一種基於無線網絡的家庭智能開關系統的製作方法
2023-06-11 12:46:06
一種基於無線網絡的家庭智能開關系統的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種基於無線網絡的家庭智能開關系統，所述開關系統包括多個智能開關，每個智能開關均包括無線單片機、LED顯示屏、按鍵、本位手動開關、雙向可控矽和指示燈共六個部分，其中按鍵、本位手動開關、LED顯示屏和指示燈均與無線單片機相連接，無線單片機還連接著雙向可控矽的控制端，由雙向可控矽的兩個主接線端作為開關的兩個接點；所有的智能開關通過其內的無線單片機共同組建成一個ZigBee無線網絡，並通過ZigBee無線網絡實現相互間的無線數據通信。應用本發明，家庭所有的開關可通過ZigBee網絡實現無線數據通信，可以在任何一個開關面板上操作實現對本開關或者其他開關的狀態查詢及智能控制。
【專利說明】—種基於無線網絡的家庭智能開關系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及智能開關系統，特別是一種基於無線網絡的家庭智能開關系統，屬於家用電器智能控制應用【技術領域】。
【背景技術】
[0002]現有的家用開關多為一對一的本地控制，不具備狀態查詢或者遠程控制的功能，當主人在家裡的一個房間希望對其他房間的開關進行控制或對其開關狀態進行查詢時，依靠現有的開關系統顯然不能實現，這給人們的生活帶來諸多不便。
[0003]通過對最新的現有技術查詢發現，當前也有一些遠程控制開關系統。例如實用新型專利CN201220029697.1公開了一種新型手機控制的開關，其技術方案利用藍牙技術實現對開關的控制。該方案有兩個缺點:1.該方案只能實現一對一的控制。2.該方案必須使用手機藍牙才能控制開關通斷。另外實用新型專利CN 201320127721.X還公開了一種遠程控制開關，其技術方案利用GSM模塊、WiFi模塊、ZigBee模塊、控制器等器件實現對開關的遠程控制。該方案存在的缺點是:採用幾種數據傳輸方式成本會顯著增加，同時系統的穩定性會降低。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於提供一種易於安裝、價格便宜、維護簡單的基於無線通信技術的家用智能開關系統，在本系統中，家庭所有的開關可通過ZigBee網絡實現無線數據通信，可以在任何一個開關面板上操作實現對本開關或者其他開關的狀態查詢及智能控制。
[0005]本發明所採用的技術方案如下:
一種基於無線網絡的家庭智能開關系統，其特徵是:所述開關系統包括多個智能開關，每個智能開關均包括無線單片機、LED顯示屏、按鍵、本位手動開關、雙向可控矽和指示燈共六個部分，其中按鍵和本位手動開關作為輸入設備和無線單片機相連接，LED顯示屏和指示燈作為輸出設備和無線單片機相連接，無線單片機還連接著雙向可控娃的控制端，由雙向可控矽的兩個主接線端作為開關的兩個接點；所有的智能開關通過其內的無線單片機共同組建成一個ZigBee無線網絡，並通過ZigBee無線網絡實現相互間的無線數據通信，其中一個智能開關作為ZigBee無線網絡的協調器節點，其餘智能開關均作為ZigBee無線網絡的終端節點。
[0006]所述無線單片機採用TI (德州儀器)公司的CC2530晶片，用於組建ZigBee無線網絡，接收按鍵和本位手動開關的輸入信號，並輸出信號至LED顯示屏和指示燈，還用於對雙向可控矽進行控制。CC2530晶片最大的特點是成本低、組網功能強大、功耗低，它具有很穩定的靈敏度和較強的抗幹擾能力。
[0007]所述LED顯示屏採用3位LED數碼管，用於顯示查詢或者被控制的開關編號和操作的種類等，具有功耗低成本低的特點。
[0008]所述按鍵使用8個獨立式按鍵，用於參數設置和控制信號輸入。
