一种基于电力载波通讯的多模智能家居系统的制作方法

1.本发明涉及智能家居交互系统，特别是涉及一种基于电力载波通讯的多模智能家居系统。


背景技术：

2.当前智能家居交互系统中，多采用1个网关加多个终端节点的组网方式，并且为避免重新布线，多采用无线传输方式或单独电力线载波通讯方式，因此存在以下问题。
3.问题1：目前的智能家居交互系统中，网关为控制中心，全部指令由网关进行统一转发，一旦网关离线，则关联设备无法进行有效联动，或在有限数据带宽下，当数据量较大时，网关成为处理瓶颈，无法迅速响应，造成控制延迟。
4.问题2：传统智能家居控制系统中，网关主要采用两种方式与终端设备连接，来实现智能控制，一种需要控制专线，如以太网线、串口线等，会对原有建筑物的造成破坏并带来附加的施工复杂度；另外一种采用无线技术如wi-fi、ble、zigbee、4g等，wi-fi、ble、zigbee类型无线控制信号传输距离受限制，在穿墙、遮挡时会造成信号减弱的问题，且城市设备无线电波比较复杂时，容易受外界电磁相互干扰；4g模块在高层建筑中，除受到信号覆盖问题，成本也偏高。
5.问题3：对于后装场景，在引入hplc通讯(电力载波通讯)的智能家居交互系统时，存在已完成电力线布线，但布线距离较远，而物理直线距离较近的节点，因hplc为有线传输，仍然会存在载波信号衰减增加、传输延时较大的问题，或不同节点交流电不同相的问题，而此时再进行线路改进，难度较大。
6.需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本技术的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。


