CN101556727A - 一种对家居环境进行节能环保调控与安全守护的电子设备 - Google Patents

Abstract

一种对家居环境进行节能环保调控与安全守护的电子设备。用户通过手机或电脑对主控机进行远程个性化设置。主控机根据摄像机、麦克风、人体感应、空气质量等多种传感器的信息进行行为识别与环境判断，按个性化设置进行通风、关闭水龙头或家用电器等节能环保调控，若出现警报则立即对不同角色以自动打电话、多媒体彩信、电子邮件三种方式进行报警，用户收到报警后能进行实时视频监控或语音对讲。本发明还具有自动检测网线断开、传感器联接断开与电源断开等自我保护功能，以及居家私密性保护功能，安全可靠，特别适合用于建设安全、节能、环保的家居环境。

Description

一种对家居环境进行节能环保调控与安全守护的电子设备

技术领域

本发明一般地涉及家居环境的电子守护与自动控制设备，尤其涉及采用嵌入式微处理器及传感器网络对家居环境进行节能环保调节控制及安全守护的电子设备。

背景技术

本发明关注家居的安全性、节能环保两个重要方面。

经查阅中国专利文献数据库，关注居家安全性方面的电子设备专利主要有：[1]2005年1月19日公开，专利申请号为03128141.9的彩信图像报警装置。该发明采用彩信手机可实现对远距离的移动目标、现场进行遥控监视，当用户想看监控现场时，发送一条指令短信给报警装置，该装置即时采集当时图像并发回给用户。该装置可在监控现场发生变化时，自动向用户手机发送彩信图像，实现报警。[2]2005年1月19公开，专利号为03149075.1的具有互助功能的家庭防盗报警装置。该发明提供一种具有互助功能的家庭防盗报警装置及其运行控制方法。该装置包括安装在用户家中的检测拨码呼叫部分和安装在用户邻居家中的判断控制报警部分，两部分电连接成一体。检测拨码呼叫部分包括多对安装在门(窗)扇和门(窗)框的磁钢-磁传感器，大门边的拨码盘和报警器。判断控制报警部分包括以单片机为核心的数字控制电路板、备用电池和呼叫报警器。用汇编语言编制单片机的工作程序，主程序和子程序相互嵌套，利用中断程序进行报警，还具有邻居互助和发出约定求助信号的功能。[3]2005年1月12日公开，专利号为200410017288.X的一种智能安保装置。该发明包括安装于各个房间的传感器、传感监视部分、主控制部分、通信设备以及音像器、监视器，其中主控制部分包括推理部分、信息存储单元，各个传感器与所说的传感监视部分连接，传感监视部分的输出与主控制部分的推理部分连接，推理部分与信息存储单元连接，推理部分的输出与报警器、通信设备连接；推理部分将接收到的传感信号进行异常量化计算，根据不同的量化值通过通信设备与不同的联络对象联系。[4]2005年3月2日公开，专利号为200410051072.5的具有声光图像报警的防盗装置。该发明由摄像电路、解码电路、控制计算机、声音报警电路、红色警字报警电路、蓝色警字报警电路、电话报警电路、红外线探测传感器、电源逆变器共同电气连接构成，该发明具有红色和蓝色“警”字报警灯和声音报警功能；对入室的盗窃者可拍摄其图像传送到预警部门，利于破案。[5]2005.03.02公开，专利申请号为200410053309.3的基于实时网络的家庭智能图像监控方法与系统。该发明主要由USB摄像头、PC机、网卡和ADSL MODEM组成，使用USB摄像头作为图像采集设备，它在PC机中对光线干扰进行建模，在进行运动图像检测之前先滤除光线变化带来的干扰，提高系统的兼容性和智能性。当异常发生时，系统对异常图像以JPEG格式进行压缩、储存，由网卡或者ADSL MODEM通过EMAIL的方式通知用户对异常进行及时处理。外出用户可以通过客户端对系统发送命令，主动查看家庭的当前情况。

