基于FPGA和云平臺的智能家居系統技術方案

本實用新型專利技術公開了一種基于FPGA和云平臺的智能家居系統，包括主控制器、人機交互模塊、因特網模塊、GSM模塊和ZigBee模塊，人機交互模塊、因特網模塊、GSM模塊、ZigBee模塊分別與主控制器相連，控制器包括FPGA、顯示屏、存儲模塊、報警器、電源模塊、配置模塊、WAN接口、JTAG接口、RS232接口，顯示屏、存儲模塊、報警器、電源模塊、配置模塊、WAN接口、JTAG接口、RS232接口分別與FPGA相連。本實用新型專利技術融合了ZigBee、Internet、GSM三重網機制絡，更加有利于智能終端對家居系統的控制，智能化程度更高，適用范圍更廣，安全性更強。

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種智能家居系統，特別涉及一種基于FPGA和云平臺的智能家居系統。
技術介紹
智能家居是以住宅為平臺，利用綜合布線技術、網絡通信技術、安全防范技術、自動控制技術、音視頻技術將家居生活有關的設施集成，構建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統，從而提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術性，并實現環保節能的居住環境。目前，傳統智能家居系統在諸多方面存在著不足；首先，傳統的智能家居系統主要以ARM、單片機為平臺核心處理器，處理速度受到限制，并且接口資源有限。其次，傳統智能家居系統在系統配置和后期的軟件升級方面需要專業人士，后期維護費用較高，投入較大。另外，傳統的智能家居控制端與各個終端設備之間的通信方式大多為有線網絡或者WIFI，存在布線繁瑣或者信號覆蓋面小，穿墻能力弱的問題。而且，傳統的智能家居系統連接到的網絡比較單一，主要以Internet網絡為主，當智能終端沒有Internet網絡時，無法實現與家居系統的互聯，系統的正常工作受到限制。
技術實現思路
為了解決上述技術問題，本技術提供一種處理速度快、成本低、智能化程度高、安全性強的基于FPGA和云平臺的智能家居系統。本技術解決上述問題的技術方案是:一種基于FPGA和云平臺的智能家居系統，包括主控制器、人機交互模塊、因特網模塊、GSM模塊和ZigBee模塊，所述人機交互模塊、因特網模塊、GSM模塊、ZigBee模塊分別與主控制器相連。上述基于FPGA和云平臺的智能家居系統中，所述主控制器包括FPGA、顯示屏、存儲模塊、報警器、電源模塊、配置模塊、WAN接口、JTAG接口、RS232接口，所述顯示屏、存儲模塊、報警器、電源模塊、配置模塊、WAN接口、JTAG接口、RS232接口分別與FPGA相連，GSM模塊通過RS232接口與FPGA相連。上述基于FPGA和云平臺的智能家居系統中，所述因特網模塊包括智能終端和云平臺，所述智能終端與云平臺相連，云平臺通過WAN接口與FPGA相連。上述基于FPGA和云平臺的智能家居系統中，所述智能終端包括個人電腦、智能手機、平板電腦、智能電視。上述基于FPGA和云計平臺的智能家居系統中，所述ZigBee模塊包括ZigBee協調器、傳感器模塊、燈光控制模塊、家電控制模塊和安防模塊，所述ZigBee協調器與FPGA相連，傳感器模塊、燈光控制模塊、家電控制模塊、安防模塊分別與ZigBee協調器相連。上述基于FPGA和云平臺的智能家居系統中，所述傳感器模塊包括溫濕度傳感器、氣體傳感器、煙霧傳感器。上述基于FPGA和云平臺的智能家居系統中，所述安防模塊包括窗磁紅外傳感器、門磁紅外傳感器。本技術的有益效果在于:1、本技術的主控制器采用了支持嵌入式軟核的FPGA芯片，充分利用了 FPGA可編程、可重構、低功耗、接口資源豐富、并行處理機制的優勢，相對于傳統使用ARM，單片機為處理器的智能家居系統，提高了系統的處理能力，豐富了系統接口資源；2、本技術融合了 ZigBee、Internet、GSM三重網機制絡，更加有利于智能終端對家居系統的控制，智能化程度更高，適用范圍更廣，安全性更強；3、本技術的家庭內部網絡采用ZigBee網絡，具有低功耗、安全性高、兼容性好、支持網絡節點多、實現成本低等優點；采用無線組網方式，避免了一些傳統智能家居系統有線組網存在的布線困難，成本高的缺點。