專利名稱：基于Zigbee技術(shù)的智能教室集控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多功能智能教室領(lǐng)域，尤其是一種基于Zigbee技術(shù)的智能教室 集控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著信息技術(shù)的發(fā)展，越來越多的教學(xué)輔助電子設(shè)備(如照明系統(tǒng)、教學(xué)設(shè)備、監(jiān) 控設(shè)備等)進(jìn)入教室。教室內(nèi)電子設(shè)備主要包括紅外設(shè)備和射頻設(shè)備，前者是指通過紅外 通信方式進(jìn)行控制的電子設(shè)備，例如空調(diào)、投影儀、電視機(jī)、攝像頭、功放機(jī)、錄音機(jī)和幕布， 后者是指通過射頻通信方式進(jìn)行控制的電子設(shè)備，包括智能開關(guān)、插座和電子窗簾。目前，教室內(nèi)電子設(shè)備主要是通過遙控器進(jìn)行控制，每個設(shè)備對應(yīng)一個遙控器，造 成遙控器過多，會出現(xiàn)使用混淆、操作繁瑣、遙控器丟失等麻煩。而且，這些遙控器絕大部分 是采用紅外通信方式，紅外遙控對遙控器和設(shè)備之間的距離和角度有嚴(yán)格要求，且兩者之 間不能有阻擋物。因此，設(shè)計一個集所有設(shè)備控制功能于一體的集成控制系統(tǒng)成為目前迫 切的需要。近年來，已出現(xiàn)基于Zigbee技術(shù)的電器控制方案，采用Zigbee技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)，將 紅外控制的電器設(shè)備進(jìn)行無線互聯(lián)，用于集中控制。這些方案采用預(yù)先對紅外設(shè)備進(jìn)行編 碼存儲，并未涉及具有射頻通信控制的電器設(shè)備；由于電器設(shè)備各種各樣，其編碼量大，預(yù) 先存儲很難包括所有電器設(shè)備；未涉及環(huán)境檢測，以及針對環(huán)境參數(shù)對電器設(shè)備進(jìn)行自動 控制的功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于Zigbee技術(shù)的智能教室 集控系統(tǒng)，將教室內(nèi)包括紅外設(shè)備和射頻設(shè)備在內(nèi)的所有電子設(shè)備的控制功能集成為一 體，不受遙控間距和角度的限制，方便用戶操作，并可根據(jù)教室當(dāng)前環(huán)境自動對各設(shè)備進(jìn)行 聯(lián)動控制，提高教室電子設(shè)備的使用效率，同時起到節(jié)能省電作用。本發(fā)明的技術(shù)方案基于Zigbee技術(shù)的智能教室集控系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括采用Zigbee協(xié)議 通信的遙控終端和集成遙控器，所述的遙控終端將來自集成遙控器的射頻控制指令轉(zhuǎn)發(fā)給 教室內(nèi)紅外設(shè)備或射頻設(shè)備，并采集教室環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)送給集成遙控器。本發(fā)明中，所述的遙控終端包括至少一個Zigbee紅外轉(zhuǎn)換器、至少一個Zigbee射 頻轉(zhuǎn)換器和至少一個環(huán)境檢測模塊；所述的Zigbee紅外轉(zhuǎn)換器，接收來自集成遙控器針對 紅外設(shè)備的射頻控制指令，將其轉(zhuǎn)換為紅外控制指令后發(fā)送給紅外設(shè)備；Zigbee射頻轉(zhuǎn)換 器，接收來自集成遙控器針對射頻設(shè)備的射頻控制指令，將其進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換后發(fā)送給射頻 設(shè)備；環(huán)境檢測模塊，采集教室環(huán)境數(shù)據(jù)，將其由模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并發(fā)送給集成 遙控器。本發(fā)明中，所述的Zigbee紅外轉(zhuǎn)換器存儲有紅外控制指令與射頻控制指令的映射關(guān)系。本發(fā)明中，所述的環(huán)境檢測模塊包含溫度傳感器或濕度傳感器或亮度傳感器或 CO2傳感器或上述傳感器的任意組合。