经查阅中国专利文献数据库，关注居家节能环保的电子设备专利有：[1]2005年1月19公开，专利申请号为03145578.6的一种灯具。该发明提供一种灯具，它包括电子镇流器和灯座，其中灯座安装在电子镇流器的壳体上。该发明能简化节能灯具的配套结构及线路配置，降低生产成本，工作稳定可靠，结构紧凑，体积也更小，便于降低运输成本。电子镇流器的灯回路电感线圈可以通过其安装壳安装在电子镇流器的壳体外，安装壳安装在电子镇流器的壳体上，灯回路电感线圈设于其中。[2]2005年1月12公开，专利申请号为200410017485.1的一种变容量、变流量(VRWV)空调系统。该发明通过对水系统的整体调控来实现水系统节能、舒适的功能。其中包括至少含有一个变容量压缩机冷水机的并联空调系统、变流量水泵系统、风机盘管组及相应连接的管道、调节系统制冷/制热量及水量的控制系统。

上述现有发明存在的问题：

[1]没有充分考虑中国家庭成员的不同角色。中国的家庭大多是爷爷奶奶、父母、儿女住在一起。家庭中的安全守护设备需要充分考虑家庭成员的不同角色。如父母作为家长具有对家庭环境的掌控能力，报警时大多数只发送给家长，太小的小孩与身体不太健康的老人通常只是发出报警的对象之一，而健康刚退休的老人则可以接收警报。上述现有发明并不区分用户角色。

[2]缺乏对现场的行为识别能力。虽然报警系统中采用了传感器，但传感器只能采集到信号，判断单个传感器的有效性，并不能根据传感器的信息对现场进行行为识别。如当朋友访问你家，而主人碰巧外出，上述现有发明并不能区分是朋友还是盗贼。又如老人虽然没有外出，也没有小偷，但老人心脏病突发，瘫倒在地。此类重要的行为上述现有发明未能涉及。

[3]缺乏系统性的节能环保管理能力。上述应用于家庭的节能环保设备目前主要关注的是单个设备的节能环保，如节能空调、节能灯等，缺乏对家庭中的各种用电电器结合家人是否在家等具体情况进行综合的节能环保管理，更没有与安全报警系统紧密集成起来。而对于13亿人口的中国来说，如果每个家庭每年因系统性节能环保管理而节电一度就是一个很大的成就。

[4]缺乏灵活的个性化设置。家庭状况与家居状况对于不同的家庭不同的时间不同的地点都有很大的不同，家长需要能够随时随地灵活地改变报警的规则。如全家人外出旅游一周，外出游玩时可能手机也接收不到信号，家长需将报警方式设为：将报警信号除了发送给自己还要发送给好友，如果好友没有应答立即自动拔打公安110。个性化设置还包括异常行为的设置，如当老人出现某一类痛苦的声音时，应当适时行为识别出这种重要行为。此类个性化设置上述现有发明未能涉及。

[5]缺乏对设备自身的安全防范能力。当家居环境安生遭到破坏时，往往是安全设备本身最不安全的时候，如盗贼在进家门前就将电路或网线切断，或者将传感器拔掉。上述现有发明并没有相应的安全防范措施。

[6]缺乏对安居信息的私密性保护措施。上述专利申请号为03128141.9的彩信图像报警装置，虽然可采用手机多媒体彩信报警，但对于用户手机丢失而可能导致家居信息外泄的情况并无相应措施。上述的其它专利也并无相应的私密性保护措施。

发明内容

本发明解决上述问题采用的解决方案是：

本发明由联接家居环境的传感器、摄像机、麦克风、喇叭、受控电磁阀、主控机，及用户手机、电脑组成。在家居环境安装传感器及受控电磁阀，通过有线或无线方式将传感器数据发送到主控机。用户采用手机或电脑经因特网与主控机联通。

本发明根据摄像机的图像、麦克风的声音、各传感器的信息对家居现场进行行为识别，包括对家居环境的图像变化、音量大小变化、家中人员的运动、语音模式、行为模式、家中人员的面部进行识别。用户通过手机或电脑以WEB网页对所说的主控机进行设置，包括将家庭成员的角色划分、报警规则。根据用户设置的报警规则以及不同的警报向不同的角色进行报警，包括自动打电话、多媒体彩信、发送电子邮件三种方式。用户收到警报后能通过手机或电脑以视频方式查看现场，并能进行实时监视现场或对讲。

