针对智能家居通讯网络的超低功耗智能门锁开发平台

摘要

本发明提出一种针对智能家居通讯网络的超低功耗智能门锁开发平台，实用减少样机制作等额外开发成本和时间，其通过如下技术手段来实现：包括门锁通讯与控制系统，该门锁通讯与控制系统包括主控CPU板、第一显示器、电流检测模块、若干个通讯模块，该些通讯模块分别与主控CPU板连接，且各通讯模块的供电线路上设置有受控于主控CPU板的开关器件，以实现主控CPU板对通讯模块的选择启用；所述电流检测模块连接各通讯模块的供电线路，其输出连接至主控CPU板；所述主控CPU板设有用于连接门锁部件的若干接口。

说明书

技术领域

本发明涉及一种针对智能家居通讯网络的超低功耗智能门锁开发平台。

背景技术

智能门锁因其功能性、参数指标、生产和供货渠道等原因，在其系统开发上存在试制特性，也就是说需要购买不同厂家的相同功能模块和CPU组合，然后制作多种不同的样机并进行评估，甚至有时候功能产生一点变化也需要重新制作样机。因此，在保持CPU不变的条件下，具有模块化组装的特性的开发平台将能够减少样机制作等额外开发成本和时间。

同样，智能门锁中所采用无线通讯物理层协议、接口、交互方式存在多样化，必须依据产品特点进行开发。因此，为了节约开发时间和成本，开发一种结构简单、成本低廉的通用的开发平台是最优方案。

发明内容

为满足背景技术中所提及的应用需求，本发明提出一种针对智能家居通讯网络的超低功耗智能门锁开发平台，其通过如下技术手段来实现：

一种针对智能家居通讯网络的超低功耗智能门锁开发平台，其包括门锁通讯与控制系统，该门锁通讯与控制系统包括主控CPU板、第一显示器、电流检测模块、若干个通讯模块，该些通讯模块分别与主控CPU板连接，且各通讯模块的供电线路上设置有受控于主控CPU板的开关器件，以实现主控CPU板对通讯模块的选择启用；所述电流检测模块连接各通讯模块的供电线路，其输出连接至主控CPU板；所述主控CPU板设有用于连接门锁部件的若干接口。

于本发明的一个或多个实施例当中，所述主控CPU板通过开关器件对该些通讯模块择一启用，该些通讯模块通过挂接通讯总线与主控CPU板连接。

于本发明的一个或多个实施例当中，该些通讯模块包括有第一Lora模块、第一Zigbee模块和第一BLE模块。

于本发明的一个或多个实施例当中，所述主控CPU板连接有或集成有蓝牙模块。

于本发明的一个或多个实施例当中，所述主控CPU板上的接口包括用于与磁传感器连接的门开关检测接口、用于与指示灯连接的指示灯接口、用于与按键连接的按键接口、用于连接上位机的USB接口、以及用于与拨码器连接的的拨码接口。

于本发明的一个或多个实施例当中，设有用于桥接设备层以及上层网络的通讯网关系统，所述设备层包括门锁通讯与控制系统及若干底层设备，该通讯网关系统包括ARM处理板和若干个通讯模块，该些通讯模块包括第二Lora模块、第二Zigbee模块、WiFi模块、NB-IOT模块和第二BLE模块，所述第二Lora模块、第二Zigbee模块分别用于与设备层连接，所述WiFi模块、NB-IOT模块分别用于与云端的通讯交互，所述第二BLE模块用于对通讯网关系统的配置与操作接口。

于本发明的一个或多个实施例当中，所述通讯网关系统设有第二显示器。

于本发明的一个或多个实施例当中，所述底层设备包括窗口开关传感器，所述通讯网关系统设有设备运转指示灯、网络运转指示灯和门/窗开启指示灯。

于本发明的一个或多个实施例当中，定义由设备层发向通讯网关系统的上传报文为定长报文，其报文头总长为15字节，数据段总长为5字节；报文头包括HEAD-0、HEAD-1、报文类型和设备类型、生产商标示、设备标识符、加密字符，其中：报文类型和设备类型共占1字节，该字节中的第7、6位表示报文类型，第5位为保留位，第0-4位表示设备类型；加密字符为随机数，其作为秘钥传送给上层设备用于数据解密。

