技术领域
[0001] 本
发明涉及智能家居技术领域，具体涉及一种基于多格式自适应通信的家庭智能开关控制终端。
背景技术
[0002] 国务院总理在政府工作报告中，提出制定“互联网+”，推动移动互联网，
云计算，
大数据，
物联网等与现在制造业结合，为智能家居进一步发展提供了新的机遇。
[0003] 目前，家电行业外部控制
接口还未有统一规范标准，接口及协议多样性导致智能控制终端很难同时与多种类家电设备进行连接，这样无法实现正真意义上的
家庭自动化控制，是当前急需解决的问题。
发明内容
[0004] 本发明的目的是克服现有的家电行业外部控制接口还未有统一规范标准，接口及协议多样性导致智能控制终端很难同时与多种类家电设备进行连接的为你。本发明的基于多格式自适应通信的家庭智能开关控制终端，实现多格式自适应机制，可扩展性、兼容性、
保密性强，易于实现家
电能效监控及管理，为用电深入发掘家庭自动化、积累大数据信息采集、扩展定向信息推送等多项前卫应用打下
基础，具有良好的应用前景。
[0005] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
[0006] 一种基于多格式自适应通信的家庭智能开关控制终端，其特征在于：包括HMI
人机界面单元、集中控制单元和多路可扩展分路计量控制单元，
[0007] 所述集中控制单元分别与HMI人机界面单元、多路可扩展分路计量控制单元相连接，
[0008] 各可扩展分路计量控制单元分别通过电
力线与用户负载相连接，[0009] 所述集中控制单元，包括多格式自适应通信模
块接口、电力线宽带载波通信模块接口、RS-485通信模块接口、RS-232通信模块接口、集中
控制器、存储
电路、时钟电路、看
门狗电路，所述多格式自适应通信模块接口、电力线宽带载波通信模块接口、RS-485通信模块接口、RS-232通信模块接口、存储电路、时钟电路、看门狗电路分别与集中控制器相连接，所述集中控制单元通过其内部的电力线宽带载波通信模块接口与远程的控制终端相连接，[0010] 所述多格式自适应通信模块接口连接有红外通信模块、WiFi通信模块、蓝牙通信模块、ZigBee通信模块，
[0011] 各可扩展分路计量控制单元均包括RS-485通信模块接口、交流
采样电路、CT/PT变换电路、继电器控制电路和计量控制器，所述RS-485通信模块接口、交流采样电路、CT/PT变换电路、继电器控制电路分别与计量控制器相连接。
[0012] 前述的基于多格式自适应通信的家庭智能开关控制终端，其特征在于：所述多格式自适应通信模块接口采用统一
硬件接口及内部协议，由统一查询报文来识别连接的硬件，且集中控制单元自适应切换相应协议进行通信，所述多格式自适应通信模块接口内设置有协议转换器，所述协议转换器用于根据统一查询报文来识别连接的硬件，进行协议转换后通信。
[0013] 前述的基于多格式自适应通信的家庭智能开关控制终端，其特征在于：所述协议转换器包括
主控制器、WiFi
通信接口、红外通信接口、蓝牙通信接口、ZigBee通信接口，所述主控制器负责协调各接口的任务调度，内存管理、任务间通讯、参数配置，各通信接口负责自身链路的建立、维护以及数据的接收、发送。
[0014] 前述的基于多格式自适应通信的家庭智能开关控制终端，其特征在于：所述协议转换器控制WiFi通信接口的通讯过程如下：
[0015] 协议转换器工作在STA模式，启动后自动搜索WIFI热点，并使用预先配置好的登录信息连接至WIFI热点；然后自动与
服务器建立TCP/UDP连接，至此通道建立完成；服务器经无线网络发送至协议转换器的数据，经MAC过滤、协议解析后被协议转换器识别，并转发至485通信通道、RS-232通信通道、以太网通或者光纤通道；485通信通道、RS-232通信通道、以太网通或者光纤通道接收到的数据，经过MAC过滤、协议解析后被转发至WIFI通道，完成协议转换；若由于网络原因，连接被断开，WiFi通信接口自动清理、释放当前连接，并再次向服务器发送连接
请求，直到连接成功；
[0016] 所述协议转换器控制ZigBee通信接口的通讯过程如下：
[0017] 协议转换器工作在
节点模式，启动后自动搜索，并将自身添加至ZigBee网络内，成为整个ZigBee网络的一节点，ZigBee节点通过无线网络发送至协议转换器的数据，经MAC过滤、协议解析后被协议转换器识别，并转发485通信通道、RS-232通信通道、以太网通或者光纤通道；485通信通道、RS-232通信通道、以太网通或者光纤通道接收到的数据，经过MAC过滤、协议解析后被转发至ZigBee网络通道，完成协议转换。
[0018] 前述的基于多格式自适应通信的家庭智能开关控制终端，其特征在于：还包括电源电路，所述电源电路的
输出电压为24V，分别为HMI人机界面单元、集中控制单元和多路可扩展分路计量控制单元提供工作电压。
