一种智能家居控制系统及访问方法.pdf

本发明公开了一种智能家居控制系统及访问方法，通过WIFI无线收发模块与移动终端进行远程通信，通过无线本地模块与各家用电子设备进行本地通信，将用户的家用电子设备的管理和控制集中起来，这样，可以使用一个移动终端App软件即可实现所有家用电子设备的管理和控制，避免家用电子设备管理和控制的混乱。同时，还可以通过智能家居控制系统实现对所有家用电子设备的本地控制，减少遥控器的使用。在使用前都需将移动终端在智能家居控制系统上进行现场(本地)注册，只有现场注册过的移动终端才能远程控制，通过声波通信方式确保了移动终端注册只能在本地现场进行，避免家用电子设备被远程恶意操控，提高了家用电子设备远程访问控制的安全性。

1.  一种智能家居控制系统，其特征在于，包括：
声波输入模块，用于声波通信的接收；
声波输出模块，用于声波通信的发送；
WIFI无线收发模块，用于接收移动终端远程发送来的WIFI无线信号，然后按照WIFI协议标准进行解析，得到家用电子设备的控制命令，并发送给中央处理器，以及将中央处理器模块接收的家用电子设备的状态数据按照WIFI协议标准发送给移动终端；
本地无线模块，用于中央处理器模块与各家用电子设备之间的本地通信；
中央处理器模块，用于接收控制命令并通过本地无线模块转发给相应的家用电子设备，实现对其的控制，以及通过本地无线模块接收来自家用电子设备的状态数据；
通过声波输入、声波输出模块，采用声波通信方式将手机、平板电脑等移动终端与中央处理器模块进行通信，完成现场注册，只有在现场注册过的移动终端才能通过智能家居控制系统控制和访问相应的家用电子设备。

2.  根据权利要求1所示的智能家居控制系统，其特征在于，所述现场注册为：用移动终端上的麦克风和扬声器，通过声波通信方式将其设备唯一性的识别码发送给智能家居控制系统，智能家居控制系统记录移动终端的识别码，完成现场注册，后续访问时，用识别码对移动终端合法性进行验证，移动终端的识别码可以是IMEI序号、MAC地址或其他能表征其设备唯一性的信息。

3.  根据权利要求1所示的智能家居控制系统，其特征在于，所述的本地无线模块为蓝牙、ZigBee或者红外模组。

4.  根据权利要求1所示的智能家居控制系统，其特征在于，还包括：
显示模块，用于人机交互显示、显示设备运行状态、通信过程或状态。
触控模块，用于人机交互查询和控制，可以是按键、电阻触摸屏或电容触摸屏。

5.  根据权利要求1所示的智能家居控制系统，其特征在于，声波输入模块还用于接收用户的语音，并转换为数字音频信号，中央处理器模块4还将接收的用户语音的数字音频信号转换相应的语音控制命令，对家用电子设备进行控 制。

6.  一种智能家居控制系统访问方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、移动终端采用声波通信方式在智能家居控制系统上现场注册：
利用移动终端上的麦克风和扬声器，通过声波通信方式将其设备唯一性的识别码发送给智能家居控制系统，智能家居控制系统记录移动终端的识别码，用于后续的移动终端合法性验证；
(2)、用户通过注册的移动终端经WIFI无线远程访问智能家居控制系统，以及再通过智能家居控制系统，以本地无线通信方式访问和控制家用电子设备。

7.  根据权利要求6所示的访问方法，其特征在于，现场注册后，还进行以下步骤：采用声波通信方式，用移动终端设置智能家居控制系统的功能。

8.  根据权利要求6所示的访问方法，其特征在于，所述步骤(1)为：步骤S11：移动终端将其移动终端识别码按照“包头+删除/注册命令+移动终端识别码+校验位+包尾”格式通过声波通信发送给智能家居控制系统，智能家居控制系统收到声波信号后进行声波分析处理和命令解析，解析成功后注册/删除移动终端识别码；步骤S12：智能家居控制系统将注册/删除是否成功和其他信息打包后通过声波通信返回给移动终端，移动终端接收声波对声波进行分析处理和解析，获取本次注册/删除操作是否成功，若操作不成功可重复注册/删除。