本發(fā)明中，所述的集成遙控器包括數(shù)據(jù)處理模塊、輸入模塊、顯示模塊、無線通信 模塊、存儲模塊和能量供應(yīng)模塊；其中，數(shù)據(jù)處理模塊，它根據(jù)教室環(huán)境參數(shù)判別教室當(dāng)前 所處環(huán)境模式，依據(jù)存儲教室環(huán)境模式與控制指令的映射關(guān)系查詢到其對應(yīng)的控制指令； 輸入模塊，用于教室內(nèi)紅外或射頻設(shè)備的控制指令外部輸入；顯示模塊，顯示控制指令和教 室環(huán)境數(shù)據(jù)；無線通信模塊，它接收來自遙控終端的教室環(huán)境數(shù)據(jù)，采用射頻信號向遙控終 端發(fā)送控制指令；存儲模塊，它存儲教室環(huán)境模式與控制指令的映射關(guān)系；能量供應(yīng)模塊， 向集成遙控器內(nèi)其它模塊提供運(yùn)行所需能量。本發(fā)明中，所述的集成遙控器還包括紅外學(xué)習(xí)模塊，它學(xué)習(xí)紅外遙控設(shè)備的紅外 控制編碼，建立紅外控制指令與射頻控制指令的映射關(guān)系。本發(fā)明的基于Zigbee技術(shù)的智能教室集控系統(tǒng)，還包括智能網(wǎng)關(guān)和遠(yuǎn)程訪問 設(shè)備，所述的智能網(wǎng)關(guān)與遙控終端采用Zigbee通信協(xié)議，智能網(wǎng)關(guān)與遠(yuǎn)程訪問設(shè)備采用 Zigbee通信協(xié)議以外的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，智能網(wǎng)關(guān)對上述兩種通信協(xié)議作轉(zhuǎn)換，將所述的遠(yuǎn) 程訪問設(shè)備發(fā)送的控制命令轉(zhuǎn)發(fā)給所述的遙控終端，將所述的遙控終端發(fā)送的教室環(huán)境數(shù) 據(jù)發(fā)送給所述的遠(yuǎn)程訪問設(shè)備。本發(fā)明中，所述的智能網(wǎng)關(guān)與遠(yuǎn)程訪問設(shè)備間采用hternet或GSM/GPRS通信協(xié) 議。本發(fā)明中，所述的紅外設(shè)備是指通過紅外通信方式進(jìn)行控制的電子設(shè)備，包括空 調(diào)、投影儀、電視機(jī)、攝像頭、功放機(jī)、錄音機(jī)和幕布，所述的射頻設(shè)備是指通過射頻通信方 式進(jìn)行控制的電子設(shè)備，包括智能開關(guān)、插座、窗戶和電子窗簾。本發(fā)明的優(yōu)點和特點體現(xiàn)在以下幾個方面(1)集成化本發(fā)明通過一個集成遙控器便可實現(xiàn)對包括空調(diào)、投影儀、電視機(jī)等 紅外設(shè)備和智能開關(guān)、插座等射頻設(shè)備在內(nèi)的所有教室電子設(shè)備獨立集中控制，而且以射 頻方式發(fā)送命令，使得控制不受距離、角度、遮擋物限制，操作方便，控制靈敏。(2)智能化根據(jù)室溫、光線明暗、空氣質(zhì)量等教室環(huán)境狀態(tài)，本發(fā)明可以自動調(diào) 節(jié)空調(diào)、窗簾、燈光等設(shè)備的運(yùn)行情況，節(jié)能環(huán)保。(3)無線化基于Zigbee技術(shù)的智能教室集控系統(tǒng)采用無線方式，相對于傳統(tǒng)的 有線方式，組建方便簡單，不需要布設(shè)通信電纜。而且，無線方式配置靈活、維護(hù)方便、易于 擴(kuò)展。本發(fā)明采用Zigbee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使得網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有自組織、自適應(yīng)的功能，可靠性更 好。(4)網(wǎng)絡(luò)化相對于傳統(tǒng)教室電子設(shè)備各自孤立的狀態(tài)，本發(fā)明中的各個遙控終 端形成了網(wǎng)絡(luò)，并且為遙控終端之間提供了高效的數(shù)據(jù)通信手段。還可以通過手機(jī)、PDA、計 算機(jī)等設(shè)備遠(yuǎn)程控制。 本發(fā)明的集控系統(tǒng)讓用戶有更方便的手段來管理教室電子設(shè)備，還可以執(zhí)行場景 操作，使多個設(shè)備形成聯(lián)動。進(jìn)一步地根據(jù)教室環(huán)境參數(shù)采集信號，不需要用戶指揮也能根 據(jù)不同的信號狀態(tài)自動控制設(shè)備的運(yùn)行，從而給用戶帶來最大程度的便利和高效。


圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)1中1-集成遙控器，2-智能網(wǎng)關(guān)，3-遙控終端，4-遠(yuǎn)程訪問設(shè)備。圖2為集成遙控器結(jié)構(gòu)3為集成遙控器學(xué)習(xí)功能運(yùn)行步驟4為智能網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)5為本發(fā)明實例的Zigbee紅外轉(zhuǎn)換器硬件結(jié)構(gòu)6為本發(fā)明實例的Zigbee射頻轉(zhuǎn)換器硬件結(jié)構(gòu)7為本發(fā)明實例的集成遙控器硬件結(jié)構(gòu)8為本發(fā)明實例的智能網(wǎng)關(guān)硬件結(jié)構(gòu)圖
具體實施例方式下面通過實施例更加詳細(xì)地說明本發(fā)明，但以下實施例僅是說明性的，本發(fā)明的 保護(hù)范圍并不受這些實施例的限制。如圖1所示，本發(fā)明的基于Zigbee技術(shù)的智能教室集控系統(tǒng)中，有M個紅外設(shè)備， N個射頻設(shè)備。相對應(yīng)的，存在M個Zigbee紅外轉(zhuǎn)換器ZHR(i) (i = 1，K，M)和N個Zigbee 射頻轉(zhuǎn)換器ZiRF(j) (j = 1，K，N)。本發(fā)明還包括環(huán)境檢測模塊，各Zigbee紅外轉(zhuǎn)換器、 Zigbee射頻轉(zhuǎn)換器和環(huán)境檢測模塊EvM (k) (k = 1，K，P)構(gòu)成遙控終端3，遙控終端3與集 成遙控器1之間采用Zigbee協(xié)議無線通信，形成Zigbee網(wǎng)絡(luò)。Zigbee紅外轉(zhuǎn)換器設(shè)置在紅外設(shè)備信號接收端附近，其作為集成遙控器與紅外設(shè) 備之間的命令轉(zhuǎn)發(fā)者，將集成遙控器針對紅外設(shè)備的射頻控制指令轉(zhuǎn)換為紅外控制指令后 發(fā)送給紅外設(shè)備。紅外遙控對遙控器和設(shè)備之間的距離和角度有嚴(yán)格要求，且兩者之間不 能有阻擋物。而射頻遙控傳輸距離較遠(yuǎn)，且穿透能力強(qiáng)。因此，通過紅外轉(zhuǎn)換器無線接收射 頻形式的控制指令，再轉(zhuǎn)換為紅外控制指令，有效地消除了遙控器與紅外設(shè)備的控制約束， 擴(kuò)展了控制區(qū)域。Zigbee紅外轉(zhuǎn)換器存儲有對應(yīng)設(shè)備的紅外控制編碼，當(dāng)收到集成遙控器 或者智能網(wǎng)關(guān)的控制命令后，就會查詢該控制命令對應(yīng)的紅外控制編碼，并向?qū)?yīng)設(shè)備發(fā) 出紅外控制命令。Zigbee射頻轉(zhuǎn)換器設(shè)置在射頻設(shè)備信號接收端附近，其與紅外轉(zhuǎn)換器類似，同樣 作為集成遙控器與射頻設(shè)備之間的命令轉(zhuǎn)發(fā)者。不同之處在于，射頻設(shè)備本身識別射頻信 號，但射頻設(shè)備的通信頻率與集成遙控器的通信頻率不一定相同，因此射頻轉(zhuǎn)換器要起到 頻率轉(zhuǎn)換作用。例如射頻設(shè)備采用NRF905模塊，工作在433MHz，而Zigbee網(wǎng)絡(luò)通信頻率為 2. 4GHz，則需要Zigbee射頻轉(zhuǎn)換器用來進(jìn)行兩種不同頻率信號的轉(zhuǎn)發(fā)。環(huán)境監(jiān)測模塊為實現(xiàn)教室智能控制提供判斷依據(jù)，其配置有溫濕度、亮度、CO2等 參數(shù)感應(yīng)器，實時采集相應(yīng)數(shù)據(jù)，對環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后發(fā)送給集成遙控器?？墒褂靡?個環(huán)境監(jiān)測模塊實現(xiàn)所有環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測，也可根據(jù)需要設(shè)計多個環(huán)境監(jiān)測模模塊，分別 用于不同環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測。具體開發(fā)時可將環(huán)境監(jiān)測模塊嵌入射頻轉(zhuǎn)換器。圖2為集成遙控器1結(jié)構(gòu)圖，其包括輸入模塊、數(shù)據(jù)處理模塊1. 2、顯示模塊、紅外 模塊、無線通信模塊1. 1、存儲模塊和能量供應(yīng)模塊1. 3。輸入模塊用于教室內(nèi)紅外或射頻 設(shè)備的控制指令輸入，可采用鍵盤輸入、手寫體輸入等方式。數(shù)據(jù)處理模塊1.2進(jìn)行自動控制模式匹配。顯示模塊用于控制指令和教室環(huán)境數(shù)據(jù)的顯示。無線通信模塊1.1接收來 自遙控終端的教室環(huán)境數(shù)據(jù)，采用射頻信號向遙控終端發(fā)送控制指令。