基于Arduino技術的智能光纖接入網(wǎng)關的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于智能家居領域，涉及一種基于Arduino技術的智能光纖接入網(wǎng)關。
【背景技術】
[0002]隨著我國網(wǎng)絡信號的全面覆蓋和智能電子設備的不斷發(fā)展，融合了無線傳感網(wǎng)絡技術、自動控制技術和計算機技術的智能家居產(chǎn)品逐漸興起，推動了家居生活的智能化、簡單化的不斷發(fā)展。而隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，智能手機、計算機、PAD等電子設備不斷更新，人們對生活品質(zhì)、家居環(huán)境的要求越來越高，對家居智能化的需求越來越強烈。
[0003]但是目前，我國的現(xiàn)代智能家居正處于初中期階段，其存在以下的問題:
(1)產(chǎn)品標準不統(tǒng)一:現(xiàn)有技術中，人們使用的終端接入方式多種多樣，導致智能家居產(chǎn)品市場不規(guī)范，而標準不統(tǒng)一帶來的問題就是智能家居產(chǎn)品的價格居高不下；
(2)智能家居網(wǎng)關接放方式不統(tǒng)一:智能家居一般通過家庭網(wǎng)絡接口接入，而寬帶服務商為一般家庭只提供一個網(wǎng)絡接口，該網(wǎng)關和家庭用無線路由器接入沖突，如果采用級聯(lián)方式則會導致網(wǎng)速降低；而對于光纖接入口，拓展兩個光纖接口會帶來額外的費用，進一步令智能家居廣品的成本提尚;
(3)智能家居產(chǎn)品的利用率低:由于現(xiàn)有家庭中無線路由器功能與智能家居網(wǎng)關部分功能重復，無線通信時二者會出現(xiàn)相互干擾的現(xiàn)象，降低了各自的利用率。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]為解決現(xiàn)有技術中存在的以上不足，本發(fā)明提供了一種基于Arduino技術的智能光纖接入網(wǎng)關，能夠在現(xiàn)有網(wǎng)絡的基礎上實現(xiàn)智能家居，方便人們?nèi)粘５纳睢?br>[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案如下:
一種基于Arduino技術的智能光纖接入網(wǎng)關，它包括:
作為控制中心的Arduino控制器，其具有SPI接口和兩個串行口 ；
用于將輸入的網(wǎng)絡信號轉(zhuǎn)換為標準的一臺協(xié)議和標準的網(wǎng)絡接口轉(zhuǎn)換模塊，所述網(wǎng)絡接口轉(zhuǎn)換模塊的控制信號輸入端連接Arduino控制器的SPI接口 ；
用于將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的光電轉(zhuǎn)換模塊，所述光電轉(zhuǎn)換模塊的信號輸入端通過光纖接口接入服務商提供的光纖寬帶接口，光電轉(zhuǎn)換模塊的信號輸出端連接網(wǎng)絡接口轉(zhuǎn)換模塊的信號輸入端；
用于提供無線路由器熱點的WIFI路由模塊，所述WIFI路由模塊的控制信號輸入端連接Arduino控制器的SPI接口，其信號輸入端連接網(wǎng)絡接口轉(zhuǎn)換模塊的信號輸出端；
用于將WIFI信號轉(zhuǎn)換為高速ZIGBEE信號的WIFI bee模塊，所述WIFI bee模塊的控制信號輸入端連接Arduino控制器的一個串行口 ；
用于實現(xiàn)普通ZIGBEE協(xié)調(diào)器功能的ZIGBEE模塊，所述ZIGBEE模塊的控制信號輸入端連接Arduino控制器的另一個串行口，其信號輸出端連接一無線射頻放大模塊； 用于為上述各個模塊提供電能的電源轉(zhuǎn)換及充電模塊，所述電源轉(zhuǎn)換及充電模塊的輸入端連接通過交流適配器連接外部交流電，各個不同電壓的輸出端分別對應連接Arduino控制器、光電轉(zhuǎn)換模塊、ZIGBEE模塊、WIFI路由模塊、WIFI bee模塊。
[0007]作為對Arduino控制器的限定:所述Arduino控制器一 ATmega64A芯片為核心，具有14路數(shù)字輸入/輸出口、6路模擬輸入，以及一個16MHz晶體振蕩器。
[0008]作為對本發(fā)明的進一步限定:所述光纖接口包括FDX1標準光纖接入口，以及轉(zhuǎn)換濾波電路，所述FDX1標準管線接入口的輸入端連接服務商提供的光纖寬帶接口，輸出端連接轉(zhuǎn)換濾波電路的輸入端；
所述光電轉(zhuǎn)化模塊包括IP113C芯片與24C01芯片，所述IP113C芯片將100BASE-FX光纖接入轉(zhuǎn)換為10/100BASE-TX輸出，其外接晶振引腳連接第一晶體振蕩器電路，其第十三管腳FXRDP、第十四管腳FXRDM、第十六管腳FXTDP、第十七管腳FXTDM、第十八管腳FXSD分別連接轉(zhuǎn)換濾波電路的輸出端；所述24C01芯片為4K位串行COMS E2PR0M，其通過SDA、SCL信號采用I2C總線接口與IP113C芯片相連；
所述網(wǎng)絡接口轉(zhuǎn)換模塊包括W5100芯片，所述W5100芯片支持SPI接口，其ΤΧ0Ρ管腳、ΤΧ0Ν管腳、RXIP管腳、RXIN管腳分別對應連接IP113C芯片的ΤΧ0Ρ管腳、ΤΧ0Ν管腳、TXIP管腳、RXIN管腳，并通過外接晶振引腳外接的第二振蕩器電路連接Arduino控制的PB7管腳。
