CN102063102B - 一种智能家居远程控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种智能家居远程控制系统及控制方法，包括一智能插座模块，用于直接控制家电开关；一室内控制模块，用于接受远程控制指令，并集中控制室内家电；一远程网络控制模块，用于通过互联网远程控制家电开关；一远程手机控制模块，用于利用智能手机远程控制家电开关；通过智能手机的智能插座模块发出的指令依次通过远程网络控制模块、小区监控中心、室内控制模块后到达家居内的智能插座模块，进而控制家电。提供了一种高效、易用、可靠的智能家居远程控制的手段，提高居民用电的透明度，精确掌握每个电器的用电情况，对生活用电进行精细化管理。
Description
技术领域
本发明涉及智能家居远程控制系统及其控制方法，尤其涉及一种对普通居民楼、独立住宅、商业楼宇的电器进行远程控制的系统以及上述系统的控制方法。
背景技术
在电力系统中，居民用户是电力的最终消费者，也是数量最庞大的电力用户。单个居民的用电量不大，但是因为居民的数量庞大，累计的用电量是非常大的。和高耗能企业和大型工业企业相比，居民用户的用电性质有很大的不同，例如居民用电有很大的季节性，有很大的时段性。因此，对居民用电进行科学管理，有利于节约电费开支，有利于节能降耗，也有利于供电网络的有序平稳运行。
在居民用电的构成中，各类家用电器占了绝大部分的比例。同时，各种家用电器的用电性质有很大的区别；有的用电量很小，有的很大；有的需要长时间持续用电，有的为间歇性用电；有的是必需用电，有的可以灵活控制。
智能家居远程控制系统，就是专门为居民用户科学、有序管理用电而设计的。它可以充分利用各类通讯介质，使住户可以随时随地的掌握每个电器的用电量和用电趋势等信息，可以在外出时远程控制家电，也可以设定方案进行错峰平谷，降低能源消耗。
智能家居远程控制系统包括智能插座、室内控制中心、远程网络控制模块、远程手机控制模块等部分。其中智能插座用于直接控制家电的开关；室内控制中心用于集中控制室内家电，并接受远程的控制指令；远程网络控制模块，用于通过互联网远程控制家电开关；远程手机控制模块用于利用智能手机远程控制家电开关。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是提供一种智能家居远程控制系统，一种高效、易用、可靠的智能家居远程控制的系统，提高居民用电的透明度，精确掌握每个电器的用电情况，对生活用电进行精细化管理；本系统可使住户更智能化的使用电器，同时又可提高居民用电的安全性，防止电器长时间运行发生安全事故。
本发明所要解决的技术问题之二是提供一种智能家居远程控制方法，一种高效、易用、可靠的智能家居远程控制的手段，提高居民用电的透明度，精确掌握每个电器的用电情况，对生活用电进行精细化管理；本控制方法可使住户更智能化的使用电器，同时又可提高居民用电的安全性，防止电器长时间运行发生安全事故。
为解决上述技术问题之一，本发明的技术方案是：一种智能家居远程控制系统，包括：
一智能插座模块，用于直接控制家电开关；
一室内控制模块，用于接受远程控制指令，并集中控制室内家电；
一远程网络控制模块，用于通过互联网远程控制家电开关；
一远程手机控制模块，用于利用智能手机远程控制家电开关；
通过智能手机的智能插座模块发出的指令依次通过远程网络控制模块、小区监控中心、室内控制模块后到达家居内的智能插座模块，进而控制家电。
作为改进，所述远程手机控制模块与远程网络控制模块之间的通讯介质以及远程网络控制模块与小区监控中心之间的通讯介质为线局域网、无线网络、手机3G网络、互联网等。
作为改进，所述室内控制模块与小区监控中心的通讯介质以及室内控制模块与智能插座模块的通讯介质为载波通讯、室内小无线、WIFI等。
