一种多功能智能家居系统

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一种多功能智能家居系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及家庭自动化及无线家居安防技术领域，特别涉及一种多功能智能家居系统。\n背景技术\n[0002] 随着移动互联网技术的发展，智能家居受到了更多年轻及时尚人士的青睐。所谓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、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。\n[0003] 目前，市场上已经出现了一些智能家居系统，例如：市场上有种智能家居系统，该系统实现了电力线载波和ZigBee两种技术的优势互补，既可以实现ZigBee的低功耗低成本和灵活的组网能力等特点，又避免了使用传统智能家居数据线与电力线分离的繁琐布线过程，同时也对老式住宅改造为智能家居提供了极大便利。但是，这种智能家居系统存在如下缺点：\n[0004] 1)功能单一：该系统仅能实现对家电设备的远程开/关功能或者对安防传感器设备的远程监控功能，而不能实现更符合智能家居服务的应急通信、娱乐多媒体、视频监控等功能；\n[0005] 2)价格昂贵，缺乏定制服务：该系统的智能中心，一体化高度集成所有通信模块，设备成本高，脱离个体用户的实际需求，用户无法根据家庭实际需求定制个性化产品及服务；\n[0006] 3)互动及互控无法实现：不同节点设备之间无法互动、互控，无法实现信息的实时交互；\n[0007] 4)系统稳定性差：节点多采用普通网络通信架构(Web service/NAT/Socket)，与服务平台连接稳定性差，设备和手机之间通信响应时间长(大于5秒)，用户体验差；\n[0008] 5)通信安全性低：系统多采用嵌入式微控制器架构，微控制器处理能力及内存的限制无法处理数据通信加密的负载要求，手机应用与节点设备之间的通信加密依赖于家庭WiFi路由器自有的加密算法，通信安全程度低；\n[0009] 6)推送服务不及时：用户需要被动地通过手机应用不断查看家中节点工作状况；\n比如当家庭安防状况发生改变时，报警消息及视频无法实时主动推送至手机应用，主动报警及动化程度低；\n[0010] 7)网络服务受限：该系统的智能中心和家庭路由器之间普遍采用基于网卡的有线连接，或基于WiFi的无线连接，用户家庭必须安装网络服务才能实现智能家居服务；\n[0011] 8)传统设备无法实现智能化：需要用户购买新型智能化设备，如无线智能音响、无线蓝牙音箱来取代传统设备实现智能化；\n[0012] 9)门禁近程、远程门禁对讲系统多采用WiFi通信技术，产品耗电高，需要对门及家居等进行工程安装及常规电压供电，用户成本高，实施困难。\n实用新型内容\n[0013] 为了解决现有智能家居系统存在的功能单一、价格昂贵、通信安全性差、推送服务不及时等问题，本实用新型提供了一种多功能智能家居系统，包括智能中心、无线节点设备和智能家居云服务平台；所述无线节点设备通过无线连接方式与智能中心连接；所述智能中心通过网络与所述智能家居云服务平台连接。\n[0014] 所述系统还包括无线网关；所述智能中心和所述无线网关通过无线网络与所述智能家居云服务平台连接。\n[0015] 所述无线网关为无线路由器。\n[0016] 所述智能中心包括嵌入式中央处理器，以及与所述嵌入式中央处理器分别相连的WiFi系统级芯片、内存及闪存模块、ZigBee传感器模块、蓝牙通信模块、3G/4G无线通信模块、摄像头及视频模块、音频输入输出模块、应急按钮模块和液晶显示模块。