一种智能家居控制系统中的传感中继器 【技术领域】
本发明涉及家居智能系统， 特别涉及一种智能灯具控制系统中的传感中继器。背景技术 智能家居是以住宅为平台， 兼备智能建筑、 网络通信、 信息家电、 灯具自动化， 集系 统、 结构、 服务、 管理为一体的高效、 舒适、 安全、 便利、 环保的居住环境。智能家居控制系统 正从现行的第二代智能家居控制系统向第三代智能家居控制系统转化， 第二代智能家居控 制系统严格意义上并不能称为系统， 是一系列单一功能设备的集合， 比如安保灯具、 可视对 讲、 自动窗帘、 自动晾衣等， 这些都是单一设备， 相互之间没有形成通信和联网。
第三代智能家居控制系统在第二代智能家居控制系统的基础上， 试图把这些第二 代智能家居控制系统的单一系统进行集成， 并建立以家庭服务器为核心的一体化智能家居 控制系统。
智能家居控制系统需要对家居环境中的多个应用类别的电气设备和装置进行智 能控制， 具体的智能控制类别有 ： 灯具智能控制、 安防智能控制、 门窗智能控制、 家居仪表控 制、 休闲娱乐智能控制、 家电设备智能控制等， 同时该智能家居控制系统对所有这些控制信 息进行集成管理， 实现远程操作和信息回馈。
现有智能家居控制系统的缺点是整体化应用设计不足， 很难根据家居设备的增进 行相应控制功能的扩展。
发明内容 本发明实施例提供一种智能家居控制系统中的传感中继器， 用以为智能家居控制 系统的扩展提供可能。
一种灯具控制系统中的传感中继器， 包括 ：
近距离无线通信模块， 用于从遥控器接收灯具遥控指令并转发， 以及接收灯具状 态更新信息并发送给所述遥控器 ；
嵌入式微处理器， 通过串行接口连接所述近距离无线通信模块， 接收所述近距离 无线通信模块转发的灯具遥控指令并输出， 以及接收并保存所述灯具状态更新信息， 并将 所述灯具状态更新信息转发给近距离无线通信模块 ；
电力线信号处理单元， 通过串行接口连接所述嵌入式微处理器， 将所述嵌入式微 处理器输出的灯具遥控指令调制为电力线载波信号后继续转发， 以及从接收的电力线载波 信号中解调出灯具状态更新信息并转发给嵌入式微处理器 ；
电力线信号耦合模块， 连接在电力线网络和所述电力线信号处理单元之间， 用于 将所述电力线信号处理单元转发的电力线载波信号通过所述电力线网络进行传输， 以及从 所述电力线网络接收调制有灯具状态更新信息的电力线载波并转发给电力线信号处理单 元。
所述的传感中继器， 还包括 ：
至少一个传感器， 每一个传感器的输出端分别连接所述嵌入式微处理器的数据输 入端， 用于采集环境状态传感数据并传输给所述嵌入式微处理器 ；
所述嵌入式微处理器， 还用于保存所述环境状态传感数据并转发给电力线信号处 理模块 ；
电力线信号处理模块， 还用于将所述环境状态传感数据调制到电力线载波信号 上， 并将调制了环境状态传感数据的电力线载波信号继续转发给所述电力线信号耦合模 块；
所述电力线信号耦合模块， 还用于将调制了环境状态传感数据的电力线载波信号 耦合到电力线网络上发送。
所述的传感中继器中， 所述嵌入式微处理器， 还用于在上电后生成传感中继器注 册请求并通过近距离无线通信模块发送给遥控器 ；
所述近距离无线通信模块， 还用于接收遥控器返回的传感中继器注册响应并转发 给嵌入式微处理器 ；
所述嵌入式微处理器， 还用于从传感中继器注册响应中获得遥控器为传感中继器 分配的房间码和设备码， 并记录在设备分布信息中。
所述的传感中继器中， 所述电力线信号耦合模块， 还用于从电力线网络中接收调 制有灯具控制终端注册请求的电力线载波信号并发送给电力线信号处理单元， 所述电力线 信号处理单元从中解调出灯具控制终端注册请求并转发给所述嵌入式微处理器， 所述嵌入 式微处理器通过近距离无线通信模块将灯具控制终端的注册请求发送给遥控器 ； 以及
所述近距离无线通信模块， 还用于接收遥控器返回的灯具控制终端注册响应并通 过嵌入式微处理器转发给电力线载波信号， 所述电力线载波信号将灯具控制终端注册响应 调制到电力线载波信号上， 并通过电力线信号耦合模块耦合到电力线网络上传输给灯具控 制终端 ；
所述电力线信号耦合模块， 还用于从电力线网络中接收调制有灯具控制终端设备 分布信息的电力线载波信号并发送给电力线信号处理单元， 所述电力线信号处理单元从中 解调出灯具控制终端设备分布信息并转发给所述嵌入式微处理器， 所述嵌入式微处理器将 灯具控制终端设备分布信息记录到本地的设备分布信息中。
本发明实施例提供的智能家居控制系统中的传感中继器， 为智能家居控制系统提 供信号转发， 为智能家居控制系统的灵活扩展提供可能。 附图说明 图 1a、 1b、 1c 和 1d 为本发明实施例提供的一种智能家居控制系统。家居设备控制 器以及家居设备控制终端的结构示意图 ；
图 2a 和 2b 为本发明实施例提供的万能遥控器的实现原理以及结构示意图 ；
图 3a、 3b、 3c 为本发明实施例提供的灯具控制系统的实现原理示意图 ；
图 4a、 4b 和 4c 为本发明实施例提供的灯具控制系统中主控制器的结构示意图 ；
图 5a、 5b、 5c 为本发明实施例提供的灯具控制系统中灯具控制器的软件架构示意 图；
图 6 为本发明实施例提供的灯具控制系统中传感中继器的结构示意图 ；
图 7 为本发明实施例提供的灯具控制系统中灯具控制终端的结构示意图。具体实施方式
智能家居控制系统
本发明实施例提供一种家居设备控制系统， 可以用在家居中， 也可以用在有多个 工作间的办公场所， 用于控制分布在不同房间中的家居设备， 家居设备控制方式一般有如 下四种需求 ：
■通过手持遥控器的家居设备控制界面对家居设备进行控制 ；
■通过登录远程网页控制界面对家居设备进行控制 ；
■通过物理手动开关对家居设备进行控制 ；
■根据设定的控制模式对家居设备的进行自动控制。
其中， 前三种需求为手动控制， 最后一种需求为自动控制。
如图 1a 所示， 为实现上述第一种功能， 本发明实施例提供的一种智能家居控制系 统， 用于控制分布在不同房间中的家居设备， 包括 ：
每一种类型的家居设备控制器 11， 连接电力线网络， 用于生成家居设备控制指令 并通过电力线网络传输， 以及接收电力线网络传输的家居设备状态更新信息并保存 ； 每一个家居设备的控制终端 13， 连接电力线网络， 用于接收电力线网络传输的家 居设备控制指令， 解析家居设备控制指令并根据解析结果控制家居设备状态， 以及在家居 设备状态发生变化时通过电力线网络传输家居设备状态更新信息。
为实现遥控家居设备的功能， 智能家居控制系统还包括 ：
至少一个传感中继器 12， 分别设置在不同房间中， 连接电力线网络， 用于使用近距 离无线通信技术和遥控器 10 通信 ；
遥控器 10， 遥控器 10 使用近距离无线通信技术和传感中继器 12 通信， 用于接收用 户控制家居设备状态的遥控操作信息并使用近距离无线通信技术发送给传感中继器 12， 传 感中继器 12 将接收的遥控操作信息通过电力线网络传输， 家居设备控制器 11 通过电力线 网络接收遥控操作信息， 并根据该遥控操作信息生成相应的家居设备控制指令并通过电力 线网络发送 ； 以及
传感中继器 12 还用于接收电力线网络传输的家居设备状态更新信息， 并使用近 距离无线通信技术发送给遥控器 10。
为实现通过网络远程控制家居设备的功能， 智能家居控制系统， 还进一步包括 ： 主 控制器 14， 分别连接每一个家居设备控制器 11， 其中 ：
主控制器 14 作为远程登录服务器， 用于接收通过远程控制网页提交的远程控制 家居设备的远程操作信息并转发给家居设备控制器 11 ；
家居设备控制器 11， 还用于根据接收的远程操作信息生成相应的家居设备控制指 令并通过电力线网络发送。
家居设备控制器 11 可以分别直接连接电力线网络， 也可以通过主控制器 14 连接 电力线网络， 图 1a 仅是第一种情况的组网结构示意图。后一种组网结构中， 家居设备控制 器 11 必须在主控器启动后才能正常工作。
为在家居设备控制系统中实现根据环境状态进行自动控制， 还可以进一步包括 ：
至少一个传感器， 每一个传感器和其中一个传感中继器 12 相连， 用于采集环境状态传感数 据并发送给传感中继器 12 ；
传感中继器 12， 还用于通过电力线网络传输环境状态传感数据 ；
家居设备控制器 11， 还用于接收电力线网络传输的环境状态传感数据， 根据环境 状态传感数据以及设定的自动控制模式生成相应的家居设备控制指令并通过电力线网络 传输。
为实现手动开关的传统控制需求， 家居设备控制系统还包括 ： 每一个家居设备的 手动物理开关， 分别连接在接地端和相应家居设备控制终端 13 之间， 家居设备控制终端 13 检测通过手动物理开关输入的电平值， 当电平值为高电平时， 控制家居设备关闭， 反之控制 家居设备打开。
或者， 家居设备控制终端 13 检测通过手动物理开关输入的电平值， 并当所述电平 值发生变化时， 生成电平值状态变化信息并通过电力线网络传输 ； 家居设备控制器 11， 还 用于接收电力线网络传输的电平值状态变化信息， 根据电平值状态变化信息生成相应的家 居设备控制指令并通过所述电力线网络传输。
这种情况下， 家居设备控制终端 13 并不根据手动物理开关输入的电平值直接控 制开关状态， 而是将电平状态变化信息上报给家居设备控制终端 13， 家居设备控制终端 13 再进行集中控制， 更加体现了家居设备控制终端 13 的核心控制地位。 为在家居设备控制系统中实现设备的统一管理， 每一个传感中继器 12 和家居设 备控制终端 13 需要注册到系统中后才能正常工作， 注册过程由遥控器利用控制界面控制 完成， 最终在注册过程中收集的设备分布信息需要汇总到各个家居设备控制器 11 和主控 制器 14 上， 因此 ：
传感中继器 12 还用于在初始化时使用近距离无线通信技术发送注册请求 ；
遥控器 10 接收每一个传感中继器 12 发送的注册请求， 根据预先配置的房间分布 图以及传感中继器 12 所在房间， 为请求注册的传感中继器 12 分配房间号和设备号， 生成携 带所分配房间号和设备号的注册响应并使用近距离无线通信技术发送 ； 以及将分配结果记 录在设备分布信息中并在设备分布信息有变化时使用近距离无线通信技术发送更新后的 设备分布信息 ；
传感中继器 12 接收遥控器 10 发送的注册响应， 并将其中的房间号和设备号记录 在本地的设备分布信息中， 传感中继器 12 还接收遥控器 10 设备分布信息并通过电力线网 络传输 ；
家居设备控制器 11 接收电力线网络传输的设备分布信息并保存。
进一步， 每一个家居设备的控制终端 13 还用于在初始化时分别生成注册请求并 通过电力线网络传输 ；
传感中继器 12 接收电力线网络传输的注册请求并使用近距离无线通信技术发送 给遥控器 10 ；