作为改进，所述智能插座模块包括家电开关模块、用电计量模块、错峰平谷模块，所述家电开关模块直接控制家电开关，所述用电计量模块用于检测家电用电状况，所述错峰平谷模块对居民用电进行错峰平谷。
本发明所要解决的技术问题之二是提供一种智能家居远程控制方法，包括以下步骤：
(1)住户在自己的智能手机里安装远程手机控制模块；
(2)住户在外出时，利用手机连接到远程网络控制模块并输入帐号、密码等验证信息，根据事先设置的安全级别，获得系统的相关权限；
(3)根据用户的权限，手机系统通过远程手机控制模块发出查询指令，通过室内控制模块获得智能插座模块的运行状态，从而实现远程查看家电的运行情况；
(4)如果住户想远程控制家电开关，可利用在智能手机向远程网络模块发送控制指令，网络模块接收到控制指令后，通过小区监控中心传输给室内控制模块；
(5)室内控制模块对指令的合法性、有效性进行检测，对检测符合要求的控制指令，即通过智能插座模块控制家电开关。
作为改进，手机通过GPRS、CDMA等2G网络，或TD-CDMA、CDMA2000、WCDMA等3G网络，或利用短信方式接入到远程网络控制模块。
作为改进，远程网络控制模块通过光纤、宽带载波、ADSL连接小区监控中心和住户的室内控制模块，形成智能家居远程控制网络。
作为改进，所述步骤(4)中，发出控制指令具体步骤如下：
(1)住户在手机软件中选择需要控制的家电，实时查看家电的开关状态，如需要控制开发，即可发送控制指令；
(2)在住户输入指令时，系统对操作者进行帐号和密码的确认，并要求输入随机验证码，以确保操作的安全性；
(3)在确认无误后，系统根据预先设定的规则生成控制指令，并采用移动通讯领域通行的MD5/SHA1加密算法，对指令进行加密处理；
(4)智能手机将经过加密处理的控制指令，通过无线网络发送给远程网络控制模块，并通过网络通道传输给室内控制模块；
(5)室内控制模块对控制指令进行解密处理，验证无误后启动智能插座，实现对家电开关的控制。
作为改进，所述智能插座模块包括家电开关模块、用电计量模块、错峰平谷模块，所述家电开关模块直接控制家电开关，所述用电计量模块用于检测家电用电状况，所述错峰平谷模块对居民用电进行错峰平谷。
作为改进，所述错峰平谷模块对居民用电进行错峰平谷的步骤如下：
(1)通过WEBSERVICE方式取得当地最新的分时电价，在室内控制模块对电价进行存储备用，并与当地电力公司公布的分时电价同步更新；
(2)在室内控制模块对各类家电进行分类处理，根据家电的用电性质、用电功率进行分类；对用电功率高的家电，控制其高峰时段的用电；
(3)对用电功率高的家电实行自动错峰平谷控制，对其他家电则采用人工辅助的方式进行控制。
本发明与现有技术相比所带来的有益效果是：
本发明智能家居远程控制系统及远程控制的方法提供了一种高效、易用、可靠的智能家居远程控制的手段，提高居民用电的透明度，精确掌握每个电器的用电情况，对生活用电进行精细化管理；本系统和方法可使住户更智能化的使用电器，同时又可提高居民用电的安全性，防止电器长时间运行发生安全事故；本系统和方法又有利于社会的科学用电，节能减排。
附图说明
图1是本发明智能家居远程控制系统的功能模块图。
图2本发明智能家居远程控制方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。
在本发明实施例中，通过对智能家居和智能插座的统一管理，通过将智能手机、手机软件、无线网络、互联网、小区局域网、室内控制模块、智能插座等进行有序管理，互相协作，实现完整的智能家居远程控制的系统。
请参阅图1，其为本发明智能家居远程控制系统功能模块图。该智能家居远程控制系统包括一远程手机控制模块10、一远程网络控制模块11、一小区监控中心12、一室内控制模块13和一智能插座模块14。