技术实现要素：

7.本发明的主要目的在于克服上述背景技术的缺陷，提供一种基于电力载波通讯的多模智能家居系统。
8.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
9.一种基于电力载波通讯的多模智能家居系统，包含基于电力载波通讯的多模智能家居网关和基于电力载波通讯的多模智能家居终端，采用终端设备id白名单和设备监控量id配对关系表，还包括电源供电电路、plc电力载波通讯电路，mcu处理器最小系统电路和无线通讯电路；其中，所述电源供电电路连接所述plc电力载波通讯电路、所述mcu处理器最小系统电路和所述无线通讯电路，所述plc电力载波通讯电路连接所述mcu处理器最小系统电路，用于将控制命令通过plc电力载波信号通讯方式进行发送；所述mcu处理器最小系统电路连接所述plc电力载波通讯电路和所述无线通讯电路，用于完成配置、存储及查询所述终端设备id白名单和设备监控量id配对关系表的功能，并根据查询结果，生成并发出控制命令；所述无线通讯电路用于将控制命令通过无线通讯方式进行发送。
10.进一步地，所述plc电力载波通讯电路包含载波通信ic、耦合电路、滤波电路及保护电路；其中，所述载波通信ic连接所述mcu处理器最小系统电路和所述滤波电路，用于将控制命令转换为载波通讯信号；所述滤波电路连接所述载波通信ic和所述耦合电路，用于实现载波信号滤波；所述耦合电路连接所述滤波电路和所述保护电路，用于将载波信号耦合到电力线缆上；所述保护电路连接所述耦合电路，用于保护载波线路受到过电压、过电流的冲击。
11.进一步地，所述plc电力载波通讯电路是宽带载波通讯电路，或是窄带载波电路。
12.进一步地，对于复杂应用场景和响应要求迅速的场景，如全屋智能应用，采用宽带载波。
13.进一步地，所述mcu处理器最小系统电路集成于所述无线通讯电路或所述plc电力载波通讯电路的通讯ic中。
14.进一步地，所述mcu处理器最小系统电路中保存所有终端设备id白名单及终端设备对应的设备监控量id，并且在网关中，将不同的设备监控量id进行匹配，然后将匹配结果下发到对应终端节点中进行存储，终端节点根据收到的设备监控量id和控制值，判断是否发出控制命令。
15.进一步地，多模智能家居网关和多模智能家居终端分别位于电力线的a相或b相或c相。
16.进一步地，多模智能家居网关通过以太网、wifi或移动通讯接入云平台，实现互联网终端对多模智能家居网关及多模智能家居终端的远程控制。
17.本发明具有如下有益效果：
18.本发明提供一种基于电力载波通讯的多模智能家居系统，包含基于电力载波通讯的多模智能家居网关和基于电力载波通讯的多模智能家居终端，将电力载波和无线通讯技术结合。本发明通过将电力载波通讯技术和无线通讯技术相结合，并引入终端设备id和设备监控量id配对的技术手段，来解决智能家居系统中网关和终端通讯存在网关中心化瓶颈、单独无线通讯受阻挡、单独电力线通讯信号衰减及无法跨相的问题，在不重新布线的情况下，实现智能家居系统通信的全屋覆盖。其主要优点包括：
19.1、使用基于终端设备id白名单和设备监控量id配对的技术方案，来解决智能家居系统中网关和终端通讯存在网关中心化瓶颈，将网关去中心化。
20.2、采用电力载波通信方式，通过电力线进行信号传输，可解决无线遮挡问题。
21.3、同时利用无线信号近距离传输的特殊，可解决问题3中远距离布线电力载波通信衰减及电力载波通信无法跨相问题。
22.从而实现通信的全屋覆盖。
23.更进一步，基于电力载波通讯的多模智能家居网关可通过以太网、wifi或4g/5g，接入互联网，通过互联网终端实现远程控制。
24.本发明实施例中的其他有益效果将在下文中进一步述及。
附图说明
25.图1是本发明实施例的整体组网示例图。
26.图2是本发明实施例的基于电力载波通讯的多模智能家居网关及基于电力载波通
讯的多模智能家居终端原理框架图。
27.图3是本发明实施例的plc电力载波通讯电路u2组成示例图。
28.图4是本发明实施例的网关及终端id配置及存储示例图。
29.图5是本发明实施例的去网关中心化控制流程示例图。
30.图6是本发明实施例的供电电路示例图。
31.图7是本发明实施例的组网示例图。
具体实施方式
32.以下对本发明的实施方式做详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
33.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。
34.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
35.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
36.本发明公开了一种基于电力载波通讯的多模智能家居系统，包含基于电力载波通讯的多模智能家居网关和基于电力载波通讯的多模智能家居终端，通过基于终端设备id白名单和设备监控量id配对的技术方案，将网关去中心化，解决智能家居系统中网关通讯数据瓶颈及网关故障时终端无法联动的问题。同时，将电力载波和无线通讯技术结合，可解决无线遮挡问题和远距离布线电力载波通信衰减及电力载波通信无法跨相问题，从而实现通信的全屋覆盖。
37.参阅图1至图7，本发明实施例提供一种基于电力载波通讯的多模智能家居系统，包含基于电力载波通讯的多模智能家居网关(以下简称网关)和基于电力载波通讯的多模智能家居终端(以下简称终端)，采用终端设备id白名单和设备监控量id配对关系表技术，系统还包括：电源供电电路u1、plc电力载波通讯电路u2，mcu处理器最小系统电路u3，无线通讯电路u4；其中，电源供电电路u1连接所述plc电力载波通讯电路u2，mcu处理器最小系统电路u3，无线通讯电路u4，用于给plc电力载波通讯电路u2，mcu处理器最小系统电路u3，无线通讯电路u4供电；所述plc电力载波通讯电路u2连接所述电源供电电路u1，mcu处理器最小系统电路u3，用于将控制命令通过plc电力载波信号通讯方式进行发送；所述mcu处理器最小系统电路u3均连接所述plc电力载波通讯电路u2，无线通讯电路u4，用于完成配置、存储及查询所述终端设备id白名单和设备监控量id配对关系表的功能，并根据查询结果，生成并发出控制命令；所述无线通讯电路u4供电连接所述电源供电电路u1，mcu处理器最小系
统电路u3，用于将控制命令通过无线通讯方式进行发送。