遥控器 10 接收到每一个家居设备的控制终端 13 注册请求时， 根据预先配置的房 间分布图、 家居设备类型以及所在房间， 为请求注册的控制终端 13 分配房间号和设备号， 生成携带所分配房间号和设备号的相应注册响应并使用近距离无线通信技术发送 ； 以及 将分配结果更新到设备分布信息中并使用近距离无线通信技术发送更新后的设备分布信
息； 传感中继器 12 接收遥控器 10 发送的每一个注册响应并通过电力线网络传输 ；
各控制终端 13 通过电力线网络接收自己的注册响应， 并将其中的房间号和设备 号记录在本地的设备分布信息中。
在另外一个实施方式中， 遥控器可以直接生成控制指令并发送给传感中继器 13， 遥控功能不需要家居设备控制器 11 参与， 具体的 ：
遥控器 10， 遥控器 10 使用近距离无线通信技术和传感中继器 12 通信， 用于接收用 户遥控家居设备状态的操作信息， 根据操作信息生成相应的家居设备控制指令并使用近距 离无线通信技术将家居设备控制指令发送给传感中继器 12 ；
传感中继器 12， 还用于将家居设备控制指令通过电力线网络传输。
每一个传感中继器 12 和家居设备控制终端 13 的删除相当于一个去注册的过程， 具体流程和注册类似， 在删除后需要更新设备分布信息， 详细技术细节为本领域技术人员 所熟知这里不详细赘述。
家居设备控制器 11 接收到所有设备分布信息， 设备状态信息都可以同步发送给 主控制器 14， 主控器 14 同步刷新到网页上供用户查看。
本发明实施例中， 还可以通过遥控器 10 的控制切换控制模式， 并将控制模式切换 指令通过传感中继器发送给家居设备控制器 11， 家居设备控制器 11 根据切换指令确定工 作模式， 并进行相应控制， 具体的 ：
遥控器 10， 还用于根据用户的自动控制模式和手动控制模式之间的切换指令， 使 用近距离无线通信技术发送控制模式切换指令 ；
传感中继器 12， 还用于接收遥控器的控制模式切换指令并通过电力线网络传输 ；
家居设备控制器 11， 接收通过电力线网络传输的控制模式切换指令， 并根据所述 控制模式切换指令确定工作在自动控制模式或手动控制模式， 并当在工作自动控制模式 时， 根据所述环境状态传感数据和设定的自动控制模式生成家居设备控制指令并通过所述 电力线网络传输， 当工作在手动就控制模式时， 根据遥控操作信息、 远程操作信息或电平值 状态变化信息生成家居设备控制指令并通过所述电力线网络传输。
当然， 家居设备控制器 11 还可以当工作在自动控制模式时， 根据接收到的任何一 个遥控操作信息、 远程操作信息或电平值状态变化信息， 立即切换到手动控制模式并根据 接收到的信息生成家居设备控制指令并通过所述电力线网络传输。
根据本发明实施例提供的上述系统， 每一种类型的家居设备相应有一个家居设备 控制器， 对相应类型的家居设备起核心控制作用， 传感中继器起到信令和数据的转发功能， 不需要根据家居设备的类型分别设置， 因此系统中需要增加新类型家居设备的控制时， 只 需要增加相应的家居设备控制器和控制终端， 因此具有很好的扩展性， 并且系统中的大部 分信号通过电力网络传输， 给组网带来极大方便。
根据上述智能家居控制系统， 本发明实施例提供的一种智能家居控制系统中的家 居设备控制器 11 的具体结构如图 1b 所示， 包括 ：
电力线信号耦合模块 111， 通过电力线连接电力线网络， 用于从电力线网络接收调 制有家居设备操作信息的电力线载波信号并转发， 以及将接收的电力线载波信号耦合给电 力线网络进行传输 ；
电力线信号处理模块 112， 用于从电力线信号耦合模块 111 转发的电力线载波信 号中解调出家居设备操作信息并转发， 以及将接收的家居设备控制信号调制为电力线载波 信号后转发给电力线信号耦合模块 111 ；
如果家居设备控制器 11 通过主控制器 14 连接电力线网络， 则不包括电力线信号 耦合模块 111。
如图 1c 所述， 其中的嵌入式微处理器 113 的一种具体结构包括 ：
第一接收单元 1131， 通过串行接口连接电力线信号处理模块 112， 用于接收电力 线信号处理模块 112 转发的遥控家居设备状态的操作信息 ；
第一先入先出 FIFO 缓存单元 1132， 连接第一接收单元 1131， 用于存储第一接收单 元 1131 接收的操作信息 ；
处理单元 1133 和第二 FIFO 缓存单元 1134， 处理单元连接在第一 FIFO 缓存单元 1132 和第二 FIFO 缓存单元 1134 之间， 用于从第一 FIFO 缓存单元中根据存储顺序依次读取 操作信息， 根据生成操作信息生成相应的家居设备控制指令并保存到第二 FIFO 缓存单元 1134 中 ；
第一发送单元 1135， 用于根据家居设备控制指令的存储顺序， 依次从第二 FIFO 缓 存单元 1134 中读取家居设备控制指令并通过串行接口发送给电力线信号处理模块 112。
进一步家居设备控制器， 还包括 ：
第二接收单元 1136， 通过串行接口连接智能家居控制系统中的主控制器， 用于接 收主控制器作为远程登录服务器接收并转发的远程控制家居设备状态的操作信息 ；
第一 FIFO 缓存单元 1132， 还连接第二接收单元 1136 并用于存储第二接收单元 1136 接收的操作信息。
进一步家居设备控制器 113 还包括 ： 控制模式存储单元 1138， 连接处理单元 1133， 用于存储家居设备的自动控制模式参数配置信息 ；
第一发送单元 1135， 还用于接收电力线信号处理模块 112 转发的环境状态传感数 据并转发给处理单元 1133 ；
处理单元 1133 进一步根据接收的环境状态传感数据以及控制模式存储单元 1138 中存储的自动控制模式参数配置信息， 生成相应的家居设备控制指令并存储到第二 FIFO 缓存单元 1134 中。
进一步， 第一接收单元 1131 还用于接收电力线信号处理模块 112 转发的设备分布 信号和设备状态信息， 并保存到数据存储单元 1139 中。
更进一步， 设备控制器 11 还包括 ：
第二发送单元 1137， 连接数据存储单元 1139， 用于读取数据存储单元 1139 中存储 的数据并通过串行接口转发给主控制器。
家居设备控制终端 13 主要是控制命令的相应执行终端， 对家居设备进行开关、 调 节、 应用模式配置等动作的最终执行机构， 如图 1d 所示， 家居设备控制终端 13 的一种具体 结构包括 ：
电力线信号耦合模块 131、 电力线信号处理模块 132、 嵌入式微处理器 133 和至少 一个开关模块 134， 其中 ：
电力线信号耦合模块 131 连接电力线网络， 电力线信号处理模块 132 和电力线信号耦合模块 131 相连， 并通过串行接口连接嵌入式微处理器 133 的信号输入端， 嵌入式微处 理器 133 的信号输出端连接每一个开关模块 134 的控制端， 每一个开关模块 134 用于控制 一个或一组家居设备的供电电路 ；
电力线信号耦合用于从电力线网络接收调制有家居设备控制命令的电力线载波 信号并转发给电力线信号处理模块 132 ；
电力线信号处理模块 132 用于从电力线信号耦合电路转发的电力线载波信号中 解调出家居设备控制命令并通过串行接口发送给嵌入式微处理器 133 的信号输入端 ；
嵌入式微处理器 133 根据信号输入端接收的家居设备控制命令生成开关模块 134 的控制信号， 并通过信号输出端输出给开关模块 134， 用于控制开关模块 134 打开或闭合所 控制的供电电路。
为实现传统的手动控制功能， 家居设备控制终端还包括 ： 对应每一个开关模块 134 所控制的供电电路设置的手动开关 135， 其中 ： 每一个手动开关 135 的一端连接接地端， 另一端分别连接嵌入式微处理器 133 的一个数据输入端 ； 嵌入式微处理器 133， 还用于检测 每一个连接有手动开关 135 的数据输入端的电平值， 当电平值为高电平时， 控制相应的开 关模块 134 断开， 反之控制相应的开关模块 134 闭合。 进一步， 嵌入式微处理器 133 还用于记录家居设备状态信息， 并在家居设备状态 发生变化时， 通过串行接口向电力线处理模块 132 发送家居设备状态和家居设备系统控制 模式更新信息 ；
电力线处理模块 132 将家居设备状态更新信息调制为电力线载波信号后， 通过电 力线信号耦合模块 131 耦合到电力线网络传输。
万能遥控器
对于智能家居控制系统来说， 具有学习功能的万能遥控器非常重要， 本发明实施 例提供一种具有学习功能的遥控器， 可以学习各种遥控器的红外编码信号， 并根据学习结 果还原红外编码信号对相应家居设备进行控制， 下面先详细介绍一下本发明实施例提供的 万能遥控器的实现原理。
如图 2a 所示， 为遥控器发射的红外编码信号的结构示意图， 红外编码信号包括由 一系列高低电平组成的方波信号， 并以特定的载波频率发射。其中红外编码信号可以包括 红外编码控制信号和导引信号， 也可以只包括红外编码控制信号， 根据红外编码控制信号 所包含的方波个数以及高低电平的宽度， 区别不同的控制功能， 导引信号用于通知受控电 器设备准备接受红外编码控制信号， 导引信号包括至少两个高电平和低电平。红外编码控 制信号以高电平开始， 可以以高电平结束， 也可以以低电平结束。
学习红外编码信号的基本方法是， 记录要学习的红外编码信号的载波周期、 所包 含的所有高低电平的宽度以及发射顺序， 然后在对相应电器设备进行控制时， 根据学习结 果发射与原来一样的红外编码信号， 从而达到控制功能。
分析图 2a 所示的红外编码信号可以发现， 其中电平 6 和电平 8 的宽度一样， 电平 7 和电平 8 的宽度一样， 这种情况出现的几率非常高， 利用四种宽度的高电平和低电平组合 形成的红外编码控制信号， 甚至可以满足任何一种电器设备的功能需求。
由此， 本发明实施例在学习红外编码信号的过程中， 为了压缩学习到的红外编码 以减少存储空间， 以一个四种宽度电平值形成的总电平数为 n 的红外编码信号为例， 红外
编码信号的学习原理包括 ：
i) 接收要学习的红外编码信号， 检测其载波周期， 并根据上升下降沿测出所有高 电平和低电平的电平宽度值， 并按照类似下表 1 的格式记录， 其中， 根据最大载波周期以及 电平宽度的最大值， 载波周期和每一个电平宽度值的编码数据占用 16bit， 由于前两个电平 可能为红外导引信号， 电平宽度有可能很大， 因此分别占用 32bit ：
表 1.
ii) 分析表 1 中记录的数据， 前两个电平可能为红外导引信号， 需要编为导引码数 据， 其他电平值为红外编码控制信号中的电平， 一种有四种电平宽度值， 其中对于误差在设 定范围的可以认为相等， 例如差值小于等于 50μs( 微秒 ) 左右的电平都认为大小相同， 然 后按照如下表 2 所示的一种格式进行编码， 形成信号编码数据 ：
表 2.
