一种基于智能网关的数字家庭无线网络系统.pdf

本发明公开了一种基于智能网关的数字家庭无线网络系统，包括智能网关以及分别与其连接的家庭娱乐模块、家庭监控模块、家电控制模块；其中，家庭娱乐模块通过WIFI组网方式与智能网关连接，家庭监控模块和家电控制模块通过ZigBee组网方式与智能网关连接；智能网关还与Internet网络连接。本发明提供的一种基于智能网关的数字家庭无线网络系统，系统主控端功能区分明确，传输信息稳定，功耗低，硬件成本低廉，安装方便；采用WIFI和ZigBee无线技术相结合共同构建的数字家庭网络，可有效避免布线复杂、工作量大、成本高、维护困难、不易组网、扩展性差以及干扰和噪声等缺点。

权利要求书1.  一种基于智能网关的数字家庭无线网络系统，其特征在于，包括智能网关以及分别与其连接的家庭娱乐模块、家庭监控模块、家电控制模块；其中，家庭娱乐模块通过WIFI组网方式与智能网关连接，家庭监控模块和家电控制模块通过ZigBee组网方式与智能网关连接；智能网关还与Internet网络连接；所述家庭娱乐模块包括多个家庭娱乐设备，每个家庭娱乐设备通过一WIFI接口模块连接到智能网关；所述家庭监控模块包括多个家庭环境监控设备，每个家庭环境监控设备通过一ZigBee接口模块连接到智能网关；所述家电控制模块包括多个家电设备，每个家电设备通过一ZigBee接口模块连接到智能网关。2.  根据权利要求1所述的基于智能网关的数字家庭无线网络系统，其特征在于，所述家庭娱乐设备包括PC机、电话和电视。3.  根据权利要求1所述的基于智能网关的数字家庭无线网络系统，其特征在于，所述家庭环境监控设备包括红外检测装置和温度检测装置；红外检测装置用于在有人进入家居时进行检测和报警；温度检测装置用于检测室内温度。4.  根据权利要求3所述的基于智能网关的数字家庭无线网络系统，其特征在于，所述家庭环境监控设备还包括温度检测装置和气体检测装置；湿度检测装置用于检测室内湿度；气体检测装置用于检测室内一氧化碳气体浓度。5.  根据权利要求3所述的基于智能网关的数字家庭无线网络系统，其特征在于，所述气体检测装置还连接一排气扇装置，当气体检测装置检测到室内一氧化碳气体浓度值超过一标准上限值时，气体检测装置将迅速启动排气扇装置。6.  根据权利要求1所述的基于智能网关的数字家庭无线网络系统，其特征在于，所述家电控制模块包括电灯控制模块、洗衣机控制模块和空调控制模块；电灯控制模块由相互连接的电灯以及ZigBee接口模块组成，用于通过智能网关实现灯光的集中控制；洗衣机控制模块由相互连接的洗衣机以及ZigBee接口模块组成，用于通过 智能网关控制洗衣机的洗涤时间、洗涤次数和洗涤过程；空调控制模块由相互连接的空调以及ZigBee接口模块组成，用于通过智能网关控制空调的开关时间及温度范围。7.  根据权利要求6所述的基于智能网关的数字家庭无线网络系统，其特征在于，所述家电控制模块还包括冰箱控制模块和微波炉控制模块；冰箱控制模块由相互连接的冰箱以及ZigBee接口模块组成，用于通过智能网关控制冰箱的温度以及制冷模式；微波炉控制模块由相互连接的微波炉以及ZigBee接口模块组成，用于控制微波炉的烹饪时间、温度，以及进行定时烹饪的设定。8.  根据权利要求7所述的基于智能网关的数字家庭无线网络系统，其特征在于，所述冰箱控制模块中的ZigBee接口模块还连接有一抗菌净味装置，所述抗菌净味装置设置于冰箱内，用于在智能网关的控制下定期净化冰箱。

说明书一种基于智能网关的数字家庭无线网络系统
技术领域
本发明涉及智能家居领域，具体涉及一种基于智能网关的数字家庭无线网络系统。
背景技术
