CN103327191B - 基于音频通讯的ZigBee网络协调系统及手机移动监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于音频通讯的ZigBee网络协调系统及手机移动监控方法，系统包括ZigBee协调模块，后台服务器数据库，以及设置在手机中的手机应用模块APP；其中，ZigBee协调模块上设有与手机音频接口插孔对接的插头，在使用状态中，插头插入到手机音频接口的插孔内，所述ZigBee协调模块通过插头与手机进行通信。方法：通过手机应用模块APP调用手机中音频器件的驱动，给ZigBee协调模块发送信号；ZigBee协调模块获得手机指令信息；ZigBee协调模块根据手机指令信息各项功能，并反馈信息给手机。本发明通过在手机音频接口与ZigBee协调模块连接，即可将智能手机作为ZigBee无线网络监控终端。实现简单，使用方便便携，且应用范围广。

Description

基于音频通讯的ZigBee网络协调系统及手机移动监控方法

技术领域

本发明涉及一种基于音频通讯的ZigBee网络协调系统及手机移动监控方法，是一种直接利用音频接口通讯技术，实现普通智能手机即可作为ZigBee无线网络设备的移动监控终端设备。本发明可应用于智慧城市，农业设施现代化，智能医疗及智能家居等诸多物联网技术领域。

背景技术

ZigBee是一种新兴的短距离无线通信技术，用于传感控制应用(SensorandControl)。由IEEE802.15工作组中提出，并由其TG4工作组制定规范。ZigBee网络中设备的可分为协调器(Coordinator)、汇聚节点(Router)、传感器节点(EndDevice)等三种角色。其中，协调器(Coordinator)作为管理节点，负责和监控管理软件进行数据交互。ZigBee网络主要特点是低功耗、低成本、低速率、支持大量节点、支持多种网络拓扑、低复杂度、快速、可靠、安全。

目前，在ZigBee应用领域，大部分的监控管理端主要在电脑主机上实现。而对于ZigBee的移动监控终端设备，主要以两种方式出现：一种是定制型的移动终端，主要由ZigBee器件组，主处理器，显示屏，Wi-Fi/SIM模块等硬件和智能操作系统及软件组成；另外一种是个别手机厂商推出的特制ZigBee手机，即将ZigBee功能需要的硬件直接添加到普通手机。比较而言，较多采用的还是定制型移动终端方式。但是在实际应用中，由于性价比低、功能单一导致定制型终端方式也不能作为理想的移动终端，而ZigBee手机由于需要手机厂商支持，也限制了该方式的发展和应用。

因此，需要开发一种切实有效并且可行的针对ZigBee网络的移动监控终端技术。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于音频通讯的ZigBee网络协调系统及手机移动监控方法，通过在手机音频耳机插口插入ZigBee网络协调器，即可将普通智能手机作为ZigBee无线网络监控终端；对于基于ZigBee协议技术的各种应用场景中的移动终端解决方法均具有很好的实用价值。

技术方案：一种基于音频通讯的ZigBee网络协调系统，包括ZigBee协调模块，后台服务器数据库，以及设置在手机中的手机应用模块APP；其中，ZigBee协调模块上设有与手机音频接口插孔对接的插头，在使用状态中，插头插入到手机音频接口的插孔内，所述ZigBee协调模块通过插头与手机进行通信。

所述ZigBee协调模块包括音频信号编解码芯片和ZigBee协议实现芯片，音频信号编解码芯片一方面负责将手机通过插头发送过来的音频模拟信号转换成数字信号，并将数字信号发送给ZigBee协议实现芯片；另一方面也负责将ZigBee协议实现芯片发送来的数字信号转换成音频模拟信号，并且将音频模拟信号通过插头发送给手机；所述ZigBee协议实现芯片主要负责实现ZigBee网络的协调器节点功能（关于ZigBee协议及其无线网络的基本知识不做这里赘述，详细信息可以从IEEE802.15.4标准和ZigBee标准协议获得，这里只涉及到ZigBee网络协调器的相关功能。），并和音频信号编解码芯片进行数据交换。

一种基于音频通讯的手机移动监控方法，包括如下步骤：

步骤1，先在手机上打开手机应用模块APP；

步骤2，手机应用模块APP调用手机中音频器件的驱动，通过左声道和右声道线路给ZigBee协调模块发送信号，所述信号主要包含手机发出的对ZigBee网络协调器的各种指令，如网络内低功耗设备唤醒，握手协议，设备操作指令，校验数据等；

