智能家居通讯网络架构中的硬件系统组成(带图)
2019-10-10 17:13    捷易智能家居

可靠、适用的通讯网络是智能家居的重要组成环节,一个典型的智能家居通讯网络可以由终端、主网关、服务器、客户端所组成。

 

伴随着科技的不断进步,生活水平也在逐渐提高,对于家庭居住环境的智能化是人们追求高生活质量的展现之一,主流趋势便是将无线网络技术应用于家庭网络中。通过智能化手段,连接家庭中的电器设备,是物联网在现代家庭中重要的体现,而家居的通讯网络架构决定智能家居系统内部之间数据传输的效率和速率

 

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一、
智能家居系统整体结构

 

智能家居的通信架构由终端、网关、服务器、客户端组成终端主要由Zigbee组成的控制通信网络,连接着灯、电动窗帘、红外线收发器等传输速率要求不高的设备,对于视频和语音数据使用WIFI来传输。

 

智能家居网关则是数据信息相互转换的设备,目前还有很多的家用电器是使用红外线控制,比如空调和电视机。主网关有担任着家庭主机的任务,通过接收终端的数据和从服务器中查找历史数据,进行分析处理后,实现智能控制。服务器是一个数据库,服务器云使用阿里云开放平台,阿里云已经提供了设备管理,比如设备的查找,安装,卸载,客户端则是网页或者智能家居APP,用户使用浏览器读取服务器中的数据并解析,显示出家庭设备环境参数。用户要控制家电,则通过网页访问服务器,服务器再将控制数据发给家庭网关,家居网关再将数据发送给响应的设备,设备再执行相应的动作。

 

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二、
智能家居系统中的硬件

 

1. 温湿度检测器

 

捷易A861温湿度检测器无线温湿度传感器,可以直接连接到网关A861温湿度检测器拥有功耗低,体积小的特点,其内部包含电阻式感湿元件和一个NTC测温元件。MCU通过单总线协议来读取温湿度检测器的数据,单总线协议中一条总线可以挂无数个器件,线路简单。

 

2. 智能插座

 

智能插座属于ZigBee局域网中的终端,每个插座输出口通过印制板继电器触点的闭合状态来实现开和关,或者通过固态继电器控制插座口的火线。对于印制板继电器而言,继电器线圈就是一个电感,在线圈断开瞬间,会有很大的反向电动势,所以在应用中继电器线圈需要并接一个续流二极管,即保护小功率三极管,也可以消除对电源的干扰。

 

3. 红外宝

很多家用电器是通过红外遥控器控制的,要想通过手机远程操作,就需要清楚家用电器的红外编码指令,这样才能把从手机端来的网络数据变成红外数据指令,显然解码不同家用电器的遥控红外指令是必需的。捷易科技红外宝A101是一款集红外编码和解码功能为一体的智能家居产品,能够学习上99%的红外遥控器,内部嵌入了MCU。芯片从红外接收管接收到红外数据,在芯片内部处理之后,通过串口TX端口将处理好的数据包发出。外部MCU发数据协议包到RX端口,YIRTX02经过对数据的处理,再经过红外编码,将信号从红外发送器发出

 

4. 网关

 

将网关连接到路由器上,这样网关与Zigbee局域网构成了有效的数据链。并且,开发板上有WIFI收发电路,可以直接通过WIFI连接到互联网,板上有USB接口,可以通过USB摄像头,采集图像数据。

 

 

三、ZigBee局域网和网关的协调

 

网关是整个智能家居通信架构的核心,一方面承担着数据的传输任务,同时还具备控制主机的功能。在局域网络中每个节点设备的信息、数据都是在主机中不断更新和保存,通过协调器来连接网关和各个设备,协调器作为系统的第一个节点,负责无线网络的建立和参数的配置。当数据来自于节点并发送给协调器时,需要利用协议簇(Z-stack)来对数据类型进行划分,而当数据为透传数据时则不需要进行区分,直接传给网关。协调器和网关的运行流程图如下图所示,(a)是协调器的运行流程,(b)是网关的运行流程。


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协调器和网关的运行流程

 

通过协调器搭建好局域网后,从每个设备节点获取设备信息,向网关发送所有设备的有关信息,并初始化系统中的所有设备列表。接着,两者便会不停的进行发送和接收的操作,协调器从节点接收到的数据大致分两种类型,一种是Z-stack协议栈的内部消息;另一种是节点发给网关的透传数据,透传数据指的是从硬件设备传送给传感器等设备后,需要上传的数据。网关发给协调器的数据也分两种,第一种是直接给协调器的数据;第二种是透传发给终端设备的数据,它指的是远程发送的指令。当收到来自于协调器的数据后,网关将更新设备列表中的内容,同时上传有关数据给服务器。而当收到来自于服务器的命令时,网关会迅速透传给节点,确保命令的时效性。

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