\n[0031] A.无线传感监控器：包括燃气浓度监控器、空气质量监控器、温湿度传感器：这些监控器均采用TI公司CC2530芯片作为通信模块，芯片中嵌入TI公司的ZStack协议栈，按照Zigbee联盟的设备控制标准加入燃气传感器设备信息。\n[0032] B.无线控制开关：无线开关是基于TI公司的CC2530芯片和基本开关电路，实现无线开关设备。芯片中嵌入TI公司的ZStack协议栈，嵌入式程序中按照Zigbee联盟中Zigbee HomeAutomation的标准实现开关设备。\n[0033] C.无线控制插座，插座上插电视：无线插座同样采用TI公可的CC2530芯片和基本插座电路，实现来无线插座设备。芯片中嵌入TI公司的ZStack协议栈，嵌入式程序中按照Zigbee联盟中Zigbee Home Automation的标准实现插座设备。\n[0034] D.视频监控及对讲设备：无线摄像头采用普顺达(EasyN)公司IP摄像头技术，通过WIFI无线连接网关实现对摄像头控制及视频浏览。\n[0035] 本实用新型的智能家居系统及受控的智能家居设备通过两大网络实现连同控制：\n[0036] 1、家庭内部网络系统，该部分又包括两类网络，一类是由Zigbee无线传感网络实现家庭网关与智能家居设备的连接；另一类是TCP/IP协议的家庭内部无线局域网，实现智能手机与智能家庭网关的连接；\n[0037] 2、基于TCP/IP协议的有线或无线互联网，用于连接智能家庭网关、家庭智能控制服务器、个人电脑、带无线通信功能(Wifi、GPRS、CDMA、3G)的智能手机或平板电脑。\n[0038] 为了实现功能在智能家庭网关及远程服务器上都需要设置软件系统，具体如下：\n[0039] 1、智能家庭网关上的软件系统架构\n[0040] (1)操作系统层：该软件运行Android操作系统，其中含有Wifi、串口等多种驱动，亦含其他相关设备如视频、音频等设备驱动。\n[0041] (2)通信层：该层包括两个大类，一类是WSN网络基础层，由应用层通过网关串口发送控制命令、接收网络中各类设备的状态以及其他信息的传输；另一类是通过Wifi、WLAN与互联网服务器或智能手机(平板电脑)进行通信的层，采用SIP协议来完成通信。\n通过与远程服务器及控制平台通信，提供向控制平台发送设备驱动模块及设备状态信息，向远程服务器发送设备状态信息等功能。\n[0042] (3)应用层：该层包括一个智能网关系统基础框架，用来加载各类智能设备的状态获取及操控模块，它包括每类智能设备的类库及实例调用，当智能网关通过WSN探测到网络中的智能设备后，从类库中寻找到相应的设备控制模块并加载到系统框架中，形成控制界面，并与通信层通信，实现设备的控制。一旦无法在本地类库中找到相关设备类库，即通过通信层与远程服务器连接，从远程设备库中找到并自动下载该设备类库到网关本地，这就是自动更新设备驱动的基本原理。\n[0043] 2、远程服务器上的软件系统架构\n[0044] (1)基础系统层，包括Linux、Unix、Windows Server服务器，基本关系-对象型数据库。\n[0045] (2)通信层，主要用于与家庭网关、智能手机(平板电脑)、PC机等操控系统的网络通信，用于传输各类智能家居设备的状态数据以及其他相关信息。它主要提供了基于HTTP及SIP两种通信协议，后者主要用于提供智能家居设备状态数据、控制命令以及音频视频信息传输，其他信息包括设备驱动数据、安全认证信息等等由HTTP协议传输完成。\n[0046] (3)智能设备类库管理层，它管理着所有按照本系统规范提供的设备类库，每个设备类包括设备型号、驱动模块、控制状态结构等信息，并提供了设备类增加、删除管理等功能。\n[0047] (4)服务层，该层经通信层接收的服务请求，向家庭网关或控制平台发送设备驱动模块，或转发自家庭网关接收的设备状态及采集的视屏音频等数据至终端控制平台。\n[0048] 当有新的设备加入时，通过ZIGBEE建立的WSN网络能够自动搜索到该硬件，并获得硬件型号，本地的设备类库中不存在对应的设备类时，需要从远程服务器上下载，参见附图3，当加入新的智能设备而家庭网关上的设备类库内又不存在该设备的设备类时，家庭智能网关从远程服务器上下载设备驱动的流程如下(为更清晰的表达，图中智能家庭网关与智能终端及远程服务器的通信中均省略了经过家庭路由器的物理通信表示。)：\n[0049] S01：基于Zigbee通信协议的智能设备加入到任意家庭网络时，家庭网关通过智能设备通信获取到智能设备的型号，如发现该设备在网关上无该设备驱动模块，即通过HTTP协议向远程服务器发送下载该型号设备驱动清求。\n[0050] S02：远程服务器获取该需求后，即从设备库中找到该设备并通过HTTP协议传输到家庭网关。\n[0051] S03：家庭网关获取该设备控制驱动，即在家庭网关应用层中加载该驱动，如需更新智能设备通信驱动，亦通过Zigbee网络传输控制协议至设备Z-Stack协议栈。\n[0052] S04：控制终端通过与家庭网关通信同步时发现新的设备控制驱动即通过网关向服务器发送加载新的设备驱动请求，服务器在设备类库中找到该设备对应的控制驱动，并下载到控制终端加载到应用层，提供控制界面。\n[0053] 本实用新型的系统可以实现：\n[0054] 1、在家庭网络内，通过手机控制各类可与智能网关进行通信的智能家电设备，如智能遥控电灯、通过红外-无线遥控转接遥控电视、空调、热水器、音箱、窗帘等。还可获取家中燃气是否泄漏、空气质量状况等信息。\n[0055] 2、在户外，远程实现上述功能，还可实现远程打开并浏览家中视频监控信息等。\n[0056] 3、在家庭智能家居网络内增加新的按照本专利的标准定制的智能设备，之前将该设备驱动放置于远程服务器设备库中。肩动智能家庭网关搜索功能，将该设备加入到家庭网络。家庭网关同时自动连接远程服务器搜寻到该设备驱动，自动下载到网关本地展现模块界面。手机连接到家庭网关时亦发现新设备，自动下载到手机系统并加载该模块出现展示界面，获得对该设备的控制及状态数据。