[0009]作為對本發(fā)明的更進一步限定:所述WIFI路由模塊包括能夠?qū)崿F(xiàn)高度WLAN連接的WM-G-MR-9芯片，采用直接序列擴頻和0FDM數(shù)據(jù)調(diào)制技術，同時采用AES/CCMP和WEP、TKIP的安全機制，具有切換開關和帶通濾波功能，其通過自身的SPI接口分別連接Arduino控制器的SPI接口，以及W5100芯片的SPI接口。
[0010]作為對本發(fā)明的再更進一步限定:所述WIFI bee模塊包括WIFLY RN171芯片，所述WIFLY RN171芯片為無線WIFI模塊，兼容Xbee接口，其串行口連接Arduino控制器的第一組串tx 口 ；
所述ZIGBEE模塊包括CC2530芯片，其輸入串行口連接Arduino控制器的第二組串行
P ;
所述無線射頻放大模塊包括RFX2401C芯片，采用TX/RX收發(fā)接口和單天線接口，內(nèi)含
2.4GHz低通濾波器，其輸入串行口連接CC2530芯片的輸出串行口。
[0011]作為對本發(fā)明的電源轉(zhuǎn)換及充電模塊的限定:所述電源轉(zhuǎn)換及充電模塊包括充電電池、電源轉(zhuǎn)換電路和充電電路，所述電源轉(zhuǎn)換電路包括第一轉(zhuǎn)換電路、第二轉(zhuǎn)換電路、第三轉(zhuǎn)換電路，所述第一轉(zhuǎn)換電路的輸入端通過交流適配器連接外部交流電，輸出端輸出C5.5V電源，并依次連接第二轉(zhuǎn)換電路、第三轉(zhuǎn)換電路，所述第二轉(zhuǎn)換電路與第三轉(zhuǎn)換電路分別輸出DC3.3V和DC1.8V電源；
所述充電電路包括CN3052A芯片，所述CN3052A芯片的輸入端通過交流適配器連接外部交流電，其信號輸出端通過外圍設置的電路連接充電電池。
[0012]由于采用了上述技術方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，所取得的技術進步在于:
(1)本發(fā)明具有WIFI路由模塊、WIFI bee模塊、ZIGBEE模塊、無線射頻放大模塊，因此本發(fā)明兼容WIF1、高速ZIGBEE及普通ZIGBEE三種無線速率接入，通過對終端的接入請求判斷接入?yún)f(xié)議，為終端設備自適應接入速率； (2)本發(fā)明兼容XBEE及ZIGBEE兩種ZIGBEE協(xié)議，支持普通ZIGBEE、Arduino開源平臺的Xbee協(xié)議及終端接入；
(3)本發(fā)明設置的無線射頻放大模塊能夠?qū)ζ胀╖IGBEE協(xié)調(diào)器輸出信號進行放大，功率可調(diào)以實現(xiàn)家庭所有智能家居終端無線覆蓋無盲區(qū)，滿足用戶的各種需求；
(4)本發(fā)明的Arduino控制器、IP113C芯片、WIFLYRN171芯片，以及RFX2401C芯片全部選用低功耗芯片，工作過程中采用功率自適應、開關切換及深度休眠方式保證系統(tǒng)的低功耗運行，尤其是在電池供電過程時，為用戶節(jié)省了電能；
(5)本發(fā)明的WIFI路由模塊以WM-G-MR-9芯片為核心，支持接入速率自適應，并采用AES/CCMP和WEP、TKIP的安全加密機制，保證家庭私有網(wǎng)絡的安全及服務質(zhì)量(QoS);
(6)本發(fā)明的WIFI路由模塊設計了切換開關及帶通濾波器，避免CDMA，GSM，PCS和WCDMA信號間的相互串擾，同時也避免了三種無線發(fā)射天線間的相互串擾；
(7)本發(fā)明的Arduino控制器以ATmega64A芯片為核心，所述芯片使用SPI總線及I2C總線方式控制以太網(wǎng)、ZIGBEE網(wǎng)絡信號的接入及變換，實現(xiàn)了控制總線到網(wǎng)絡切換的創(chuàng)新技術；
(8)本發(fā)明為提高無線傳輸?shù)乃俾?，所述光電轉(zhuǎn)換模塊設置了24C01芯片，提供4K位串行CMOS E2PR0M，并通過編程利用W5100內(nèi)部集成16KBYTE收發(fā)緩存，提高無線網(wǎng)絡傳輸速率;
(9)本發(fā)明的電源可以采用DC9V交流適配器供電，也可以采用網(wǎng)關自帶的充電電池供電，當用戶家中停電時，網(wǎng)關可以繼續(xù)工作，智能手機或PAD等使用電池供電的終端仍然可以短時間內(nèi)訪問網(wǎng)絡，保證用戶的體驗良好。
[0013](10)本發(fā)明外部通過統(tǒng)一的光纖接口、RJ45接口、ZIGBEE、XBee接口，同時還提供工程控制總線SPI及I2C總線標準接口，為家庭智能網(wǎng)關及控制設備提供標準接入方式；
(11)本發(fā)明設有專用WIF1-BEE無線組網(wǎng)及通信電路，傳輸速率可達到464Kbps，遠高于普通ZIGBEE 250Kbps的傳輸速率，打破了傳統(tǒng)ZIGBEE傳輸250Kbps的上限，并且支持Adhoc和基礎設施網(wǎng)絡；
(12)本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換模塊設有IP113C芯片，實現(xiàn)了以太網(wǎng)借助光波進行遠距離通信的系統(tǒng)設計，為幀