(12)实用新型专利
(10)授权公告号 CN 211349071 U(45)授权公告日 2020.08.25
(21)申请号 202020400306.7(22)申请日 2020.03.25
(73)专利权人 西安邮电大学
地址 710121 陕西省西安市长安区西安邮
电大学电子工程学院(72)发明人 师小琳 徐乐迪
(74)专利代理机构 西安泛想力专利代理事务所
(普通合伙) 61260
代理人 石琳丹(51)Int.Cl.
G05B 19/042(2006.01)G01D 21/02(2006.01)H04W 4/38(2018.01)H04W 84/22(2009.01)H04W 88/14(2009.01)
权利要求书2页 说明书6页 附图5页
(54)实用新型名称
一种智能家居环境监测系统
(57)摘要
本实用新型提供一种智能家居环境监测系统。本实用新型一种智能家居环境监测系统，包括：感测终端、路由器、协调器、移动终端和上位机；所述感测终端，用于感测环境，向路由器无线发送环境感测信息；所述路由器，用于将感测信息无线发送给协调器和/或移动终端；所述协调器，用于将感测信息发送给上位机；所述协调器与上位机通过串口模块有线通信。本实用新型一种智能家居环境监测系统。实现无线和有线结合，无线监控方式灵活便捷，有线监控方式避免了无线数据难以捕获的问题，并且在系统调试过程中，可以通过串口打印出程序的关键部分，便于分析问题。
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权 利 要 求 书
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1.一种智能家居环境监测系统，其特征在于，包括：感测终端、路由器、协调器、移动终端和上位机；所述感测终端，用于感测环境，向路由器无线发送环境感测信息；所述路由器，用于将感测信息无线发送给协调器和/或移动终端；所述协调器，用于将感测信息发送给上位机；所述协调器与上位机通过串口模块有线通信。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述感测终端包括：第一主控模块、第一电源模块、温湿度监测模块、一氧化碳监测模块及第一无线模块，所述第一主控模块分别与、第一电源模块、温湿度监测模块、一氧化碳监测模块及第一无线模块连接，
所述第一主控模块，用于接收温湿度监测模块和一氧化碳监测模块的感测信息；所述第一电源模块，用于为感测终端提供电源；所述温湿度监测模块，用于感测环境的温度和湿度，向主控模块发送温湿度感测信息；所述一氧化碳监测模块，用于感测环境的一氧化碳，向主控模块发送一氧化碳感测信息；
所述第一无线模块，用于向路由器无线发送环境感测信息，所述环境感测信息包括：温湿度感测信息和/或一氧化碳感测信息。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述感测终端还包括：温湿度监测模块指示灯、一氧化碳监测模块指示灯及控制模块；所述温湿度监测模块指示灯设置于所述温湿度监测模块上；所述一氧化碳监测模块指示灯设置于所述一氧化碳监测模块上；
所述控制模块用于控制温湿度监测模块指示灯和一氧化碳监测模块指示灯的开关。4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述主控模块包括：第一CC2530单片机。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一电源模块包括：电源转换芯片，所述电源转换芯片的电压输入端通过二极管D1连接电源电压；
所述电源转换芯片的电压输出端与电容Cb1的第一端和电容C1的第一端连接，所述电容Cb1的第二端和所述电容C1的第二端接地。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一无线模块包括：电容C251、电容C252、电容C253、电容C254、电容C255、电容C261、电容C262、电感L251及电感L261；
所述电容C251的第一端与第一CC2530单片机的RF_P脚连接，电容C251的第二端分别与电感L251的第一端、电感L252的第一端、电容C252的第一端连接；