38.在一些实施例中，所述plc电力载波通讯电路u2包含载波通信ic、耦合电路、滤波电路及保护电路；其中，所述载波通信ic、耦合电路、滤波电路可以是宽带载波通讯电路，也可以是窄带载波电路，对于复杂应用场景和响应要求迅速的场景，如全屋智能应用，优选宽带载波；其中，所述载波通信ic连接所述mcu处理器最小系统电路u3和滤波电路，用于将控制命令转换为载波通讯信号；所述滤波电路连接所述载波通信ic、耦合电路，用于实现载波信号滤波，提高载波通讯性能；所述耦合电路连接所述滤波电路和保护电路，用于实现将载波信号耦合到电力线缆上；所述保护电路连接所述耦合电路，用于保护载波线路受到过电压、过电流的冲击。
39.所述mcu处理器最小系统电路u3可集成于无线通讯电路u4或plc电力载波通讯电路u2的通讯ic中。
40.所述mcu处理器最小系统电路u3中保存所有终端设备id白名单及终端设备对应的设备监控量id，并且在网关中，可将不同的设备监控量id进行匹配，然后将匹配结果下发到对应终端节点中进行存储。终端节点可根据收到的设备监控量id和控制值，判断是否发出控制命令。
41.本发明通过将电力载波通讯技术和无线通讯技术相结合，并引入终端设备id和设备监控量id的技术方法，使电力载波通讯和无线通信的优势进行互补，更高效的实现全屋的网络覆盖。
42.以下进一步描述本发明具体实施例。
43.一种基于电力载波通讯的多模智能家居系统，包含基于电力载波通讯的多模智能家居网关(以下简称网关)和基于电力载波通讯的多模智能家居终端(以下简称终端)，如图1所示，系统中包含1个网关节点和多个终端节点，其中网关节点和终端节点可分别位于电力线的a相或b相或c相。可选的，网关可通过以太网、wifi、移动通讯等方式接入云平台，实现互联网终端产品对网关及终端的远程控制。其中云平台是可选的。终端节点的id配置信息，可以选择拨码的配对的方式，也可以选择支持液晶屏进行配置设置。
44.进一步地，如图2所示，基于电力载波通讯的多模智能家居网关及基于电力载波通讯的多模智能家居终端包括：电源供电电路u1、plc电力载波通讯电路u2，mcu处理器最小系统电路u3，无线通讯电路u4。
45.如图3所示，其中plc电力载波通讯电路u2，包含载波通信ic、耦合电路、滤波电路及保护电路；其中载波通信ic、耦合电路、滤波电路可以是宽带载波通讯电路，也可以是窄带载波电路，对于复杂应用场景和响应要求迅速的场景，如全屋智能应用，优选宽带载波；mcu处理器最小系统电路u3，可集成于无线通讯电路u4或plc电力载波通讯电路u2的通讯ic中。
46.进一步地，如图4所示，为实现网关的去中心化，基于电力载波通讯的多模智能家居终端的mcu处理器最小系统电路u3中具备设备id，基于电力载波通讯的多模智能家居网关的mcu处理器最小系统电路u3中保存所有终端设备id白名单及终端设备对应的设备监控量id，并且在网关中，可将不同的设备监控量id进行匹配，然后将匹配结果下发到对应终端节点中进行存储。终端节点可根据收到的设备监控量id和控制值，判断是否发出控制命令，如图5所示。
47.图1为本发明系统组成，包含基于电力载波通讯的多模智能家居网关(以下简称网关)和基于电力载波通讯的多模智能家居终端(以下简称终端)，系统中包含1个网关节点和多个终端节点，其中网关节点和终端节点可分别位于电力线的a相或b相或c相。可选的，网关可通过以太网、wifi、移动通讯等方式接入云平台，实现互联网终端产品对网关及终端的远程控制。
48.如图2所示，网关和终端包括：电源供电电路u1、plc电力载波通讯电路u2，mcu处理器最小系统电路u3，无线通讯电路u4。其中如图3所示，plc电力载波通讯电路u2包括载波通信ic、耦合电路、滤波电路及保护电路。
49.在本实施例中，供电电路u1为ac转dc隔离开关电源，如图6所示。其中以下几点设计要求需满足：
50.1)为减少开关电源噪声对电力线上plc载波信号的干扰，输入端应设计良好的滤波电路，最好选用2级滤波，其中共模电感l1，取值建议＞10mh，本实施方案中取值为30mh
51.2)plc信号接入端，应在防护电路之后；
52.3)为减少开关电源开关电源输出端噪声对载波模块的影响，输出端需要增加滤波电路，优选共模电感l2≥10uh、滤波电容x1≥10uf、滤波电容x2≤0.1uf搭配使用。
53.在本实施例中，无线通讯电路u4采用通用蓝牙模组。
54.在本实施例中，plc电力载波通讯电路u2采用lme4015b模组，已包含载波通信ic和滤波电路部分，仅需外围增加耦合电路及保护电路。同时lme4015b模组具有强大的处理能力和丰富的存储空间，因此可同时实现mcu处理器最小系统电路u3的功能，并可存储终端设备id白名单及终端设备对应的设备监控量id及其设备监控量id的配对关系表。
55.图7为实施例组网图，包括网关、终端-电灯、终端-窗帘组成，其中网关和电灯由a相交流电供电，窗帘由b相交流电供电。通讯及控制过程如下：
56.1)设置终端-电灯设备id为light_id01，终端-窗帘设备id为curtain_id02
57.2)在网关中生成终端设备id白名单，并保存，同时下发到终端中：
58.deviceid_list(light_id01(light_state_id01(on，off)，
59.curtain_id02(curtain_state_id02(on，off))；
60.3)在网关中生成设备监控量id的配对关系表，并保存，同时下发到终端中:
61.{light_id01(light_state_id01(on)《—》curtain_id02(curtain_state_id02(off)，
62.light_id01(light_state_id01(off)《—》curtain_id02(curtain_state_id02(on)}
63.4)当light_state_id01状态由on变为off后，终端电灯查询本地配对关系表，需发出curtain_id02(curtain_state_id02(on)指令，则通过电力载波和蓝牙，同时广播发出控制指令。
64.5)终端-窗帘可通过蓝牙接收指令，指令包含本地设备id，则执行指令。
65.本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不一定是描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。
66.以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，
在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

