CN105759626A - 一种基于嵌入式Web技术的智能家居系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于嵌入式Web技术的智能家居系统，属于物联网技术领域，该系统包括：系统硬件平台，客户端设备，家电设备以及互联网，所述系统硬件平台一端通过所述互联网与所述客户端设备相连接，另一端与所述家电设备相连接；所述系统硬件平台包括：具有网络服务器、控制器、通讯网关功能的控制装置，与所述控制装置相连接的电源、接线端子和路由器。本发明的系统实现智能家居系统的全部功能，从而使得系统结构更加简单合理，同时，大大地提高了系统的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能家居系统，特别涉及一种基于嵌入式Web技术的智能家居系统，属于物联网技术领域。
背景技术
智能家居系统是由前端设备、控制平台、网关、网络服务器、客户终端等几部分组成。
2015年11月18日公开的，申请号为201510375413.2，名称为“一种智能家居远程遥控系统”的中国专利，公开了一种智能家居远程遥控系统，其是由移动客户端、嵌入式Web服务器、家庭无线局域网、互联网和装有无线ZigBee模块的家用电器组成，所述嵌入式Web服务器采用Linux系统，Linux系统性能高、稳定、多任务，同时其适用于不同的CPU，支持多种体系结构，开放源码，丰富的软件资源，广泛的软件开发者的支持，价格低廉，结构灵活，适用面广。所述Web服务器由三个子系统组成，分别为Httpd、Thttpd和Boa，其都具有支持认证、CGI等，功能比较全。所述嵌入式Web服务器和家庭无线局域网均设有加密秘钥和解密秘钥，可以对整个系统加密，增加了安全性。
但是，上述技术方案具有以下缺点：1、所述嵌入式Web服务器采用Linux系统，所述Web服务器由三个子系统组成，分别为Httpd、Thttpd和Boa。由于Linux系统属于开放的通用操作系统，运行在通用计算机架构体系，不可避免的会受到病毒和黑客的攻击。2、系统兼容性低，移植性差、扩展性差。处理出现的问题周期长，系统维护开销大；开发周期长，成本高。3、只能接入装有无线ZigBee模块的家用电器，由于通讯协议的不同而不能接入。因此，应用范围受限，而且，兼容性差、成本高。由于ZigBee模块容易受到外界干扰，可靠性较差，不宜过多选用。
2015年11月20日公开的，申请号为201510814328.1，名称为“一种智能家居远程监控系统”的中国专利，公开了一种智能家居远程监控系统，其是由包括处理器、SDRAM、FLASH、网卡、JTAG调试接口、ZigBee接口、RS232接口、简单键盘接口、LED指示灯和ZigBee模块，所述SDRAM、FLASH、网卡、JTAG调试接口、ZigBee接口、RS232接口、简单键盘接口和LED指示灯分别与处理器相连，所述ZigBee模块通过ZigBee接口与处理器相连。其发明的智能家居远程监控系统以嵌入式Web服务器作为家庭网关，并通过无线ZigBee模块来组建家庭局域网，从而实现信息家电的网络化，用户通过Internet监控家电，实现智能家居的远程监控。
但是，上述技术方案具有以下缺点：1、整个系统是以芯片搭建嵌入式Web服务器作为家庭网关，所有的系统软件和应用软件需要自行开发，软硬件的可靠性、统一性难以保证。2、开发周期长，而且成本高。系统兼容性低，移植性差、扩展性差。系统维护开销大。3、以嵌入式Web服务器作为家庭网关，通过无线ZigBee模块来组建家庭局域网，由于通讯协议的不同而不能接入。因此，应用范围受限，而且，兼容性差、成本高。由于ZigBee模块容易受到外界干扰，可靠性较差，不宜过多选用。