[0009]所述本位手動開關採用按板開關，用於手動直接控制本位開關。
[0010]所述雙向可控矽使用BTA10-600SW可控矽，其觸發電流小於10mA，用於實現開關的通斷。
[0011]所述指示燈包括一個紅色LED指示燈和一個綠色LED指示燈，紅色LED指示燈用於指示該開關的通電狀態，綠色LED指示燈用於指示該開關的網絡連接狀態。
[0012]所述智能開關的尺寸與常規開關盒的尺寸相匹配，所述3位LED數碼管、8個獨立式按鍵、按板開關、紅色LED指示燈和綠色LED指示燈均設置在開關面板上，開關面板上還設有螺釘安裝孔。
[0013]所述8個獨立式按鍵的功能設置為:
I號按鍵:選擇房間時房間號+1 ;
2號按鍵:選擇房間時房間號-1 ；
3號按鍵:選擇開關時開關號+1 ；
4號按鍵:選擇開關時開關號-1 ；
5號按鍵:對被選中的某個開關或者某個房間的所有開關進行打開或者關閉操作；
6號按鍵:本位鎖定的啟動或關閉的設置鍵；
7號按鍵:查詢某個開關的狀態或延時關閉操作設置；
8號按鍵:確定某一操做。
[0014]本發明的工作原理為:各個智能開關安裝完畢並通電之後，作為協調器節點的智能開關首先進行網絡初始化並建立ZigBee無線網絡。其餘作為終端節點的智能開關在掃描到這個無線網絡之後，會發出加入該網絡的請求，協調器節點響應之後加入網絡成功。最終，所有的終端節點都加入這個網絡，即家庭中所有智能開關均處在此ZigBee無線網絡當中，可實現相互之間的數據通信。協調器節點和終端節點的智能開關兩者在硬體及外觀上完全相同，不同的是內部的控制程序，可通過TI公司所提供的配套軟體進行設置，在一個家庭範圍內的只需要一個協調器節點，其餘全部是終端節點。
[0015]網絡組建正常之後，可通過任意一個智能開關的開關面板對本位開關或者在網的其他開關進行操作，通過操作開關面板可以實現如下的具體功能:
本位開關功能:能通過開關上的按鍵直接控制與它相連接的照明設備或者電器。
[0016]本位鎖定功能:啟動本位鎖定之後，這個開關的開或關只能由本位開關控制，不會受到其他控制端的影響。可通過開關上的按鍵開啟或者關閉本位鎖定功能。比如主人在書房看書的時候不希望受到打擾，這時可啟動本位鎖定功能，則書房的燈光開關將不會受到其他開關面板的控制。
[0017]一對多功能:可通過某個開關面板實現對其他任何一個開關的狀態查詢和控制。比如晚上主人想休息的時候，可通過臥室的開關面板控制所有的電燈開關關閉。
[0018]組開組關功能:可對處於某一房間的開關(即某一組開關)進行組開或者組關的操作，即同時打開或者關閉某一房間所有的開關。
[0019]狀態查詢功能:可通過某個開關面板查詢其他開關的狀態。
[0020]延時關閉功能:此功能開啟後，當按下某個開關的關閉鍵之後它不會立即斷電，而是延遲一定時間之後才關閉。可通過開關上的按鍵開啟或者關閉此功能。
[0021]本發明的家庭智能開關系統由多個智能開關組成，智能開關以CC2530晶片作為核心控制器件，它具有功能強大、價格便宜的特點，整個智能開關系統的成本很低。基於CC2530晶片組建的ZigBee無線網絡具有成本低、自組網、安全可靠的特點，能把家庭的全部開關用一個無線網絡連接起來，實現網絡化管理。另外ZigBee無線網絡依賴Z-Stack協議棧。Z-Stack協議棧採用作業系統思想構建，是實現ZigBee協議的代碼集，由TI公司免費提供，大大降低了系統的開發成本。家庭環境安裝此智能開關系統之後，可以在任何開關面板上對本開關或者其他開關進行開關操作或者狀態查詢，非常便利。另外智能開關可加工成與普通開關相同尺寸，可直接替換原有開關，安裝簡單。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為單個智能開關的構成框圖。
[0023]圖2為智能開關的開關面板示意圖。
[0024]圖3為8個獨立式按鍵的功能設置圖。