9.  根据权利要求6所示的访问方法，其特征在于，所述步骤(2)为：步骤S31：移动终端将访问控制命令按照“包头+访问控制命令+移动终端识别码+校验位+包尾”格式通过WIFI无线发送给智能家居控制系统，智能家居控制系统收到后进行命令解析和移动终端身份验证，只有注册过的移动终端才能访问智能家居控制系统；步骤S32：智能家居控制系统将访问控制是否成功和其他信息打包后经WIFI无线返回给移动终端，通知移动终端访问无效或未注册。

一种智能家居控制系统及访问方法
技术领域
本发明属于控制技术领域，更为具体地讲，涉及一种智能家居控制系统及访问方法，该系统及方法用于控制家用电子设备。
背景技术
近年来，各种智能家居产品(家用电子设备)相继面世，比如智能开关、智能插座、智能空调等等，其中绝大多数都是以单品形态出现在市场上，为方便用户远程监视和控制，基本都具备手机App远程查询和控制功能，然而，在使用时，这些家用电子设备存在一些问题：
一是这些家用电子设备均是按单品方式来设计，一个产品配套一个移动终端App，通过移动终端App直接控制产品，由于移动终端App太多，用户很难对家用电子设备进行统一管理；
二是由于一些传统家用电子设备是以遥控器方式进行控制，如电视、空调等，每个设备一个遥控器，没有将这些设备的控制统一到一个产品中，用户使用时并不方便；
三是大多都采用在App中设置用户账号和密码方式来访问控制家用电子设备，每次使用时都需要输入用户账号和密码，且存在只要安装了与产品配套的App软件都可能能够访问控制家中的电子设备，使用起来不方便，也不安全。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种智能家居控制系统及访问方法，以实现家用电子设备的统一管理和控制，并提高家用电子设备远程访问的安全性。
为实现上述目的，本发明智能家居控制系统，其特征在于，包括：
声波输入模块，用于声波通信的接收；
声波输出模块，用于声波通信的发送；
WIFI无线收发模块，用于接收移动终端远程发送来的WIFI无线信号，然 后按照WIFI协议标准进行解析，得到家用电子设备的控制命令，并发送给中央处理器模块，以及将中央处理器模块接收的家用电子设备的状态数据按照WIFI协议标准发送给移动终端；
本地无线模块，用于中央处理器模块与各家用电子设备之间的本地通信；
中央处理器模块，用于接收控制命令并通过本地无线模块转发给相应的家用电子设备，实现对其的控制，以及通过本地无线模块接收来自家用电子设备的状态数据；
通过声波输入、声波输出模块，采用声波通信方式将手机、平板电脑等移动终端与中央处理器模块进行通信，完成现场注册，只有在现场注册过的移动终端才能通过智能家居控制系统控制和访问相应的家用电子设备。
本发明还提供一种智能家居控制系统访问方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、移动终端采用声波通信方式在智能家居控制系统上现场注册：
利用移动终端上的麦克风和扬声器，通过声波通信方式将其设备唯一性的识别码发送给智能家居控制系统，智能家居控制系统记录移动终端的识别码，用于后续的移动终端合法性验证；
(2)、用户通过注册的移动终端经WIFI无线远程访问智能家居控制系统，以及再通过智能家居控制系统，以本地无线通信方式访问和控制家用电子设备。
本发明的目的是这样实现的：
本发明智能家居控制系统及访问方法，通过WIFI无线收发模块与移动终端进行远程通信，通过无线本地模块与各家用电子设备进行本地通信，这样将用户的家用电子设备的管理和控制集中起来，这样，可以使用一个移动终端App软件即可实现所有家用电子设备的管理和控制，避免家用电子设备管理和控制的混乱。同时，还可以通过智能家居控制系统实现对所有家用电子设备的本地控制，减少遥控器的使用。在使用前都需将移动终端在智能家居控制系统上进行现场(本地)注册，只有现场注册过的移动终端才能远程控制，通过声波通信方式确保了移动终端注册只能在本地现场进行，避免家用电子设备被远程恶意操控，提高了家用电子设备远程访问控制的安全性。
附图说明