[0019] 前述的基于多格式自适应通信的家庭智能开关控制终端，其特征在于：还包括电源电路，所述电源电路的输出电压为24V，分别为HMI人机界面单元、集中控制单元和多路可扩展分路计量控制单元提供工作电压。
[0020] 前述的基于多格式自适应通信的家庭智能开关控制终端，其特征在于：所述CT/PT变换电路采用互感器隔离模式，所述交流采样电路内设置有RN8209芯片。
[0021] 前述的基于多格式自适应通信的家庭智能开关控制终端，其特征在于：所述CT/PT变换电路采用互感器隔离模式；所述交流采样电路内设置有RN8209芯片；所述计量控制器采用LPC812M101JDH20控制器，所述LPC812M101JDH20控制器通过SPI总线与RN8209芯片相连接。
[0022] 前述的基于多格式自适应通信的家庭智能开关控制终端，其特征在于：所述电力线宽带载波通信模块接口选用工作频点在2～12MHz，调制方式为OFDM的电力线通讯专用芯片；所述集中控制器采用STM32F207VET6控制器，所述HMI人机界面单元采用
分辨率为800*480
电阻屏。
[0023] 基于上述的多格式自适应通信的家庭智能开关控制终端的控制方法，其特征在于：包括远程控
制模式和本地控制模式，所述远程控制模式，包括以下步骤，[0024] （A1）集中控制单元通过电力线宽带载波通信模块接口接收来自电力线远程的控制终端的控制指令；
[0025] （A2）由电力线宽带载波通信模块接口解调，并通过集中控制器解析指令内容；
[0026] （A3）通过集中控制器针对指令内容转换成相应DL/T 645-2007协议，并通过RS-485通信模块接口发送至对应路的可扩展分路计量控制单元，或由多格式自适应通信模块将控制内容转发给家电设备，
[0027] （A4）可扩展分路计量控制单元在接收到来自集中控制单元的指令内容后，通过内部计量控制器解析后执行相应动作，同时对用户端的电压、
电流、功率、电量参数进行计量以及控制用户电源通断；
[0028] （A5）执行完毕后，可扩展分路计量控制单元再通过RS-485通信模块接口返回结果报文，或将多格式自适应通信模块接收到的家电设备返回信息转换成报文，上述的两种报文由集中控制单元接收处理后，先通过电力线宽带载波通信模块接口转发至远程的控制终端，而后再由集中控制器通过RS-232通信模块接口使用Modbus协议将结果状态发送至HMI人机界面单元显示刷新，至此完成远程控制；
[0029] 所述本地控制模式包括以下步骤，
[0030] （B1）集中控制单元通过RS-232通信模块接口使用Modbus协议获取用户在HMI人机界面单元上的操作指令；
[0031] （B2）集中控制单元通过其内部的集中控制器分析操作指令，并将其转换成相应DL/T 645-2007协议通过RS-485通信模块接口发送至可扩展分路计量控制单元或由多格式自适应通信模块将控制内容转发给家电设备；
[0032] （B3）可扩展分路计量控制单元在接收到来自集中控制单元的指令内容后，通过内部计量控制器解析后执行相应动作，同时对用户端家电设备的电压、电流、功率、电量参数进行计量以及控制用户电源通断；
[0033] （B4）执行完毕后，可扩展分路计量控制单元再通过RS-485通信模块接口返回结果报文，或将多格式自适应通信模块接收到的家电设备返回信息转换成报文，上述的两种报文由集中控制单元接收处理后，先通过电力线宽带载波通信模块接口转发至远程的控制终端，而后再由集中控制器通过RS-232通信模块接口使用Modbus协议将结果状态发送至HMI人机界面单元显示刷新，至此完成本地控制。
[0034] 本发明的有益效果是：本发明的基于多格式自适应通信的家庭智能开关控制终端，将各种家电设备内出现的控制接口硬件以及协议进行集合统一，再由内部
软件处理转换成标准协议，实现多格式自适应机制，对于用户，一台智能控制终端可同时控制多种多台不同类型的家电设备。本发明以电力线宽带载波通信模块接口为远程通讯基础，可靠性高，功耗低，通讯响应快，具备FEC及CRC校验，具有强大的纠错能力，可自组网及动态多路由寻址，显示内容清晰，操作准确灵敏度高，支持二次开发，可使用多种通讯方式与各种通讯接口的家电设备进行自适应通信，从而完成远程控制与采集功能，该
专利相比目前物联网其它家庭智能控制系统，可扩展性、兼容性、保密性强，易于实现家电能效监控及管理，为用电深入发掘家庭自动化、积累大数据信息采集、扩展定向信息推送等多项前卫应用打下基础，具有良好的应用前景。
附图说明
[0035] 图1是本发明的基于多格式自适应通信的家庭智能开关控制终端的系统
框图。
[0036] 图2是本发明的集中控制单元的系统框图。
[0037] 图3是本发明的可扩展分路计量控制单元的系统框图。
具体实施方式
[0038] 下面将结合
