CN105357822A - 一种智能家居控制***及其控制方法 - Google Patents

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朱冬冬
潘再生
王挺
杨大胜
童庆
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Abstract

本发明公开了一种智能家居控制***及其控制方法，该***包括：微控制器主节点、微控制器子节点、控制终端以及家用电器，其中：控制终端与微控制器主节点相连，微控制器主节点与微控制器子节点相连，微控制器子节点与所述家用电器相连。该方法包括：控制终端发送控制信号给微控制器主节点，微控制器主节点将控制信号传输给微控制器子节点；微控制器子节点根据控制信号控制家用电器的开关和/或调节家用电器的亮度和/或调节家用电器的转速。本发明的智能家居控制***及其控制方法，采用了具备高集成度的微控制器作为***的控制核心，不需对原有控制***的布局布线进行很大的改动即可完成控制***的升级，控制节点的增减方便。

Description

一种智能家居控制***及其控制方法
技术领域
本发明涉及智能家居领域，特别涉及一种智能家居控制***及其控制方法。
背景技术
随着生活水平和科学技术的不断提高，人们对居住环境不断提出更高的要求，传统的灯具开关控制已不能满足环境的需要，同时传统的灯具控制***布局布线一般无法满足智能灯光控制***的升级要求。智能灯光控制***可实现灯光的智能调节，侧重于舒适性、智能性、便捷性和可操作性，一般可分为几类：
第一类是比较常见的智能灯光控制***，具备环境数据采集及记忆等功能。此类智能灯光控制***采用庞大的控制***结构，需要计算机、摄像头、健康检测仪等设备，需要在房屋基础建设过程中进行施工，在现有家庭灯光控制***基础上升级改造的成本较大，且增加控制节点对整个***的影响较大。
第二类，利用嵌入式无线模块实现灯光智能远程控制。此类智能灯光控制***多采用ZigBee无线通信结构，每个灯具节点都需要增加ZigBee模块以构建通信网络，因此整个***搭建或升级成本较高，且无法实现灯具的亮度调节。
第三类，利用多个传感模块检测物体运动轨迹实现灯具的智能开关。此类智能灯光控制需要固定安装多个传感模块，通过检测物体的移动方向而智能开关物体运动轨迹上的灯具，一般在***搭建完成后无法更改灯具的控制策略，且无法实现灯具的亮度调节。
发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种智能家居控制***及其控制方法，采用了具备高集成度的微控制器作为***的控制核心，可通过简单的***电路即可实现智能家居控制***的搭建，不需对原有控制***的布局布线进行很大的改动即可完成控制***的升级，控制节点的增减方便，可实现用户自定义。
为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：
本发明提供一种智能家居控制***，其包括：微控制器主节点、微控制器子节点、控制终端以及家用电器，其中：
所述控制终端与所述微控制器主节点相连，所述微控制器主节点与所述微控制器子节点相连，所述微控制器子节点与所述家用电器相连；
所述控制终端用于通过控制所述微控制器主节点对所述微控制器子节点进行控制，从而控制所述家用电器的开关和/或亮度调节和/或转速调节。
较佳地，所述微控制器主节点包括第一CMC芯片（片上控制模块）；所述第一CMC芯片连接有以太网驱动电路、第一CAN驱动电路以及第一***电路。
较佳地，所述微控制子节点包括第二CMC芯片；所述第二CNC芯片连接有第二CAN驱动电路以及第二***电路。
较佳地，所述以太网驱动电路包括：外部时钟芯片、物理层驱动芯片以及网络接口电路；所述第一CAN驱动电路和所述第二CAN驱动电路分别包括：物理层驱动芯片及其***电路；所述第一***电路和所述第二***电路分别包括：外部晶振电路以及上电复位电路。