\n[0017] 所述无线节点设备包括无线安防传感器、ZigBee电器设备、蓝牙门禁对讲设备、蓝牙播放器、老年护理应急呼叫设备和WiFi电器设备；所述无线安防传感器通过无线连接方式与所述ZigBee传感器模块或蓝牙通信模块连接；所述ZigBee电器设备通过ZigBee通信协议与所述ZigBee传感器模块连接；所述蓝牙门禁对讲设备、蓝牙播放器和老年护理应急呼叫设备通过蓝牙通信协议分别与所述蓝牙通信模块连接；所述WiFi电器设备通过WiFi通信协议与所述WiFi系统级芯片连接。\n[0018] 所述无线安防传感器包括门窗传感器、红外人体移动传感器、烟雾探测器、一氧化碳浓度测量计、温度测量计、湿度测量计和人体或物品位置追踪器；所述门窗传感器、红外人体移动传感器、烟雾探测器、一氧化碳浓度测量计、温度测量计、湿度测量计和人体或物品位置追踪器分别通过无线连接方式与所述ZigBee传感器模块或蓝牙通信模块连接。\n[0019] 所述ZigBee传感器模块、3G/4G无线通信模块和液晶显示模块与嵌入式中央处理器构成一体化设计。\n[0020] 所述ZigBee传感器模块、3G/4G无线通信模块和液晶显示模块与嵌入式中央处理器构成分离式设计。\n[0021] 所述WiFi系统级芯片集成有WiFi AP模块和WiFi Client模块；所述WiFi AP模块通过所述嵌入式中央处理器与所述3G/4G无线通信模块连接；所述WiFiClient模块与所述嵌入式中央处理器连接。\n[0022] 所述无线连接方式包括WiFi连接、蓝牙连接和ZigBee连接。\n[0023] 本实用新型提供的多功能智能家居系统，通过自带的3G/4G无线通信模块，有效地解决了智能家居系统对传统家庭网络服务的依赖；通过蓝牙无线通信模块，实现了一种电池供电、工作时间长、低成本的远程无线门禁对讲功能；并可以与用户手机实现无线免提通话功能，使用户双手从手机解放出来。WiFi系统级芯片将智能中心接入云服务平台，使传统音响升级成为无线音响，并实现对网盘、网络音乐、智能电视等声音流媒体的支持。\n[0024] 本实用新型提供的多功能智能家居系统，为用户提供了全面的智能家居服务体验，主要包括家用电器自动化、家居安防、家居视频监控、老年护理监控及应急呼叫、语音及视频通信、远程门禁对讲及音乐多媒体服务等。\n附图说明\n[0025] 图1是本实施例多功能智能家居系统的结构原理示意图；\n[0026] 图2是本实施例多功能智能家居系统的典型应用实例示意图；\n[0027] 图3是本实施例多功能智能家居系统的远程智能控制实现原理示意图；\n[0028] 图4是本实施例多功能智能家居系统的安防消息推送实现原理示意图；\n[0029] 图5是本实施例多功能智能家居系统的门禁对讲实现原理图示意图；\n[0030] 图6是本实施例多功能智能家居系统的老年护理应急呼叫实现原理示意图。\n具体实施方式\n[0031] 下面结合附图和实施例，对本发明技术方案作进一步描述。\n[0032] 参见图1，本实施例提供了一种多功能智能家居系统，该系统包括智能中心1、无线节点设备2、智能家居云服务平台3和无线网关4。其中，无线节点设备2通过无线连接方式与智能中心1连接；智能中心1和无线网关4通过无线网络与智能家居云服务平台3连接。\n[0033] 参见图1，本实施例的智能中心包括嵌入式中央处理器101，以及与嵌入式中央处理器101分别相连的WiFi系统级芯片102、内存及闪存模块103、ZigBee传感器模块104、蓝牙通信模块105、3G/4G无线通信模块106、摄像头及视频模块107、音频输入输出模块108、应急按钮模块109和液晶显示模块110。本实施例的无线节点设备包括无线安防传感器\n201、ZigBee电器设备202、蓝牙门禁对讲设备203、蓝牙播放器204、老年护理应急呼叫设备\n205和WiFi电器设备206；无线安防传感器201和ZigBee电器设备202通过ZigBee通信协议与ZigBee传感器模块104连接；蓝牙门禁对讲设备203、蓝牙播放器204和应急呼叫设备205通过蓝牙通信协议分别与蓝牙通信模块105连接；WiFi电器设备206通过WiFi通信协议与WiFi系统级芯片102连接。