表 2 包括三部分内容， 具体为 ：
第一部分内容的编号为 0 ～ 3， 包括四种电平宽度值编码数据形成的电平宽度值 编码数据串， 在电平宽度值编码数据串中， 每一个电平宽度值编码数据的排位是固定的， 利 用二进制可以将分别四个排位标识为 00、 01、 10、 11 ；
需要说明的是， 每一个电平宽度值编码数据占用的比特数是预先根据最大电平值 设定的， 电平宽度值编码数据串占用的总比特数也是根据可能出现的最多电平值数量最大 值设定的。如果出现电平宽度值少于四种的情况， 则将没有占用的部分编为非法数据或任 意数据即可。
对于多于四种的情况， 只需要适应性根据电平宽度值的最大数量扩展第一部分的 长度。
第二部分的编号为 4 ～ 7， 包括电平总个数、 载波周期以及导引码编码数据 ；
需要说明的是电平总个数、 载波周期以及导引码编码数据分别占用的比特数也是 预先设定的。
第三部分的编号为 8， 在这一部分中， 根据红外编码控制信号中各高低电平的出现 顺序， 以及电平宽度值在第一部分中对应的排位， 电平宽度值在第一部分中对应的排位可 以作为在第一部分编码数据串中确定实际电平宽度值的索引码， 因此将所有各高低电平宽 度值的对应的排位进行编码并按照高低电平的出现顺序组合后形成的数据串可以称为电 平宽度索引编码数据串。这样， 每一个电平宽度索引编码数据只需占用 2bit， 48 字节则可 以存放 192 个电平宽度值索引编码数据， 对于常用的电器设备完全够用。
仍然需要说明的是， 每一个电平宽度值索引编码数据占用的比特数， 以及电平宽 度索引编码数据串占用的总比特数也需要预先设定。
当根据预先设定的排列顺序顺次存储表 2 中的三部分内容， 则在后期可以根据三 部分内容的排列顺序设定， 以及前述的比特数占用量， 可以从存储的编码数据中获得还原 红外编码信号所需的所有数据。三部分内容的排列顺序并非限定于表 2 给出的格式， 可以 按照任意约定的顺序排列， 后期根据约定的顺序解析编码数据即可。
还需要说明的是， 由于电平宽度索引编码数据串中隐含了红外编码控制信号中的 电平总个数， 因此表 1 和表 2 中的电平总个数可以不需要。 还需要说明的是， 由于有些红外编码信号中不含有导引信号， 所以第二部分中的 导引码也不是必须的。
实施例一
基于上述具体示例， 实施例一提供的一种遥控器红外编码信号的学习方法包括如 下步骤 ：
步骤 1、 分别记录在红外编码控制信号之前依次接收到的至少两个导引码的电平 宽度值 ；
至少两个导引码为高低电平交替出现， 其中第一个导引码为高电平， 最后一个导 引码为低电平， 如果没有导引信号， 则该步骤可省略。
步骤 2、 接收要学习的遥控器发出的红外编码控制信号， 获得红外编码控制信号的 载波周期， 以及红外编码控制信号中高电平和低电平的出现顺序以及电平宽度值， 其中红 外编码控制信号中第一次出现的是高电平 ；
步骤 3、 根据获得的所有电平宽度值的大小， 将其中大小相同的电平宽度值编码为 一个电平宽度编码数据， 并将所有电平宽度编码数据组合为电平宽度编码数据串， 每一个 电平宽度编码数据占用的字节数为第一设定值， 电平宽度码数据串占用的总字节数为第二 设定值 ；
步骤 4、 根据电平宽度编码数据串中各电平宽度编码数据的排列顺序， 确定每一个 高电平或低电平的电平宽度值在电平宽度编码数据串中对应的排位， 将确定出的排位按照 各高电平和低电平的出现顺序进行编码并组合为电平宽度索引编码数据串， 每一个排位的 编码数据占用的字节数为第三设定值 ；
步骤 5、 将载波周期编码为载波周期编码数据， 载波周期编码数据占用的字节数为 第四设定值 ；
步骤 6、 将至少两个导引码的电平宽度值分别进行编码并组合成导引码编码数据
串， 每一个导引码编码数据占用的字节数为第五设定值， 导引码编码数据串占用的总字节 数为第六设定值
步骤 7、 根据设定顺序组合电平宽度编码数据串、 载波周期编码数据、 导引码编码 数据串以及电平宽度索引编码数据串， 形成遥控器红外编码信号的编码数据。
当然， 还可以累计所有高电平和低电平的总个数， 并将总个数编码为总个数编码 数据， 总数编码数据占用的字节数为第七设定值 ； 以及在信号编码数据中包含总个数编码 数据。
实施例一根据信号编码数据， 提供一种相应的遥控器红外编码信号的发射方法， 包括如下步骤 ：
步骤 1、 从红外编码信号的编码数据中获得电平宽度编码数据串、 导引码编码数据 串、 载波周期编码数据、 以及电平宽度索引编码数据串 ；
具体的 ：
根据表 1 中第一部分在信号编码数据中的排列顺序、 每一个电平宽度编码数据占 用的字节数、 电平宽度码数据串占用的总字节数， 获得电平宽度编码数据串， 以及每一个电 平宽度码数据 ；
根据表 1 中第二部分在信号编码数据中的排列顺序， 电平的总个数的编码数据占 用的比特数、 载波周期编码数据占用的字节数、 每一个导引码编码数据占用的字节数以及 导引码编码数据串占用的总字节数， 分别获得电平总个数的编码数据、 载波周期编码数据 和每一个导引码编码数据。
根据表 1 中第三部分在信号编码数据中的排列顺序， 每一个电平宽度索引编码数 据占用的字节数， 电平宽度索引编码数据串占用的总字节数， 确定每一个的电平宽度的电 平宽度索引编码数据 ；
步骤 2、 确定红外编码控制信号中各高电平和低电平的电平宽度以及发射顺序 ；
根据电平宽度索引编码数据串中， 按照各高电平和低电平在红外编码控制信号中 的出现顺序排列的电平宽度索引编码数据， 以及电平宽度编码数据串中相应排位上的电平 宽度编码数据， 确定红外编码控制信号中各高电平和低电平的电平宽度以及发射顺序 ；
步骤 3、 根据载波周期编码数据确定发射遥控器红外编码控制信号的载波频率 ；
步骤 4、 按照红外编码控制信号中各高电平和低电平的电平宽度以及发射顺序， 根 据载波频率依次发射导引信号以及红外编码控制信号包含的高电平和低电平的信号。
如果红外线编码信号中包含导引信号， 则还需要根据导引码编码数据还原导引信 号并在控制信号之前发送。
实施例二
进一步为节省编码数据量， 还可以为一个被学习的遥控器建立如下表 3 所示的电 平宽度值编码数据和索引之间的对应关系表 ：
表 3.
电平宽度值索引 00113电平宽度值编码数据 电平宽度值编码数据 1CN 101990340 A说010 011 100 101 ......明书电平宽度值编码数据 2 电平宽度值编码数据 3 电平宽度值编码数据 4 电平宽度值编码数据 5 ......11/33 页
在对应关系表中统一存放电平宽度值编码数据和索引， 不需要再在每一个红外编 码信号的编码数据中保存电平宽度码数据串， 对应关系表中的索引值占用的比特数根据经 验值确定， 满足最大数量的电平宽度值即可。
基于此， 施例二提供的一种遥控器红外编码信号的学习方法具体包括如下步骤 ：
步骤 1、 接收要学习的遥控器发出的红外编码控制信号， 获得红外编码控制信号的 载波周期， 以及红外编码控制信号中高电平和低电平的出现顺序以及电平宽度值 ；
在红外编码控制信号中， 高低电平交替出现， 第一次出现的是高电平。
步骤 2、 判断获得的每一个电平宽度值已经全部记录在电平宽度值编码数据与电 平宽度值索引的对应关系表中， 如果是则进行下一步骤 4， 否则执行步骤 3 ；
步骤 3、 在对应关系表中添加未被记录的电平宽度值的编码数据及其电平宽度值 索引， 继续下一步骤 4 ；
步骤 4、 确定每一个高电平或低电平的电平宽度值在对应关系表中对应的电平宽 度值索引并进行编码 ；
步骤 5、 按照各高电平和低电平的出现顺序将电平宽度值索引编码数据组合为电 平宽度索引编码数据串 ；
其中 ： 每一个排位的编码数据占用的字节数为第三设定值 ；
步骤 6、 将载波周期编码为载波周期编码数据 ；
其中 ： 载波周期编码数据占用的字节数为第四设定值 ；
步骤 7、 根据设定顺序组合载波周期编码数据和电平宽度索引编码数据串， 形成遥 控器红外编码信号的编码数据。
进一步， 在接收要学习的遥控器红外编码控制信号之前， 还可以包括 ： 分别记录在 红外编码控制信号之前依次接收到的至少两个导引码的电平宽度值， 其中至少两个导引码 包括交替出现的高低电平， 第一个导引码为高电平， 最后一个导引码为低电平 ；
形成遥控器红外编码信号的编码数据之前还包括 ： 将至少两个导引码的电平宽度 值分别进行编码并组合成导引码编码数据串， 每一个导引码编码数据占用的字节数为第五 设定值， 导引码编码数据串占用的总字节数为第六设定值 ； 以及
外线遥控器红外编码信号的编码数据中， 还在设定排序上包含导引码编码数据 串。
更进一步， 在接收要学习的遥控器红外编码控制信号时， 也还可以包括 ： 累计所有 高电平和低电平的总个数 ； 以及
形成遥控器红外编码信号的编码数据之前还包括 ： 将总个数编码为总个数编码数 据， 总数编码数据占用的字节数为第七设定值 ； 并且
外线遥控器红外编码信号的编码数据中， 还在设定排序上包含总个数编码数据。
根据上述学习方法， 本发明实施例二提供的一种遥控器红外编码信号的发射方法 包括如下步骤 ：
步骤 1、 从遥控器红外编码信号的编码数据中获得载波周期编码数据和电平宽度 索引编码数据串 ；
具体根据设定的排列顺序、 每一个排位的编码数据占用的字节数， 以及载波周期 编码数据占用的字节数确定载波周期编码数据和电平宽度索引编码数据串在编码数据中 的位置， 并从相应位置获得需要的数据编码。
电平宽度索引编码数据串中包括红外编码控制信号中各高电平和低电平的电平 宽度值的索引， 并按照各高电平和低电平在红外编码控制信号中的出现顺序排列。
步骤 2、 确定红外编码控制信号中各高电平和低电平的电平宽度值以及发射顺 序；
具体的， 根据电平宽度索引编码数据串中的电平宽度索引编码数据， 从对应关系 表中查找出每一个高低电平的电平宽度值编码数据， 并按照电平宽度索引编码数据串中电 平宽度索引编码数据的排列顺序， 确定各高电平和低电平在红外编码控制信号中的出现顺 序。 步骤 3、 根据载波周期编码数据确定发射遥控器红外编码控制信号的载波频率 ；
步骤 4、 按照红外编码控制信号中各高电平和低电平的电平宽度值以及发射顺序， 根据载波频率依次发射高电平和低电平的信号。
进一步， 如果编码数据中还包括导引码编码数据串， 则还从遥控器红外编码信号 的编码数据中的设定位置上获得导引码编码数据串 ； 以及发射红外编码控制信号之前， 根 据载波频率发射至少两个导引码的信号。
更进一步， 如果编码数据中还包括所有高电平和低电平的总个数的编码数据， 则 还从遥控器红外编码信号的编码数据中的设定位置上获得所有高电平和低电平的总个数 的编码数据 ； 以及根据载波频率依次发射高电平和低电平的信号时， 根据总个数编码数据 对应的总个数， 确定所发射的高电平和低电平的总个数。
实施例三
需要学习多个设备的不同遥控器的红外编码信号时， 更进一步为节省编码数据 量， 还可以建立如下表 4 所示的电平宽度值编码数据和索引之间的对应关系表 ：
表 4.
其中， 电平宽度值索引包含组号和编号， 组号表示在一个红外编码信号中首次学 习到的电平宽度值， 编号标识电平宽度值在该红外编码信号中被学习到的先后顺序。具体 的， 在第一个红外编码信号中学习到的电平宽度值的组号为 00， 所有学习到的四个电平宽 度值顺序编号为 00、 01、 10、 11。后续在其他红外编码信号中学习到的不同电平宽度值顺序 编制组号， 例如在第二个红外编码信号中学习到 6 个电平宽度值， 其中四个和第一个红外 编码信号中学习到的电平宽度值相同， 不再重复存储， 仅存储其中不同的两个， 并相应设定 组号 01 以及编号 00、 01， 依次类推。 这样通过组号和编号组合为完整的电平宽度值索引， 用 于区分每一个不同的电平宽度值。
在对应关系表中统一存放电平宽度值编码数据和索引， 不需要再在每一个红外编 码信号的编码数据中保存电平宽度码数据串， 对应关系表中的索引值占用的比特数根据经 验值确定， 满足最大数量的电平宽度值即可。相比实施例二， 可以进一步节省存储空间。
红外编码信号的学习和发射步骤可以参见实施例三的描述， 这里不再赘述。
实施例四
考虑到不同遥控器的不同信号中出现的电平宽度值完全相同的概率很高， 也可以 以红外编码信号为组别建立如下表 5 所示的电平宽度值编码数据和索引之间的对应关系 表：
表 5.