电感L252的第二端接地，电容C252的第二端分别与电感L261的第一端、电容C254的第一端、电容C253的第一端连接，电容L253的第二端接地，电容C254的第二端分别与天线和电容C255的第一端连接，电容C255的第二端接地；电容C261的第一端与第一CC2530单片机的RF_N脚连接，电容C261的第二端分别与电感L251的第二端、电容C261的第一端及电感L261
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的第二端连接，电容C262的第二端接地。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述协调器包括：第二CC2530单片机、串口模块、第二无线模块及第二电源模块；所述第二CC2530单片机分别与串口模块、第二无线模块及第二电源模块连接；所述协调器通过串口模块与上位机连接；所述串口模块包括：型号为CH340G的串口芯片。
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说 明 书
一种智能家居环境监测系统
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技术领域
[0001]本实用新型涉及智能家居技术，尤其涉及一种智能家居环境监测系统。
背景技术
[0002]随着现代电子技术和无线通信技术的蓬勃发展以及经济水平的快速提高，人们在日常生活上对智能家居的环境监测系统提出了更高的要求，也更加追求数字化、信息化、智能化的智能家居环境检测技术。[0003]智能家居是以住宅为平台，集系统、结构、服务、管理、控制于一体，利用先进的网络通讯技术、电力自动化技术、计算机技术、无线电技术，将与居家生活有关的各种设备有机地结合起来，通过网络化的综合管理家中设备，来创造一个优质、高效、舒适、安全、便利、节能、健康、环保的居住生活环境空间。计算机技术、信息技术等新技术不断融入智能家居，使其内容发展的更为丰富。
实用新型内容
[0004]本实用新型提供一种智能家居环境监测系统，实现家居环境的检测，并且无线和有线监测方式结合，多终端灵活控制智能家居。
[0005]本实用新型提供一种智能家居环境监测系统，包括：[0006]感测终端、路由器、协调器、移动终端和上位机；[0007]所述感测终端，用于感测环境，向路由器无线发送环境感测信息；[0008]所述路由器，用于将感测信息无线发送给协调器和/或移动终端；[0009]所述协调器，用于将感测信息发送给上位机；[0010]所述协调器与上位机通过串口模块有线通信。[0011]进一步的，所述感测终端包括：第一主控模块、第一电源模块、温湿度监测模块、一氧化碳监测模块及第一无线模块，所述第一主控模块分别与、第一电源模块、温湿度监测模块、一氧化碳监测模块及第一无线模块连接，[0012]所述第一主控模块，用于接收温湿度监测模块和一氧化碳监测模块的感测信息；[0013]所述第一电源模块，用于为感测终端提供电源；[0014]所述温湿度监测模块，用于感测环境的温度和湿度，向主控模块发送温湿度感测信息；
[0015]所述一氧化碳监测模块，用于感测环境的一氧化碳，向主控模块发送一氧化碳感测信息；
[0016]所述第一无线模块，用于向路由器无线发送环境感测信息，所述环境感测信息包括：温湿度感测信息和/或一氧化碳感测信息。[0017]进一步的，所述感测终端还包括：温湿度监测模块指示灯、一氧化碳监测模块指示灯及控制模块；
[0018]所述温湿度监测模块指示灯设置于所述温湿度监测模块上；
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说 明 书
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所述一氧化碳监测模块指示灯设置于所述一氧化碳监测模块上；
所述控制模块用于控制温湿度监测模块指示灯和一氧化碳监测模块指示灯的开
关。
进一步的，所述主控模块包括：第一CC2530单片机。
[0022]进一步的，所述第一电源模块包括：电源转换芯片，所述电源转换芯片的电压输入端通过二极管D1连接电源电压；