图1是本发明智能家居控制系统一种具体实施方式的电路原理框图；
图2是应用本发明智能家居控制系统的控制中枢硬件原理图；
图3是本发明智能家居控制系统访问方法的一种具体实施方式流程图；
图4是移动终端在智能家居控制系统注册/删除一种具体实施方式流程图；
图5是移动终端设置智能家居控制系统功能一种具体实施方式流程图；
图6是采用移动终端通过WIFI无线访问智能家居控制系统一种具体实施流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例
在本实施例中，如图1所示，本发明智能家居控制系统包括声波输入模块1、声波输出模块2、WIFI无线收发模块3、中央处理器模块4、本地无线模块5、显示模块6、传感模块7和触控模块8。
在本实施例中，声波输入模块1用于声波通信和语音信号接收，将来自移动终端或用户的语音转换为数字音频信号，由麦克风和Audio ADC(音频模数转换器)组成，其中麦克风将声波转换为模拟信号，声频响应为80Hz～20KHz频率范围，Audio ADC将模拟信号转换为数字信号，支持16bit和24bit数据精度、高达48KHz采样率、增益可调节、I2S协议接口和麦克风输入功能，信噪比在90dB以上。
声波输出模块2，用于声波通信的发送、播放音乐或音效，将数字音频信号转换为声波发送出去，可以由Audio DAC(音频数模转换器)和扬声器组成，Audio DAC将数字音频信号转换为模拟信号，Audio DAC的信噪比SNR需在90dB以上，支持16bit和24bit数据精度和高达48KHz的采样率，支持输入输出增益可调节、麦克风偏置输入、数字麦克风输入、Class-D扬声器驱动输出和耳机驱动输出，扬声器将模拟信号转换为声波发送出去，声频响应为80Hz～20KHz频率范围。
WIFI无线收发模块3，与移动终端等设备通信，包含WIFI接收和WIFI发 送，可以使用WIFI无线模组或WIFI芯片实现；用于接收移动终端远程发送来的WIFI无线信号，然后按照WIFI协议标准进行解析，得到家用电子设备的控制命令，并发送给中央处理器模块4，以及将中央处理器模块4接收的家用电子设备的状态数据按照WIFI协议标准发送给移动终端。
中央处理器模块4用于接收控制命令并通过本地无线模块5转发给相应的家用电子设备，实现对其的控制，以及通过本地无线模块5接收来自家用电子设备的状态数据。在本实施例中，其主要的处理包括声波输入(接收来自声波输入模块1的数字音频信号)、声波输出(输出数字音频信号给声波输出模块2)、WIFI接收和发送(通过WIFI无线收发模块3与移动终端进行通信)、本地无线接收与发送(中央处理器模块与各家用电子设备之间的本地通信)、触控控制、显示和传感数据获取的任务调度和进程管理，以及运行操作系统和多进程程序；可以由主芯片和存储模块组成。存储模块包含Flash和DDR存储，Flash存储可以是EEPROM、NOR FLASH或NAND Flash，DDR可以是满足DDR2或DDR3规格的存储模块。在本实施例中，中央处理器模块4还将接收的用户语音的数字音频信号转换相应的语音控制命令，对家用电子设备进行控制。
进一步地，主芯片可以是MPU SoC芯片，支持运行多进程任务、Linux或Android嵌入式操作系统、存储管理、乘除法、浮点或矢量运算等，还包含基本的UART、SPI、I2C、I2S、RGB显示、PWM脉宽调制和RTC等周边外设模块及接口。
本地无线模块5用于中央处理器模块与各家用电子设备之间的本地通信，实现中央处理器模块对家用电子设备控制以及接收来自家用电子设备的状态数据转发给中央处理器模块，可以是集成了蓝牙、红外、Zigbee等无线协议的模组、芯片、器件或电路。
显示模块6用于人机交互显示，可以是LED指示灯、8位显示屏或24位显示屏，显示设备运行状态、通信过程或状态。
传感模块7用于监测家居环境，可以是集成了温度、湿度、粉尘、气体、运动感应等其中一种或几种传感器的模组、芯片或器件，可通过UART、SPI、I2C或其他串行接口与CPU处理器模块接口。