[0025]圖4為智能開關任務處理方法的流程圖。
[0026]圖5為智能開關按鍵應答處理方法的流程圖。
[0027]圖6為實施例開關布置圖。
[0028]圖中:1-無線單片機，2-LED顯示屏，3-按鍵，4-本位手動開關，5-雙向可控矽，6-指示燈，7-LED數碼管，8-獨立式按鍵，9-螺釘安裝孔，10-紅色LED指示燈，11-綠色LED指示燈，12-按板開關。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖對本發明做進一步說明。
[0030]本發明的家庭智能開關系統包括多個智能開關，每個智能開關均包括無線單片機ULED顯示屏2、按鍵3、本位手動開關4、雙向可控矽5、指示燈6六個部分，如圖1所示，其中按鍵3和本位手動開關4作為輸入設備和無線單片機I相連接，LED顯示屏2和指示燈6作為輸出設備和無線單片機I相連接，無線單片機I還連接著雙向可控娃5的控制端，由雙向可控矽5的兩個主接線端作為開關的兩個接點。所有的智能開關通過其內的無線單片機I共同組建成一個ZigBee無線網絡，並通過ZigBee無線網絡實現相互間的無線數據通信，其中一個智能開關作為ZigBee無線網絡的協調器節點，其餘智能開關均作為ZigBee無線網絡的終端節點。
[0031]智能開關的開關面板各元件的布置圖如圖2所示，開關面板上的8個獨立式按鍵的功能設置圖如圖3所示。
[0032]本發明各節點智能開關任務處理的方法如圖4所示，包括以下步驟:
a)開始通電；
b)單片機系統初始化；
c)啟動作業系統；
d)作業系統進行任務輪詢；
e)如果有事件觸發，則選擇優先級最高的事件進行處理，如果沒有事件觸發則繼續返回步驟d進行任務輪詢；
f)如果是按鍵事件，首先處理按鍵事件，如果不是按鍵事件，則等所有按鍵事件處理完後再進行；
g)按鍵事件處理，即讀取並響應按鍵的各種操作；其他事件處理，主要是數據傳輸事件處理，即完成各個節點開關間的數據通信；
h)每個事件處理完成後，判斷是否還有待處理的事件，如果有則再次返回步驟f.，如果沒有則返回步驟e等待。
[0033]為本發明對於按鍵的應答處理的方法如圖5所示，包括以下步驟:
a)當I號按鍵按下時，檢測延時關閉功能是否開啟，如果開啟，則將延時時間值+10分鐘，並更新LED數碼管的顯示值，如果延時關閉功能沒有開啟，則將房間號+1，並更新LED數碼管的顯示值；
b)當2號按鍵按下時，檢測延時關閉功能是否開啟，如果開啟，則將延時時間值-10分鐘，並更新LED數碼管的顯示值，如果延時關閉功能沒有開啟，則將房間號-1，並更新LED數碼管的顯示值；
c)當3號按鍵按下時，檢測延時關閉功能是否開啟，如果開啟，則將延時時間值+1分鐘，並更新LED數碼管的顯示值，如果延時關閉功能沒有開啟，則將開關號+1，並更新LED數碼管的顯示值；
d)當4號按鍵按下時，檢測延時關閉功能是否開啟，如果開啟，則將延時時間值-1分鐘，並更新LED數碼管的顯示值，如果延時關閉功能沒有開啟，則將開關號-1，並更新LED數碼管的顯示值；
e)當5號按鍵按下時，檢測開關是否打開，如果開關打開，則設置關閉標誌將其關閉，並更新LED數碼管的顯示值，如果開關關閉，則設置打開標誌將其打開，並更新LED數碼管的顯示值；
f)當6號按鍵按下時，檢測本位鎖定功能是否打開，如果打開，則關閉本位鎖定，並記錄標誌，如果本位鎖定功能關閉，則打開本位鎖定，並記錄標誌；
g)當7號按鍵按下時，檢測是否處於延時設置模式，如果是，則設置成延時關閉模式，並記錄標誌，如果不處於延時設置模式，則進入查詢狀態，並記錄標誌；
h)當8號按鍵按下時，檢測是否設置的是本位開關，如果是，則執行相應功能，如果不是，則發送數據到指定開關。
[0034]以下為本家庭智能開關系統的一個具體應用實施例。