技术特征：
1.一种基于电力载波通讯的多模智能家居系统，其特征在于，包含基于电力载波通讯的多模智能家居网关和基于电力载波通讯的多模智能家居终端，采用终端设备id白名单和设备监控量id配对关系表，还包括电源供电电路、plc电力载波通讯电路，mcu处理器最小系统电路和无线通讯电路；其中，所述电源供电电路连接所述plc电力载波通讯电路、所述mcu处理器最小系统电路和所述无线通讯电路，所述plc电力载波通讯电路连接所述mcu处理器最小系统电路，用于将控制命令通过plc电力载波信号通讯方式进行发送；所述mcu处理器最小系统电路连接所述plc电力载波通讯电路和所述无线通讯电路，用于完成配置、存储及查询所述终端设备id白名单和设备监控量id配对关系表的功能，并根据查询结果，生成并发出控制命令；所述无线通讯电路用于将控制命令通过无线通讯方式进行发送。2.如权利要求1所述的基于电力载波通讯的多模智能家居系统，其特征在于，所述plc电力载波通讯电路包含载波通信ic、耦合电路、滤波电路及保护电路；其中，所述载波通信ic连接所述mcu处理器最小系统电路和所述滤波电路，用于将控制命令转换为载波通讯信号；所述滤波电路连接所述载波通信ic和所述耦合电路，用于实现载波信号滤波；所述耦合电路连接所述滤波电路和所述保护电路，用于将载波信号耦合到电力线缆上；所述保护电路连接所述耦合电路，用于保护载波线路受到过电压、过电流的冲击。3.如权利要求2所述的基于电力载波通讯的多模智能家居系统，其特征在于，所述plc电力载波通讯电路是宽带载波通讯电路，或是窄带载波电路。4.如权利要求3所述的基于电力载波通讯的多模智能家居系统，其特征在于，对于复杂应用场景和响应要求迅速的场景采用宽带载波。5.如权利要求1至4任一项所述的基于电力载波通讯的多模智能家居系统，其特征在于，所述mcu处理器最小系统电路集成于所述无线通讯电路或所述plc电力载波通讯电路的通讯ic中。6.如权利要求1至4任一项所述的基于电力载波通讯的多模智能家居系统，其特征在于，所述mcu处理器最小系统电路中保存所有终端设备id白名单及终端设备对应的设备监控量id，并且在网关中，将不同的设备监控量id进行匹配，然后将匹配结果下发到对应终端节点中进行存储，终端节点根据收到的设备监控量id和控制值，判断是否发出控制命令。7.如权利要求1至4任一项所述的基于电力载波通讯的多模智能家居系统，其特征在于，多模智能家居网关和多模智能家居终端分别位于电力线的a相或b相或c相。8.如权利要求1至4任一项所述的基于电力载波通讯的多模智能家居系统，其特征在于，多模智能家居网关通过以太网、wifi或移动通讯接入云平台，实现互联网终端对多模智能家居网关及多模智能家居终端的远程控制。

技术总结
本发明公开了一种基于电力载波通讯的多模智能家居系统，包含基于电力载波通讯的多模智能家居网关和基于电力载波通讯的多模智能家居终端。本发明通过终端设备ID白名单和设备监控量ID配对的技术手段，将网关去中心化，以解决智能家居系统中网关通讯数据瓶颈及网关故障时终端无法联动的问题。同时将电力载波和无线通讯技术结合，可解决无线遮挡问题和远距离布线电力载波通信衰减及电力载波通信无法跨相问题，从而实现通信的全屋覆盖。从而实现通信的全屋覆盖。从而实现通信的全屋覆盖。


技术研发人员：刘鲲 尹红斌 陈丽恒
受保护的技术使用者：深圳市力合微电子股份有限公司
技术研发日：2023.07.17
技术公布日：2023/9/14