该远程手机控制模块10包括智能手机和应用软件，利用GPRS、CDMA等2G网络，或者TD-CDMA、CDMA2000、WCDMA等3G网络，实时远程获得家电运行情况和用电量，在需要控制时，根据住户的操作，将控制指令经过加密后传送给该远程网络控制模块11。
该远程网络控制模块11采用获取到得到的控制指令，以密文的方式，安全可靠的传输给小区监控中心12，并通过小区局域网传送给室内控制模块13。室内控制模块根据预先设定的规则，对控制指令进行解析；并根据移动通讯领域通行的MD5/SHA1加解密算法，对指令进行解密；根据操作者输入的信息，验证其合法性，检查是否具有控制家电的权限，如果不具备权限，则通过网络向操作者返回拒绝控制的信号，如果验证通过，则生成实际控制指令，发送给智能插座模块14。
该智能插座模块14包括至少一家电开关模块141、一用电计量模块142及一错峰平谷模块143。该家电开关模块141接收到正确的控制指令后，对有关家电进行开电/断电的操作，以启动其运行或停止其运行。该用电计量模块142采用标准的电能计量芯片和计量电路，对电器用电进行电压、电流等测量，并进行功率积分，实时计算电能功率、用电量等，并根据电力系统的运行规则，对电能量进行定时存储和分时段存储。该错峰平谷模块143根据预先设置的规则和室内控制模块的指令，根据当地电力公司的分时电价政策，控制家电进行错峰平谷，以充分利用分时电价的优惠政策，均衡社会用电负载，减少电能损耗，降低用电费用。
该其中电器用电数据在远程手机控制模块10和室内控制模块13内部分别保存。根据用户的需求，手机控制模块中的数据可以通过网络和该室内控制模块13进行同步，包括实时同步、定时同步和手动同步等。
图2为图1所示智能家居远程控制系统的远程控制方法的流程图，该方法包括如下步骤：
步骤S101，智能手机加密指令；
在此步骤中，根据预先设置的规则，对控制指令的报文进行加密处理，采用在移动通讯领域公认安全可靠的MD5/SHA1加密算法，确保系统的安全性，防止非法侵入。
步骤S102，手机网络发送指令；
在此步骤中，该智能手机模块利用无线网络，连接到网络控制模块，将控制指令以密文的方式进行发送。发送指令时，可以采用各类无线通道，包括GPRS、CDMA等2G网络，和TD-CDMA、CDMA2000、WCDMA等3G网络。在这些网络的上层，智能手机模块建立socket连接，采用http协议进行传输，保证传输方式的可靠性和易维护性。
智能家居远程控制系统在通讯通道上，跨越三大网络，即无线网络、互联网网和电力网，将三者紧密联系，同时又各有分工。在控制指令从智能手机传出时，信号为无线网络的方式；在进入网络控制模块后，信号在互联网上传输；在进入室内控制模块后，信号在电力网络上传输。正因为如此，系统在信号传输的可靠性、安全性上做了特别的处理，包括自动选择最强的无线信号、对信号报文进行加密、对使用者身份进行严格认证、对电力载波信号进行CRC校验等，从而保证控制信号能准确、安全的传输，避免信号丢失、误传，避免非法用户的使用。
步骤S103，网络模块传输指令；
该远程手机控制模块10将信号通过无线网络传输给远程网络控制模块11，信号的传输进入互联网部分。该模块利用了先进的软件技术和数据库技术，以高效、并发的处理大批量用户的并发使用。该网络控制模块为多用户共享，可充分利用互联网的传输带宽，最大限度的减少系统建设的投资。
本发明在系统构架(采用J2EE数据服务技术)与网络组织方式上具有一定的前瞻性，通信手段上无线通信网络和有线通信网络的结合，以保证系统的先进性和投资的有效性。本发明的系统设计体系不仅可以采用目前广泛使用的GPRS和CDMA，而且可以使用3G通信，包括TD-CDMA、CDMA2000、WCDMA等。