其中， 为在不同红外编码信号中学习到的一组电平宽度值编号， 称为电平宽度值 索引组号， 不同组的多个电平宽度值之间有至少一个电平宽度值不相同。这样在学习过程 中， 如果一个正在学习的红外编码信号中出现的电平宽度值被其中一组全部涵盖， 则可以 利用已经记录在表 5 中的信息进行编码， 反之在表 5 中记录一组新的电平宽度值后再进行 编码。
编码格式例如下表 6 所示， 在信号编码数据中增加一个电平宽度值索引组号编 码， 用于在表 5 中查询相应的电平宽度值编码数据的组号， 再进一步根据电平宽度值索引 编码数据串， 一一确定每一个高电平或低电平的电平宽度值。 和实施例四相比， 尽管一个信 号编码数据中增加了电平宽度值索引组号编码， 但是每一个电平宽度值索引占用的比特数 可以相应减少， 总的数据量也相应减少， 从而进一步节省了存储空间。
表6
即对应关系表中还包括， 为根据同一红外编码信号中所记录的一组电平宽度值的 编码数据设置的组号， 不同组的多个电平宽度值编码数据中至少有一个电平宽度值编码数 据不相同 ； 以及红外编码信号编码数据中， 还包括 ： 涵盖该红外编码信号的控制信号中所 有电平宽度值编码数据相应组的组号编码数据。
红外编码信号的学习和发射步骤可以参见实施例三的描述， 这里不再赘述。
基于上述原理， 如图 2b 所示， 本发明实施例提供的一种智能家居控制系统中的万 能遥控器， 包括 ：
显示模块 21， 用于显示智能家居控制系统的操作控制界面 ； 遥控器的显示模块可 以是液晶触摸屏， 并且设计为图标拖动的控制界面， 便于操作。
近距离无线通信模块 22， 用于实现近距离无线通信 ；
红外信号收发模块 23， 用于接收智能家居设备的遥控器发出不同控制功能的红外 编码信号并转发 ；
第一嵌入式微处理器 24， 通过 LCD 数据总线连接显示模块 21， 并通过信号线连接 红外信号收发模块 23， 用于根据通过显示模块的操作控制界面输入的红外编码信号学习指 令， 检测红外信号收发模块接收的红外编码信号中包含的高电平或低电平的上升沿和下降 沿， 根据检测结果记录交替出现的高电平和低电平的电平宽度值和出现顺序， 根据记录结 果生成各控制功能对应的红外编码信号的编码数据， 以及通过操作控制界面接收到遥控家 居设备的操作信息时， 根据控制功能对应的红外编码信号编码数据， 生成相应的控制指令 并输出， 其中 ： 红外编码控制信号中第一次出现的是高电平 ；
第二嵌入式微处理器 25， 分别通过串行接口连接在第一嵌入式微处理器 24 和近 距离无线通信模块单元 22 之间， 用于接收第一嵌入式微处理 24 器输出的控制指令并通过 近距离无线通信模块 22 发送。
进一步第一嵌入式微处理器 24 具体包括 ：
记录子模块， 用于通过信号线连接红外编码信号接收模块， 根据通过模块的操作 控制界面输入的红外编码信号学习指令， 检测红外信号收发模块接收的红外编码信号中包 含的高电平或低电平的上升沿和下降沿， 根据检测结果记录交替出现的高电平和低电平的 电平宽度值和出现顺序 ；
编码子模块， 用于根据记录结果生成各控制功能对应的红外编码信号的编码数 据；
存储子模块， 用于存储编码子模块的编码结果 ；
还原子模块， 通过串行接口连接在第二嵌入式微处理器， 用于通过操作控制界面 接收到遥控家居设备的操作信息时， 从存储子模块中获得相应控制功能的红外编码信号编 码数据， 生成相应的控制指令并输出给第二嵌入式微处理器。
根据前述的红外信号编码原理和还原原理， 编码子模块具体包括 ：
用于根据获得的所有电平宽度值的大小， 将其中大小相同的电平宽度值编码为一 个电平宽度编码数据， 并将所有电平宽度编码数据组合为电平宽度编码数据串的单元， 每 一个电平宽度编码数据占用的字节数为第一设定值， 电平宽度码数据串占用的总字节数为 第二设定值 ；
用于根据电平宽度编码数据串中各电平宽度编码数据的排列顺序， 确定每一个高 电平或低电平的电平宽度值在电平宽度编码数据串中对应的排位， 将确定出的排位进行编 码并按照各高电平和低电平的出现顺序组合为电平宽度索引编码数据串的单元， 每一个排 位的编码数据占用的字节数为第三设定值 ；
用于将载波周期编码为载波周期编码数据的单元， 载波周期编码数据占用的字节 数为第四设定值 ；
用于根据设定顺序组合电平宽度编码数据串、 载波周期编码数据以及电平宽度索 引编码数据串， 形成遥控器红外编码信号的编码数据的单元 ； 以及
还原子模块具体包括 ：
用于根据设定的排列顺序、 每一个电平宽度编码数据占用的字节数、 电平宽度码 数据串占用的总字节数、 每一个排位的编码数据占用的字节数， 以及载波周期编码数据占 用的字节数， 从遥控器红外编码信号的编码数据中获得电平宽度编码数据串、 载波周期编 码数据以及电平宽度索引编码数据串的单元， 其中， 电平宽度编码数据串包括大小不相同 的多个电平宽度值编码， 电平宽度索引编码数据串中包括红外编码控制信号中各高电平和 低电平的电平宽度值在电平宽度编码数据串中对应的排位的编码数据， 并按照各高电平和 低电平在红外编码控制信号中的出现顺序排列 ；
用于根据电平宽度索引编码数据串中， 按照各高电平和低电平在红外编码控制信 号中的出现顺序排列的电平宽度索引编码数据， 以及电平宽度编码数据串中相应排位上的 电平宽度编码数据， 确定红外编码控制信号中各高电平和低电平的电平宽度以及发射顺序 的单元 ；
用于根据载波周期编码数据确定发射遥控器红外编码控制信号的载波频率的单 元；
用于按照红外编码控制信号中各高电平和低电平的电平宽度以及发射顺序， 根据 载波频率依次输出高电平和低电平的单元。
或者， 编码子模块具体包括 ：
用于当获得的每一个电平宽度值已经全部记录在电平宽度值编码数据与电平宽 度值索引的对应关系表中时进行下一步骤， 否则在对应关系表中添加未被记录的电平宽度 值的编码数据及其电平宽度值索引后继续下一步骤的单元 ；
用于确定每一个高电平或低电平的电平宽度值在对应关系表中对应的电平宽度 值索引并进行编码， 按照各高电平和低电平的出现顺序将电平宽度值索引编码数据组合为 电平宽度索引编码数据串的单元， 每一个排位的编码数据占用的字节数为第三设定值 ；
用于将载波周期编码为载波周期编码数据的单元， 载波周期编码数据占用的字节 数为第四设定值 ；
用于根据设定顺序组合载波周期编码数据和电平宽度索引编码数据串， 形成遥控器红外编码信号的编码数据的单元 ； 以及
还原子模块具体包括 ：
用于根据设定的排列顺序、 每一个排位的编码数据占用的字节数， 以及载波周期 编码数据占用的字节数， 从遥控器红外编码信号的编码数据中获得载波周期编码数据和电 平宽度索引编码数据串的单元， 其中， 电平宽度索引编码数据串中包括红外编码控制信号 中各高电平和低电平的电平宽度值的索引， 并按照各高电平和低电平在红外编码控制信号 中的出现顺序排列 ；
用于根据电平宽度索引编码数据串中， 按照各高电平和低电平在红外编码控制信 号中的出现顺序排列的电平宽度索引编码数据， 以及电平宽度值编码数据与电平宽度值索 引的对应关系表， 确定红外编码控制信号中各高电平和低电平的电平宽度值以及发射顺序 的单元 ；
用于根据载波周期编码数据确定发射遥控器红外编码控制信号的载波频率的单 元；
用于按照红外编码控制信号中各高电平和低电平的电平宽度值以及发射顺序， 根 据载波频率依次发射高电平和低电平的红外编码信号的单元。
本发明实施例提供的智能家居控制系统， 目的在于实现家居设备的统一控制， 例 如：
电视机遥控器学习和通过系统控制的原理 ：
通过具有红外学习功能的遥控器， 学习原有的电视机遥控器红外编码 ；
为学习后并储存在相应的家居设备控制器上的红外编码信号编制一个代码 ；
相应的控制终端具有电力线载波模块能够接电力线， 并且具有存储模块用以存储 和相应的家居设备控制器同步的红外编码和其代码 ； 并且具有红外发射模块 ；
遥控器完成学习并和相应的家居设备控制器同步后， 只保存相应的家居设备控制 器赋予的代码。
遥控器根据用户指令将控制代码通过近距离无线通讯发送给传感中继器 ； 传感中 继器转发给相应的家居设备控制器 ； 相应的家居设备控制器转发给相应的控制终端 ； 相应 的控制终端根据收到的代码发射相对应的红外编码。
自动控制例如 ：
假设， 传感中继器上接了光传感器、 温度传感器、 湿度传感器、 人体感应传感器 ；
假设， 系统已经安装了门窗控制、 窗帘控制、 空调控制、 灯光控制等相应的家居设 备控制器 ； 当光传感器采集到光照强调过强 ； 人体感应传感器采集到室内无人 ； 温度传感 器采集到温度适宜 ； 湿度传感器采集到湿度适宜 ； 此时， 各个相应的家居设备控制器都能 收到传感中继器发来信息 ； 需要进行如下控制 ：
因为室内无人， 门窗会处于关闭 ( 上锁 ) 状态 ；
因为光照强度过高， 窗帘会自动拉上 ；
因为温度适宜， 空调停止工作 ；
因为室内无人， 且光照强度过高， 照明系统关闭 ；
当光传感器采集到光照强度过低 ； 人体感应传感器采集到室内有人 ； 温度传感器 采集到温度过冷或过热 ； 湿度传感器采集到湿度高 ( 到达降雨标准 ) ； 此时， 各个相应的家居设备控制器都能收到传感中继器发来信息 ； 需要如下控制 ：
因为室内有人， 门会处于开启 ( 不上锁 ) 状态 ；
因为正在降雨， 窗会处于关闭状态 ；
因为光照强度过低， 窗帘会自动打开 ；
因为温度过冷或者过热， 空调开始工作 ；
因为室内有人， 虽光照强度过低， 但窗帘打开后可能光照强度会变化， 照明系统待 命；
通过以上的描述可见， 自动控制不单是根据环境数据控制不同的相应的家居设备 控制器， 而且各个相应的家居设备控制器也会作为一种环境数据提供给其他的相应的家居 设备控制器， 作为其选择执行命令的参考依据。
智能灯具控制系统
下面以智能家居控制中的灯具控制系统的具体实现为例进行详细说明。 本实施例 中， 遥控器指令可以直接控制灯具控制终端。
本发明实施例提供一种灯具控制系统， 可以用在家居中， 也可以用在有多个工作 间的办公场所， 用于控制分布在不同房间中的灯具， 灯具控制方式一般有如下四种需求 ：
■通过手持遥控器的灯具控制界面对灯具进行控制 ；
■通过登录远程网页控制界面对灯具进行控制 ；
■通过物理手动开关对灯具进行控制 ；
■根据设定的控制模式对灯具的进行自动控制。
其中， 前三种需求为手动控制， 最后一种需求为自动控制。
下面以具体实施例并结合附图进行详细说明。
如图 3a 所示， 本发明实施例首先为实现第一种灯具控制需求， 提供的灯具控制系 统主要包括 ： 遥控器 31、 设置在不同房间中的至少一个传感中继器 32， 以及控制各个灯具 状态的至少一个灯具控制终端 33， 其中 ：
遥控器 31 和传感中继器 32 之间采用近距离无线通信技术进行通信， 例如使用公 用的 2.4G 免费频段进行近距离无线通信， 而传感中继器 32 和灯具控制终端 33 之间通过电 力线网络， 使用电力载波信号进行通信， 首先， 本发明实施例提供的灯具控制系统实现的第 一个功能是 ： 在任何一个房间都， 用户都可以通过手持遥控器 31 的控制界面了解分布在各 房间的不同灯具的状态， 并能够利用遥控器 31 的控制界面对灯具进行控制， 据此各装置需 要具备如下功能 ：
遥控器 31， 用于接收用户控制灯具状态的操作信息， 根据操作信息生成相应的灯 具遥控指令并使用近距离无线通信技术发送给传感中继器 32， 以及接收使用近距离无线通 信技术转发的灯具状态更新信息 ；