伴随物联网的迅速发展，数字化新时代已经到来，人们对数字化的要求越来越高，已经将办公室网络的功能和应用拓展到了家庭，因而，数字家庭网络系统应运而生。数字家庭网络从数字化、智能化角度为人们构建了一个安全、舒适和便捷的居住环境，适应了当前信息社会的快节奏，使人们的生活、工作和娱乐更加现代化。数字家庭是整合了诸多设备和技术，其整合最终形式为家庭智能网关，智能网关的应用使得我们更容易实现数字家庭的理念。数字家庭最终体现在以家庭为单元，运用多种信息技术、控制技术，并达到安全与信息交互的能力，构建一个宽带接入、内部互联、内容共享的数字家庭网络系统。可以说，实现家居数字化、智能化是未来人们居住方式变革的必然发展趋势。
自上世纪80年代开始，人们开始了对数字家庭网络系统的研究，但主要研究者聚集在欧美发达国家。到了80年代中期，科技强国美国创造出了第一幢智能建筑，主要是家用电器、通讯设备和安防设备等各自单独的功能的设备综合成了一个整体，出现了家居自动化概念(Home Automation，HA)。近年来，数字家庭行业体现出巨大的市场前景，很多研究机构和公司在数字家庭行业做了大量的研究，推出大量相关的产品。有很多电子业巨头(如IBM，英特尔，摩托罗拉)争相加入数字家庭市场竞争，并逐步确立了他们的市场地位，建立了它们自己的智能信息产品网络。之后许多小公司也在进行数字家庭的研究。新型数字家庭网络系统以“家庭智能网关”为核心，由家用电器控制系统、安防报警系统、电动窗帘系统、各种传感器设备等组成，它是使用网络来与外部的环境进行沟通的。
我国的数字家庭行业相对于发达国家比较晚，更多还处于概念和未来定义 阶段，还没有真正意义上的开展。目前有了数字电视等可以实现交互功能的数字家电设备，由于双向改造数字家庭网络耗时耗资巨大，难度极高。用户并没有充分享受到数字家庭带来的生活、娱乐和工作的便利。
申请号为201310684828.9的中国发明专利公开了一种基于智能网关的数字家庭网络系统，包括智能网关、若干个基于UWB技术的无线通信控制模块和若干个电力线通信模块，该专利将UWB无线通信通过网关连接外网和内网或者接收宽带网络数据和多媒体音视频流，通过PLC电力线载波协议转换接口将外网对家电控制信息通过电力线载波方式传输给各家电终端。但是PLC电力线载波方式存在布线复杂、工作量大、成本高、维护困难、不易组网、扩展性差、噪声和干扰较大等缺点。
申请号201410277334.3的中国发明专利公开了一种基于WIFI的无线数字家庭网络系统，包括数字家庭网关、无线路由器、若干子网关及若干网络终端，该专利将家庭中各种带有网络功能的终端设备通过无线技术连接成局域网络，并与外部的Internet相连，实现交互和信息共享，不但能够实现家庭网络终端之间的高速通信，而且也能提高各类设备之间的兼容性。但是该系统无线传播极易受到障碍物影响，且终端数量过多时，传输速率下降很快且存在一定的安全隐患。
因此，数字家庭网络尤其是无线数字家庭网络许多问题亟待解决。
发明内容
本发明的目的在于针对现有数字家庭网络系统中存在的主要缺点，提供一种基于WIFI和ZigBee无线技术组网方式的智能化数字家庭系统，该系统各功能模块区分明确，信息传输稳定，安装方便，拓展接口便捷，且单独配置了家庭娱乐系统。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于智能网关的数字家庭无线网络系统，包括智能网关以及分别与其连接的家庭娱乐模块、家庭监控模块、家电控制模块；其中，家庭娱乐模块通过WIFI组网方式与智能网关连接，家庭监控模块和家电控制模块通过ZigBee 组网方式与智能网关连接；智能网关还与Internet网络连接；
所述家庭娱乐模块包括多个家庭娱乐设备，每个家庭娱乐设备通过一WIFI接口模块连接到智能网关；
所述家庭监控模块包括多个家庭环境监控设备，每个家庭环境监控设备通过一ZigBee接口模块连接到智能网关；