【附圖說明】圖1為本技術的整體結構框圖。圖2為圖1中主控制器的結構框圖。圖3為圖2中電源模塊電路原理圖。圖4為圖2中JTAG接口的電路原理圖。圖5為圖2中RS232接口的電路原理圖。【具體實施方式】下面結合附圖和實施例對本技術作進一步的說明。如圖1、圖2所示，本技術包括主控制器、人機交互模塊、因特網模塊、GSM模塊和ZigBee模塊，所述人機交互模塊、因特網模塊、GSM模塊、ZigBee模塊分別與主控制器相連。人機交互模塊主要包括TFT彩色觸摸屏、PC機上專門開發的上位機界面；能夠實時顯示終端節點采集到的數據信息和控制相關模塊。所述主控制器包括FPGA芯片；用于為FPGA芯片提供Internet網絡接入能力，實現FPGA芯片與云平臺相互通信的WAN接口 ；用于為FPGA芯片提供程序下載，實現智能家居系統維護的JTAG接口 ；用于實現智能家居主控器與GSM模塊通信的RS232接口 ；用于為FPGA芯片提供時鐘信號的有源晶振；用于實現FPGA重新上電后仍然能夠自動加載程序的配置模塊；用于給整個家居系統提供電源供給的電源模塊；用于保存主控器的代碼及運行所需要的系統參數與應用參數的存儲模塊；用于產生系統報警信號的報警器；用于顯示系統參數的顯示屏；所述顯示屏、存儲模塊、報警器、電源模塊、配置模塊、WAN接口、JTAG接口、RS232接口分別與FPGA相連，GSM模塊通過RS232接口與FPGA相連。所述因特網模塊包括智能終端和云平臺，智能終端包括個人電腦、智能手機、平板電腦、智能電視，所述智能終端與云平臺相連，云平臺通過WAN接口與FPGA相連，云平臺中心作為信息處理后臺中心，負責來自主控制器的所有實時信息的處理、轉發、存儲；同時，也接收來自智能終端設備發送的請求信息。所述ZigBee模塊包括ZigBee協調器、傳感器模塊、燈光控制模塊、家電控制模塊和安防模塊，所述ZigBee協調器與FPGA相連，傳感器模塊、燈光控制模塊、家電控制模塊、安防模塊分別與ZigBee協調器相連。所述傳感器模塊包括溫濕度傳感器、氣體傳感器、煙霧傳感器，用于檢測室內的溫濕度、CO濃度和煙霧濃度。所述安防模塊包括窗磁紅外傳感器、門磁紅外傳感器，窗磁紅外傳感器、門磁紅外傳感器安裝在用戶家中的相關物理設備上，這些紅外傳感器實時通過ZigBee模塊、因特網模塊與云計算模塊通信，將獲得的實時數據轉發到云平臺中心，當發生報警情況下，還通過GSM模塊與用戶手機直接通信。燈光控制模塊主要指家中的照明電器，其上面布置有相應的控制模塊，無線接收模塊。當無線接收模塊到來自ZigBee協調器的控制信號時，控制模塊會對照明電器執行相應的控制；主要包括執彳丁殼度調節，開關調節。家電控制模塊:在該模塊中，給家庭中所需的電器(如空調、電視、熱水器等)配置紅外傳感器，紅外傳感器與云平臺中心通信，在智能終端設備上可以通過Internet網絡監控家居設備。本技術的工作原理如下:主控制器通過ZigBee協調器與分布在家庭中的各個終端節點(傳感器模塊、燈光控制模塊、家電控制模塊、安防模塊)進行通信，主控制器獲取相關信息之后再通過Internet上傳到云計算模塊，在云計算模塊進行信息的處理和存儲，這樣，智能終端在何時何地都可以通過Internet接入到云平臺，獲取家中各個終端節點的信息。同樣，智能終端可以根據終端節點的地址信息，通過發送相關控制信號，經過云平臺、主控制器、ZigBee協調器，達到指定終端節點，完成對指定終端節點的控制。當終端節點出現報警信號時，比如:當家里出現火災，分布在家中指定位置的煙霧傳感器檢測到煙霧濃度超標，產生火災報警信號，報警信號通過ZigBee協調器，傳遞到主控器，再通過主控器的WAN接口，傳遞到云平臺，如果智能終端已連接到云平臺，在智能終端上會產生本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于FPGA和云平臺的智能家居系統，其特征在于：包括主控制器、人機交互模塊、因特網模塊、GSM模塊和ZigBee模塊，所述人機交互模塊、因特網模塊、GSM模塊、ZigBee模塊分別與主控制器相連。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：曾以成，夏萌，黃誠，
申請(專利權)人：湘潭大學，
類型：新型
國別省市：湖南;43