说明书附图，对本发明作进一步的说明。
[0039] 如图1所示，本发明的基于多格式自适应通信的家庭智能开关控制终端，包括HMI人机界面单元、集中控制单元和多路可扩展分路计量控制单元，
[0040] 所述集中控制单元分别与HMI人机界面单元、多路可扩展分路计量控制单元相连接，
[0041] 各可扩展分路计量控制单元分别通过电力线与用户负载相连接，[0042] 如图2所示，所述集中控制单元，包括多格式自适应通信模块接口、电力线宽带载波通信模块接口、RS-485通信模块接口、RS-232通信模块接口、集中控制器、存储电路、时钟电路、看门狗电路，所述多格式自适应通信模块接口、电力线宽带载波通信模块接口、RS-485通信模块接口、RS-232通信模块接口、存储电路、时钟电路、看门狗电路分别与集中控制器相连接，所述集中控制单元通过其内部的电力线宽带载波通信模块接口与远程的控制终端相连接，所述RS-232通信模块接口，支持Modbus协议，Modbus协议是由Modicon在1979年发明的，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议，Modbus网络是一个工业通信系统，由带智能终端的可编程序控制器和计算机通过公用线路或局部专用线路连接而成，其系统结构既包括硬件、亦包括软件，它可应用于各种
数据采集和过程监控；
[0043] 所述多格式自适应通信模块接口连接有红外通信模块、WiFi通信模块、蓝牙通信模块、ZigBee通信模块；所述红外通信模块可编程PWM控制红外收发系统，兼容市面绝大多数家电；所述WiFi通信模块符合IEEE 802.11n；所述蓝牙通信模块符合Bluetooth 4.0；所述ZigBee通信模块符合ZigBee 3.0；
[0044] 如图3所示，各可扩展分路计量控制单元均包括RS-485通信模块接口、交流采样电路、CT/PT变换电路、继电器控制电路和计量控制器，所述RS-485通信模块接口、交流采样电路、CT/PT变换电路、继电器控制电路分别与计量控制器相连接。
[0045] 所述多格式自适应通信模块接口采用统一硬件接口及内部协议，由统一查询报文来识别连接的硬件，且集中控制单元自适应切换相应协议进行通信，所述多格式自适应通信模块接口内设置有协议转换器，所述协议转换器用于根据统一查询报文来识别连接的硬件，进行协议转换后通信。
[0046] 所述协议转换器包括主控制器、WiFi通信接口、红外通信接口、蓝牙通信接口、ZigBee通信接口，所述主控制器负责协调各接口的任务调度，内存管理、任务间通讯、参数配置，各通信接口负责自身链路的建立、维护以及数据的接收、发送。
[0047] 所述协议转换器控制WiFi通信接口的通讯过程如下：
[0048] 协议转换器工作在STA模式，启动后自动搜索WIFI热点，并使用预先配置好的登录信息连接至WIFI热点；然后自动与服务器建立TCP/UDP连接，至此通道建立完成；服务器经无线网络发送至协议转换器的数据，经MAC过滤、协议解析后被协议转换器识别，并转发至485通信通道、RS-232通信通道、以太网通或者光纤通道；485通信通道、RS-232通信通道、以太网通或者光纤通道接收到的数据，经过MAC过滤、协议解析后被转发至WIFI通道，完成协议转换；若由于网络原因，连接被断开，WiFi通信接口自动清理、释放当前连接，并再次向服务器发送连接请求，直到连接成功。
[0049] 所述协议转换器控制ZigBee通信接口的通讯过程如下：
[0050] 协议转换器工作在节点模式，启动后自动搜索，并将自身添加至ZigBee网络内，成为整个ZigBee网络的一节点，ZigBee节点通过无线网络发送至协议转换器的数据，经MAC过滤、协议解析后被协议转换器识别，并转发至485通信通道、RS-232通信通道、以太网通或者光纤通道；485通信通道、RS-232通信通道、以太网通或者光纤通道接收到的数据，经过MAC过滤、协议解析后被转发至ZigBee网络通道，完成协议转换。
[0051] 本发明的基于多格式自适应通信的家庭智能开关控制终端，还包括电源电路，所述电源电路的输出电压为24V，分别为HMI人机界面单元、集中控制单元和多路可扩展分路计量控制单元提供工作电压。
[0052] 所述CT/PT变换电路采用互感器隔离模式，所述交流采样电路内设置有RN8209芯片。
[0053] 所述CT/PT变换电路采用互感器隔离模式，
精度高抗干扰优；所述交流采样电路内设置有RN8209芯片；所述计量控制器采用LPC812M101JDH20控制器，所述LPC812M101JDH20控制器通过SPI总线与RN8209芯片相连接。
[0054] 所述电力线宽带载波通信模块接口选用工作频点在2～12MHz，调制方式为OFDM的电力线通讯专用芯片；所述集中控制器采用STM32F207VET6控制器，STM32F207VET6控制器通过其内部的UART异步串口与电力线宽带载波通信模块接口相连并交互数据，还通过其内部的I2C总线接口与