步骤3，ZigBee协调模块通过音频信号编解码芯片对手机发送信号（音频模拟信号）进行解码，获得手机指令信息；

步骤4，ZigBee协调模块根据手机指令信息，通过ZigBee协议实现芯片，实现ZigBee网络中协调器节点（Coordinator）在ZigBee网络中的各项功能。具体的参考IEEE802.15.4协议和ZigBee协议的规定；

步骤5，ZigBee协调模块把从ZigBee网络得到的相关数据信息，通过音频信号编解码芯片进行编码，转换成音频模拟信号，并将音频模拟信号通过M线路（麦克段）发送给手机的音频芯片；

步骤6，手机应用模块APP通过手机中的音频芯片驱动程序对耳机插孔M线路接收到的音频模拟信号进行采样，得到数字信号；

步骤7，手机应用模块APP通过对数字信号进行协议解码，得到实际的数据信息，并将数据信息通过人机交互界面显示给用户；

步骤8，至此手机与ZigBee网络协调模块的通讯完成，手机应用模块APP再通过移动通信网络和后台服务器数据库进行交互，将ZigBee网络的数据进行存储备份。

有益效果：与现有技术相比，本发明提供的基于音频通讯的ZigBee网络协调系统及手机移动监控方法，主要利用智能手机的大规模普及的现状，采用手机音频接口通讯方式，通过在手机音频接口与ZigBee协调模块连接，即可将普通智能手机作为ZigBee无线网络监控终端。实现简单、可靠实用，软件可配置，性价比高，使用方便便携。本发明可应用于智慧城市，农业设施现代化，智能医疗及智能家居等诸多物联网领域的实用场景，具有广泛的实用价值和应用前景。

附图说明

图1为本发明系统原理图；

图2为本发明插头结构示意图；

图3为本发明手机端与ZigBee协调模块通信原理图；

图4为本发明ZigBee协调模块内部框架示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示，基于音频通讯的ZigBee网络协调系统，包括ZigBee协调模块，后台服务器数据库，以及设置在手机中的手机应用模块APP；其中，ZigBee协调模块上设有与手机音频接口（耳机接口）插孔对接的插头，在使用状态中，插头插入到手机音频接口的插孔内，ZigBee协调模块通过插头与手机进行通信。

进一步地，如图2所示，按照国家标，插头从顶端到末端依次为左声道L、右声道R、麦克段MIC和接地段GND；其中，左声道和右声道是手机往外输出信号的接口，麦克段是手机接收信号的接口通道。按照国际标准，麦克段MIC和接地端的位置与图中相反。

进一步地，如图3所示，ZigBee协调模块包括音频信号编解码芯片和ZigBee协议实现芯片，音频信号编解码芯片一方面负责将手机音频芯片通过左声道和右声道发送过来的音频模拟信号转换成数字信号，并将数字信号发送给ZigBee协议实现芯片；另一方面也负责将ZigBee协议实现芯片发送来的数字信号转换成音频模拟信号，并且将音频模拟信号通过插头的M通道（麦克段）发送给手机音频芯片；ZigBee协议实现芯片主要负责实现ZigBee网络的协调器节点功能（关于ZigBee协议及其无线网络的基本知识不做这里赘述，详细信息可以从IEEE802.15.4标准和ZigBee标准协议获得，这里只涉及到ZigBee网络协调器的相关功能。），并和音频信号编解码芯片进行数据交换。

进一步地，手机应用模块APP主要负责通过插头与ZigBee协调模块进行数据交换和处理，实现人机交互，并且和后台服务器数据库进行数据交互。在使用过程中，ZigBee协调模块将信号发送给手机的音频芯片，手机应用模块APP调用手机软件中的音频芯片驱动程序，并通过音频芯片驱动程序对音频芯片中的通讯数据进行读写，从而实现音频接口的数据收发。同时，手机应用模块APP将这些收发数据通过人机交互界面的方式显示出来；并且通过移动通信网络，将这些数据存储到后台的服务器数据库。