[0035]本實施例的開關布置圖如圖6所示，設置客廳為I號房間，客廳的3個智能開關分別為I號房間的I號開關、2號開關和3號開關。設置廚房為2號房間，廚房的2個智能開關分別為2號房間的I號開關、2號開關。書房為3號房間，書房的智能開關為3號房間的I號開關。臥室為4號房間，臥室的智能開關為4號房間的I號開關。衛生間為5號房間，衛生間的3個智能開關分別為5號房間的I號開關、2號開關和3號開關。其中臥室的智能開關為設置為協調器節點，其他智能開關設置為終端節點。以上設置在TI公司所提供的配套軟體中完成，並寫入無線單片機CC2530的Flash快閃記憶體中。
[0036]將各個智能開關安裝到現有的開關接線盒中，並接通房間電源。所有節點的開關紅色指示燈亮起，表示節點開始工作。幾秒鐘之後協調器節點開關的綠色指示燈閃爍表示建立ZigBee網絡成功，之後其他終端節點開關綠色指示燈閃爍表示加入網絡成功。
[0037]操作各節點開關上的手動開關鍵，所對應的燈會打開或者關閉。
[0038]在臥室開關面板操作客廳的開關過程如下:操作臥室開關面板的I號及2號按鍵，直到LED數碼管顯示「1--」，表示選中I號房間客廳。操作3號及4號按鍵，直到LED數碼管顯示「12-」，表示選中I號房間的2號開關。操作5號按鍵，直到LED數碼管顯示「121」，表示被選中的開關打開，如果設置關閉需要顯示「120」即可。然後按下8號按鍵確定，則客廳被選中的開關會執行相應的動作。
[0039]如果想一次打開或者關閉客廳的所有燈，則按照上述方法操作面板，直到顯示「101」或者「100」，然後按下8號按鍵確定即可。LED數碼管第二位顯示「O」表示操作該房間的所有開關。
[0040]如果要對所有房間的開關進行控制，可操作面板直到LED數碼管顯示「000」或者「001」，之後按下確定鍵，表示關閉或者打開所有的開關。LED數碼管第一位顯示「O」表示操作所有房間的開關。
[0041]如果書房的開關希望不受其他開關的遠程控制，可按下書房開關面板的6號按鍵，表示本位鎖定功能開啟，書房開關將不會受到其他開關遠程控制的影響。關閉此功能需要再次按下6號鍵。
[0042]實現延時功能操作如下:按下某個開關面板的7號按鍵，然後操作1-4號按鍵LED數碼管將會顯示相應的時間，如「 15-」，再操作5號按鍵，LED數碼管將會顯示「 150」或者「151」。最後按下8號按鍵確定，該開關將會在15分鐘後關閉或者打開。
[0043]實現查詢功能操作如下:在選擇房間號和開關號之後按下7號鍵，表示查詢該開關的狀態。此時LED數碼管第三位若顯示「O」表示該開關處於關閉狀態，若顯示「 I 」表示該開關處於開啟狀態。
【權利要求】
1.一種基於無線網絡的家庭智能開關系統，其特徵是:所述開關系統包括多個智能開關，每個智能開關均包括無線單片機(1)、LED顯示屏(2)、按鍵(3)、本位手動開關(4)、雙向可控矽(5)和指示燈(6)共六個部分，其中按鍵(3)和本位手動開關(4)作為輸入設備和無線單片機(1)相連接，LED顯示屏(2)和指示燈(6)作為輸出設備和無線單片機(1)相連接，無線單片機(1)還連接著雙向可控娃(5)的控制端，由雙向可控娃(5)的兩個主接線端作為開關的兩個接點；所有的智能開關通過其內的無線單片機(1)共同組建成一個ZigBee無線網絡，並通過ZigBee無線網絡實現相互間的無線數據通信，其中一個智能開關作為ZigBee無線網絡的協調器節點，其餘智能開關均作為ZigBee無線網絡的終端節點。
2.根據權利要求1所述的家庭智能開關系統，其特徵是: 所述無線單片機(1)採用TI公司的CC2530晶片，用於組建ZigBee無線網絡，接收按鍵(3)和本位手動開關(4)的輸入信號，並輸出信號至LED顯示屏(2)和指示燈(6)，還用於對雙向可控矽(5)進行控制； 所述LED顯示屏(2)採用3位LED數碼管(7)，用於顯示查詢或者被控制的開關編號和操作的種類； 所述按鍵(3)使用8個獨立式按鍵(8)，用於參數設置和控制信號輸入； 所述本位手動開關(4)採用按板開關(12)，用於手動直接控制本位開關； 所述雙向可控矽(5)使用BTA10-600SW可控矽，用於實現開關的通斷； 所述指示燈(6)包括一個紅色LED指示燈(10)和一個綠色LED指示燈(11 )，紅色LED指示燈(10)用於指示該開關的通電狀態，綠色LED指示燈(11)用於指示該開關的網絡連接狀態。