触控模块8用于人机交互查询和控制，可以是按键、电阻触摸屏或电容触 摸屏。
图2中的智能家居控制中枢包括麦克风、扬声器、AudioCodec(音频编码解码)芯片、WIFI无线收发模组、温湿度传感器、MPU SoC芯片、Flash芯片、DDR芯片、蓝牙/Zigbee/红外模组、LCD显示屏和电容触摸屏。
麦克风和扬声器为电声器件，麦克风用于采集声波信号包括自移动终端以及用户的声波，并将声波信号转换为模拟电信号，扬声器用于播放声音，将模拟电信号转换为声波发送出去，麦克风支持80Hz～20KHz的声波信号输入，扬声器支持80Hz～20KHz的声波信号输出。
AudioCodec芯片，内部包含音频ADC和DAC，用于将麦克风的模拟信号转换为数字音频信号，也将输入给AudioCodec芯片的数字音频信号转换为模拟信号，再由扬声器播放出去，AudioCodec芯片支持16bit和24bit数据精度以及高达48KHz的采样率，ADC和DAC的信噪比SNR在90dB以上。AudioCodec芯片通过I2C、I2S/PCM方式与MPU SoC芯片交互数据。
麦克风、扬声器以及AudioCodec芯片完成图1所示的声波输入模块1以及声波输出模块2的功能，为其硬件具体实现方式。
WIFI无线收发模组为图1所示的WIFI无线收发模块3的硬件实现，MPU SoC芯片为图1所示的中央处理器模块4的硬件实现。WIFI无线收发模组与MPU SoC芯片接口，解析WIFI通讯协议，在手机、平板电脑等移动终端与智能家居控制系统间接收和发送WIFI无线信号，可通过UART、SPI等串行接口与MPU SoC芯片交互数据。
在本实施例中，传感模块7为温湿度传感器，监测家居生活环境的温度湿度状况，将监测数据发送给MPU SoC芯片，可通过UART、SPI或I2C等方式与MPU SoC芯片交互数据。
在本实施例中，本地无线模块5可以采用蓝牙/Zigbee/红外模组，与家用电子设备进行通信，实现MPU SoC芯片将wifi信号转发为蓝牙/Zigbee/红外信号来控制家用电子设备，可通过UART、SPI方式与MPU SoC芯片交互数据。
显示模块6包括LCD显示屏和触控模块8包括电容触摸屏，显示智能控制系统的运行状态、家用电子设备的状态以及环境温湿度信息，电容触摸屏提供人机交互接口，用户可以通过触摸方式控制智能家居控制系统和家用电子设备。
MPU SoC芯片为整个智能家居控制系统的核心，负责程序运行、数据分析处理、任务调度和系统控制，由CPU核、硬件计算单元、外设周边接口组成，CPU内核支持多进程和存储管理机制，例如MPU SoC芯片为包含cortex-A8内核的SoC芯片，支持UART、SPI、I2C、I2S等外设模块和接口。
Flash芯片和DDR芯片，存储MPU SoC芯片的程序和数据，Flash芯片为静态存储，存储操作系统、应用程序和用户数据，DDR芯片为动态存储，存储MPU SoC的运行程序和数据，DDR芯片满足DDR2或DDR3规格。
使用时先将手机(或平板电脑等其他移动终端)采用声波通信方式在智能家居控制系统上注册，然后用户才能通过WIFI远程无线访问智能家居控制系统，访问时智能家居控制系统会检查手机的合法性，若未注册则访问无效，用户注册后可通过手机经WIFI无线远程控制家用电子设备，先将控制命令经WIFI发送给智能家居控制系统，然后智能家居控制系统将WIFI转发为蓝牙/红外/Zigbee信号，以控制家用电子设备。
本发明还提供了一种基于本发明智能家居控制系统的移动终端访问方法，即智能家居控制系统访问方法，如图3，包括以下步骤：
S1、移动终端采用声波通信方式在智能家居控制系统上现场注册：
利用移动终端上的麦克风和扬声器，通过声波通信方式将其设备唯一性的识别码发送给智能家居控制系统，智能家居控制系统记录移动终端的识别码，用于后续的移动终端合法性验证；
S2、采用声波通信方式，用移动终端设置智能家居控制系统的功能；
S3、用户通过注册的移动终端经WIFI无线远程访问智能家居控制系统，以及再通过智能家居控制系统，以本地无线通信方式访问和控制家用电子设备。