传感中继器 32， 使用近距离无线通信技术和遥控器 31 通信， 并连接电力线网络， 用于接收遥控器 31 发送的遥控指令， 并通过电力线网络传输灯具遥控指令， 以及接收电力 线网络传输的灯具状态更新信息， 保存灯具状态更新信息并使用近距离无线通信技术转发 给遥控器 31 ；
灯具控制终端 33， 连接电力线网络， 用于接收电力线网络传输的灯具遥控指令， 解 析灯具遥控指令并根据解析结果控制灯具状态， 以及在灯具状态发生变化时通过电力线网络传输灯具状态更新信息。
通过上述系统， 设置在任何一个房间中的传感中继器 32 接收到遥控器 31 的灯具 遥控指令时， 都会通过电力线网络进行传输， 灯具控制终端 33 通过电力线网络接收灯具遥 控指令， 对灯具遥控指令进行解析， 如果解析结果是对自己控制的灯具进行控制， 执行该灯 具遥控指令并在被控制的相应灯具的状态发生变化时， 通过电力线网络将灯具状态更新信 息返回给遥控器 31， 遥控器 31 记录所有灯具的状态并及时根据接收到的灯具状态更新信 息对记录信息进行更新， 从而使使用者可以通过遥控器 31 的控制界面了解所有灯具的当 前状态并根据需要进行控制。
进一步为实现第二种通过远程控制网页对灯具进行控制的需求， 本发明实施例提 供的灯具控制系统， 还可以包括 ： 主控制器 35， 以及连接在电力线网络和主控制器 35 之间 的灯具控制器 34， 其中 ：
主控制器 35 作为远程登录服务器， 接收通过远程控制网页提交的远程灯具控制 指令并转发给灯具控制器 34 ；
灯具控制器 34， 还用于通过电力线网络传输远程灯具控制指令 ；
灯具控制终端 33， 还用于接收电力线网络传输远程灯具控制指令， 解析远程灯具 控制指令并根据解析结果控制灯具状态 ； 灯具控制器 34， 还用于接收电力线网络传输的灯具状态更新信息， 并转发给主控 制器 35。
为实现第三种控制需求， 本发明实施例提供的灯具控制系统进一步包括 ： 每一个 灯具的灯具开关， 分别连接在接地端和相应灯具控制终端 33 之间， 灯具控制终端 33 检测通 过灯具开关输入的电平值， 当电平值为高电平时， 控制灯具关闭， 反之控制灯具打开。
最后为实现第四种根据环境状态传感数据对灯具进行设定模式的自动控制需求， 本发明实施例提供的灯具控制系统还可以包括 ： 传感器， 连接传感中继器 32， 用于采集环 境状态传感数据并发送给传感中继器 32 ；
传感中继器 32， 还用于通过电力线网络将环境状态传感数据传输给灯具控制器 34 ；
灯具控制器 34， 还用于根据环境状态传感数据以及设定的自动控制模式生成自动 控制指令， 并通过电力线网络传输给灯具控制器 34 ；
灯具控制终端 33， 还用于接收电力线网络传输的自动控制指令， 解析自动控制指 令并根据解析结果控制灯具状态。
例如当环境温度或湿度达到设定范围时， 打开灯具、 关闭灯具或调整灯具亮度等， 用户可以根据需要灵活设定需要的自动控制模式， 并配置相应的温度传感器、 湿度传感器、 光传感器和红外人体感应传感器等。
下面以同时实现上述四种需求的灯具控制系统作为较佳实施例， 详细说明本发 明。其中， 遥控器 31 和传感中继器 32 之间的近距离无线通信技术具体为 2.4G 无线网络， 控制指令和状态更新信息以设定格式的信息包进行传输。
第一部分 . 设备和灯具的管理
为实现传感中继器 32、 灯具控制终端 33 等设备， 以及灯具的管理， 可以在遥控器 31 上预先根据应用灯具控制系统的房型分布图， 设计管理界面， 在设备注册过程中， 为安装
在不同房间的设备分配相应的房价码和设备码， 当灯具控制终端 33 控制对各灯具时， 还进 一步为各灯具分配子灯具码， 遥控器 31 将分配结果分配的记录在设备分布信息中， 并将设 备分布信息同步给主控制器 35。 通过管理界面， 可以在初始化或新增设备时， 将设备添加到 灯具控制系统中， 也可以拆除设备后， 从系统中删除相应设备以及相关的灯具。 下面进行详 细说明 ：
1). 将传感中继器 32 添加到灯具控制系统中
一般情况下每个房间放一个传感中继器 32， 用于采集该房间的环境变量传感数据 和信息包的转发。灯具控制系统中必须先注册传感中继器 32， 才能注册其他灯具控制终端 33、 灯具以及传感器注册到该房间中。
如图 3b 所示， 将一个传感中继器 32 注册到某一房间过程如下 ：
1. 通过遥控器 31 的人机交互界面， 建立应用该灯具控制系统的房型分布图， 并给 房间自动分配房间码。
2. 未注册的传感中继器 32 上电， 传感中继器 32 通过 2.4G 无线网络向遥控器 31 发送注册请求包。
3. 遥控器 31 接收到注册请求包后， 通过界面提示用户有传感中继器 32 请求注册， 用户通过界面操作将传感中继器 32 拖放至对应房间后， 自动为传感中继器 32 分配设备码， 并将分配结果保存在本地的设备信息中 ；
4. 遥控器 31 主用户点击注册确认按钮后， 通过 2.4G 无线网络向传感中继器 32 发 送设备注册响应包， 其中包含房间码和设备码。
5. 传感中继器 32 收到设备注册响应包后， 将遥控器 31 为其分配的房间码和设备 码保存在设备分布信息中， 并标记为已注册状态 ；
6. 传感中继器 32 向遥控器 31 发送注册成功包 ；
7. 遥控器 31 接收注册成功包。
按照以上顺序可以依次将各传感中继器 32 添加到灯具控制系统的各房间中。
2). 将一个灯具控制终端 33 添加到本灯具控制系统中， 并且与所控制的实际物理 灯具建立对应关系
每一个灯具还可以使用开关盒实现手动控制， 本发明提供的灯具控制系统中， 根 据所控制的灯具， 每个开关盒对应灯具控制终端 33 设置， 灯具控制终端 33 配置相应的灯具 控制终端 33 设备号。由于一个开关盒可以包括多个开关， 分别用于控制不同的灯具， 因此 开关盒中的每一个开关控制的灯具可以在控制流程中对应一个逻辑灯具， 每个逻辑灯具， 可以配置一个子灯具号， 通过灯具控制终端 33 设备号、 房间码和子灯具号 ( 例如从 1 到 4) 可以唯一确定一个逻辑灯具。
如图 3c 所示， 将灯具控制终端 33 上的第一个逻辑灯具注册到灯具控制系统中的 流程包括如下步骤 ：
1. 动作灯具控制终端 33 上连接的开关， 灯具控制终端 33 发出注册请求包并通过 电力线网络发送 ；
2. 传感中继器 32 通过电力线网络接收注册请求包 ；
3. 传感中继器 32 将注册请求包通过 2.4G 无线网络转发到遥控器 31 中 ；
4. 遥控器 31 接收到注册请求包后， 通过界面提示用户有灯具请求注册， 并在用户通过界面操作， 将灯拖放之对应房间的相应位置后， 为灯具控制终端 33 自动分配器灯具控 制终端 33 设备码和子灯具号， 并将分配结果记录在本地保存的设备信息中 ；
5. 遥控器 31 主用户点击注册确认按钮后， 通过 2.4G 无线网络把注册响应包发送 到传感中继器 32 ；
6. 传感中继器 32 将该注册响应包通过电力线网络发送到灯具控制终端 33， 其中 包含灯具控制终端 33 所在房间的房间号、 设备码和子灯具号 ；
7. 灯具控制终端 33 收到注册响应包后， 将其中的房间号、 设备码和子灯具号保存 到本地记录的设备分布信息中， 并标记相应灯具为已注册状态 ；
8 ～ 9. 灯具控制终端 33 通过传感中继器 32 向遥控器 31 发送注册成功包， 遥控器 31 收到注册成功包后， 逻辑灯具注册成功。
10 ～ 12. 灯具控制终端 33 将自己记录的设备分布信息通过电力线网络广播进行 同步。
灯具控制终端 33 中的其他逻辑灯具的注册过程类似， 不同之处有 ： 在第一步中， 灯具控制终端 33 发出的注册请求中的灯具编号为第一个注册时已分配的设备码 ； 在第二 步中， 灯具控制系统不再为灯具控制终端 33 分配设备码。通过以上方法就可以将所有的逻 辑灯具注册到灯具控制系统中。
3). 将一个逻辑灯具从灯具控制系统中删除
参照注册流程示意图， 其具体工作过程如下 ：
在遥控器 31 的灯具管理界面中， 选择要删除的灯具， 然后点击删除按钮， 遥控器 31 通过 2.4G 无线网络将灯具删除请求包发送到传感中继器 32， 再由传感中继器 32 将该数 据包通过电力线网络转发到相应的灯具控制终端 33 中。
灯具控制终端 33 收到灯具删除请求后， 将该灯改为未注册状态， 同时将房间码置 为0； 若删除的是该终端的最后一个灯具， 还将设备码置为 0， 表示该设备码为空 ； 然后灯具 控制终端 33 通过传感中继器 32 向遥控器 31 发送灯具删除成功包， 并在自己记录的设备分 布信息发生变化时， 重新广播给电力线网络进行同步。
遥控器 31 收到删除成功包后， 将该灯具从灯具控制系统中删除， 并更新本地保存 的设备分布信息。
4). 将一个传感中继器 32 从灯具控制系统中删除。
传感中继器 32 是一个房间的数据采集和转发中心， 灯具控制系统中必须先注册 传感中继器 32， 才能注册其他灯具到该房间中。 为了安全性和可维护性的考虑， 若将一个房 间的传感中继器 32 删除， 该房间的所有灯具也将从灯具控制系统中删除。参照注册流程示 意图， 其具体工作过程如下 ：
遥控器 31 在灯具管理界面中选择要删除房间的传感中继器 32， 然后点击删除按 钮， 遥控器 31 向该房间的传感中继器 32 发送灯具删除请求包。
该传感中继器 32 通过电力线网络广播的方式， 将房间所有灯具删除请求包发送 到各灯具控制终端 33 中。
灯具控制终端 33 收到由传感中继器 32 广播的房间所有灯具删除请求包后， 检测 是否有该房间的灯具， 若有将该灯具改为未注册状态， 并置房间码为 0， 若该灯具是该灯具 控制终端 33 中的最后一个灯具， 置其设备码为 0。 灯具控制终端 33 在自己记录的设备分布信息发生变化时， 重新广播给电力线网络进行同步。
该传感中继器 32 收到该房间的所有灯具的删除响应包后， 置为未注册状态， 并置 房间码为 0， 设备码为 0， 并向遥控器 31 发送传感中继器 32 的删除成功包。
遥控器 31 收到传感中继器 32 删除成功后， 从灯具控制系统中将该传感中继器 32 删除， 并更新本地保存的设备分布信息。
传感中继器 32 可以只同步和自己房间码相同的灯具控制终端 33 的设备状态信 息， 这样每一个传感器上仅保存与自己同一个房间的灯具控制终端 33 的设备状态信息。传 感中继器 32 也可以将所有灯具控制终端 33 广播的设备分布信息全部进行同步， 这样每一 个中继器上的设备分布信息是整个系统完整的设备分布信息。
经过上述同步过程， 可以维护系统中实际的设备分布和传感中继器 32、 遥控器 31 上记录的设备分布信息保持一致。
当然， 设备分布信息也可以只存于遥控器 31 上， 而设备状态信息主要存于传感中 继器 32。
第二部分 . 灯具操作控制部分
本部分内容主要介绍灯具控制终端 33 的控制实现， 以及如何实现实际灯具状态 信息同遥控器 31、 远程网页控制界面中的灯具状态的同步。
如前所述， 灯具的控制方式有以下四种途径， 前三种控制方式均为手动控制方式。 则灯具有以下六种状态 ：
自动开灯、 自动关灯、 自动调光、 手动开灯、 手动关灯、 手动调光 ；
前三种灯状态是在灯处于自动控制模式时发生的状态， 后三种状态是灯处于手动 控制模式时发生的状态。
已向灯具控制系统注册的灯具状态更新信息包的传输过程为 ：
灯具控制终端 33 接收到灯控制命令 ( 包括灯具遥控命令和远程控制命令 ) 后， 控 制灯的开关或调光， 并通过电力线网络向灯光控制灯具控制器 34 和传感中继器 32 发送该 灯的当前状态信息包。