[0023]所述电源转换芯片的电压输出端与电容Cb1的第一端和电容C1的第一端连接，所述电容Cb1的第二端和所述电容C1的第二端接地。[0024]进一步的，所述第一无线模块包括：[0025]电容C251、电容C252、电容C253、电容C254、电容C255、电容C261、电容C262、电感L251及电感L261；
[0026]所述电容C251的第一端与第一CC2530单片机的RF_P脚连接，电容C251的第二端分别与电感L251的第一端、电感L252的第一端、电容C252的第一端连接；[0027]电感L252的第二端接地，电容C252的第二端分别与电感L261的第一端、电容C254的第一端、电容C253的第一端连接，电容L253的第二端接地，电容C254的第二端分别与天线和电容C255的第一端连接，电容C255的第二端接地；电容C261的第一端与第一CC2530单片机的RF_N脚连接，电容C261的第二端分别与电感L251的第二端、电容C261的第一端及电感L261的第二端连接，电容C262的第二端接地。[0028]进一步的，所述协调器包括：第二CC2530单片机、串口模块、第二无线模块及第二电源模块；
[0029]所述第二CC2530单片机分别与串口模块、第二无线模块及第二电源模块连接；[0030]所述协调器通过串口模块与上位机连接；[0031]所述串口模块包括：型号为CH340G的串口芯片。[0032]本实用新型一种智能家居环境监测系统，通过感测终端感测环境信息，通过路由器发送给协调器或移动终端，协调器可将环境感测信息有线发送给上位机，实现无线和有线结合，无线监控方式灵活便捷，有线监控方式避免了无线数据难以捕获的问题，并且在系统调试过程中，可以通过串口打印出程序的关键部分，便于分析问题。
[0021]
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]图1为本实用新型一种智能家居环境监测系统的结构示意图；
[0035]图2为本实用新型一种智能家居环境监测系统中感测终端的结构示意图；[0036]图3为本实用新型一种智能家居环境监测系统中协调器的结构示意图；[0037]图4为本实用新型中CC2530单片机的电路示意图；
[0038]图5为本实用新型一种智能家居环境监测系统中第一电源模块的电路示意图；[0039]图6为本实用新型一种智能家居环境监测系统中无线模块的电路示意图；
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图7为本实用新型一种智能家居环境监测系统中串口模块的电路示意图；
图8为本实用新型一种智能家居环境监测系统中温湿度监测模块的电路示意图；图9为本实用新型一种智能家居环境监测系统中一氧化碳监测模块的电路示意
图。
具体实施方式
[0043]为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0044]图1为本实用新型一种智能家居环境监测系统的结构示意图；如图1所示，本实施例的系统可以包括：[0045]感测终端1、路由器2、协调器3、移动终端4和上位机5；[0046]所述感测终端1，用于感测环境，向路由器2无线发送环境感测信息；[0047]所述路由器2，用于将感测信息无线发送给协调器3和/或移动终端4；[0048]所述协调器3，用于将感测信息发送给上位机5；[0049]所述协调器3与上位机5通过串口模块有线通信。[0050]本实施例中，感测终端用于感测环境，具体的，可包括温湿度监测模块和一氧化碳监测模块，感测环境的温度、湿度和一氧化碳浓度，及时反馈给监控终端，本实用新型所说的监控终端即上位机和/或移动终端。
[0051]本实施例中的上位机可以为计算机，本实施例中的移动终端可以为手机、平板电脑等。
[0052]本实施例中感测终端和协调器连接于同一路由器，实现无线通信。[0053]本实施例中，通过感测终端感测环境信息，通过路由器发送给协调器或移动终端，协调器可将环境感测信息有线发送给上位机，实现无线和有线结合，无线监控方式灵活便捷，有线监控方式避免了无线数据难以捕获的问题，并且在系统调试过程中，可以通过串口打印出程序的关键部分，便于分析问题。