实时时钟及停电
存储器相连；控制器根据协议对电力线宽带载波模块传输来的指令进行处理并转换成DL/T 645-2007协议发送至RS-485通信模块接口，其中，UART异步端口，即通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)端口。UART可实现全双工的传输和接收，并对数据进行
串并转换；其中，I2C总线接口（Inter－Integrated Circuit）是由PHILIPS公司开发的两线式
串行总线，用于连接
微控制器及其
外围设备。是微
电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准。它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高等优点。
[0055] 所述HMI人机界面单元采用分辨率为800*480电阻屏，显示内容清晰，操作准确灵敏度高，支持二次开发。
[0056] 基于上述的多格式自适应通信的家庭智能开关控制终端的控制方法，包括远程控制模式和本地控制模式，所述远程控制模式，包括以下步骤，
[0057] （A1）集中控制单元通过电力线宽带载波通信模块接口接收来自电力线远程的控制终端的控制指令；
[0058] （A2）由电力线宽带载波通信模块接口解调，并通过集中控制器解析指令内容；
[0059] （A3）通过集中控制器针对指令内容转换成相应DL/T 645-2007协议，并通过RS-485通信模块接口发送至对应路的可扩展分路计量控制单元，或由多格式自适应通信模块将控制内容转发给家电设备，
[0060] （A4）可扩展分路计量控制单元在接收到来自集中控制单元的指令内容后，通过内部计量控制器解析后执行相应动作，同时对用户端的电压、电流、功率、电量参数进行计量以及控制用户电源通断；
[0061] （A5）执行完毕后，可扩展分路计量控制单元再通过RS-485通信模块接口返回结果报文，或将多格式自适应通信模块接收到的家电设备返回信息转换成报文，上述的两种报文由集中控制单元接收处理后，先通过电力线宽带载波通信模块接口转发至远程的控制终端，而后再由集中控制器通过RS-232通信模块接口使用Modbus协议将结果状态发送至HMI人机界面单元显示刷新，至此完成远程控制；
[0062] 所述本地控制模式包括以下步骤，
[0063] （B1）集中控制单元通过RS-232通信模块接口使用Modbus协议获取用户在HMI人机界面单元上的操作指令；
[0064] （B2）集中控制单元通过其内部的集中控制器分析操作指令，并将其转换成相应DL/T 645-2007协议通过RS-485通信模块接口发送至可扩展分路计量控制单元或由多格式自适应通信模块将控制内容转发给家电设备；
[0065] （B3）可扩展分路计量控制单元在接收到来自集中控制单元的指令内容后，通过内部计量控制器解析后执行相应动作，同时对用户端家电设备的电压、电流、功率、电量参数进行计量以及控制用户电源通断；
[0066] （B4）执行完毕后，可扩展分路计量控制单元再通过RS-485通信模块接口返回结果报文，或将多格式自适应通信模块接收到的家电设备返回信息转换成报文，上述的两种报文由集中控制单元接收处理后，先通过电力线宽带载波通信模块接口转发至远程的控制终端，而后再由集中控制器通过RS-232通信模块接口使用Modbus协议将结果状态发送至HMI人机界面单元显示刷新，至此完成本地控制。
[0067] 综上所述，本发明的基于多格式自适应通信的家庭智能开关控制终端，将各种家电设备内出现的控制接口硬件以及协议进行集合统一，再由内部软件处理转换成标准协议，实现多格式自适应机制，对于用户，一台智能控制终端可同时控制多种多台不同类型的家电设备。本发明以电力线宽带载波通信模块接口为远程通讯基础，可靠性高，功耗低，通讯响应快，具备FEC及CRC校验，具有强大的纠错能力，可自组网及动态多路由寻址，显示内容清晰，操作准确灵敏度高，支持二次开发，可使用多种通讯方式与各种通讯接口的家电设备进行自适应通信，从而完成远程控制与采集功能，该专利相比目前物联网其它家庭智能控制系统，可扩展性、兼容性、保密性强，易于实现家电能效监控及管理，为用电深入发掘家庭自动化、积累大数据信息采集、扩展定向信息推送等多项前卫应用打下基础，具有良好的应用前景。
[0068] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述
实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的
权利要求书及其等效物界定。