所述家电控制模块包括多个家电设备，每个家电设备通过一ZigBee接口模块连接到智能网关。
进一步地，所述家庭娱乐设备包括PC机、电话和电视。
进一步地，所述家庭环境监控设备包括红外检测装置和温度检测装置；
红外检测装置用于在有人进入家居时进行检测和报警；
温度检测装置用于检测室内温度。
进一步地，所述家庭环境监控设备还包括温度检测装置和气体检测装置；
湿度检测装置用于检测室内湿度；
气体检测装置用于检测室内一氧化碳气体浓度。
进一步地，所述气体检测装置还连接一排气扇装置，当气体检测装置检测到室内一氧化碳气体浓度值超过一标准上限值时，气体检测模块将迅速启动排气扇装置。
进一步地，所述家电控制模块包括电灯控制模块、洗衣机控制模块和空调控制模块；
电灯控制模块由相互连接的电灯以及ZigBee接口模块组成，用于通过智能网关实现灯光的集中控制；
洗衣机控制模块由相互连接的洗衣机以及ZigBee接口模块组成，用于通过智能网关控制洗衣机的洗涤时间、洗涤次数和洗涤过程；
空调控制模块由相互连接的空调以及ZigBee接口模块组成，用于通过智能网关控制空调的开关时间及温度范围。
进一步地，所述家电控制模块还包括冰箱控制模块和微波炉控制模块；
冰箱控制模块由相互连接的冰箱以及ZigBee接口模块组成，用于通过智能网关控制冰箱的温度以及制冷模式；
微波炉控制模块由相互连接的微波炉以及ZigBee接口模块组成，用于控制微波炉的烹饪时间、温度，以及进行定时烹饪的设定。
进一步地，所述冰箱控制模块中的ZigBee接口模块还连接有一抗菌净味装置，所述抗菌净味装置设置于冰箱内，用于在智能网关的控制下定期净化冰箱。
本发明提供的一种基于智能网关的数字家庭无线网络系统，系统主控端功能区分明确，传输信息稳定，功耗低，硬件成本低廉，安装方便。基于ZigBee技术组网的家庭监控部分和家电控制部分功耗低、容量大、运行稳定；基于WIFI技术组网的家庭娱乐部分，安装调试简单方便，成本较低；采用WIFI和ZigBee无线技术相结合共同构建的数字家庭网络，可有效避免布线复杂、工作量大、成本高、维护困难、不易组网、扩展性差以及干扰和噪声等缺点。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体的实施例对本发明进行详细的说明。
如图1所示，本发明提供的一种基于智能网关的数字家庭无线网络系统，包括智能网关以及分别与其连接的家庭娱乐模块、家庭监控模块、家电控制模块；其中，家庭娱乐模块通过WIFI组网方式与智能网关连接，家庭监控模块和家电控制模块通过ZigBee组网方式与智能网关连接；智能网关还与Internet网络连接；
所述家庭娱乐模块包括多个家庭娱乐设备，每个家庭娱乐设备通过一WIFI接口模块连接到智能网关；
所述家庭监控模块包括多个家庭环境监控设备，每个家庭环境监控设备通过一ZigBee接口模块连接到智能网关；
所述家电控制模块包括多个家电设备，每个家电设备通过一ZigBee接口模块连接到智能网关。
其中，智能网关以Linux操作系统为核心，用于管理协调各周边模块网络安 全连接、网络协议转换、智能路由、QoS动态配置等。用户可以使用PC机或安卓智能设备通过互联网访问智能网关，并通过智能网关的Web服务器，控制与智能网关连接的家庭娱乐模块、家庭监控模块和家电控制模块。
所述家庭环境监控设备包括红外检测装置、温度检测装置、温度检测装置和气体检测装置；
红外检测装置用于在有人进入家居时进行检测和报警；当有陌生人进入家居时，红外检测装置的子节点开始工作，采集的数据被发送到ZigBee接口模块，并作为异常情况通知给智能网关Web服务器；用户可以通过IE浏览器访问智能网关Web服务器及时了解家中的情况。