较佳地，所述家用电器通过可控硅调节电路与所述第二CMC芯片相连，通过可控硅调节电路可以对家用电器的灯光亮度或感性负载的输出强度进行调节。
较佳地，所述微控制器子节点的数量为多个，微控制器子节点的数量可以根据用户需求进行增加或减少，简单方便。
较佳地，所述家用电器包括：传感器以及负载，传感器用于采集环境信号，根据环境信号控制负载的开关和/或亮度和/或强度。负载可以包括：灯具、显示设备以及感性负载；灯具如白炽灯、LED等，显示设备如液晶屏、点阵屏或数码管等，感性负载如电风扇等。
本发明还提供一种智能家居控制方法，其包括以下步骤：
S11：控制终端发送控制信号给微控制器主节点，所述微控制器主节点将所述控制信号传输给所述微控制器子节点；
S12：所述微控制器子节点根据所述控制信号控制家用电器的开关和/或调节所述家用电器的亮度和/或所述调节家用电器的转速。
较佳地，所述步骤S11之前还包括以下步骤：
S13：传感器采集环境信号传输给所述微控制器子节点，进而通过所述微控制器主节点将所述环境信号传输给所述控制终端；
S14：所述控制终端根据所述环境信号生成所述控制信号。
较佳地，所述步骤S11之前还包括以下步骤:
S15：所述控制终端根据预设的情景模式生成所述控制信号。
相较于现有技术，本发明具有以下优点：
（1）本发明提供的智能家居控制***及其控制方法，采用高集成度的片上控制模块作为***的控制核心，可通过简单的***电路即可实现智能家居控制***搭建，结构简单；
（2）本发明不需要对原有普通家居控制***的布局布线造成很大的改动就可实现智能家居控制***的升级，不需要改变***布局就可实现微控制器节点的增减，并且可在多种控制终端上实现远程控制，方便实现，成本低；
（3）本发明可在控制终端设置多种情景模式，根据情景模式对家用电器进行智能控制，提升了用户体验。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：
图1为本发明的智能家居控制***的结构示意图；
图2为本发明的微控制器主节点的结构示意图；
图3为本发明的微控制器子节点的结构示意图；
图4为本发明的CMC芯片的管脚图；
图5a-5c为本发明的***电路图；
图6a-6c为本发明的第一以太网驱动电路图；
图7为本发明的第一CAN驱动电路图；
图8为本发明的可控硅调节电路图。
标号说明：1-控制终端，2-微控制主节点，3-微控制器子节点，4-家用电器；
21-第一CMC芯片，22-以太网驱动电路，23-第一CAN驱动电路，24-第一***电路；
31-第二CMC芯片，32-第二CAN驱动电路，33-第二***电路。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
结合图1-图8，对本发明的智能家居控制***进行详细描述，如图1所示为其结构示意图，其包括：控制终端1、微控制器主节点2、微控制器子节点3以及家用电器4。其中：控制终端1通过无线局域网与微控制器主节点2建立连接，无线局域网可使用家庭无线局域网或楼宇无线局域网等，控制终端1可以为PC或移动终端，如可以为家用桌面计算机、手机、平板电脑等具备网络访问功能的电子设备；微控制器子节点3包括多个，可以根据需要设置在不同的位置，如可以包括：卧室微控制子节点、客厅微控制器子节点、餐厅微控制器子节点等；家用电器4包括传感器、灯具、感性负载、显示终端等底层输入输出设备，传感器可以包括采集室内光泽强度的照度传感器、感应物体的红外传感器、测量环境的气体传感器及温度传感器等，灯具包含白炽灯、LED灯等，感性负载包括电风扇等，显示终端包含液晶屏、点阵屏和数码管等。