本实施例中，无线网关4为无线路由器。\n[0034] 智能中心采用嵌入式操作系统，通过嵌入式中央处理器实现对各种数据的集中处理控制。嵌入式操作系统采用32位嵌入式Linux，采用双备份轮换启动机制(A/B区)，可实现自动、加密式软件升级。智能中心通过无线网关接入智能家居云服务平台，实现和手机应用的实时双向通信；另外，智能中心还可以通过3G/4G无线通信模块直接接入智能家居云服务平台，实现和手机应用的实时双向通信。嵌入式中央处理器可采用MediaTek MTK \n7620；WiFi系统级芯片集成有WiFi AP模块和WiFi Client模块，WiFi AP模块通过嵌入式中央处理器与3G/4G无线通信模块连接，用于实现WiFi无线热点(Hot Spot)功能，WiFi Client模块与嵌入式中央处理器连接，支持WiFi AP/Client功能和IEEE 802.11b/n/g通信协议。\n[0035] ZigBee传感器模块可采用SiLabs EM357NCP或TI CC2531芯片，采用ZigBee HA1.2及新版通信协议，通过USB接口与嵌入式中央处理器连接，用于使无线安防传感器接入智能家居云服务平台，并与用户手机应用实现双向实时安防监控。SiLabs EM357NCP或TI CC2531芯片支持至少50个ZigBee无线安防设备接入。ZigBee是一种低速、短距离传输的无线网络协议，底层采用IEEE802.15.4标准规范的媒体访问层(MAC)及物理层(PHY)，具有低速、低耗电、低成本、支持大量网络节点、支持多种网络拓扑结构及安全可靠等优点。\n[0036] 音频输入输出模块可采用TI TLV320AIC23B芯片，通过I2S接口与嵌入式中央处理器连接，用于与用户手机应用和蓝牙门禁对讲设备实现双向实时语音播放。TI TLV320AIC23B芯片具有3.5mm音频输出接口及RCA音频/视频(A/V)输出接口。智能中心和传统家庭音响通过3.5mm音频输出接口及RCA音频/视频输出接口连接，可实现包括手机音乐、在线网络音乐、智能电视音频、家庭影院音频、网盘音乐等的无线播放，使传统音响升级成为智能音响，如图2所示。\n[0037] 液晶显示模块可采用CTP043FM-24.3寸多点触控电容触摸显示屏，通过I2C接口与嵌入式中央处理器连接及供电，用于实现用户对家庭智能家居设备工作状态的控制及监控，并实现远程视频对讲功能。用户也可以将电视或显示器通过RCA接口和智能中心连接，实现视频显示功能。\n[0038] 摄像头及视频模块可采用SN9C292A型号摄像头，通过USB接口与嵌入式中央处理器连接及供电，用于监控家庭的实时状况。\n[0039] 蓝牙通信模块可采用TI CC256x双模蓝牙模块，通过UART接口与嵌入式中央处理器连接及供电，用于实现手机与智能中心的免提通话、音乐播放、以及智能中心与门禁对讲设备组成远程、近程无线门禁通话系统。蓝牙通信模块支持的无线通信协议包括Bluetooth \n4.X、HF2.X、A2DP、AVRCP等。\nTM\n[0040] 3G/4G无线通信模块可采用 Gobi 芯片或MTK 6290芯片，通过USB接口与嵌入式中央处理器连接及供电，用于实现智能中心、家居智能云服务平台和用户手机应用间的双向通信。\n[0041] 在产品结构设计中，ZigBee传感器模块、3G/4G无线通信模块、液晶显示模块与智能中心可采用模块分离式设计或一体化设计：用户可选择性地购买模块与智能中心“即插即用”连接实现个体服务定制功能，从而有效地降低了用户设备购买成本；或根据家庭实际需求，购买具有全部功能的一体化设计智能中心。\n[0042] 无线安防传感器包括门窗传感器、红外人体移动传感器、烟雾探测器、一氧化碳浓度测量计、温度测量计、湿度测量计和人体或物品位置追踪器等。