存儲模塊存儲紅外 遙控設(shè)備的紅外控制編碼與控制指令的映射關(guān)系，以及教室環(huán)境模式與控制指令的映射關(guān) 系，能量供應(yīng)模塊1. 3向集成遙控器內(nèi)其它模塊提供運(yùn)行所需能量，可采用較小尺寸的堿 性電池或鋰電池。集成遙控器1的控制體現(xiàn)在兩方面一方面是外部輸入控制指令，另一方面是根 據(jù)教室環(huán)境參數(shù)自動產(chǎn)生控制指令。外部輸入控制指令后，集成遙控器將命令指令通過射頻方式發(fā)送給對應(yīng)的遙控終 端，遙控終端將控制指令轉(zhuǎn)換成紅外控制編碼或者射頻指令，并發(fā)送給對應(yīng)的教室電子設(shè) 備，從而完成控制目的。自動控制工作方式為環(huán)境監(jiān)測模塊采集教室環(huán)境參數(shù)，例如溫度、濕度、CO2濃 度、亮度等，并發(fā)送給集成遙控器，集成遙控器將根據(jù)教室環(huán)境參數(shù)判斷教室當(dāng)前所處環(huán)境 模式，將其對應(yīng)的控制指令通過所述無線通信模塊發(fā)送給遙控終端。例如，環(huán)境監(jiān)測模塊采 集教室室內(nèi)CO2濃度為800PPM，此時為低氧模式，對應(yīng)的控制指令是打開空調(diào)，并設(shè)置工作 模式為通風(fēng)，并將窗戶打開通風(fēng)。此時，集成遙控器將向空調(diào)對應(yīng)的遙控終端自動發(fā)送控制 命令，該遙控終端將立即控制空調(diào)和窗戶運(yùn)行狀態(tài)。因為不同廠家不同型號的紅外設(shè)備控制編碼不盡相同，若將所有可能設(shè)備的紅外 控制編碼預(yù)存，勢必對存儲器的容量有很高的要求。因此本發(fā)明在存儲器預(yù)存基本所需的 設(shè)備編碼，另增設(shè)紅外學(xué)習(xí)模塊(紅外模塊)，在教室新增設(shè)備后，再采用該模塊學(xué)習(xí)存儲 器中沒有預(yù)存的紅外設(shè)備控制編碼。使用集成遙控器學(xué)習(xí)被控設(shè)備遙控器的紅外控制編 碼，然后將編碼發(fā)送到與被控設(shè)備相對應(yīng)的Zigbee紅外轉(zhuǎn)換器。如圖3所示，集成遙控器 學(xué)習(xí)步驟如下(1)長按集成遙控器的設(shè)置鍵2秒鐘，等學(xué)習(xí)指示燈長亮后，松開設(shè)置鍵，此時集 成遙控器處于學(xué)習(xí)狀態(tài)；(2)將集成遙控器和被控設(shè)備遙控器的發(fā)射管對準(zhǔn)，相隔較短距離(5cm以內(nèi))，同 時按住集成遙控器中要學(xué)習(xí)的鍵(例如開機(jī)鍵)和被控設(shè)備遙控器中被學(xué)習(xí)的鍵(例如開 機(jī)鍵)，持續(xù)5秒鐘，集成遙控器學(xué)習(xí)指示燈閃爍表示學(xué)習(xí)成功；(3)重復(fù)步驟(2)，學(xué)習(xí)下一個按鍵；(4)學(xué)習(xí)完成，按集成遙控器的設(shè)置鍵，退出學(xué)習(xí)狀態(tài)。若需要遠(yuǎn)程訪問和控制，還可在本發(fā)明基礎(chǔ)上增加智能網(wǎng)關(guān)2和遠(yuǎn)程訪問設(shè)備。 智能網(wǎng)關(guān)與所述遙控終端采用Zigbee通信協(xié)議，智能網(wǎng)關(guān)與遠(yuǎn)程訪問設(shè)備采用Zigbee通 信協(xié)議以外的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，智能網(wǎng)關(guān)對上述兩種通信協(xié)議作轉(zhuǎn)換，將遠(yuǎn)程訪問設(shè)備發(fā)送 的控制命令轉(zhuǎn)發(fā)給所述遙控終端，將所述遙控終端發(fā)送的教室環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)送給遠(yuǎn)程訪問設(shè) 備。智能網(wǎng)關(guān)與遠(yuǎn)程訪問設(shè)備之間可選用hternet或GSM/GPRS通信協(xié)議。圖4為智能網(wǎng)關(guān)2結(jié)構(gòu)圖，內(nèi)部模塊連接關(guān)系為數(shù)據(jù)處理模塊2. 2和能量供應(yīng)模 塊2. 3分別與接口模塊、無線通信模塊2. 1、TCP/IP模塊、GSM/GPRS模塊和存儲模塊相連。 接口模塊與計算機(jī)或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相連，采用RJ45或者USB接口方式，數(shù)據(jù)處理模塊2. 2控 制智能網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)的存儲和處理，無線通信模塊2. 