灯具控制终端 33 所在房间的传感中继器 32( 传感中继器 32 维护所在房间所有灯 具的最新状态 ) 收到灯具状态更新信息包后， 向灯具控制终端 33 发送状态响应包， 并将灯 状态数据包转发到遥控器 31 中 ； 而其他房间的传感中继器 32 收到灯具状态更新信息包后， 通过 2.4G 无线网络将灯具状态更新信息包发到遥控器 31。
灯具控制器 34 收到灯具状态更新信息包后， 将该数据包转发到主控制器 35， 远程 网页控制中可以据此显示正确的灯状态
主控制器 35 收到灯具状态更新信息包后， 更新缓存中该灯的状态， 并向该灯所在 的房间的传感中继器 32 发送状态响应包。
遥控器 31 收到灯具状态更新信息包后， 更新缓存中该灯的状态， 并通过无线向该 灯所在的房间的传感中继器 32 发送灯状态响应包。若其他房间的传感中继器 32 收到灯状 态响应包后将通过电力线转发到灯具所在房间的传感中继器 32 中。
若灯具所在房间的传感中继器 32 没有收到主控制器 35 或遥控器 31 的状态响应 包， 将启动传感中继器 32 中的重发机制， 确保主控制器 35 和遥控器 31 都能收到灯具状态 更新信息包。下面分别介绍在各种情况下的具体灯具控制过程 ：
1). 通过物理手动开关控制灯具过程
参见图 1 所示， 动作灯具控制终端 33 上的物理手动开关控制灯具的开或关时， 灯 具控制终端 33 可以检测物理手动开关一端的电平， 高电平时关闭灯具， 低电平时打开灯 具。并根据灯具的状态变化向遥控器 31 和主控制器 35 进行灯具状态和系统控制模式方式 的更新。
由于物理手动开关不再直接和电力网络相连， 从而不会对操作用户带来触电危 险， 提高了手动控制灯具的安全性。
2). 通过遥控器 31 的灯具控制界面对灯具进行控制
在遥控器 31 的灯具控制界面中选择要控制的灯具， 选择控制命令 ( 手动开灯、 手 动关灯， 手动调光， 手动 / 自动模式切换 )， 并将命令数据包通过 2.4G 无线网络发送到传感 中继器 32， 再由传感中继器 32 转发到灯具控制终端 33 中， 由该灯所在的灯具控制终端 33 控制根据命令控制灯具， 并发出响应的状态信息包。 操作命令可以为 ： 手动开灯、 手动关灯， 手动调光， 自动开灯、 自动关灯， 自动调光六个命令。
3). 通过远程网页控制界面对灯具进行控制
用户在网页中的灯具控制界面中选择要控制的灯具， 选择控制命令 ( 手动开灯、 手动关灯， 手动调光， 手动 / 自动模式切换 )， 主控制器 35 将命令数据包发送到灯具控制器 34， 再由灯具控制器 34 通过电力线网络发送到相应灯具控制终端 33 中， 由该灯所在的灯具 控制终端 33 控制根据命令控制灯具， 并发出响应的状态信息包。
4). 灯具控制器 34 通过自动控制模式对灯具进行的控制
灯具控制器 34 根据自动控制模式以及当前的房间环境的变量数据， 对处于自动 模式下的灯具进行自动控制 ( 即发送自动开灯、 自动关灯、 自动调光命令包到灯具控制终 端 33)， 并发出响应的状态信息。其中自动控制模式基于灯具控制器 34 通过传感中继器 32 采集到的环境状态传感数据进行判断， 比如采集到的房间亮度信息低于之前设定的阈值， 则自动控制模式发挥作用打开该房间的灯等。
在上述控制过程中， 根据需要， 在相关控制信令中携带控制对象的房间码、 设备码 或者子灯具码， 以供传感中继器 32 或灯具控制终端 33 识别被控对象。
第三部分 . 保持主控制器 35 中的房间信息、 设备分布信息及其灯具状态信息与实 际一致
遥控器 31 中存放着房型分布图、 各房间的具体灯具 ( 灯具的编号、 位置的参数 ) 等信息， 而传感中继器 32 存放着所在房间所有灯具的最新状态信息。主控制器 35 从遥控 器 31、 传感中继器 32 获得所需的设备分布信息和灯具状态信息。
1). 主控制器 35 主动请求获得房间设备分布信息
设备分布信息 ( 不包括状态信息 ) 一般在初次安装或主控制器 35 重新上电的情 况下初始化时使用， 正常工作时， 灯具控制系统的主控制器 35 也可以通过灯具控制器 34 实 时通过电力网络传输的设备分布信息， 自动维护自己保存的设备分布信息和整个系统实际 情况保持一致。
主控制器 35 也可以向遥控器 31 发送房间灯具请求包， 若房间码为 0 表示请求所 有房间的设备分布信息， 若房间码大于 0 表示请求该房间的设备分布信息。遥控器 31 收到房间灯具请求包后， 判断房间码是否为 0。
若房间码＝ 0， 遥控器 31 向主控制器 35 发送该房间的设备分布信息。
若房间码＞ 0， 遥控器 31 依次向主控制器 35 发送各个房间的设备分布信息， 并最 后发送一键开启数据包 ( 按一个键并可开启用户已设置好的多个灯具 ) 表示所有房间的设 备分布信息已发送完毕。
主控制器 35 每收到一个房间设备分布信息包后， 向遥控器 31 发生房间设备分布 信息响应包， 表示已收到该信息。
主控制器 35 收到一键开启数据包后， 向遥控器 31 发送一键开启响应包， 表示已收 到该信息。
通过以上过程， 主控制器 35 通过主动请求的方式获得一个房间或多个房间的所 有设备分布信息 ( 灯具类型， 编号， 所在位置等 )。
2). 主控制器 35 主动请求获得房间灯具状态信息的具体过程
在灯具系统正常工作过程中， 主控制器 35 可以通过灯具控制器 34 实时接收电力 网络传输的设备状态信息， 并自动维护自己保存的设备状态信息和整个系统实际情况保持 一致。 主控制器 35 也可以定时主动向各传感中继器 32 发送房间灯具状态请求包， 若房 间码＝ 0 表示请求所有房间的设备状态信息， 若房间码＞ 0 表示请求该房间的设备分布信 息。
各传感中继器 32 收到房间灯具状态请求包后， 检测房间码字段是否为 0
若房间码＝ 0， 各传感中继器 32 分别向主控制器 35 发送各自房间的灯具状态信 息， 需要说明的是， 关闭所有灯具的房间码也可以是其他的特定标识码 ；
若房间码＞ 0， 仅该房间的传感中继器 32 向主控制器 35 发送房间的灯具状态信 息；
主控制器 35 每收到一个房间状态信息包后， 向相应传感中继器 32 发送房间状态 信息响应包， 表示已收到该信息。
通过以上过程， 主控制器 35 通过主动请求的方式获得一个房间或多个房间的灯 具的最新状态信息。
3). 当灯具控制系统正常工作对主控制器 35 中的房间设备分布信息、 灯具状态信 息的维护
主要有以下几个方面 ：
遥控器 31 添加或删除灯具后， 会主动向主控制器 35 发送房间设备分布信息包。
遥控器 31 修改一键开启设置后， 会主动向主控制器 35 发送一键开启信息包。
任何灯具状态改变后， 均会向主控制器 35 发送该等灯具的当前状态信息。
灯具控制系统所有数据包均有重发机制， 以确保灯具控制系统通讯的可靠性。
第四部分 . 其他
1). 一键关闭功能
当用户长时间外出或因其他原因需要关闭全部灯具时， 可以通过遥控器 31 或通 过网页远程控制中的一键关闭按钮实现该功能。
通过遥控器 31 一键关闭实现过程如下 ：
遥控器 31 向传感中继器 32 发送一键关闭命令包 ( 若关闭所有房间灯， 则房间码 ＝0； 若只关闭一个房间所有灯， 则房间码为相应房间码 )。
传感中继器 32 收到一键关闭命令包后， 通过电力线网络向各灯具控制终端 33 广 播该命令， 同时向遥控器 31 和主控制器 35 发送一键关闭响应包。
各灯具控制终端 33 收到一键关闭命令后， 若房间码＝ 0 或为自己的房间码， 则关 闭各自的灯具。
2). 一键开启功能
用户可以通过遥控器 31 或通过网页远程控制中的一键开启按钮开启预先设置好 的多个灯具 ( 开灯或调光 )。其具体工作过程如下 ：
用户通过遥控器 31 界面， 设置需要一键开启的灯具， 同时遥控器 31 会把一键开启 信息以数据包的形式发送给主控制器 35， 以保持两者同步。
点击遥控器 31 中的一键开启命令， 遥控器 31 按照设置依次发送各灯具的开启命 令；
传感中继器 32 收到开启命令后， 将命令转发到相应灯具控制终端 33， 开启灯具。
3). 环境状态传感数据的发送
传感中继器 32 定时采集室内温度、 湿度、 亮度、 是否有人等一系列环境状态传感 数据， 根据需要主动 ( 或在收到传感数据请求时 ) 发往灯具控制器 34、 主控制器 35 和遥控 器 31。
灯具控制器 34、 主控制器 35 或遥控器 31 收到环境状态传感数据后， 发送传感数据 响应包到传感中继器 32。
各模块详细介绍
第一部分 . 灯具智能控制系统的主控制器 35
主控制器 35 有两个主要功能 ： 一是实现家庭网关 (home gateway) 功能， 自动实现 PPPOE 拨号上网 ； 二是实现远程登录服务器， 并且与灯具控制器 34 实现智能家居控制和状 态数据通信。
如图 4a 所示， 主控制器 35 主要结构包括嵌入式微处理器 351 和链路层网络芯片 352， 其中 ：
链路层网络芯片 351 用于实现网络通信 ；
嵌入式微处理器 352， 用于接收通过链路层网络芯片登录远程控制网页后提交的 远程灯具控制指令， 将远程灯具控制指令发送给灯具控制器 34， 以及接收灯具控制器 34 转 发的灯具状态更新信息， 并根据所述灯具状态更新信息更新灯具的状态信息。
嵌入式微处理器 352 可以采用 ARM9 嵌入式微处理器， 链路层网络芯片可以包括两 片 100M 以太网芯片实现家庭网关的功能， 同时以板级串行数据总线 SPI 总线作为主控制器 35 和灯具控制器 34 的逻辑通路。
主控制器 35 软件可以以嵌入式 linux2.6 版本作为灯具控制系统平台架构， 开启 网络通信所需的 DHCP 服务、 路由服务以及 PPPOE 拨号服务， 并添加了 Lighttpd WEB 服务器， 底层集成 SPI 驱动。整个主控制器 35 软件平台结构框图如图 4b 所示。
考虑到网页部分要调用底层 SPI 总线驱动提供的接口来发送和接收控制信息到 灯具控制器 34， 因而采用 C 语言 +CGI 的模式开发 ； 同时由于网页不具有实时监控能力， 与之配套的另外设计了一个后台监控程序， 两者之间通过 FIFO( 命名管道 ) 和文件进行信 息交流， 当网页有控制信息需要发送时， 先把控制信息写入 FIFO， 后台监控程序一旦发现 FIFO 中有内容， 立即调用 SPI 驱动接口转发信息到灯具控制器 34 ； 当后台监控程序发现控 制信息从 SPI 驱动传送过来， 立刻接受并写入文件中， 当网页刷新后能从文件中读取控制 信息， 以正确显示各设备的注册信息以及各设备状态信息。
因此， 嵌入式微处理器 352 的一种具体结构如图 4c 所示， 包括 ： 网页控制单元 3521、 第一先入先出 FIFO 存储单元 3522、 第二 FIFO 存储单元 3523 和后台监控单元 3524， 其中 ：
网页控制单元 3521， 连接链路层网络芯片 351， 用于接收通过远程控制网页提交 的远程操作指令并存储到第一 FIFO 存储单元 3522 中， 以及从第二 FIFO 存储单元 3523 中 读取灯具状态更新信息并刷新到远程控制网页上 ；
后台监控单元 3524， 通过串行总线接口连接灯具控制器 34， 依次读取第一 FIFO 存 储单元 3522 中的远程操作指令并发送给灯具控制器 34， 以及接收灯具控制器 34 返回和灯 具状态更新信息并存储到第二 FIFO 存储单元 3523 中 ；
