基于Arduino技術的智能光纖接入網關的制作方法
【技術領域】
[0001]本發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關。
【背景技術】
[0002]隨著我國網絡信號的全面覆蓋和智能電子設備的不斷發展，融合了無線傳感網絡技術、自動控制技術和計算機技術的智能家居產品逐漸興起，推動了家居生活的智能化、簡單化的不斷發展。而隨著我國經濟的高速發展，智能手機、計算機、PAD等電子設備不斷更新，人們對生活品質、家居環境的要求越來越高，對家居智能化的需求越來越強烈。
[0003]但是目前，我國的現代智能家居正處于初中期階段，其存在以下的問題:
(1)產品標準不統一:現有技術中，人們使用的終端接入方式多種多樣，導致智能家居產品市場不規范，而標準不統一帶來的問題就是智能家居產品的價格居高不下；
(2)智能家居網關接放方式不統一:智能家居一般通過家庭網絡接口接入，而寬帶服務商為一般家庭只提供一個網絡接口，該網關和家庭用無線路由器接入沖突，如果采用級聯方式則會導致網速降低；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)智能家居產品的利用率低:由于現有家庭中無線路由器功能與智能家居網關部分功能重復，無線通信時二者會出現相互干擾的現象，降低了各自的利用率。
[0004]
【發明內容】
[0005]為解決現有技術中存在的以上不足，本發明提供了一種基于Arduino技術的智能光纖接入網關，能夠在現有網絡的基礎上實現智能家居，方便人們日常的生活。
[0006]為實現上述目的，本發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 ；
用于將輸入的網絡信號轉換為標準的一臺協議和標準的網絡接口轉換模塊，所述網絡接口轉換模塊的控制信號輸入端連接Arduino控制器的SPI接口 ；
用于將光信號轉換成電信號的光電轉換模塊，所述光電轉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，光電轉換模塊的信號輸出端連接網絡接口轉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絡接口轉換模塊的信號輸出端；
用于將WIFI信號轉換為高速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 ；
用于實現普通ZIGBEE協調器功能的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換及充電模塊，所述電源轉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，輸出端連接轉換濾波電路的輸入端；
所述光電轉化模塊包括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；
所述網絡接口轉換模塊包括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]作為對本發明的更進一步限定:所述WIFI路由模塊包括能夠實現高度WLAN連接的WM-G-MR-9芯片，采用直接序列擴頻和0FDM數據調制技術，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收發接口和單天線接口，內含
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]作為對本發明的電源轉換及充電模塊的限定:所述電源轉換及充電模塊包括充電電池、電源轉換電路和充電電路，所述電源轉換電路包括第一轉換電路、第二轉換電路、第三轉換電路，所述第一轉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，并依次連接第二轉換電路、第三轉換電路，所述第二轉換電路與第三轉換電路分別輸出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，本發明與現有技術相比，所取得的技術進步在于:
(1)本發明具有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協議，為終端設備自適應接入速率； (2)本發明兼容XBEE及ZIGBEE兩種ZIGBEE協議，支持普通ZIGBEE、Arduino開源平臺的Xbee協議及終端接入；
(3)本發明設置的無線射頻放大模塊能夠對普通ZIGBEE協調器輸出信號進行放大，功率可調以實現家庭所有智能家居終端無線覆蓋無盲區，滿足用戶的各種需求；
(4)本發明的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的低功耗運行，尤其是在電池供電過程時，為用戶節省了電能；
(5)本發明的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，保證家庭私有網絡的安全及服務質量(QoS);
(6)本發明的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射天線間的相互串擾；
(7)本發明的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、ZIGBEE網絡信號的接入及變換，實現了控制總線到網絡切換的創新技術；
(8)本發明為提高無線傳輸的速率，所述光電轉換模塊設置了24C01芯片，提供4K位串行CMOS E2PR0M，并通過編程利用W5100內部集成16KBYTE收發緩存，提高無線網絡傳輸速率;
(9)本發明的電源可以采用DC9V交流適配器供電，也可以采用網關自帶的充電電池供電，當用戶家中停電時，網關可以繼續工作，智能手機或PAD等使用電池供電的終端仍然可以短時間內訪問網絡，保證用戶的體驗良好。
[0013](10)本發明外部通過統一的光纖接口、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，為家庭智能網關及控制設備提供標準接入方式；
(11)本發明設有專用WIF1-BEE無線組網及通信電路，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ZIGBEE傳輸250Kbps的上限，并且支持Adhoc和基礎設施網絡；
(12)本發明的光電轉換模塊設有IP113C芯片，實現了以太網借助光波進行遠距離通信的系統設計，為幀