在家人外出时，本发明通过检查联接各自来水龙头、家用电器的受控电磁阀确定各水龙头、家用电器是否关闭。如果发现未关闭，则根据用户设置的规则进行自动关闭。

当有人在家时，本发明自动检测空气质量。如果发现空气质量氧气含量过低，一氧化碳浓度过高，通过受动开关开始通风设施。

本发明采用多种传感器包括摄像头、红外感应、麦克风等，当其中某一种的一个出现问题时，仍能进行行为分析与现场状况判断，实现报警。本发明能自动检测传感器断开、系统电源断开、网线断开，当检测到网线、传感器与主控机断开时，并立即根据家长设置的规则采用自动打电话、多媒体彩信、发送电子邮件三种方式报警，从而防止恶意破坏。当检测到电源线与主控机断开时，除了立即向家长报警外，还将即时启动备用电源。备用电源能持续供主控机工作7个小时。

为保证家居信息的私密性，本发明对手机号码进行识别，用户进入本发明都要使用密码以及验证码，且本发明的通信网络地址为动态生成，每次使用时本发明通过电话或短消息将此通信网络地址告知用户。当密码连续输入三次错误时，系统将自动锁定，并以邮件的方式通知用户另一密码，此后用户登录一次产生一新的密码，直到用户登录三次且连续三次都输入密码正确才可恢复正常。

本发明有如下有益效果：

1.本发明具有良好的节能环保功能，如果中国每个家庭都能采用这种节能环保方式，将不仅大量节省能源，同时有益于提高生活的质量。

2.本发明具有实时报警、异常行为检测、实时监视、远程监听等安全监控功能，能改善治安状况，增强居民的安生感，有益于我国和谐社会的建设。

3.本发明集节能环保功能与安全监控功能于一体，系统集成性好，既为用户节约成本，又便于用户安装、管理。

附图说明

图1为本发明系统联网示意图

图2为本发明主控机16的系统结构图

图3为本发明所说的受控电磁阀的结构图

图4为本发明的通信数据包结构图

图5为本发明控制流程图

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施方式作介绍。

本发明主要使用者为家庭成员，分为家长和一般成员。家长可以对本发明设置不同的工作模式，查看或监视所有的信息。一般成员是指无权设置工作模式，只能报告当时的情形。以一个五口之家为例，包括父亲、母亲、小孩、爷爷、奶奶。其中父亲与母亲是家长，小孩或爷爷奶奶是一般成员。家长也可将朋友列为一般成员。

本发明能设置为无线报警、公安备用、公安直通、在线实时监视、在线监听、对讲六种工作模式。所说的无线报警是当主控机16检测到警报时先通过GPRS/3G通信模块108通知家长，如没有收到确认消息重新发送。所说的公安备用是当主控机16检测到警报时先通过GPRS/3G通信模块108通知家长，并要求家长确认收到，若未收到确认消息则向公安报警。所说的公安直通是当主控机16检测到警报信号时通过GPRS/3G通信模块108通知家长，并同时立即向公安报警。所说的在线实时视频监视是家长远程通过手机或计算机在线监视变焦巡视摄像机11与阳台定焦摄像机7的视频录相。所说的在线监听是家长远程通过手机监听麦克风14的音频。所说的对讲是家长通过手机与主控机16和家人对话。