1對智能網(wǎng)關(guān)和遙控終端進(jìn)行無線發(fā)送和 接收數(shù)據(jù)，TCP/IP模塊提供TCP/IP協(xié)議棧，兼容htranet和hternet網(wǎng)絡(luò)，GSM/GPRS模塊提供GSM網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，實現(xiàn)與遙控終端無線連接，存儲模塊存儲處理和轉(zhuǎn)發(fā)過程中的通 信數(shù)據(jù)，能量供應(yīng)模塊2. 3為智能網(wǎng)關(guān)2提供運(yùn)行所需的能量，采用POE供電或者USB供電。Zigbee紅外轉(zhuǎn)換器，Zigbee射頻轉(zhuǎn)換器、環(huán)境檢測模塊、集成遙控器、智能網(wǎng)關(guān)構(gòu) 成無線多跳自組織Zigbee網(wǎng)絡(luò)。Zigbee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒ㄐ切途W(wǎng)絡(luò)、樹型網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)型網(wǎng)絡(luò)。本 發(fā)明中，若普通教室，空間較小，Zigbee網(wǎng)絡(luò)采用星型拓?fù)?，集成遙控器與遙控終端直接通 信，即采用單跳通信；若教室空間很大，則Zigbee網(wǎng)絡(luò)采用樹型拓?fù)?，集成遙控器與遙控終 端通信采用多跳通信方式，遙控終端既作為源節(jié)點，又作為中繼節(jié)點。下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明一實施例。圖5為Zigbee紅外轉(zhuǎn)換器的硬件結(jié)構(gòu)的一個實例圖。采用德州儀器(Tl) 2. 4GHz 射頻(RF)系統(tǒng)單晶片解決方案CC2530，包括C51單片機(jī)內(nèi)核和射頻收發(fā)模塊，該產(chǎn)品不僅 支援IEEE802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)，而且還支援包括ZigBee PRO網(wǎng)路、ZigBee RF4CE遙控、智慧能源 (SmartEnergy)、家庭與建筑自動化、環(huán)境監(jiān)控以及無線醫(yī)療等一系列的延伸應(yīng)用。紅外模 塊采用SM0038紅外一體化接收頭，該模塊非常方便，只有3個引腳VS、GND和1個脈沖信 號輸出引腳OUT。電源采用AA電池，便于更換，具有通用性。圖6為Zigbee射頻轉(zhuǎn)換器的硬件結(jié)構(gòu)的一個實例圖，實例中，將環(huán)境檢測模塊放 置于Zigbee射頻轉(zhuǎn)換器，使得Zigbee射頻轉(zhuǎn)換器既具有射頻信號與Zigbee信號的轉(zhuǎn)換功 能，也具有環(huán)境參數(shù)采集功能。由于實例中的射頻設(shè)備采用NRF905射頻芯片作為無線通信 芯片，所以除采用CC2530芯片，Zigbee射頻轉(zhuǎn)換器還包括NRF905射頻芯片作為與射頻設(shè)備 的射頻通信。為了降低能耗，采用電源管理，當(dāng)系統(tǒng)空閑的時候，關(guān)閉液晶模塊和無線收發(fā) 器的電源。根據(jù)應(yīng)用情況，Zigbee射頻轉(zhuǎn)換器分別配備溫濕度感應(yīng)器、光照感應(yīng)器或者CO2 感應(yīng)器。實例中，采用DHTll數(shù)字溫濕度傳感器，它是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕 度復(fù)合傳感器，包括1個電阻式感濕元件和1個NTC測溫元件。具有體積小、功耗低、響應(yīng)速 度快、抗干擾能力強(qiáng)、控制簡單、性價比高等優(yōu)點。DHTll采用4針單排引腳封裝，電路連接 方便。(X)2感應(yīng)器采用紅外(X)2傳感器T6004，產(chǎn)品小巧，結(jié)構(gòu)緊湊，測量范圍0 2000ppm。 使用光敏傳感電路實現(xiàn)教室內(nèi)亮度數(shù)據(jù)的采集，其門限值可通過可調(diào)電阻調(diào)節(jié)。電源采用 AA電池。圖7為集成遙控器的硬件結(jié)構(gòu)的一個實例圖。芯片及模塊分別采用CC2530芯片、 SM0038紅外一體化接收頭、2. 3寸32(^240液晶屏和導(dǎo)電橡膠按鍵(電路板按鍵部分沉 金)。數(shù)據(jù)存儲模塊采用ATMC256，是一款具有256K容量的E2PROM存儲器。電源采用AA 電池。