2013年12月25日公开的，申请号为201310725702.1，名称为“一种智能家居监控系统”的中国专利，公开了一种智能家居监控系统，其是由包括数据采集模块、数据处理模块和控制终端模块；所述数据采集模块，其用于对家电设备的数据采集和家居环境的图像采集；所述数据处理模块，其用于将由所述数据采集模块采集的数据进行处理；所述控制终端模块，其用于实时显示家电的信息，并下发命令控制家电的运行状态。所述数据采集模块包括光照传感器、温度传感器、湿度传感器和摄像头。所述控制终端模块通过Internet利用网页对嵌入式WEB服务器进行访问。其发明将当前先进的网络技术应用于智能家居，给智能家居用户带来诸多方便，如调节室内温度、关闭窗帘、打开室内照明灯等。其特征在于所述数据采集模块包括光照传感器、温度传感器、湿度传感器和摄像头。所述数据采集模块，其用于对家电设备的数据采集和家居环境的图像采集；所述数据处理模块，其用于将由所述数据采集模块采集的数据进行处理；所述控制终端模块，其用于实时显示家电的信息，并下发命令控制家电的运行状态。
但是，上述技术方案具有以下缺点：1、没有嵌入式WEB服务器的技术说明以及软件介绍，难以说明系统的完整性。2、数据采集模块只包括光照传感器、温度传感器、湿度传感器和摄像头，应用范围受限，系统兼容性低，移植性差、扩展性差。3、没有系统实现的具体技术方案说明，如光照传感器、温度传感器、湿度传感器和摄像头、窗帘、室内照明灯与系统如何连接。
因此，提供一种结构简单合理，安全可靠的智能家居系统就成为该技术领域急需解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的是，克服现有技术的不足，提供一种结构简单合理，安全可靠的智能家居系统。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种基于嵌入式Web技术的智能家居系统，其特征在于：包括系统硬件平台，客户端设备，家电设备以及互联网，所述系统硬件平台一端通过所述互联网与所述客户端设备相连接，另一端与所述家电设备相连接；
所述系统硬件平台包括：具有网络服务器、控制器、通讯网关功能的控制装置，与所述控制装置相连接的电源、接线端子和路由器。
优选地，所述家电设备包括：网络通讯设备、智能控制管理设备、照明设备、安防设备、背景音乐设备、家庭影院与多媒体设备以及环境设备。
优选地，所述客户端设备为计算机、手机或平板电脑。
优选地，所述控制装置为工业级控制器。
优选地，所述工业级控制器设有50多种不同功能的标准通讯接口和IO接口模块用于扩展。
优选地，所述工业级控制器的通讯接口扩展至2-11个RS485或RS232。
优选地，所述工业级控制器内置以太网交换机，总共2个RJ45通讯接口。
优选地，所述工业级控制器内置Webserver,实现互联网上自由操作。
优选地，所述工业级控制器为PCDx.Mxxxx系列产品。
优选地，所述智能家居系统支持动态IP地址和固定IP地址访问，网络容量不受限制。
优选地，所述智能家居系统具有可以选择不同通讯接口对应多种国际通行通讯协议。
优选地，所述智能家居系统通过通讯接口和IO接口用于家电设备的直接连接。
有益效果：
本发明的基于嵌入式Web技术的智能家居系统采用基于计算机技术、自动化控制技术、网络通讯技术、Web技术、系统管理技术多领域技术相结合的通用控制系统设备PCDx.Mxxxx系列产品，充分利用PCDx.Mxxxx系列产品固有的数据采集、储存、处理和控制的能力；独特的网络通信能力以及计算机和服务器的功能，配置相应的电源、接线端子、路由器搭建智能家居系统硬件平台，实现智能家居系统的全部功能，从而使得系统结构更加简单合理，同时，大大地提高了系统的安全性。
下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
附图说明
图1为本发明基于嵌入式Web技术的智能家居系统的结构示意图。
图2为本发明基于嵌入式Web技术的智能家居系统硬件平台的内部结构框图。
主要零件名称：
1系统硬件平台2客户端设备
3家电设备4互联网
5路由器6PCD1/2.Mxxx产品
7电源8接线端子
具体实施方式
实施例1
如图1所示，为本发明基于嵌入式Web技术的智能家居系统的结构示意图，如图2所示，为本发明基于嵌入式Web技术的智能家居系统硬件平台的内部结构框图，其中1为统硬件平台，2为客户端设备，3为家电设备，4为互联网，5为路由器，6为PCD1/2.Mxxx产品，7为电源，8为接线端子。