温度检测装置用于检测室内温度；用户通过点击智能网关主控制板上的相应的功能按钮发送控制命令字，经过以太网卡解析命令后，反馈给智能网关平台上的Web服务器，Web服务器通过串口与ZigBee协调器通信；最终通过ZigBee无线组网系统发送命令到温度检测装置的ZigBee接口模块，实现对室内温度的实时监视。
湿度检测装置用于检测室内湿度；用户可以通过远程的浏览器访问与智能网关Web服务器相连的ZigBee网络中的湿度检测装置，实时获取数据。
气体检测装置用于检测室内一氧化碳气体浓度；作为改进，所述气体检测装置还连接一排气扇装置。气体检测装置中的传感器检测到的信号经过处理后由该ZigBee接口模块反馈给智能网关，当检测到室内一氧化碳气体浓度值超过一标准上限值时，气体检测装置将迅速启动排气扇装置，并通过web服务器发送气体异常信息到用户主页上。
所述家电控制模块包括电灯控制模块、洗衣机控制模块、空调控制模块、冰箱控制模块和微波炉控制模块；
电灯控制模块由相互连接的电灯以及ZigBee接口模块组成，用于通过智能网关实现灯光的集中控制；包括多个一对一的控制开关，可实现全开、全关、场景灯光效果等功能。
洗衣机控制模块由相互连接的洗衣机以及ZigBee接口模块组成，用于通过智能网关控制洗衣机的洗涤时间、洗涤次数和洗涤过程；在智能网关的控制下， 洗衣机可自动完成“进水”、“洗涤”、“排水”、“脱水”等全过程。
空调控制模块由相互连接的空调以及ZigBee接口模块组成，用于通过智能网关控制空调的开关时间及温度范围。
冰箱控制模块由相互连接的冰箱以及ZigBee接口模块组成，用于通过智能网关控制冰箱的温度以及制冷模式；作为改进，所述冰箱控制模块中的ZigBee接口模块还连接有一抗菌净味装置，所述抗菌净味装置设置于冰箱内，用于在智能网关的控制下定期净化冰箱。用户可通过浏览器查看冰箱内温度，根据实际需要可设置多种调节、多级温度调节和快速制冷等制冷模式，具有降低冰箱能耗和保鲜的功能；配备的抗菌净味装置，能够定期净化冰箱，保证冰箱环境卫生以及抑制异味的产生。
微波炉控制模块由相互连接的微波炉以及ZigBee接口模块组成，用于控制微波炉的烹饪时间、温度，以及进行定时烹饪的设定；用户可在智能网关的主控面板上设置烹饪的时间和温度等，在上班之前将食物放在微波炉内，在下班之前可通过网络设置开始加热的时间，到家之后可享受美食了，可实现微波、烧烤、烘烤等功能。
所述家庭娱乐设备包括PC机、电话和电视。用户可将PC机与电视、音响及影音系统通过WIFI组网方式进行无线连接，可联网在线欣赏到不同的影音节目，无论是音乐、电影还是图片欣赏都能通过PC机进行管理操作，而不用来回奔波于电脑和电视之间。利用智能电话节点，还可实现电话信号的数字化，电话或手机通过WIFI接口模块与智能网关互联，进而可以通过电话或手机按键控制家庭娱乐设备；比如，可在休息或娱乐时可通过按键播放合适的背景音乐以达到放松或娱乐的目的。
本发明采用WIFI和ZigBee两种无线通信技术，构建数字家庭无线组网系统；在家庭监控和家电控制部分采用ZigBee组网方式以降低功耗；家庭娱乐功能系统单独与智能网关通过WIFI组网连接，可支持娱乐功能的进一步扩展。
本发明提供的一种基于智能网关的数字家庭无线网络系统，系统主控端功能区分明确，传输信息稳定，功耗低，硬件成本低廉，安装方便。基于ZigBee技术组网的家庭监控部分和家电控制部分功耗低、容量大、运行稳定；基于WIFI 技术组网的家庭娱乐部分，安装调试简单方便，成本较低；采用WIFI和ZigBee无线技术相结合共同构建的数字家庭网络，可有效避免布线复杂、工作量大、成本高、维护困难、不易组网、扩展性差以及干扰和噪声等缺点。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。