圖8為智能網(wǎng)關(guān)的硬件結(jié)構(gòu)的一個實例圖。處理器采用Samsung S3C2440，主頻 400MHz，最高533Mhz。存儲器采用K4S561632C-TC75，是一個具有256M容量的SDRAM。采 用CS8900網(wǎng)絡(luò)芯片，配有以太網(wǎng)RJ-45接口。GSM/GPRS模塊采用SIMMO，這是一款小體 積即插即用模塊中完善的四頻GSM/GPRS解決方案使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)界面，使得具備GSM/GPRS 850/900/1800/1900MHZ功能的SIM340以小尺寸和低功耗實現(xiàn)語音、SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息 的高速傳輸。網(wǎng)絡(luò)接口包含有RJ-45接口和USB接口。智能網(wǎng)關(guān)采用USB供電或者POE供 電。安裝嵌入式Linux操作系統(tǒng)，其內(nèi)核基于Linux 2. 6. 13進(jìn)行裁剪而得。ZigBee是基于IEEE802. 15. 4無線標(biāo)準(zhǔn)研制開發(fā)的有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方 面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。其特點是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。實例采用基于TI公司的ZigBee協(xié)議棧，此協(xié)議棧是免費下載使用的。在網(wǎng)絡(luò)中，每個節(jié)點都有一個16位短地址和一個64位的長地址。短地址用于本 地網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備通信，而長地址則可以與本地網(wǎng)絡(luò)之外的其他網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。數(shù)據(jù)傳送采 用主從節(jié)點方式，集成遙控器和智能網(wǎng)關(guān)作為主節(jié)點(即協(xié)調(diào)器)，主導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)建立和網(wǎng)絡(luò)運(yùn) 行的整個過程，遙控終端作為從節(jié)點。本實例Zigbee網(wǎng)絡(luò)的組建主要包括系統(tǒng)初始化、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓隆⑦b控終端與集成 遙控器或者智能網(wǎng)關(guān)通信三方面。(1)系統(tǒng)初始化系統(tǒng)上電以后，集成遙控器或者智能網(wǎng)關(guān)進(jìn)行信道掃描，采用一個其他網(wǎng)絡(luò)沒有 使用的空閑信道來建立一個網(wǎng)絡(luò)。以廣播的方式向上電的遙控終端發(fā)送數(shù)據(jù)幀，遙控終端 收到數(shù)據(jù)幀以后，會產(chǎn)生一個0 256之間的隨機(jī)數(shù)，這個隨機(jī)數(shù)乘以系統(tǒng)的時延基數(shù)得到 該遙控終端的時延。每個遙控終端等到時延以后向集成遙控器或者智能網(wǎng)關(guān)發(fā)送入網(wǎng)請求 (此時用64位IEEE擴(kuò)展地址作為節(jié)點號)，集成遙控器或者智能網(wǎng)關(guān)收到請求以后給遙控 終端分配一個16bit的地址作為入網(wǎng)后的節(jié)點號，并在地址表中記錄該節(jié)點的信息。若遙 控終端發(fā)送請求一段時間后沒有得到集成遙控器或者智能網(wǎng)關(guān)的回應(yīng)，則再產(chǎn)生一個隨機(jī) 時延重新發(fā)送請求。集成遙控器或者智能網(wǎng)關(guān)采集完所有上電遙控終端信息后，則系統(tǒng)上 電初始化完成。(2)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓耑igBee網(wǎng)絡(luò)具有自組織功能，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化后，集成遙控器或者智能網(wǎng)關(guān) 應(yīng)該發(fā)現(xiàn)并記錄發(fā)生的變化，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓饕沁b控終端的接入和拆除引起的。