一种基于嵌入式Web技术的智能家居系统，包括系统硬件平台1，客户端设备2，家电设备3以及互联网4，所述系统硬件平台1一端通过所述互联网4与所述客户端设备2相连接，另一端与所述家电设备3相连接；所述系统硬件平台1包括：具有网络服务器、控制器、通讯网关功能的控制装置PCD1/2.Mxxx产品6，与所述PCD1/2.Mxxx产品6相连接的电源7、接线端子8和路由器5。
所述家电设备包括：网络通讯设备、智能控制管理设备、照明设备、安防设备、背景音乐设备、家庭影院与多媒体设备以及环境设备。
所述客户端设备为计算机、手机或平板电脑。
所述PCD1/2.Mxxx产品6可以有50多种不同功能的标准通讯接口和IO接口模块用于扩展。
PCD1/2.Mxxx产品6内置Webserver,实现互联网上自由操作。
所述智能家居系统支持动态IP地址和固定IP地址访问，网络容量不受限制。
所述智能家居系统具有可以选择不同通讯接口对应多种国际通行通讯协议。
所述智能家居系统通过通讯接口和IO接口用于家电设备的直接连接
本发明的基于嵌入式Web技术的智能家居系统中的系统硬件平台与各种现有家电设备直接连接，使用普通客户终端(如计算机、手机、平板电脑)通过网页浏览器(无需其他软件)进行访问，构成完整的智能家居系统。系统包括网络通讯、智能控制管理、照明控制、家电控制、安防、背景音乐、家庭影院与多媒体、环境控制等八个功能。系统支持动态IP地址和固定IP地址访问，网络容量不受限制。
具有当今世界最先进的技术水平，最优化的工业级控制器及嵌入式操作系统。工业级硬件平台，保证系统长期可靠运行。
内置了以太网交换机，总共2个RJ45通讯接口。可直接连接到计算机网络，而不需另外安装的任何设备和软件。拥有完整的通讯协议库和集成的RS485通讯接口，可以保证设备毫无障碍的进行高效率通讯。接口可以扩展至2～11个RS485或RS232通讯接口。提供标准USB接口进行现场维护。根据不同需要提供50多种不同功能的标准IO接口模块用于扩展。通讯接口和IO接口用于家电设备的直接连接。
可选择不同通讯接口对应多种国际通行通讯协议，兼具网关功能。集成有TCP/IP，Ethernet,Profibus-DP,Modbus，BACnet，LONWork，M-Bus，EIB…。
内置Webserver,实现互联网上自由操作。以标准文件格式如(CSV,TXT)储存实时数据；使用SD闪存卡标准技术，存储空间最高可达4G，数据本地存储；以Excel文件形式直接记录数据；支持浏览器(HTTP)、FTP客户端(FTP)、电邮客户端；支持第三方通讯协议集成功能。
本发明的基于嵌入式Web技术的智能家居系统采用基于计算机技术、自动化控制技术、网络通讯技术、Web技术、系统管理技术多领域技术相结合的PCDx.Mxxxx系列产品。配置相应的电源、接线端子、路由器作为智能家居系统硬件平台。
所述PCDx.Mxxxx系列产品内置以太网交换机，总共2个RJ45通讯接口，可直接连接到计算机网络，而不需另外安装的任何设备和软件。拥有完整的通讯协议库和集成的RS485通讯接口。接口可以扩展至2-11个RS485或RS232通讯接口。提供标准USB接口进行现场维护。根据不同需要，提供50多种不同功能的标准通讯接口和IO接口模块用于扩展。
所述PCDx.Mxxxx系列产品内置Webserver,实现互联网上自由操作。以标准文件格式如(CSV,TXT)储存实时数据；使用SD闪存卡标准技术，存储空间最高可达4G，数据本地存储；以Excel文件形式直接记录数据；支持浏览器(HTTP)、FTP客户端(FTP)、电邮客户端；支持第三方通讯协议集成功能。
所述智能家居系统采用PCDx.Mxxxx系列产品，配置相应的电源、接线端子、路由器作为系统硬件平台，与各种现有家电设备直接连接，使用普通客户终端(如计算机、手机、平板电脑)通过网页浏览器(无需其他专用应用软件)进行访问，构成完整的智能家居系统。