具体地来讲，步骤S1利用移动终端上的麦克风和扬声器，通过声波通信方式将其设备唯一性的识别码发送给智能家居控制系统，智能家居控制系统记录移动终端的识别码，完成现场注册，后续访问时，用识别码对移动终端合法性进行验证，移动终端的识别码可以是IMEI序号、MAC地址或其他能表征其设备唯一性的信息。
由于采用声波通信方式进行移动终端注册，注册只在本地现场进行，这样即使安装了与此智能家居控制系统配套的App软件的手机但没有在智能家居控 制系统上注册，也不能访问智能家居控制系统，从而提高了家用电子设备远程访问的安全性。同样，也可使用已经注册过的移动终端采用声波通信方式删除智能家居控制系统中的某个已经注册过的移动终端，删除过程与注册过程类似。也就是说移动终端的注册与删除都只能在现场进行，这样保证了控制的安全性。
在本实施例中，移动终端可通过内置的App软件设置智能家居控制系统的功能，如工作模式、WIFI入网信息等，与步骤S1类似，采用声波通信方式，确保了关键功能设置的安全性。
具体地来讲，步骤S3，移动终端通过WIFI无线远程访问智能家居控制系统，并通过智能家居控制系统控制各家用电子设备，移动终端内置的App在发送控制命令时必须附带上其设备的识别码，然后智能家居控制系统验证该移动终端的合法性，若不附带识别码或识别码未注册，均不能访问智能家居控制系统。
下面对移动终端访问方法进行更为具体的说明：
首先，如图4所示，移动终端通过其内置App软件采用声波通信方式在智能控制系统上注册，分为两个步骤S11和S12。步骤S11：移动终端将其移动终端识别码按照“包头+删除/注册命令+移动终端识别码+校验位+包尾”格式通过声波通信发送给智能家居控制系统，智能家居控制系统收到声波信号后进行声波分析处理和命令解析，解析成功后注册/删除移动终端识别码；步骤S12：智能家居控制系统将注册/删除是否成功和其他信息打包后通过声波通信返回给移动终端，移动终端接收声波对声波进行分析处理和解析，获取本次注册/删除操作是否成功，若操作不成功可重复注册/删除；
然后，如图5所示，用户可利用移动终端采用声波通信对智能家居控制系统进行功能设置，分为两个步骤S21和S22。步骤S21：移动终端将功能设置信息按照“包头+设置命令+设置信息+校验位+包尾”格式通过声波通信发送给智能家居控制系统，智能家居控制系统收到声波信号后进行声波分析处理和命令解析，解析成功后设置自身的功能模式；步骤S22：智能家居控制系统将设置是否成功和其他信息打包后通过声波通信返回给移动终端，移动终端接收声波对声波进行分析处理和解析，获取本次功能设置是否成功，若操作不成功可重复设置，如果用户不更改智能家居控制系统的功能模式，可略去此步骤；
最后，如图5所示，移动终端可通过WIFI无线远程访问智能家居控制系统，分为两个步骤S31和S32。步骤S31：移动终端将访问控制命令按照“包头+访问控制命令+移动终端识别码+校验位+包尾”格式通过WIFI无线发送给智能家居控制系统，智能家居控制系统收到后进行命令解析和移动终端身份验证，只有注册过的移动终端才能访问智能家居控制系统；步骤S32：智能家居控制系统将访问控制是否成功和其他信息打包后经WIFI无线返回给移动终端，通知移动终端访问无效或未注册。
本发明的有益效果是：(1)通过智能家居控制系统可以将用户家庭中的电子设备进行集中统一管理，使用一个移动终端App软件和此控制设备即可管理家用电子设备，减少遥控器的使用，避免设备管理混乱；(2)可以通过移动终端经WIFI无线远程或本地触控方式来访问和控制家庭中的家用电子设备；(3)在硬件设备资源充足的前提下还可通过升级软件添加家用电子设备间组网联动、语音识别、音乐音效播放等功能，不断丰富产品的应用功能，提升产品价值；(4)采用声波通信方式进行移动终端注册管理，保证了只有在本地注册过的移动终端才能访问此智能家居控制系统以及家用电子设备，提高了家用电子设备的远程访问安全性。
本发明的智能家居控制系统具备声波通信功能，可以家庭网关、桥接器和控制盒等形式出现。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。