当所有家长外出且出现下列情况1、情况2、情况3与情况4之一时，主控机16通过以太网通信模块107或GPRS/3G通信模块108向家长报警：

情况1：阳台人体感应传感器8或前门人体感应传感器17报警。

情况2：主控机检测到阳台定焦摄像机5或变焦巡视摄像机11的图像出现行为异常。

情况3：煤气传感器2或火焰传感器3报警。

情况4：主控机16检测麦克风14的声音出现行为异常。

当部分家长在家且出现下列情况5、情况6、情况7、情况8与情况9之一时，主控机16通过以太网通信模块107或GPRS/3G通信模块108向其它家长或公安报警：

情况5：人体感应传感器11或人体感应传感器15报警，主控机16通过喇叭13向家长报警。

情况6：煤气传感器2或火焰传感器3报警，主控机16通过喇叭13向家长报警。

情况7：卧室紧急按钮15报警，主控机16向其它家长发送短消息或多媒体彩信报警。

情况8：当模式为无线报警模式且主控机16识别为小孩哭闹、老人摔倒或其它家长设置的异常行为时，主控机16向外出家长的手机发送短消息或多媒体彩信进行报警。

情况9：当出现情形7、情形8之一且没有收到其它家长的确认信息，且模式为所说的公安准备模式，主控机16通过GPRS/3G通信模块108自动向公安报警。

当所有家长都外出且出现下列情况10进行报警：

情况10：若模式为所说的公安备用模式，当出现所说的情况5、情况6、情况7、情况8之一，且没有收到其它家长的确认信息，主控机16通过GPRS/3G通信模块108自动向公安报警。若模式为所说的公安直通模式，当出现所说的情况5、情况6、情况7、情况8之一，主控机16通过GPRS/3G通信模块108直接向公安报警。

当家人外出且出现下列情况11时，采用节能措施：

情况11：当洗衣机受控电磁阀1、冰箱受控电磁阀4、空调受控电磁阀18、电视机受控电磁阀12或水龙头受控电磁阀19为联接，将通知家长，根据家长的确认信息决定是否断开该受控电磁阀。

当家人在家且出现下列情况12时，采取环保措施：

情况12：当厨房空气质量传感器6或卫生间空气质量传感器9报警，分别联通厨房通风受控电磁阀(5)或卫生间通风受控电磁阀10进行通风除湿。

如图3是受控电磁阀的结构图，适用于电视机受控电磁阀12、冰箱受控电磁阀4、洗衣机受控电磁阀1、卫生间通风受控电磁阀10、厨房通风受控电磁阀5与水龙头受控电磁阀19。电磁阀通信模块202与主控机16的电磁阀通信模块102是无线通信装置或有线通信装置，它们在合适的距离之内进行通信。对于电视机受控电磁阀12、冰箱受控电磁阀4、洗衣机受控电磁阀1、卫生间通风受控电磁阀10与厨房通风受控电磁阀5，电磁阀模块201是电开关装置。对于所说的水龙头受控电磁阀19是电动水开关装置。电磁阀通信模块202是一种无线通信装置或有线通信装置。

主控机16的受控电磁阀通信模块102是一种无线通信装置或有线通信装置，与受控电磁阀的电磁阀通信模块202进行通信。

主控机16的传感器通信模块101是无线通信装置或有线通信装置。

主控机16的摄像机通信模块103是无线通信装置或有线通信装置。

如图4是本发明的通信数据包结构图，适用于主控机16分别与阳台人体感应传感器8、前门人体感应传感器17、阳台定焦摄像机7、变焦巡视摄像机11、电视机受控电磁阀12、冰箱受控电磁阀4、空调受控电磁阀18、水龙头受控电磁阀19、洗衣机受控电磁阀1、厨房空气质量传感器5、卫生间空气质量传感器10、厨房通风受控电磁阀5、卫生间通风受控电磁阀9与卧室紧急按钮15的通信。

主控机16的显示模块是LED或LCD显示装置。主控机16的用户控制模块104是按键或者触摸屏装置。

主控机16的电源管理模块是能对备用电源充电并在电源线断开时自动启动备用电源的装置。所说的备用电源是电池。

所说的条件401是主控机16收到数据包，条件402是主控机16没有收到数据包。条件403是主控机16接收到的数据包来自摄像机或人体感应传感器。条件404是主控机16接收到的数据包不是来自摄像机或人体感应传感器。条件405是满足情况11。条件406是不满足情况11。条件407是满足所说的情况12，条件408是不满足所说的情况12。条件409是不满足所说的情况9和情况10。条件10是满足所说的情况9或情况10。条件411是发现行为异常。条件412是所说的条件403已经满足。

为保证系统的私密性，本发明提供出厂密码供给家长，家长可更改所说的出厂密码得到家长密码，根据所说的家长密码对家长的手机号进行加密论证。家长根据所说的家长密码对其它家庭成员的手机号进行加密论证，分配给每一家庭成员不同的密码，并设置相应的角色，即区分家庭一般成员与家长。只有通过论证的手机发出的信息并输入正确的密码才能对主控机16有效。当家长的手机丢失或者SIM卡更换，必须输入正确的家长密码才能重新启动。

Claims (8)