本实施例的控制***是基于CMC芯片（ControlModuleonChip，片上控制模块）搭建的，微控制器主节点2包括第一CMC芯片，微控制器子节点3包括第二CMC芯片；微控制器主节点2负责与用户和各微控制器子节点3进行通信，用户可通过网页方式与微控制器主节点2进行数据交互，各微控制器子节点3通过CAN总线与微控制器主节点2进行数据交互。微控制器子节点3通过第二CMC芯片的各种通信接口与底层的灯具、传感器及显示终端等进行连接，负责接收CAN总线上的命令控制灯具等负载并向微控制器主节点2及时反馈相关的状态信息。用户可通过连入无线局域网的控制终端1访问微控制器主节点2，可在网页上控制灯具等负载及配置房间内的情景模式。
图2为微控制器主节点的结构框图，它的核心是第一CMC芯片21，本实施例中所有CMC芯片型号选用为CMC540C128，管脚定义如图4所示。第一CMC芯片21连接有以太网驱动电路22、第一CAN驱动电路23以及第一***电路24。第一***电路24包括外部晶振电路、上电复位电路等，用于提供第一CMC芯片21的工作时钟，上电复位信号等，具体实施方案如图5所示；以太网驱动电路22包括外部时钟芯片、以太网物理层芯片、网络接口电路等，用于连接到无线局域网与控制终端1进行数据交互，具体实施方案如图6所示；第一CAN驱动电路23主要包括物理层驱动芯片SN65HVD230及其***电路，用于与微控制器子节点3建立通信连接，具体实施方案如图7所示。
图3为微控制器子节点的结构框图，它的核心是第二CMC芯片31，管脚定义如图4所示。第一CMC芯片连接有第二CAN驱动电路32以及第二***电路33，第二CAN驱动电路32和第二***电路33与第一CAN驱动电路23和第一***电路24相同，如图5和图7所示。传感器包括采集室内光泽强度的照度传感器、感应物体的红外传感器、测量环境的气体传感器及温度传感器等，可通过输入输出接口或SPI等通信接口与微控制器子节点3进行数据交互。显示终端包含液晶屏、点阵屏和数码管等，可通过SPI（SerialPeripheralInterface，串行外设接口）、I2C（Inter-IntegratedCircuit，两线式串行总线）等通信接口与微控制器子节点3进行数据交互。灯具或感性负载可通过可控硅调节电路连接到微控制子节点3，可控硅调节电路如图8所示，它主要由WS100T10芯片、MOC3022光耦、BTA16_600B双向可控硅等元器件组成。WS100T10芯片是一款用于工频50Hz/60Hz交流控制***的专用集成电路，通过第二CMC芯片31从SPI接口输入不同的配置值，并在第5脚AC_CP_IN输入交流同步脉冲，就可在第6脚或者第7脚得到0—180度不同相移的脉冲，从而控制光耦和双向可控硅的通断，以实现灯具亮度或感性负载的输出强度变化。
本实施例的微控制器主节点2中已移植嵌入式web服务器，用户可通过无线局域网内的控制终端1连接到微控制器主节点2，微控制器主节点2通过CAN总线与微控制器子节点3进行数据交换。用户可通过web服务器返回的网页设置控制***为自动模式，室内传感器自动采集光照、人***置等环境信号，智能实现灯具开关及亮度调节。用户还可通过web服务器返回的网页设置房间内的情景模式，由微控制器主节点2控制各微控制器子节点3下的灯具开关和亮度、风扇开关和转速，以及其它家用电器开关。
本发明提供的智能家居控制方法是基于上述实施例的智能家居控制***，其可以对家用电器的开关、亮度或输出强度等进行智能控制，其可以是根据用户的设计来进行控制，也可以根据传感器采集的环境信号来进行控制，还可以根据预设的情景模式来进行控制，下面结合具体实施例来对其进行详细描述。
实施例2：
本实施例的智能家居控制方法包括以下步骤：
S101：控制终端发送控制信号给微控制器主节点，微控制器主节点将该控制信号传输给微控制器子节点；
S102：微控制器子节点根据该控制信号控制家用电器的开关和/或调节家用电器的亮度和/或调节家用电器的转速。
用户可通过控制终端的操作自由控制灯具的开关、亮度调节以及电风扇的转速调节等。
实施例3：
本实施例的智能家居控制方法包括以下步骤：
S201：传感器采集环境信号传输给微控制器子节点，进而通过微控制器主节点将环境信号传输给所述控制终端；
S202：控制终端根据传感器采集到的环境信号生成控制信号。