PCD1/2.Mxxx拥有内置的集成I/O以及通信接口，是一款符合PLC质量标准IEC61131-2的小型、紧凑、并且可自由编程的控制器，具有完全集成化的网络、Web服务器与IT功能，可发挥所有Web/IT技术的优势，如网页浏览器带来的可视化操作，可发送带有附件的电子邮件、发送SMS短信以及FTP文件存取。采用的是其专用的NT嵌入式操作系统，控制管理其余的全部硬软件资源，合理组织该设备内部各部件协调工作，为用户提供操作和编程组态界面，具有完整的网络服务器、控制器、通讯网关的功能。对设备进行统一有效的存储管理、处理器管理、设备管理、文件管理、作业管理。指令与硬件紧密结合，反应时间短。高效的寻址模式，可直接访问I/O。面向对象的开发工具和应用库使编程变得简易而高效。
在此系统硬件平台的基础上，利用其输入输出信号接口和通讯接口与家庭中所有各种家电设备直接连接，有机地结合在一起，并按要求进行设定和控制，实现包括灯光控制、场景设定、安防报警、电动窗帘、家电控制以及远程视频监控等功能。使用普通客户终端(如计算机、手机、平板电脑)通过网页浏览器(无需其他软件)进行访问操作，构成完整的智能家居系统，系统结构如图1所示。系统主要包括网络通讯、智能控制管理、照明控制、家电控制、安防、背景音乐、家庭影院与多媒体、环境控制等八个功能。其中，网络通讯、智能控制管理、照明控制、家电控制、安防是必备功能，背景音乐、家庭影院与多媒体、环境控制为可选功能。
一、信号接入类型：根据需要配置输入输出信号的接入，最大可以扩充至1023路。
1、模拟量输入：可以接收0-10V/4-20mA/Pt1000等监测传感器的标准信号；
2、模拟量输出：可以根据需要配置0-10V/4-20mA等标准信号输出，用于直接控制各种设备的运行，如电机转速等；
3、开关量输入：可以根据需要配置开关量输入信号，用于监测各种状态信息，如超限报警、设备运行状态等；
4、开关量输出：可以根据需要配置开关量输出信号，用于控制各种设备、开关的启停、开启或者关闭等；
5、无线信号：可以根据需要接入无线信号模块实现无线信号的接入，如蓝牙、Zigbee、WiFi、Z-Wave…。
6、标准通讯接口：提供RS-232和RS-485接口，实现设备的智能接入。
二、网络连接方式：本系统平台内置以太网接口，与Internet连接提供以下方式：
1、无线通讯方式，通过3G、4G、CDMA等。
2、以太网方式。通过局域网Internet。
3、有线方式，通过ASDL。
三、功能说明：
1、可以根据要求接入不同的家用设备，并进行相应的系统设置，即可实现相应的功能。
2、通过浏览器打开进行操作，也可以通过平板电脑、手机进行操作。点击家庭网址的链接即可进入登录页面，输入相关级别的用户名和密码登陆，可根据需要设定访问级别，最多可设置16个级别。
3、登陆后才可以使用相关功能，包括查看所有数据信息，对接入家用设备进行控制。
4、可以根据需要实时修改登录密码，密码位数可达到64位。
5、根据自身需要设置家居程序控制，按要求启停各种家用设备。可以根据需要设定实现设备之间的联动控制。
6、提醒功能：用户可以预先设置特定事件提醒。提醒方式：声光、短信和邮件。
7、灯光控制：
(1)开闭控制：灯光的打开和关闭控制。
(2)感应控制：用户如已配备了人体感应模块，可接入系统实现根据人体感应信息开闭相关灯光。
(3)场景控制：可以根据需要设置不同环境下的灯光场景模式。可手动或者自动打开。
(4)智能照明：如已配备了智能照明系统，可接入系统实现统一控制管理。
8、家用电器控制：
(1)家用电器电源控制：打开或者关闭家用电器电源开关。
(2)智能电器控制：如已配备了智能家电，可接入系统实现统一控制管理。
(3)空调控制：本系统空调控制分为空调启停控制和空调智能控制。智能控制需加装空调智能遥控模块或者选用智能空调。
9、自动窗帘控制：如果已安装了电动窗帘，可接入系统实现统一控制管理。
10、异常情况报警：可根据需要设定异常情况报警，如非法侵入、漏气、漏水、紧急情况按钮。以上报警时间都及时记录在系统硬件平台内，并且可以远传。
11、提供OPC软件，可以方便地与社区平台以及其他平台接入。
12、医疗监护：如家人配有的医疗监护仪器，如果具有信号输出功能，并且满足智能家居系统硬件平台的要求，可以接入系统实现统一监护管理。
13、可以实现水、电、气、热计量分析和统计。