1、一种对家居环境进行节能环保调控与安全守护的电子设备，其特征在于用户通过手机或电脑以WEB网页或通过手机以短消息对主控机(7)设置家庭成员的角色与报警规则，主控机(16)内装有中央处理单元(105)、以太网通信模块(107)、GPRS或3G通信模块(108)、传感器通信模块(101)以及受控电磁阀通信模块(102)，主控机(16)与煤气传感器(2)、火焰传感器(3)、卫生间空气质量传感器(9)、前门人体感应传感器(17)、阳台定焦摄像机(7)、变焦巡视摄像机(11)、麦克风(14)、喇叭(13)、卧室紧急按钮(15)、洗衣机受控电磁阀(1)、冰箱受控电磁阀(4)、厨房通风受控电磁阀(5)、空调受控电磁阀(18)、阳台人体感应传感器(8)、电视机受控电磁阀(12)、卫生间通风受控电磁阀(10)、厨房空气质量传感器(6)、水龙头受控电磁阀(19)相连接，主控机(7)根据煤气传感器(2)、火焰传感器(3)、厨房空气质量传感器(6)、卫生间空气质量传感器(9)、前门人体感应传感器(17)与阳台体感应传感器(7)以及阳台定焦摄像机(7)、变焦巡视摄像机(11)与麦克风(9)的信息进行现场行为识别，判断在家人员的行为与家居环境状况，根据用户设置的报警规则向不同的角色以相应的方式进行报警，包括自动打电话、多媒体彩信、发送电子邮件三种方式。

2、如权利要求1所述的一种对家居环境进行节能环保调控与安全守护的电子设备，其特征在于当家人外出时，主控机(16)通过检查水龙头受控电磁阀(19)、冰箱受控电磁阀(4)、电视机受控电磁阀(12)、空调受控电磁阀(18)、洗衣机受控电磁阀(1)的状态自动检查水龙头、家用电器是否关闭，并根据用户设置的规则进行自动控制。当有家人在家时，主控机(16)通过卫生间空气质量传感器(9)与厨房空气质量传感器(6)自动检测空气质量，并自动控制厨房通风受动电磁阀(5)或卫生间通风受控电磁阀(10)进行调节。

3、如权利要求1所述的一种对家居环境进行节能环保调控与安全守护的电子设备，其特征在于主控机(16)自动检测传感器、电源线与网线是否断开，若主控机(16)检测到传感器、网线断开，主控机(16)向用户报警，若检测到电源线断开，还将自动启动备用电源。

4、如权利要求1所述的一种对家居环境进行节能环保调控与安全守护的电子设备，其特征在于所说的主控机(16)根据图像、声音以及传感器信息对家居现场进行行为识别，包括对家居环境的图像变化、音量大小变化、家中人员的运动、语音模式、行为模式、家中人员的面部进行识别。

5、如权利要求1所述的一种对家居环境进行节能环保调控与安全守护的电子设备，其特征在于主控机(16)对用户手机号码进行识别，且主控机(16)与用户通信的地址是动态生成的，并能通过电话或短消息告知用户。用户是通过本人手机或电脑并输入密码与验证码进入主控机的，且当密码连续输入三次错误时主控机(16)自动锁定，并能以邮件的方式通知用户新密码。

6、如权利要求1所述的一种对家居环境进行节能环保调控与安全守护的电子设备，其特征在于主控机(16)的用户个性化设置功能包括对用户角色的设置、各个角色权限的分配、报警规则的设置与异常行为设置。

7、如权利要求1所述的一种对家居环境进行节能环保调控与安全守护的电子设备，其特征在于用户收到报警信息后能通过手机或电脑以视频方式经阳台定焦摄像机(7)和变焦巡视摄像机(11)远程查看现场，并能进行实时远程监视现场或用喇叭(13)、麦克风(14)与现场对讲。

8、如权利要求1所述的一种对家居环境进行节能环保调控与安全守护的电子设备，其特征在于，所说的洗衣机受控电磁阀(1)、冰箱受控电磁阀(4)、厨房通风受控电磁阀(6)、电视机受控电磁阀(12)、卫生间通风受控电磁阀(10)与水龙头受控电磁阀(19)是一种自动控制开关，接收主控机(16)的控制信息分别对所联接的洗衣机、冰箱、厨房通风装置、卫生间通风装置、水龙头进行控制。主控机(16)的通信模块(202)包括有线或无线通信方式。

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