[0054]图2为本实用新型一种智能家居环境监测系统中感测终端的结构示意图；如图2所示，本实施例中的感测终端包括：[0055]第一主控模块20、第一电源模块21、温湿度监测模块22、一氧化碳监测模块23及第一无线模块24；
[0056]所述第一主控模块20分别与第一电源模块21、温湿度监测模块22、一氧化碳监测模块23及第一无线模块24连接；[0057]所述第一主控模块20，用于接收温湿度监测模块和一氧化碳监测模块的感测信息；
[0058]所述第一电源模块21，用于为感测终端提供电源；[0059]所述温湿度监测模块22，用于感测环境的温度和湿度，向主控模块发送温湿度感测信息；
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所述一氧化碳监测模块23，用于感测环境的一氧化碳，向主控模块发送一氧化碳
感测信息；
[0061]所述第一无线模块24，用于向路由器无线发送环境感测信息，所述环境感测信息包括：温湿度感测信息和/或一氧化碳感测信息。[0062]本实施例中，通过温湿度监测模块22、一氧化碳监测模块23对环境进行感测，使得用户及时获知环境情况。
[0063]图3为本实用新型一种智能家居环境监测系统中协调器的结构示意图；如图3所示，本实施例协调器包括：
[0064]第二CC2530单片机30、串口模块31、第二无线模块32及第二电源模块33；[0065]所述第二CC2530单片机30分别与串口模块31、第二无线模块32及第二电源模块33连接；
[0066]所述协调器通过串口模块31与上位机连接；[0067]所述串口模块31包括：型号为CH340G的串口芯片。[0068]本实施例中，协调器通过串口模块与上位机有线通信，通过第二无线模块与路由器无线通信。
[0069]图4为本实用新型中CC2530单片机的电路示意图；图4所示的示意图可用于协调器中，也可用于感测终端中。[0070]如图4所示，本实用新型选用的CC2530是一款专门用于无线传感器网络中进行数据传输的集成单片机芯片，它同时集成了ZigBee无线通信协议，可以直接用于基于ZigBee无线通信协议的应用。CC2530单片机由8051内核组成并且支持无线收发功能。其供电电压范围为2V-3.6V，支持8路AD转换，支持两路串口，具有4个定时器，最大闪存达到256KB。CC2530总共由40个引脚组成，分别为21个IO口，9个模数电源引脚，2个射频信号收发管脚，2个晶振的引脚，1个连接偏置电阻的引脚，1个复位引脚以及4个未使用引脚[15]。此外，在芯片中间还有一个接地引脚。CC2530的所有引脚可以分为三种类型：电源型引脚、I/O端口线引脚和控制线引脚。CC2530具有21个可编程I/O引脚，PO、P1有8位，而P2有且只有5位。一组SFR寄存器的位或字节可由软件设置，以使这些引脚作为普通的I/O端口并且可作用于ADC、定时器/计数器或UART部件的外围设备接口使用。[0071]在实际应用场合，为了避免雷击、静电等不可避免的因素，设计CC2530最小系统与外围电路分开，这样在更换时，只需要更换模块，无需更换所有设备，这样减少了系统硬件运维时间。
[0072]图5为本实用新型一种智能家居环境监测系统中第一电源模块的电路示意图；如图5所示，第一电源模块包括：[0073]电源转换芯片Nb1，所述电源转换芯片的电压输入端通过二极管D1连接电源电压；[0074]所述电源转换芯片的电压输出端与电容Cb1的第一端和电容C1的第一端连接，所述电容Cb1的第二端和所述电容C1的第二端接地。[0075]目前大部分电器设备均采用交流220V供电，目前市面上交流220V转直流5V设备较为成熟，比如常见的手机适配器。在电源电路设计的过程中采用现成的电压转换模块给系统供电，比如手机适配器。[0076]本实施例中，第一CC2530单片机和温湿度监测模块采用3.3V供电，一氧化碳监测
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模块采用5V供电。本次设计选用用LM1117-3.3V做为电源转换芯片，实现直流5V转3.3V。[0077]本实施例中，在电压输出端接了两种电容，起到稳压滤波的作用，此外问了便于查看电路发生短路等严重情况，在输出端串接了一个电阻和发光二极管，用于指示。串接电阻的作用主要是为了限流，保护发光二极管。