14、避雷保护：系统硬件平台可以对所有输入输出引线(如电源线、传感器引线、通信线等)都可采取多级隔离、吸收措施，最大限度地避免雷击等过电压过电流对设备的破坏。
本发明的基于嵌入式Web技术的智能家居系统可以实现包括智能家电控制、智能灯光控制、电动窗帘控制、防盗报警、煤气泄露、视频监控等功能，同时还可以拓展诸如三表抄送、门禁对讲、视频点播等服务增值功能。
本发明的基于嵌入式Web技术的智能家居系统控制方式丰富多样，比如：本地控制、遥控控制、集中控制、远程控制、感应控制、定时控制等等，操作方便、直观，采用图形图像化的操作界面。
本发明的基于嵌入式Web技术的智能家居系统支持动态IP地址和固定IP地址访问，用户界面采用浏览器方式，网络容量不受限制，使用任何一台客户终端(计算机、手机、平板电脑)，可以在任何地方进行访问，通过浏览器直接访问而不需要额外安装任何其他设备和软件。
本发明系统硬件平台直接与各种家电设备相连，包括普通设备和智能设备。可以满足各种不同家电设备接入的不同要求，对家电设备直接进行控制。
由于采用了工业级微处理器及嵌入式操作系统，不会受到所有为电脑和流行操作系统(如系统、Linux系统)编写的病毒的感染。
不会受到黑客的侵害。本系统平台可以提供登录密码和系统密码两道密码保护，系统还可以提供网络密码保护。另一种控制访问方法是采用VPN虚拟专用网络，可以更加有效防止黑客侵入。
数据直接存储在系统硬件平台中，不再担心“服务器”暴露于公共视野，网络泄露用户家庭隐私。
系统采用模块化设计，系统具有良好的兼容性和可扩充性，可将不同厂商的设备通过各种输入输出或通讯方式集成，收集、保存、管理监测数据；系统可在日后任何地方加装设备及终端而不会影响本系统原有的操作。可以做到零成本升级。
系统采用开放式结构，提供以太网、RS-232和RS-485接口，提供各种国际通行的标准通讯协议，采用国际、国家相关标准通讯协议。只要采用标准的或者公开的通讯协议的前端设备均可接入，不会受限于某一厂商。
系统将网络服务器、控制器、通讯网关合为一体，结构简单合理，最大限度降低投资成本，已有投资可以得到充分利用及保护。
用户根据现有家用设备的情况进行选择定义，场景定义等多种定义。
信号接入均采用标准信号，可选有线和无线方式，布线简单、灵活。
Claims (10)
1.一种基于嵌入式Web技术的智能家居系统，其特征在于：包括系统硬件平台，客户端设备，家电设备以及互联网，所述系统硬件平台一端通过所述互联网与所述客户端设备相连接，另一端与所述家电设备相连接；
所述系统硬件平台包括：具有网络服务器、控制器、通讯网关功能的控制装置，与所述控制装置相连接的电源、接线端子和路由器。
2.根据权利要求1所述的基于嵌入式Web技术的智能家居系统，其特征在于：所述家电设备包括：网络通讯设备、智能控制管理设备、照明设备、安防设备、背景音乐设备、家庭影院与多媒体设备以及环境设备。
3.根据权利要求1所述的基于嵌入式Web技术的智能家居系统，其特征在于：所述客户端设备为计算机、手机或平板电脑。
4.根据权利要求1所述的基于嵌入式Web技术的智能家居系统，其特征在于：所述控制装置为工业级控制器。
5.根据权利要求1所述的基于嵌入式Web技术的智能家居系统，其特征在于：所述工业级控制器设有50多种不同功能的标准通讯接口和IO接口模块用于扩展。
6.根据权利要求1所述的基于嵌入式Web技术的智能家居系统，其特征在于：所述工业级控制器的通讯接口扩展至2-11个RS485或RS232。
7.根据权利要求1所述的基于嵌入式Web技术的智能家居系统，其特征在于：所述工业级控制器内置以太网交换机，总共2个RJ45通讯接口。
8.根据权利要求1所述的基于嵌入式Web技术的智能家居系统，其特征在于：所述工业级控制器内置Webserver,实现互联网上自由操作。
9.根据权利要求1所述的基于嵌入式Web技术的智能家居系统，其特征在于：所述工业级控制器为PCDx.Mxxxx系列产品。
10.根据权利要求1所述的基于嵌入式Web技术的智能家居系统，其特征在于：所述智能家居系统通过通讯接口和IO接口用于家电设备的直接连接。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160713 |