于本发明的一个或多个实施例当中，定义由通讯网关系统发向设备层的指令类报文为定长报文，其报文头总长为15字节，数据段总长为5字节；报文头包括HEAD-0、HEAD-1、报文类型、底层设备生产商标示、设备标识符、加密字符。

本发明的有益效果是：

1)门锁通讯与控制系统采用开发模式进行设计，其核心在主控CPU板和拓展有多个通讯模块，由于为保证兼容性、拓展灵活性，该些通讯模块包括有Lora模块、Zigbee模块和BLE模块等类型，且原则上每次仅采用一个通讯通道，因此本发明采用相同的通讯总线互联该些通讯模块，并且为保证功耗测量和低功耗工作的要求，每个通讯模块的供电电源均经过一个开关器件，当需要外部通讯的时候才接通线路，否则断开，可以更准确的各通讯模块功耗评估提供支持。另外，由于还额外拓展出USB接口，可以同上位机进行通讯，并接收控制指令。这种与上位机通讯的方式，可以使得该门锁通讯与控制系统可被当做流水线的测试仪器使用。

2)智能家居本身不仅指所谓的门锁，还包括其他设备，例如、空调、窗户控制等各种设备，从超低功耗的角度来说，这些底层设备的通讯应当尽量避免高耗电类通讯，往往推荐采用网关连接后再与云端进行连接。因此，具有多协议、成本低廉、拓展性强的通讯网关系统可以对网络协议、样机试制上提供便利。

通讯网关系统以ARM处理板为核心，并拓展Lora模块、Zigbee模块、WiFi模块、NB-IOT模块、BLE模块等多类通讯模块，其中两类Lora模块和Zigbee通讯模块均仅同门锁和窗口传感器进行通讯，而WiFi和NB-IOT通讯则同云端进行交互，额外的BLE通讯则为个人用户配置和操作网关提供接口。同时，为了显示网关工作、获取的底层设备信息等内容，以便于平台的开发和测试，通讯网关系统特设置了显示器。

3)为兼容多种底层设备，并保证上层解析的便利性，采用定长报文进行上传，并且上传报文结构基本一致。整个上传报文可分为报文头和报文数据段两个部分，并且为了节约资源，取消用于CRC校验的报文尾；另外，报文头中的加密字符为随机数，将作为数据的秘钥传送给上层设备用于数据解密。

4)指令类报文主要指来自通讯网关系统对底层设备的操控所发出的报文，考虑到兼容性和通用性，所有指令报文的主体结构定义为一致，带有加密特征，避免在自由空间中因为明码传输导致信息泄露，并且兼容广播指令和单一设备的标示，即指令可以是广播型发送给底层设备，要求底层设备统一的执行动作，也可以是针对某单一设备，或者某类设备。

附图说明

图1为本发明的智能家居网络的架构示意图。

图2为本发明的智能门锁控制与通讯开发平台硬件架构示意图。

图3为本发明的通讯网关开发平台硬件架构示意图。

具体实施方式

如下结合附图，对本申请方案作进一步描述：

参见附图1，从应用面看，所涉及的智能家居网络系统可以分5个层级：设备层、网关层、局域路由层、云端处理层、用户层，各层的主要特性和工作内容简述如下：

设备层：由各类底层传感器和设备组成，在本项目中主要涉及各类底层设备。并且设备层中的所有设备通过无线通讯与网关层、或者局域路由层进行信息交互，包括上传状态信息、接收外部指令。

网关层：由底层网络网关设备组成，主要工作涉及2个方面：(a)接收设备层信息并通过路由层或NB-IOT方式发送到云端；(b)接收来自管理用户和个人用户经过云端的指令信息。

局域路由层：为网关层提供接入公众互联网的接口，准确来说对于家居使用方面来说则可以简单指代为家用路由器。

云端处理层：实现用户层和到设备层之间的数据服务，主要设计到大数据服务。在该层可以为用户层提供分布式的WEB端服务、数据筛选、数据分析等各类服务性工作。

用户层：由网络管理员和个人用户2类组成。网络管理员的主要工作是维护网络平台，包括数据维护、数据分析、软件系统维护等工作，个人用户属于消费领域的最终用户。

参见附图2，一种针对智能家居通讯网络的超低功耗智能门锁开发平台，其包括门锁通讯与控制系统，该门锁通讯与控制系统包括主控CPU板1、第一显示器2、电流检测模块3、若干个通讯模块，该些通讯模块分别与主控CPU板1连接，且各通讯模块的供电线路上设置有受控于主控CPU板1的开关器件5，以实现主控CPU板1对通讯模块的选择启用；所述电流检测模块3连接各通讯模块的供电线路，其输出连接至主控CPU板1；所述主控CPU板1设有用于连接门锁部件的若干接口。