进一步的， 后台监控单元还可以通过灯具控制器 34 接收设备注册信息并存储到 第二 FIFO 存储单元中， 网页控制单元还从第二 FIFO 存储单元中读取设备注册信息并刷新 到远程控制网页上， 以便用户及时了解灯具控制系统中各设备的注册情况和当前状态。
远程控制网页根据需要灵活设计， 可以根据房型结构为每一个房间设计不同的图 标显示， 点击对应的房间图标可以进入对应房间的灯具设备分布信息查看页面。灯具不同 的状态也可以有不同的图标显示， 同时在网页中为区分当前开灯为自动开还是手动开， 鼠 标移动到图标上将会有具体提示如 “自动开” 或者 “手动开” ， 调光和关灯状态亦区分自动和 手动并分别提示。点击对应的灯图标将进入此灯具设备的设置页面。当前灯具设备状态可 以在自动开、 自动关、 自动调光、 手工开、 手工关、 手工调光之间进行切换。具体页面设计技 术为本领域技术人员所熟知， 这里不再赘述。
第二部分 . 灯具控制器 34 ：
灯具控制器 34 的主要功能是负责灯具的管理， 实现灯具的智能控制， 同时向电力 线网络转发网络远程控制指令， 或者向主控制器 35 反馈灯具状态信息、 设备分布信息， 以 及根据环境状态传感数据和设定的自控控制模式对灯具进行自动控制。
如图 5a 所示， 灯具控制器 34 包括电力线耦合模块 341、 电力线信号处理模块 342 和嵌入式微处理器 343， 其中 ：
电力线信号耦合模块 341， 通过电力线连接电力线网络， 用于从电力线网络接收调 制有灯具状态更新信息的电力线载波信号并转发， 以及将接收的电力线载波信号耦合给电 力线网络进行传输 ；
电力线信号处理模块 342， 用于从电力线信号耦合模块 341 转发的电力线载波信 号中解调出灯具状态更新信息并转发， 以及将接收的灯具远程控制信号调制为电力线载波 信号后转发给电力线信号耦合模块 341 ；
嵌入式微处理器 343， 通过串行接口连接电力线信号处理模块 342， 用于从灯具控 制系统的主控制器 35 接收灯具远程控制信号并转发给电力线信号处理模块 342， 以及将电 力线信号处理模块 342 转发的灯具状态更新信息发送给主控制器 35。进一步， 为实现灯具控制器 34 对各灯具的自动控制， 电力线信号耦合模块 341， 还 用于接收调制有环境状态传感数据的电力线载波信号并转发给电力线信号处理模块 342 ；
电力线信号处理模块 342， 用于从电力线信号耦合模块 341 转发的电力线载波信 号中解调出环境状态传感数据并转发给嵌入式微处理器 343 ；
嵌入式微处理器 343， 还用于根据环境状态传感数据和自动控制模式生成自动控 制指令， 电力线信号处理模块 342 还将自动控制指令调制到电力线载波信号中并通过电力 线耦合模块 341 耦合到电力线网络上发送。
当然， 为了使用户通过主控制器 35 了解环境状态， 嵌入式微处理器 343 还可以将 环境状态传感数据同步转发给主控制器 35 以显示给用户或供用户查询。
为实现主控制器 35 上设备分布信息的同步， 电力线信号耦合模块 341 还用于接收 调制有设备分布信息的电力线载波信号并转发给电力线信号处理模块 342 ；
电力线信号处理模块 342， 用于从电力线信号耦合模块 341 转发的电力线载波信 号中解调出设备分布信息并转发给嵌入式微处理器 343 ；
嵌入式微处理器 343， 还用于将设备分布信息转发给主控制器 35。
如图 5b 所示， 嵌入式微处理器 343 的一种具体结构包括 ：
第一接收单元 3431、 第一先入先出 FIFO 缓存器 3432 和第一处理单元 3433， 第一 接收单元 3431 通过串行接口连接主控制器 35， 第一处理单元通过串行接口连接电力线信 号处理模块 342， 第一接收单元 3431 用于从主控制器 35 接收远程控制指令并根据接收顺序 存储到第一 FIFO 缓存器 3432 中， 第一处理单元根据远程控制指令的存储顺序依次从第一 FIFO 缓存器 3432 中读取远程控制指令并通过串行接口发送给电力线信号处理模块 342 ；
第二接收单元 3434、 第二 FIFO 缓存器 3435 和第二处理单元 3436， 第二接收单 元 3434 通过串行接口连接电力线信号处理模块 342， 处理单元通过串行接口连接主控制器 35， 第二接收单元 3434 用于从电力线信号处理模块 342 接收数据并根据接收顺序存储到第 二 FIFO 缓存器 3435 中， 第二处理单元 3436 根据数据的存储顺序依次从第二 FIFO 缓存器 3435 中读取数据， 当读取的数据为灯具状态更新信息和设备分布信息时， 将读取的数据通 过串行接口转发给主控制器 35， 当读取的数据为环境状态传感数据时， 根据环境状态传感 数据和自动控制模式生成自动控制指令， 并通过串行接口将自动控制指令发送给电力线信 号处理模块 342。
较佳的， 如图 5c 所示， 第二处理单元 3436 具体包括 ： 数据读取子单元、 数据确认子 单元、 数据转发子单元、 自动控制子单元和命令发送子单元， 其中 ：
数据读取子单元， 连接第二 FIFO 缓存器 3435， 用于根据数据的存储顺序依次从第 二 FIFO 缓存器 3435 中读取数据并发送给数据确认子单元 ；
数据确认子单元， 用于确认数据读取子单元读取的数据为灯具状态更新信息和设 备分布信息时， 通过数据转发子单元转发给主控制器 35， 确认数据为环境状态传感数据时， 转发给自动控制子单元 ；
自动控制子单元根据环境状态传感数据和自动控制模式生成自动控制指令并发 送给命令发送子单元 ；
命令发送子单元通过串行接口将自动控制指令发送给电力线信号处理模块 342。
其中， 数据确认子单元， 还用于将确认的环境状态传感数据通过数据转发子单元转发给主控制器 35。
嵌入式微处理器 343 同样可以采用 ARM9 嵌入式微处理器作为控制核心， ARM9 嵌 入式微处理器和电力线信号处理模块之间通过板载串行数据总线连接。
第三部分 . 传感中继器 32
传感中继器 32 主要功能是负责无线和电力线网络之前的数据转发， 同时负责各 种传感器 ( 温度传感器、 湿度传感器、 亮度传感器等 ) 数据采集。所以传感中继器 32 集成 了近距离无线通信模块和电力线载波信号处理模块， 同时外围集成了各种类别的传感器。
如图 6 所示， 灯具控制系统中的传感中继器 32 主要包括 ：
近距离无线通信模块 321， 用于从遥控器 31 接收灯具遥控指令并转发， 以及接收 灯具状态更新信息并发送给遥控器 31 ；
嵌入式微处理器 322， 通过串行接口连接近距离无线通信模块 321， 接收近距离无 线通信模块 321 转发的灯具遥控指令并输出， 以及接收并保存灯具状态更新信息， 并将灯 具状态更新信息转发给近距离无线通信模块 321 ；
电力线信号处理模块 323， 通过串行接口连接嵌入式微处理器 322， 将嵌入式微处 理器 322 输出的灯具遥控指令调制为电力线载波信号后继续转发， 以及从接收的电力线载 波信号中解调出灯具状态更新信息并转发给嵌入式微处理器 322 ；
电力线信号耦合模块 324， 连接在电力线网络和电力线信号处理模块 323 之间， 用 于将电力线信号处理模块 323 转发的电力线载波信号通过电力线网络进行传输， 以及从电 力线网络接收调制有灯具状态更新信息的电力线载波并转发给电力线信号处理模块 323。
为实现环境状态传感数据的收集与转发， 传感中继器 32 还进一步包括 ：
至少一个传感器， 每一个传感器的输出端分别连接嵌入式微处理器 322 的数据输 入端， 用于采集环境状态传感数据并传输给嵌入式微处理器 322 ；
嵌入式微处理器 322， 还用于保存环境状态传感数据并转发给电力线信号处理模 块 323 ；
电力线信号处理模块 323， 还用于将环境状态传感数据调制到电力线载波信号上， 并将调制了环境状态传感数据的电力线载波信号继续转发给电力线信号耦合模块 324 ；
电力线信号耦合模块 324， 还用于将调制了环境状态传感数据的电力线载波信号 耦合到电力线网络上发送。
进一步为实现注册功能以及设备分布信息的收集同步 ：
嵌入式微处理器 322， 还用于在上电后生成传感中继器 32 注册请求并通过近距离 无线通信模块 321 发送给遥控器 31 ；
近距离无线通信模块 321， 还用于接收遥控器 31 返回的传感中继器 32 注册响应并 转发给嵌入式微处理器 322 ；
嵌入式微处理器 322， 还用于从传感中继器 32 注册响应中获得遥控器 31 为传感中 继器 32 分配的房间码和设备码， 并记录在设备分布信息中。
为了实现其他灯具控制终端 33 的注册和灯具控制终端 33 设备分布信息的收集和 同步 ：
电力线信号耦合模块 324， 还用于从电力线网络中接收调制有灯具控制终端 33 注 册请求的电力线载波信号并发送给电力线信号处理模块 323， 电力线信号处理模块 323 从中解调出灯具控制终端 33 注册请求并转发给嵌入式微处理器 322， 嵌入式微处理器 322 通 过近距离无线通信模块 321 将灯具控制终端 33 的注册请求发送给遥控器 31 ； 以及
近距离无线通信模块 321， 还用于接收遥控器 31 返回的灯具控制终端 33 注册响应 并通过嵌入式微处理器 322 转发给电力线载波信号， 电力线载波信号将灯具控制终端 33 注 册响应调制到电力线载波信号上， 并通过电力线信号耦合模块 324 耦合到电力线网络上传 输给灯具控制终端 33 ；
电力线信号耦合模块 324， 还用于从电力线网络中接收调制有灯具控制终端 33 设备分布信息的电力线载波信号并发送给电力线信号处理模块 323， 电力线信号处理模块 323 从中解调出灯具控制终端 33 设备分布信息并转发给嵌入式微处理器 322， 嵌入式微处 理器 322 将灯具控制终端 33 设备分布信息记录到本地的设备分布信息中。
较佳的， 的嵌入式微处理器 322 为 AVR 系列单片机。串行接口为 RS232 串行接口。 传感器至少包括 ： 湿度传感器、 温度传感器、 光传感器或红外感应传感器。
为保证设备状态更新信息的传输， 传感中继器 32 可以将所有来自电力线网络的 设备状态信息包保存到一个状态信息包链表中， 如果相应设备或遥控器 31 发回响应确认 包， 则在响应包链表中添加该设备的响应包， 表示本次状态信息传输已经生效。 假设相应设 备或遥控器 31 没有发回响应确认包， 传感中继器 32 保持循环检索响应包链表， 当检索到该 终端设备的响应确认包没有收到， 则在匹配状态信息包链表数据之后， 对设备更新状态信 息进行重传。该流程保证在外界产生比较强的干扰情况下， 仍能维护整个设备状态信息的 一致性。当然其重传次数有一定的上限， 这个可以根据具体的环境复杂度进行更改。 相应注册请求和响应的处理原理相同， 当未收到注册请求信息响应包时， 间隔设 定时间， 例如 1 分钟再次发送注册请求信息包。当到达请求次数上限后， 则停止发送该信息 包。
由于传感中继器 32 中存储了完整的设备分布信息和灯具状态信息， 当遥控器 31 重启复位时， 可以通过设备状态和注册状态请求包从传感中继器 32 中获得设备分布信息 和灯具状态信息， 提高了系统的人机交互性。
第四部分 . 控制终端
控制终端的主要功能是智能家居控制网络的控制命令相应的控制终端， 对灯具进 行开关、 调节、 应用模式配置等动作的最终执行机构， 并提取灯具的工作状态信息反馈到电 力线网络。现行设计的灯具控制终端 33 一般实现四路灯光的开关、 调光及灯光状态信息反 馈等功能。