在整个数据通信过程中采用TCP/IP通信协议，可屏蔽各种中间层协议，从该数字化模块、到该数据统计模块、的线损分析的通信可以视为在广域网中数据的传输。由于采用基于J2EE构架的数据WEB服务方式，可避免直接利用底层的Socket通信，符合HTTP1.1和DATA Service的相关国际标准，传输的数据能有效通过广域网中的各种安全设备，同时数据经过数字签名，本身的安全性和完整性也得到了保证。
数据并发传输解决方案：数据的并发传输是一般的网络应用系统的一大瓶颈，由于在实际应用中一个大的系统有数目巨大的基层应用(几万)，保证高传输成功率的前提是解决并发传输的通信阻塞。本发明采用J2EE+Web服务构成，即企业级的基于J2EE构架基础的数据采集和数据服务发布软件构架，该系统能支持高强度的数据并发传输和数据服务，支持海量数据查询，具有极高的实用性。其中包含有四大核心技术：
1、J2EE连接体系：J2EE连接体系提供了J2EE应用和企业内存在的EIS系统集成的标准框架。
2、JMS(Java信息服务)：Java信息服务是一个支持企业通信系统的标准编程接口，目的在于提供一个跨越不同类型通信系统的公共接口。Java应用程序利用JMS API和企业的通信系统连接后，应用程序就能利用通信系统提供的功能创建和发送消息，达到和其它应用系统异步通信的目的。
3、JDBC API：它是和关系型数据库系统集成的标准接口。应用程序用这个接口获得数据库连接、查询数据和执行其它的数据库功能。
4、Web Services：允许EIS提供一些服务访问点，新的应用通过这些点可以获取数据，也可以提交数据。
步骤S104，室内控制安全性验证；
该室内控制模块根据预先设定的规则，对控制指令进行解析；并根据移动通讯领域通行的MD5/SHA1加解密算法，对指令进行解密；根据操作者输入的信息，验证其合法性，检查是否具有控制家电的权限，如果不具备权限，则通过网络向操作者返回拒绝控制的信号，如果验证通过，则生成实际控制指令，发送给智能插座模块。
步骤S105，驱动智能插座；
该智能插座模块14可采用多种方式进行通讯，包括低压电力载波、小无线网络、WIFI网络等，可充分适应各种环境，利用已有网络通道。智能插座在获得室内控制模块发出的指令后，即进行解码运算，将数字信号转换成控制开关所需的模拟信号。其中模拟信号为自动选择的频段，以防止多个模块之间互相干扰。
步骤S106，控制家电开关。
在此步骤中，该家电开关模块141根据控制信号，进行开电/断电操作，最终实现电器的控制。对于控制的结果，分为成功和失败两种情况，模块在做标记后产生信号，返回给室内控制中心。室内控制中心根据返回结果，通过原先的网络途径，返回给智能手机模块，通知操作者。
本发明智能家居远程控制系统利用先进的通信技术、计算机及网络技术，为居民用户科学、有序管理用电提供了一个切实可行的解决方案。它可以充分利用各类通讯介质，使住户可以随时随地的掌握每个电器的用电量和用电趋势等信息，可以在外出时远程控制家电，也可以设定方案进行错峰平谷，降低能源消耗。本发明的应用对象主要为各类住宅小区、各类独立住宅、各类商业楼宇等。
由上述可知，本发明基于GPRS、CDMA2000、WCDMA、TD-CDMA和互联网、电力载波、小无线、WIFI等通信方式来传递数据；并基于J2EE构架的数据服务，解决并发传输瓶颈问题，提供强大的基于J2EE的Web
Data Service的数据服务和数据验证。采用本发明，可使智能家居远程控制系统的运营成本极大的降低，可靠性和安全性得到极大的提高，使系统真正具有实用性，提高最终电力用户的用电自动化水平，促进供电、配电、用电各方的有序发展。