具体的，所述主控CPU板1采用Crotex-M3或者M4的CPU开发板，并在其之上通过串口方式拓展4个通讯模块，包括第一Lora模块模块(包括Lora模块41、无源Lora模块42)、第一Zigbee模块43和第一BLE模块44，并通过开关器件4(选用MOSFET开关)对该些通讯模块择一启用，该些通讯模块通过挂接通讯总线与主控CPU板连接，当需要外部通讯的时候才打开MOSFET开关，否则关闭。所述电流检测模块3采用隧道式磁阻电流传感器TMR-MAC005，其输入端连接至主控CPU板1的3.3V直流输出，其输出端分别连接各个MOSFET开关，其采样端连接至主控CPU板1以测量通讯模块通讯时的耗电电流，评估功耗，检测数据通过第一显示器2实时显示出来。

所述主控CPU板1上的接口包括用于与磁传感器连接的门开关检测接口、用于与指示灯连接的指示灯接口、用于与按键连接的按键接口、用于连接上位机的USB接口、以及用于与拨码器连接的的拨码接口。所述磁传感器采用干簧管类磁控开关检测，判断门是否开启和关闭；指示灯接口对接有运转指示灯和开门指示灯，在系统上电后，运转指示灯闪烁；当门打开后，开门指示灯闪烁，关门后则熄灭；通过拨码器来选择不同的通讯接口工作；

所述主控CPU板1提供USB接口和USART串口(保留)，可以同上位机进行通讯，将检测、报文、控制等信息发送给PC机，为自动化检测提供接口，使得该门锁通讯与控制系统可被当做流水线的测试仪器使用。

所述主控CPU板1还连接有或集成有蓝牙模块，该蓝牙模块主要用于开门、锁配置等与手机相关的功能，即手动按键实现模拟开门、蓝牙配置门锁、以及触发蓝牙广播，其通讯不与网关接触。蓝牙协议应当符合微信小程序的AirSync协议，为节约用电，蓝牙模块只有在按键触发时才进行蓝牙广播。为保证门锁配置的安全性，可以设定只有按键按下后才可以通过蓝牙进行门锁配置。按键5分钟后，若无新的操作自动退出。

参见附图3，设有用于桥接设备层以及上层网络的通讯网关系统，所述设备层包括门锁通讯与控制系统和若干底层设备，该通讯网关系统包括第二显示器6、ARM处理板7和若干个通讯模块，该些通讯模块包括第二Lora模块45、第二Zigbee模块46、WiFi模块47、NB-IOT模块48和第二BLE模块49，所述第二Lora模块45、第二Zigbee模块46分别用于与设备层连接，所述WiFi模块47、NB-IOT模块48分别用于与云端的通讯交互，所述第二BLE模块49用于对通讯网关系统的配置与操作接口。所述底层设备包括窗口开关传感器，所述通讯网关系统设有设备运转指示灯、网络运转指示灯和门/窗开启指示灯。

为兼容多种底层设备，并保证上层解析的便利性，采用定长报文进行上传，并且上传报文结构基本一致，参见下表1，定义由设备层发向通讯网关系统的上传报文为定长报文，其报文头总长为15字节，数据段总长为5字节；报文头包括HEAD-0、HEAD-1、报文类型和设备类型、生产商标示、设备标识符、加密字符。

表1-上传报文的结构简述

其中，参见下表2，报文类型和设备类型共占1字节，该字节中的第7、6位表示报文类型，第5位为保留位，第0-4位表示设备类型；加密字符为随机数，其作为秘钥传送给上层设备用于数据解密。

表2-报文类型和设备类型字段的各位表示说明

参见下表3，定义由通讯网关系统发向设备层的指令类报文为定长报文，其报文头总长为15字节，数据段总长为5字节；报文头包括HEAD-0、HEAD-1、报文类型、底层设备生产商标示、设备标识符、加密字符。

表3-指令类报文的结构简述

上述优选实施方式应视为本申请方案实施方式的举例说明，凡与本申请方案雷同、近似或以此为基础作出的技术推演、替换、改进等，均应视为本专利的保护范围。