进一步地，如图4所示，ZigBee协议实现芯片通过电路板内的ZigBee天线与ZigBee网络进行数据的交互，实现ZigBee网络设备监控功能。ZigBee协调模块还包括一块内置电池，为其供电。图中L、R、M和G表示该模块和外部的接口是音频接口。本实施例中，ZigBee协议实现芯片以CC2530芯片为例，该芯片内置独立的8051内核以及FLASH，RAM等，提供标准的SPI接口和音频信号编解码芯片相连。

基于音频通讯的手机移动监控方法，包括如下步骤：

步骤1，先在手机上打开手机应用模块APP；

步骤2，手机应用模块APP调用手机中音频器件的驱动，通过左声道和右声道线路给ZigBee协调模块发送信号，所述信号主要包含手机发出的对ZigBee网络协调器的各种指令，如网络内低功耗设备唤醒，握手协议，设备操作指令，校验数据等；

步骤3，ZigBee协调模块通过音频信号编解码芯片对手机发送信号（音频模拟信号）进行解码，获得手机指令信息；

步骤4，ZigBee协调模块根据手机指令信息，通过ZigBee协议实现芯片，实现ZigBee网络中协调器节点（Coordinator）在ZigBee网络中的各项功能。具体的参考IEEE802.15.4协议和ZigBee协议的规定；

步骤5，ZigBee协调模块把从ZigBee网络得到的相关数据信息，通过音频信号编解码芯片进行编码，转换成音频模拟信号，并将音频模拟信号通过M线路（麦克段）发送给手机的音频芯片；

步骤6，手机应用模块APP通过手机中的音频芯片驱动程序对耳机插孔M线路接收到的音频模拟信号进行采样，得到数字信号；

步骤7，手机应用模块APP通过对数字信号进行协议解码，得到实际的数据信息，并将数据信息通过人机交互界面显示给用户；

步骤8，至此手机与ZigBee网络协调器模块的通讯完成，手机应用模块APP再通过移动通信网络和后台服务器数据库进行交互，将ZigBee网络的数据进行存储备份。

进一步地，所述ZigBee协议实现芯片亦可兼容针对消费电子的RF4CE协议标准，则在该应用中可称作ZigBeeRF4CE协议实现芯片，ZigBeeRF4CE协议实现芯片与音频信号解码芯片连接；音频信号解码芯片将手机通过左声道和右声道接口发送过来的音频模拟信号转换成数字信号发送给ZigBeeRF4CE协议实现芯片，ZigBeeRF4CE协议实现芯片根据数字信号，通过电路板内的射频天线向外部电器设备或家用电子设备发射控制信号；同时ZigBeeRF4CE协议实现芯片反馈控制结果信号给音频信号解码芯片，音频信号解码芯片将ZigBeeRF4CE协议实现芯片发送来的反馈信号转换成音频模拟信号，通过麦克段接口发送给手机。

Claims (3)

1.一种基于音频通讯的手机移动监控方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，先在手机上打开手机应用模块APP；

步骤2，手机应用模块APP调用手机中音频器件的驱动，通过音频接口给ZigBee协调模块发送信号，其中，ZigBee协调模块包括音频信号编解码芯片和ZigBee协议实现芯片；

步骤3，ZigBee协调模块通过音频信号编解码芯片对手机发送信号进行解码，获得手机指令信息；

步骤4，ZigBee协调模块根据手机指令信息，通过ZigBee协议实现芯片，实现ZigBee网络中协调器节点在ZigBee网络中的各项功能；

步骤5，ZigBee协调模块把从ZigBee网络得到的相关数据信息，通过音频信号编解码芯片进行编码，转换成音频模拟信号，并将音频模拟信号通过音频接口发送给手机的音频芯片；

步骤6，手机应用模块APP通过手机中的音频芯片驱动程序对音频芯片接收到的音频模拟信号进行采样，得到数字信号；

步骤7，手机应用模块APP通过对数字信号进行协议解码，得到实际的数据信息，并将数据信息通过人机交互界面显示给用户。

2.如权利要求1所述的基于音频通讯的手机移动监控方法，其特征在于：步骤2中，所述给ZigBee协调模块发送的信号主要包含手机发出的对ZigBee网络协调器的各种指令。

3.如权利要求1所述的基于音频通讯的手机移动监控方法，其特征在于：手机应用模块APP将数据信息通过人机交互界面显示给用户后，再通过移动通信网络和后台服务器数据库进行交互，将ZigBee网络的数据进行存储备份。