[0078]图6为本实用新型一种智能家居环境监测系统中无线模块的电路示意图。图6中的无线模块可用于第一无线模块，也可用于第二无线模块。[0079]如图6所示，无线模块，包括：[0080]电容C251、电容C252、电容C253、电容C254、电容C255、电容C261、电容C262、电感L251及电感L261；
[0081]所述电容C251的第一端与第一CC2530单片机的RF_P脚连接，电容C251的第二端分别与电感L251的第一端、电感L252的第一端、电容C252的第一端连接；[0082]电感L252的第二端接地，电容C252的第二端分别与电感L261的第一端、电容C254的第一端、电容C253的第一端连接，电容L253的第二端接地，电容C254的第二端分别与天线和电容C255的第一端连接，电容C255的第二端接地；电容C261的第一端与第一CC2530单片机的RF_N脚连接，电容C261的第二端分别与电感L251的第二端、电容C261的第一端及电感L261的第二端连接，电容C262的第二端接地。
[0083]无线模块是是无线通信系统必不可少的组成部分，其基本功能是通过天线发射和接收无线电波。本设计中无线收发器电路用于将感测终端采集到监测信号发送给手机APP和PC上位机，并接收来自手机APP和PC上位机发出的控制信号。其工作过程为：当发射信号时，该模块把高频电流转换为电磁波，然后通过天线发射出去；当接收信号时，能够把天线接收的电磁波自动转换为CC2530单片机可识别的高频电流。该模块外围电路连接到CC2530的RF_N和RF_P引脚。
[0084]图7为本实用新型一种智能家居环境监测系统中串口模块的电路示意图；[0085]本实用新型中串口模块采用型号为CH340G的串口芯片。具体的，所述串口芯片的TXD管脚与第二CC2530单片机的P02脚连接，所述串口芯片的RXD管脚与第二CC2530单片机的P03脚。
[0086]本实施例中，串口模块连接第二CC2530单片机和上位机，完成两者之间的数据传输。它能够将来自上位机的并行数据字符转换为连续的串行数据流发送给第二CC2530单片机，用于控制LED灯的开/关；同时，可将接收的串行数据流转换为并行的数据字符供给上位机。采用有线方式将硬件电路和上位机相连。其优点在于避免了无线数据难以捕获的特点；并且在系统调试过程中，可以通过串口打印出程序的关键部分，便于分析问题。[0087]CC2530的，管脚P02和P03组成了第一组串口。本实用新型在设计的过程中将TXD管脚与P02连接，RXD管脚与P03连接。RTS#管脚与P04连接。此外增加一个12MHz晶振X3即可完成串口通信。
[0088]图8为本实用新型一种智能家居环境监测系统中温湿度监测模块的电路示意图；如图8所示，温湿度监测模块包括：[0089]型号为DHT11的芯片，具体的，将CC2530任一IO管脚(图8中选用P11脚)与DATA脚连接并供3.3V即可完成温湿度硬件电路。使用了一个4.7K的上拉电阻R1，能够保证信号的稳定，使用了一个0.1uf的电容C5，能够保证供电电压稳定。
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图9为本实用新型一种智能家居环境监测系统中一氧化碳监测模块的电路示意
图；
本实施例中，选用由电导率较低的二氧化锡组成一氧化碳传感器P5，当空气中的
一氧化碳浓度增大时，传感器的电导率随着增大。为了能够获取更准确的一氧化碳值，采用AD转换获取模拟量。因CC2530芯片自身支持AD转换，所有无需额度增加AD转换电路，只需要将一氧化碳传感器管脚与P05管脚连接即可。
[0092]本实用新型一种智能家居环境监测系统，通过感测终端感测环境信息，通过路由器发送给协调器或移动终端，协调器可将环境感测信息有线发送给上位机，实现无线和有线结合，无线监控方式灵活便捷，有线监控方式避免了无线数据难以捕获的问题，并且在系统调试过程中，可以通过串口打印出程序的关键部分，便于分析问题。[0093]最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
[0091]
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