遙控終端的接入系統(tǒng)運(yùn)行中，新上電的遙控終端向集成遙控器或者智能網(wǎng)關(guān)發(fā) 送入網(wǎng)請求，集成遙控器或者智能網(wǎng)關(guān)收到請求后首先檢查地址表中是否記錄了該遙控終 端，若沒有則給遙控終端分配一個16bit的終端號，并在地址表中記錄該遙控終端的信息。 如果遙控終端發(fā)送請求一段時間后沒有得到回應(yīng)，則等待隨機(jī)時延后再次發(fā)送請求。這樣 就完成了遙控終端的接入。遙控終端的拆除遙控終端的拆除可能有兩種情況，一是遙控終端請求拆除，集成 遙控器或者智能網(wǎng)關(guān)收到請求后，收回終端號并對拆除請求進(jìn)行確認(rèn)；二是集成遙控器或 者智能網(wǎng)關(guān)三次與一個遙控終端請求通信失敗后，則將該節(jié)點拆除，如果該遙控終端兩次 向集成遙控器或者智能網(wǎng)關(guān)請求通信失敗，該遙控終端重新發(fā)送入網(wǎng)請求，并被分配一個 新的終端號。(3)遙控終端與集成遙控器或者智能網(wǎng)關(guān)通信本實例中Zigbee網(wǎng)絡(luò)采用星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，遙控終端只能與集成遙控器或者智能 網(wǎng)關(guān)通信，遙控終端之間不能通信。集成遙控器或者智能網(wǎng)關(guān)對遙控終端的操作包括信息 采集、終端操作和終端重啟等。信息采集就是指采集Zigbee射頻轉(zhuǎn)換器上傳的信息，如溫 濕度等；終端操作主要指對終端設(shè)備的控制，例如幕布升降控制，空調(diào)和投影儀的開關(guān)等。 終端重啟指當(dāng)集成遙控器或者智能網(wǎng)關(guān)發(fā)現(xiàn)遙控終端上傳的數(shù)據(jù)明顯錯誤時，關(guān)閉該遙控 終端并重新啟動。在系統(tǒng)運(yùn)行中，本實例注意終端設(shè)備電量的監(jiān)測，遙控終端電量過低可能會發(fā)出 錯誤信息。因此，集成遙控器或者智能網(wǎng)關(guān)必須對遙控終端的電量進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)發(fā)現(xiàn)遙控終端電量較低時，拆除該遙控終端此外，為了降低遙控終端的功耗，當(dāng)遙控終端沒有數(shù)據(jù)通信 時，遙控終端處于等待或休眠低功耗模式，集成遙控器或者智能網(wǎng)關(guān)記錄該遙控終端的狀 態(tài)，當(dāng)該遙控終端有數(shù)據(jù)通信時再將其喚醒。
權(quán)利要求
1.基于Zigbee技術(shù)的智能教室集控系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括采用Zigbee協(xié)議通 信的遙控終端C3)和集成遙控器(1)，所述的遙控終端將來自集成遙控器的射頻控制指令 轉(zhuǎn)發(fā)給教室內(nèi)紅外設(shè)備或射頻設(shè)備，并采集教室環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)送給集成遙控器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Zigbee技術(shù)的智能教室集控系統(tǒng)，其特征在于，所述的 遙控終端(3)包括至少一個Zigbee紅外轉(zhuǎn)換器、至少一個Zigbee射頻轉(zhuǎn)換器和至少一個 環(huán)境檢測模塊；Zigbee紅外轉(zhuǎn)換器，接收來自集成遙控器針對紅外設(shè)備的射頻控制指令，將其轉(zhuǎn)換為 紅外控制指令后發(fā)送給紅外設(shè)備；Zigbee射頻轉(zhuǎn)換器，接收來自集成遙控器針對射頻設(shè)備的射頻控制指令，將其進(jìn)行頻 率轉(zhuǎn)換后發(fā)送給射頻設(shè)備；環(huán)境檢測模塊，采集教室環(huán)境數(shù)據(jù)，將其由模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并發(fā)送給集成遙 控器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于Zigbee技術(shù)的智能教室集控系統(tǒng)，其特征在于，所述的 Zigbee紅外轉(zhuǎn)換器存儲有紅外控制指令與射頻控制指令的映射關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于Zigbee技術(shù)的智能教室集控系統(tǒng)，其特征在于，所述的 環(huán)境檢測模塊包含溫度傳感器或濕度傳感器或亮度傳感器或ω2傳感器或上述傳感器的任 