综上所述，本发明解决了现有技术中所存在的既要对各类家电进行全面监控、全面控制，有要解决通讯方式复杂，人员流动性较强等矛盾问题，同时解决当用户数量庞大时易引起网络阻塞的问题。对最终用户，在通过无线网络发送控制指令前，先对控制指令进行密码验证和MD5/SHA1加密处理，在整个传输过程中均用密文方式，并充分利用3G网络、互联网、小区局域网等通道，从而充分利用网络资源，避免网络阻塞，同时充分保证控制指令的完整性和安全性。其中，主站系统采用J2EE+WebService的方法，用Weblogic中间件系统，可同时支持2～5万个最终用户的接入，适应国内所有地区的各类住宅小区、独立住宅和商业楼宇。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种智能家居远程控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）住户在自己的智能手机里安装远程手机控制模块；
（2）住户在外出时，利用手机连接到远程网络控制模块并输入帐号、密码验证信息，根据事先设置的安全级别，获得系统的相关权限；
（3）根据用户的权限，手机系统通过远程手机控制模块发出查询指令，通过室内控制模块获得智能插座模块的运行状态，从而实现远程查看家电的运行情况；
（4）如果住户想远程控制家电开关，可利用智能手机向远程网络模块发送控制指令，其中，采用J2EE构架的数据服务，即企业级的基于J2EE构架基础的数据采集和数据服务发布软件构架，该系统能支持高强度的数据并发传输和数据服务，支持海量数据查询，网络模块接收到控制指令后，通过小区监控中心传输给室内控制模块；
（5）室内控制模块对指令的合法性、有效性进行检测，对检测符合要求的控制指令，即通过智能插座模块控制家电开关；
所述步骤（4）中，发出控制指令的具体步骤如下：
（1）住户在手机软件中选择需要控制的家电，实时查看家电的开关状态，如需要控制开关，即可发送控制指令；
（2）在住户输入指令时，系统对操作者进行帐号和密码的确认，并要求输入随机验证码，以确保操作的安全性；
（3）在确认无误后，系统根据预先设定的规则生成控制指令，并采用移动通讯领域通行的MD5/SHA1加密算法，对指令进行加密处理；
（4）智能手机将经过加密处理的控制指令，通过无线网络发送给远程网络控制模块，并通过网络通道传输给室内控制模块；
（5）室内控制模块对控制指令进行解密处理，验证无误后启动智能插座，实现对家电开关的控制；解码运算是是将数字信号转换成控制开关所需的模拟信号，其中模拟信号为自动选择的频段，以防止多个模块间互相干扰；对于控制的结果，分为成功和失败两种情况，模块在做标记后产生信号，返回给室内控制中心；室内控制中心根据返回结果，通过原先的网络途径，返回给智能手机模块，通知操作者。
2.根据权利要求1所述的一种智能家居远程控制方法，其特征在于：手机通过GPRS、CDMA、TD-CDMA、CDMA2000、WCDMA、或短信方式连接到远程网络控制模块。
3.根据权利要求1所述的一种智能家居远程控制方法，其特征在于：远程网络控制模块通过光纤、宽带载波、ADSL连接小区监控中心和住户的室内控制模块，形成智能家居远程控制网络。
4.根据权利要求1所述的一种智能家居远程控制方法，其特征在于：所述智能插座模块包括家电开关模块、用电计量模块、错峰平谷模块，所述家电开关模块直接控制家电开关，所述用电计量模块用于检测家电用电状况，所述错峰平谷模块对居民用电进行错峰平谷。
5.根据权利要求1所述的一种智能家居远程控制方法，其特征在于：所述错峰平谷模块对居民用电进行错峰平谷的步骤如下：
（1）通过WEBSERVICE方式取得当地最新的分时电价，在室内控制模块对电价进行存储备用，并与当地电力公司公布的分时电价同步更新；
（2）在室内控制模块对各类家电进行分类处理，根据家电的用电性质、用电功率进行分类；对用电功率高的家电，控制其高峰时段的用电；
（3）对用电功率高的家电实行自动错峰平谷控制，对其他家电则采用人工辅助的方式进行控制。
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