S203：控制终端将生成的控制信号发送给微控制器主节点，微控制器主节点将该控制信号传输给微控制器子节点；
S204：微控制器子节点根据该控制信号控制家用电器的开关和/或调节家用电器的亮度和/或调节家用电器的转速。
通过安装在室内的传感器来自动采集光照、人***置、温度等环境信号，智能实现灯具开关、亮度调节及电风扇的转速调节等
实施例4：
本实施例的智能家居控制方法包括以下步骤：
S301：控制终端根据预设的情景模式生成控制信号
S302：控制终端将生成的控制信号发送给微控制器主节点，微控制器主节点将该控制信号传输给微控制器子节点；
S303：微控制器子节点根据该控制信号控制家用电器的开关和/或调节家用电器的亮度和/或调节家用电器的转速。
用户情景模式的配置可将家居控制简化，并具备可记忆性。本实施例在网页中配置了起床、回家、报警及睡眠共四种情景模式。起床模式通过设置起床时间，到达设定时间后卧室灯具开始低频率闪烁来提醒用户起床；就餐模式通过调节室内灯具亮度等级来营造家庭良好的用餐气氛；回家模式通过感应用户位置自动控制所需要的灯具的开关；报警模式主要针对用户不在家时出现如入室盗窃或家中失火等意外事件，通过声光报警信号发出警示；睡眠模式通过设置睡眠时间，到达设定时间后卧室光照强度逐渐降低提醒用户注意休息。
此处公开的仅为本发明的优选实施例，本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，并不是对本发明的限定。任何本领域技术人员在说明书范围内所做的修改和变化，均应落在本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种智能家居控制***，其特征在于，包括：微控制器主节点、微控制器子节点、控制终端以及家用电器，其中：
所述控制终端与所述微控制器主节点相连，所述微控制器主节点与所述微控制器子节点相连，所述微控制器子节点与所述家用电器相连。
2.根据权利要求1所述的智能家居控制***，其特征在于，所述微控制器主节点包括第一CMC芯片；
所述第一CMC芯片连接有以太网驱动电路、第一CAN驱动电路以及第一***电路。
3.根据权利要求2所述的智能家居控制***，其特征在于，所述微控制子节点包括第二CMC芯片；
所述第二CNC芯片连接有第二CAN驱动电路以及第二***电路。
4.根据权利要求2或3所述的智能家居控制***，其特征在于，所述以太网驱动电路包括：外部时钟芯片、物理层驱动芯片以及网络接口电路；
所述第一CAN驱动电路和所述第二CAN驱动电路分别包括：物理层驱动芯片及其***电路；
所述第一***电路和所述第二***电路分别包括：外部晶振电路以及上电复位电路。
5.根据权利要求3所述的智能家居控制***，其特征在于，所述家用电器通过可控硅调节电路与所述第二CMC芯片相连。
6.根据权利要求1所述的智能家居控制***，其特征在于，所述微控制器子节点的数量为多个。
7.根据权利要求1所述的智能家居控制***，其特征在于，所述家用电器包括：传感器以及负载。
8.一种智能家居控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S11：控制终端发送控制信号给微控制器主节点，所述微控制器主节点将所述控制信号传输给所述微控制器子节点；
S12：所述微控制器子节点根据所述控制信号控制家用电器的开关和/或调节所述家用电器的亮度和/或所述调节家用电器的转速。
9.根据权利要求8所述的智能家居控制方法，其特征在于，所述步骤S11之前还包括以下步骤：
S13：传感器采集环境信号传输给所述微控制器子节点，进而通过所述微控制器主节点将所述环境信号传输给所述控制终端；
S14：所述控制终端根据所述环境信号生成所述控制信号。
10.根据权利要求8所述的智能家居控制方法，其特征在于，所述步骤S11之前还包括以下步骤:
S15：所述控制终端根据预设的情景模式生成所述控制信号。
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