思組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Zigbee技術(shù)的智能教室集控系統(tǒng)，其特征在于，所述的 集成遙控器(1)包括數(shù)據(jù)處理模塊、輸入模塊、顯示模塊、無線通信模塊、存儲模塊和能量 供應(yīng)模塊；數(shù)據(jù)處理模塊，它根據(jù)教室環(huán)境參數(shù)判別教室當(dāng)前所處環(huán)境模式，依據(jù)存儲教室環(huán)境 模式與控制指令的映射關(guān)系查詢到其對應(yīng)的控制指令；輸入模塊，用于教室內(nèi)紅外或射頻設(shè)備的控制指令外部輸入；顯示模塊，顯示控制指令和教室環(huán)境數(shù)據(jù)；無線通信模塊，它接收來自遙控終端(3)的教室環(huán)境數(shù)據(jù)，采用射頻信號向遙控終端 發(fā)送控制指令；存儲模塊，它存儲教室環(huán)境模式與控制指令的映射關(guān)系；能量供應(yīng)模塊，向集成遙控器內(nèi)其它模塊提供運(yùn)行所需能量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于Zigbee技術(shù)的智能教室集控系統(tǒng)，其特征在于，所述的 集成遙控器(1)還包括紅外學(xué)習(xí)模塊，它學(xué)習(xí)紅外遙控設(shè)備的紅外控制編碼，建立紅外控 制指令與射頻控制指令的映射關(guān)系。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一所述的基于Zigbee技術(shù)的智能教室集控系統(tǒng)，其特征在 于，還包括智能網(wǎng)關(guān)(2)和遠(yuǎn)程訪問設(shè)備G)，所述的智能網(wǎng)關(guān)與遙控終端(3)采用Zigbee 通信協(xié)議，智能網(wǎng)關(guān)( 與遠(yuǎn)程訪問設(shè)備(4)采用Zigbee通信協(xié)議以外的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議， 智能網(wǎng)關(guān)( 對上述兩種通信協(xié)議作轉(zhuǎn)換，將所述的遠(yuǎn)程訪問設(shè)備發(fā)送的控制命令轉(zhuǎn)發(fā)給 所述的遙控終端，將所述的遙控終端發(fā)送的教室環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)送給所述的遠(yuǎn)程訪問設(shè)備。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于Zigbee技術(shù)的智能教室集控系統(tǒng)，其特征在于，所述的 智能網(wǎng)關(guān)與遠(yuǎn)程訪問設(shè)備間采用hternet或GSM/GPRS通信協(xié)議。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一所述的基于Zigbee技術(shù)的智能教室集控系統(tǒng)，其特征在于，所述的紅外設(shè)備是指通過紅外通信方式進(jìn)行控制的電子設(shè)備，包括空調(diào)、投影儀、電視 機(jī)、攝像頭、功放機(jī)、錄音機(jī)和幕布，所述的射頻設(shè)備是指通過射頻通信方式進(jìn)行控制的電 子設(shè)備，包括智能開關(guān)、插座、窗戶和電子窗簾。
全文摘要
一種基于Zigbee技術(shù)的智能教室集控系統(tǒng)，該系統(tǒng)由若干個Zigbee紅外轉(zhuǎn)換器、Zigbee射頻轉(zhuǎn)換器、環(huán)境監(jiān)測模塊和一個集成遙控器組成，構(gòu)成Zigbee網(wǎng)絡(luò)，通過智能網(wǎng)關(guān)和遠(yuǎn)程訪問設(shè)備，用于遠(yuǎn)程對教室設(shè)備的訪問和控制，還可以根據(jù)教室環(huán)境參數(shù)自動控制教室設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。本系統(tǒng)能讓用戶有更方便的手段高效管理教室設(shè)備，組建方便簡單，配置靈活，維護(hù)方便，易于擴(kuò)展，節(jié)能環(huán)保。
文檔編號G08C23/04GK102122428SQ20111000167
公開日2011年7月13日 申請日期2011年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月6日
發(fā)明者劉三女牙, 戴志誠 申請人:華中師范大學(xué)