门窗传感器、红外人体移动传感器、烟雾探测器、一氧化碳浓度测量计、温度测量计、湿度测量计和人体或物品位置追踪器分别通过ZigBee通信协议与ZigBee传感器模块连接，或者通过蓝牙通信协议与蓝牙通信模块连接，进而接入智能家居云服务平台，并与用户手机应用实现双向实时安防监控。为了实现无线连接方式，需要将ZigBee模块或蓝牙模块设置在门窗传感器、红外人体移动传感器、烟雾探测器、一氧化碳浓度测量计、温度测量计、湿度测量计和人体或物品位置追踪器内部。当这些安防传感器检测到异常信号时，可主动激活摄像头及视频模块实现视频监控及远程语音通信。在实际应用中，可根据设计要求和数据传输要求，来选择无线安防传感器的无线连接方式。\n[0043] 智能中心通过家用无线路由器或3G/4G无线通信模块与家居智能云服务平台实现实时永久连接；手机应用通过WiFi网络或3G/4G网络与家居智能云服务平台时永久连接，并通过云服务平台的设备管理算法与智能中心及与其组网的节点实现远程实时双向通信，通信方式包括文字、图片、文件、语言通话及实时视频流等，如图3所示。当网络发生异常时，云服务平台向手机推送智能中心及无线节点设备的工作状态；手机应用无需任何设备扫描及设备查询，就可以实时获取设备的工作状态。当家中安防状况发生改变时，安防报警消息可实时推送至远程手机应用并主动接通远程通话系统，如图4所示；当手机应用离线时，安防报警消息存储于服务平台，并在手机应用再次上线时主动推送至手机应用。当无家庭网络(未使用无线路由器组网)或家庭网络故障不可用时，可由3G/4G无线通信模块与智能中心构成WiFi热点，使家庭其他智能设备接入云服务平台及互联网服务。智能中心与云服务平台及手机应用之间的数据通信，均采用128位AES加密，加密键值不发生任何网络传输，系统通信安全级别可达网络通信安全最高级。\n[0044] 智能中心支持多种无线通信协议，主要包括WiFi、蓝牙和ZigBee协议，这样就可以实现WiFi、蓝牙、ZigBee协议之间的优势互补。通过智能中心设备互动管理算法，可实现同一家庭中不同通信协议节点之间的互联、互控，以便提升智能家居系统的增值服务；基于即时通信技术的远程节点通过手机应用的授权设置，可实现多个不同家庭直接多个节点之间的互联、互动。\n[0045] 智能中心支持流媒体协议，例如：DLNA/UPnP/http/RTSP等，使智能手机音乐、网盘音乐、智能电视等音乐媒体的无线输出至传统音响，实现无线音乐播放服务。智能家居云服务平台支持即时通信协议栈服务器协议，能够实现设备注册、设备管理及授权访问、文字、图片、音频、视频通信服务，安防报警消息离线存储服务。当按下应急按钮或老年护理应急呼叫设备监控到紧急状况时，智能中心将主动呼叫远程手机或家居应急服务中心，实现对家居紧急情况的及时救助，如图6所示。\n[0046] 本实施例提供的多功能智能家居系统，为用户提供了全面的智能家居服务体验，主要包括家用电器自动化、家居安防、家居视频监控、老年护理监控及应急呼叫、语音及视频通信、远程门禁对讲及音乐多媒体服务等。用户可根据家庭网络实际状况，灵活地选择智能家居需要的网络连接服务。例如：可选择性地实现视频监控、ZigBee传感器网络、多点触控屏显示、用户输入和3G/4G网络热点功能。\n[0047] 本实施例提供的实时高效的多功能智能家居系统，通过自带的3G/4G无线通信模块，有效地解决了智能家居系统对传统家庭网络服务的依赖；通过蓝牙无线通信模块，实现了一种电池供电、工作时间长、低成本的远程无线门禁对讲功能，使用户双手从手机解放出来，如图5所示。WiFi系统级芯片将智能中心接入云服务平台，使传统音响升级成为无线音响，并实现对网盘、网络音乐、智能电视等声音流媒体的支持。即时通信网络架构有效地解决了当前智能家居系统中普遍存在的通信稳定性差、安全性不可靠、实时性效果差、安防消息报警推送服务缺乏等应用问题，解决了通过手机被动地监测家居状况的问题。\n[0048] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。