3.根據權利要求2所述的家庭智能開關系統，其特徵是:所述智能開關的尺寸與常規開關盒的尺寸相匹配，所述3位LED數碼管(7)、8個獨立式按鍵(8)、按板開關(12)、紅色LED指示燈(10)和綠色LED指示(11)燈均設置在開關面板上，開關面板上還設有螺釘安裝孔(9)。
4.根據權利要求2所述的家庭智能開關系統，其特徵是:所述8個獨立式按鍵(8)的功能設置為: 1號按鍵:選擇房間時房間號+1 ; 2號按鍵:選擇房間時房間號-1 ； 3號按鍵:選擇開關時開關號+1 ； 4號按鍵:選擇開關時開關號-1 ； 5號按鍵:對被選中的某個開關或者某個房間的所有開關進行打開或者關閉操作； 6號按鍵:本位鎖定的啟動或關閉的設置鍵； 7號按鍵:查詢某個開關的狀態或延時關閉操作設置； 8號按鍵:確定某一操做。
5.一種如權利要求1所述的家庭智能開關系統的各節點智能開關任務處理的方法，包括以下步驟: a)開始通電； b)單片機系統初始化； c)啟動作業系統； d)作業系統進行任務輪詢； e)如果有事件觸發，則選擇優先級最高的事件進行處理，如果沒有事件觸發則繼續返回步驟d進行任務輪詢； f)如果是按鍵事件，首先處理按鍵事件，如果不是按鍵事件，則等所有按鍵事件處理完後再進行； g)按鍵事件處理，即讀取並響應按鍵的各種操作；其他事件處理，主要是數據傳輸事件處理，即完成各個節點開關間的數據通信； h)每個事件處理完成後，判斷是否還有待處理的事件，如果有則再次返回步驟f，如果沒有則返回步驟e等待。
6.一種如權利要求4所述的家庭智能開關系統的按鍵的應答處理的方法，包括以下步驟: a)當1號按鍵按下時，檢測延時關閉功能是否開啟，如果開啟，則將延時時間值+10分鐘，並更新LED數碼管的顯示值，如果延時關閉功能沒有開啟，則將房間號+1，並更新LED數碼管的顯示值； b)當2號按鍵按下時，檢測延時關閉功能是否開啟，如果開啟，則將延時時間值-10分鐘，並更新LED數碼管的顯示值，如果延時關閉功能沒有開啟，則將房間號-1，並更新LED數碼管的顯示值； c)當3號按鍵按下時，檢測延時關閉功能是否開啟，如果開啟，則將延時時間值+1分鐘，並更新LED數碼管的顯示值，如果延時關閉功能沒有開啟，則將開關號+1，並更新LED數碼管的顯示值； d)當4號按鍵按下時，檢測延時關閉功能是否開啟，如果開啟，則將延時時間值-1分鐘，並更新LED數碼管的顯示值，如果延時關閉功能沒有開啟，則將開關號-1，並更新LED數碼管的顯示值； e)當5號按鍵按下時，檢測開關是否打開，如果開關打開，則設置關閉標誌將其關閉，並更新LED數碼管的顯示值，如果開關關閉，則設置打開標誌將其打開，並更新LED數碼管的顯示值； f)當6號按鍵按下時，檢測本位鎖定功能是否打開，如果打開，則關閉本位鎖定，並記錄標誌，如果本位鎖定功能關閉，則打開本位鎖定，並記錄標誌； g)當7號按鍵按下時，檢測是否處於延時設置模式，如果是，則設置成延時關閉模式，並記錄標誌，如果不處於延時設置模式，則進入查詢狀態，並記錄標誌； h)當8號按鍵按下時，檢測是否設置的是本位開關，如果是，則執行相應功能，如果不是，則發送數據到指定開關。
【文檔編號】G05B19/418GK104460625SQ201410748940
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月10日 優先權日:2014年12月10日
【發明者】明鑫, 盧丹萍 申請人:廣西職業技術學院