如图 9 所示， 一种灯具控制系统中的灯具控制终端 33， 包括 ： 电力线信号耦合模 块、 电力线信号处理模块、 嵌入式微处理器和至少一个开关模块， 其中 ：
电力线信号耦合模块连接电力线网络， 电力线信号处理模块和电力线信号耦合模 块相连， 并通过串行接口连接嵌入式微处理器的信号输入端， 嵌入式微处理器的信号输出 端连接每一个开关模块的控制端， 每一个开关模块用于控制一个或一组灯具的供电电路 ；
电力线信号耦合用于从电力线网络接收调制有灯具控制命令的电力线载波信号 并转发给电力线信号处理模块 ；
电力线信号处理模块用于从电力线信号耦合电路转发的电力线载波信号中解调 出灯具控制命令并通过串行接口发送给嵌入式微处理器的信号输入端 ；
嵌入式微处理器根据信号输入端接收的灯具控制命令生成开关模块的控制信号， 并通过信号输出端输出给开关模块， 用于控制开关模块打开或闭合所控制的供电电路。
进一步为实现手动控制， 对应每一个开关模块所控制的供电电路设置的手动开 关， 其中 ： 每一个手动开关的一端连接接地端， 另一端分别连接嵌入式微处理器的一个数据 输入端 ；
嵌入式微处理器， 还用于检测每一个连接有手动开关的数据输入端的电平值， 当 电平值为高电平时， 控制相应的开关模块断开， 反之控制相应的开关模块闭合。
进一步为实现调光控制， 开关模块可以选择固体继电器， 灯具控制终端 33 还包 括： 过零检测器， 通过电力线连接电力线网络， 用于检测交流电的每一个周期的零点， 并在 检测到零点时向嵌入式微处理器的过零检测信号输入端输入过零触发信号， 嵌入式微处理 器在控制命令为灯具调光指令时， 根据过零触发信号控制固体继电器在每一个交流电周期 中的导通角度。
为实现灯具状态信息的反馈， 嵌入式微处理器还用于记录灯具状态信息， 并在灯 具状态发生变化时， 通过串行接口向电力线处理模块发送灯具状态更新信息 ；
电力线处理模块将灯具状态更新信息调制为电力线载波信号后， 通过电力线信号 耦合模块耦合到电力线网络传输。 智能终端的主要功能是智能家居控制网络的控制命令相应的控制终端， 对各个类 别的家电设备进行开关、 调节、 应用模式配置等动作的最终执行机构， 并提取家电设备的工 作状态信息反馈到电力线网络。现行设计的灯光智能终端实现四路灯光的开关、 调光及灯 光状态信息反馈等功能。
由于设计合理， 智能终端优势也体现在使用和安装， 在安装智能终端的时候只要 把现有电灯开关面板卸下， 然后把智能终端装入现有开关 86 盒当中， 不需要改换电灯开关 面板， 新装入的智能终端很好的保留了原始开关， 而使用方式和工作特性没变， 用户不会觉 得安装了智能终端跟原来有何不同， 而且由于开关按键不再接触电力线火线， 所以比原来 更加的安全可靠。
下面以四个固态继电器分别控制四个灯为例， 详细说明控制原理， 利用外部中断 和定时器 0 两个中断服务函数实现。主函数部分负责开关动作的检测和缓存中数据的发 送。串行接口中断负责系统应用协议命令信息的接收。
1). 初始化部分
初始时 4 个灯的物理手动开关都是打开状态 ；
设置 4 个灯的状态为物理手动开关状态并保存 ；
读取 4 个开关的分别连接的四个数据输入端口的初始电平状态并保存 ；
设置 4 个灯所连接的四个数据输入端口的电平状态， 使每一个固态继电器处于关 闭状态， 即灯处于关闭状态 ；
2). 主函数部分
轮询 4 个开关所连接的四个数据输入端口的电平状态， 如果相应的数据输入端口 的电平与上次读取的电平有变化则说明对应的物理手动开关发生了动作， 即对应的灯的状
态要发生改变 ( 如果是关状态， 则把灯打开 ； 如果灯是开状态， 则把灯关闭 ； 如果灯是处在 调光状态， 则把灯关闭 )。 把改变后的状态和开关所连接的数据输入端口的电平状态都保存下来， 并把灯具状态信息存入缓存中。4 个物理手动开关都检测完毕之后， 接着检测缓存中 是否有状态信息， 有则通过串行接口发送出去。
3). 外部中断函数
灯光的调节通过控制每个工频周期固态继电器的导通角来实现。开状态 ： 在当 前固态继电器导通角的基础上增加一点 ( 每次进外部中断函数， 固态继电器导通角增加一 点， 直到固态继电器总导通时延为 0) ； 关状态 ： 在当前固态继电器导通角的基础上减少一 点 ( 每次进外部中断函数， 固态继电器导通角减少一点， 直到固态继电器导通时延为 0) ； 调 光状态 ： 如果命令所要求的亮度比当前的亮度高， 则在当前固态继电器导通角的基础上增 加一点 ( 每次进外部中断函数， 固态继电器导通角增加一点， 直到固态继电器导通时延为 命令所要求的导通时延 ) ； 如果命令所要求的亮度比当前的亮度低， 则在当前固态继电器 导通角的基础上减少一点 ( 每次进外部中断函数， 固态继电器导通角减少一点， 直到固态 继电器导通时延为命令所要求的导通时延 ) ；
执行完上面的步骤后， 启动定时器 0。
4). 定时器 0 中断
累计时间， 当对应灯的固态继电器导通时延到时， 马上导通固态继电器。当 4 个灯 的固态继电器全部导通后， 停止定时器 0。
第五部分 . 遥控器的界面设计
遥控器 31 的第一嵌入式微处理可以选用 STC 单片机， 第二嵌入式微处理可以选用 AVR 单片机， 遥控器 31 软件以嵌入式 linux2.6 版本作为系统平台架构， 底层集成液晶屏驱 动、 触摸屏驱动、 电池管理和充电管理驱动、 红外接收学习和发送驱动、 与 AVR 单片机的操 作接口驱动等， 而 AVR 单片机负责无线通信协议管理。界面设计采用 QT3.4 版本。
下面从系统应用角度阐述遥控器 31 软件界面设计 ：
遥控器 31 主要功能 ：
a) 房间管理 ： 房间的添加、 删除， 房间位置、 类型的选择和修改。
b) 设备管理 ： 按用户需要注册添加、 删除用户家里的设备， 改变设备在房间内位 置。
c) 设备控制 ： 根据需要给用户提供设备控制功能。
●常规控制 ： 对设备进行开灯、 关灯、 调光， 模式切换等控制。
●快捷控制 ： 一键开启、 一键关闭、 常用设备控制
d) 设备状态查看 ： 查看设备当前的状态
e) 房间状态查看 ： 查看某个房间的温度、 湿度、 亮度等环境信息
f) 红外编码学习 ： 学习 ( 具有红外接收器的 ) 设备控制所需的红外编码， 并提供 控制功能。
房间管理 ： 通过房间管理界面， 根据实际情况设计房子的户型， 确定各个房间的类 型位置。
●房间添加功能 ：
i) 启动后从主界面进入房间管理界面
ii) 房间管理界面中选择要添加的房间类型
iii) 拖动选中的房间类型图标到房间分布区域中合适位置●房间删除功能 ：
i) 进入房间管理界面， 选择要删除的房间图标
ii) 拖动房间图标到垃圾箱中
iii) 若房间内有设备提示要先删除设备， 否则房间删除。
●移动房间位置功能 ：
i) 进入房间管理界面， 选择要删移动的房间图标
ii) 拖动房间图标到合适的位置
设备管理 ： 通过设备管理界面实现设备的添加 ( 注册 )、 删除、 移动等功能
设备添加 ( 注册 )
i) 收到设备的添加 ( 注册 ) 请求包后， 遥控器 31 界面提示有新设备要注册 ( 在 主界面的左上角请求设备类型的图标闪烁， 在设备管理界面的左下角显示请求设备类型图 标 )。
ii) 进入设备所在房间设备管理界面， 拖动左下角的设备图标到设备分布区域的 合适位置 ( 可以与该物理设备在房间中的位置对应 )， 此时该图标上会显示问号表示还没 有添加 ( 注册 ) 完成。
iii) 选中该设备图标， 点击 reg( 注册 ) 按钮， 遥控器 31 通过无线发送设备添加响 应包。
iv) 遥控器 31 收到该设备的添加成功包， 设备添加 ( 注册 ) 完成， 将设备图标变成 正常设备图标 ( 即去掉问号 )。
注： 房间中必须先添加传感中继器， 才能正常添加其他设备。
设备删除 ：
i) 在设备管理界面中选中要删除的设备， 点击删除按钮。
ii) 遥控器 31 提示是否要删除设备， 按确定或取消。
iii) 按确定后， 遥控器 31 通过无线发送设备删除请求。
iv) 收到设备删除响应包， 删除设备成功， 将设备从系统中删除。
注：
若是未注册设备， 重复发送 3 次设备删除请求后， 直接删除设备 ；
若是传感中继器， 收到设备删除响应包后， 删除该房间中的所有设备。
改变设备在房间中的位置 ：
i) 在设备管理界面中选中要移动的设备图标。
ii) 拖动选中图标到该房间的其他位置。
设备操作控制
选择要控制的设备
方法一 ：
i) 通过主界面的控制按钮进入房间分布界面 ；
ii) 在房间分布界面中选择设备所在房间， 点击进入设备分布界面 ；
iii) 在设备分布界面中可以查看该房间设备的分布情况以及当前的状态， 选择需 要控制的设备， 点击进入控制界面。
iv) 在控制界面中， 可以通过点击左边的上下箭头选择该房间的其他设备。方法二 ：
将某设备设置为常用设备， 然后通过常用设备界面进入该设备的控制界面
i) 在控制界面中通过滑动上下箭头选择相应的设备 ；
ii) 切换自动或手动按钮切换工作模式 ；
iii) 开关按钮、 调光滑块控制灯设备的开关、 调光 ；
设备的一键开启设置及设备的一键开启
i) 在设置 (set) 浏览一键开启设置界面第一列被设有一键开启属性的设备 ；
ii) 通过第二列和第三列预先设置灯的开光和亮度 ；
iii) 在 (display) 查看预设内容 ；
iv) 主界面中一键开启按钮被选择后会激活预设的所有灯的状态。
一键关闭键 ： 关闭按钮则不用做预先设置， 负责关闭所有灯
常用设备界面 ： 通过常用设备界面可以快速定位到常用的设备并直接进入控制界 面对其进行控制。
遥控器 31 信息包收发的程序设计
下面的流程是遥控器 31Qt 程序处理信息包的全过程。每个界面都能够灵活独立 的处理某一类信息包。 由于有些程序的方法比较相似， 所以为了不累赘就简化了一些描述。 现以设备添加 ( 注册 ) 为例阐述 ：
i) 设备添加请求信息包发给遥控器 31， 在主界面中解码判断信息类型并进入相 应注册程序 ；
ii) 在主界面判断是否满足注册的条件， 如果不满足则不处理， 否则主界面开始闪 烁相应设备图标， 并把信息发送到房间管理界面 ；
iii) 房间管理界面把设备信息发送到设备管理界面 ；
iv) 在设备管理界面的左下方显示要等待注册的设备图标， 拖动图标时判断是否 这个房间的设备和一些必要条件， 如果不满足则需要退出当前房间到正确的房间再添加设 备否则就会被拖到房间里去， 拖到房间里后图标上有问号 ( 表示设备未注册 ) ；
v) 选择未注册即有问号的设备单击注册按钮， 遥控器 31 发送设备添加 ( 注册 ) 响 应信息 ；
vi) 外界向遥控器 31 发回添加 ( 注册 ) 成功信息包， 在主界面解码判断信息类型 并进入注册程序 ；
vii) 在主界面判断是否满足注册的条件， 如果不满足则不处理否则继续判断注册 界面是否打开， 如果没打开则在主界面完成注册否则把信息传入房间管理界面 ；
viii) 在房间管理界面注册好设备记录并继续判断注册界面是否打开， 如果没打 开或者同时进错了房间就不给予处理否则把这次信息传给设备管理界面 ；
ix) 设备管理界面判断进入的房间就是当前处理的设备房间， 如果是则会看到该 设备上的问号消失， 即注册成功 ；
显然， 本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发 明的精神和范围。这样， 倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术 的范围之内， 则本发明也意图包含这些改动和变型在内。