CN102546324B - 一种物联网智能家居系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种物联网智能家居系统及方法，所述系统包括智能家居设备、接入和传输网络、智能家居服务系统。智能家居设备包括感知设备、控制设备、报警装置、路由器和智能家居综合网关；接入和传输网络是完成智能家居综合网关与后台服务系统的交互远程传输宽带网络；智能家居服务系统包括用户终端和后台服务系统。所述方法物联网智能家居系统分为智能家居基本服务和小区公共服务，智能家居基本服务包括异常情况报警、环境监控、家居用能计量；小区公共服务包括公共资源计量、综合数据收集与分析、管理和优化，以及第三方开发提供的其他服务。本发明完成异常情况报警、环境监控、家居用能计量，实现家居信息综合管理和控制，同时保证系统的安全性。

Description

一种物联网智能家居系统及方法

技术领域

本发明涉及一种物联网应用系统及方法，特别是涉及一种物联网智能家居系统及方法。

背景技术

随着城市居民住宅小区的大量崛起和人们生活水平的不断提高，促使人们在家庭住宅的观念上逐步发生变化。人们不仅需要宽敞、豪华的住宅，同时也希望有一个舒适、安全生活空间。

物联网的概念自1999年提出以来，其内涵经历了不断的演变和丰富，由最初的射频识别RFID技术，到现在无处不在的感知、互联和智能化处理。物联网利用传感器、传感器节点、RFID、二维码、摄像头等感知、捕获、测量的技术手段随时随地对物体进行信息采集和获取，将获取的信息通过各种信息网络进行共性和传输，智能化处理指利用云计算、模糊识别、协同融合等技术，对海量的数据进行分析处理，提升对物理世界、社会各种活动的洞察力，从而实现智能化的决策和控制。

目前，智能家居设计多采用家庭内部控制，通过网关实现对家庭内部家居设备信息汇聚和决策控制，使得在家庭内部采集的数据信息通常只在局部使用和处理，这种系统设计不仅为用户提供服务有限，而且不利于综合信息管理和应急事件联动处理。

发明内容

本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种物联网智能家居系统及方法，实现以住宅为平台，利用传感技术、安全防范技术、自动控制技术、网络通信技术，将与家居生活有关的设施联合起来，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性，实现环保节能的居住环境。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明一种物联网智能家居系统，包括智能家居设备、接入和传输网络以及智能家居服务系统。

所述智能家居设备包含感知设备、控制设备、报警装置、路由器和智能家居综合网关，其中感知设备完成各类所需信息的感知，控制设备完成对家居设备的控制，报警装置完成紧急情况的报警，智能家居综合网关通过路由器对整个家居环境进行数据收集、处理和控制。

所述接入和传输网络是完成智能家居综合网关与后台服务系统的交互远程传输宽带网络，采用互联网或移动网或广电网或电力网。

所述智能家居服务系统包括用户终端和后台服务系统。

一种物联网智能家居系统的方法，物联网智能家居系统分为智能家居基本服务和小区公共服务，智能家居基本服务包括异常情况报警、环境监控、家居用能计量；包括公共资源计量、综合数据收集与分析、管理和优化，以及第三方开发提供的其他服务。

所述异常情况报警实现采用紧急事件报警和响应控制的服务机制，当传感器检测到异常状态数据时，将该数据传输到综合网关进行实时处理，网关启动报警，若家庭内部备有控制应急设备，则立即采取应急控制，否则将该数据传输到家居服务中心，通过家居服务中心启动与其他系统的联动，并通知业主，直到感知设备采集的数据恢复正常。

所述环境监控实现方式一，采用周期性上报和响应控制的服务机制，用户根据习惯或默认设置家居管理的配置信息，感知设备周期性采集数据发送至综合网关，综合网关判断是否需要采取调节措施，若是，则启动对应的控制器调节，直到满足用户要求为止；否则，根据配置信息判断该数据是否需要上报，若是，则网关再将数据发送至家居服务中心，否则丢弃数据；

环境监控实现方式二，采用按需查询和响应控制的服务机制，根据用户的需要，当用户需要了解家庭内部的某项信息，由用户发起一个服务指令请求X，对发起指令的用户进行身份验证，验证通过后将该服务指令请求X转化为服务系统可识别的任务Y，判断服务系统内是否包含有效信息能完成服务Y，若是，则将该服务信息发送至用户，否则，查询应用服务Y对应的综合网关，并将该服务发送至该综合网关，综合网关分解该任务为Z，将任务Z发送给指定的设备，完成任务后将结果依次发送给综合网关、家居服务中心和用户。

所述家居用能计量实现采用数据周期性上报的服务方法。

所述小区公共服务利用每个家庭提供的相关信息及从其他渠道获取的信息，为用户集中的小区提供便捷的服务，包括公共资源计量、综合数据收集与分析、管理和优化，以及第三方开发提供的其他服务。

本发明运行以网关为中心的认证和加密机制保障数据数据安全和用户安全，一方面，是对用户和智能家居设备的安全认证，从设备角度，智能家居设备要符合系统预设的要求才能完成入网和认证，从用户角度，不同的用户具备不同的访问权限，智能家居的服务系统负责对每个用户进行认证，以及服务访问和服务各项管理等功能。另外一方面，对数据的安全保护，网关连接到认证中心，感知数据采用网关发放的私钥或临时会话密钥进行加密后到达网关，网关按照相应的公钥或会话密钥对进行解密，如果数据需要发送到公共网络，则此处采用网关与家居服务中心的密钥进行加密，从而保证数据的安全性。

附图说明

图1是物联网智能家居系统功能；

图2是物联网智能家居系统组成和连接；

图3 异常情况报警处理流程；

图4周期性数据采集处理流程；

图5是物联网智能家居用户查询服务流程。

具体实施方式

本发明提出一种物联网智能家居系统，为方便本发明实施，下面结合附图说明该方法施行过程。

一、物联网智能家居系统组成

智能家居系统根据功能分为三个部分，分别为智能家居设备、接入和传输网络、智能家居服务系统。

A、智能家居设备

智能家居设备包含感知设备、控制设备、报警装置、路由器和智能家居综合网关。智能家居系统以家庭为单位布设，结合应用系统的设计，在不同的房间和功能区域布设智能家居设备。

感知设备完成各类所需信息的感知，例如照明感知设备、人体体征感知设备、家用共用设施计量传感器节点、多种环境参数探测感知设备。控制设备完成对家居设备的控制，控制设备例如调节灯光开关、智能插座、家电控制器、遥控设备。报警装置完成紧急情况的报警。路由器是在无线传输中扩大网络覆盖范围的设备，根据布设范围、布设距离等实际情况的需要，可以适当布设路由器。

智能家居综合网关是一个智能化控制中心，通常带有嵌入式的处理器和操作系统，网关对整个家居环境进行数据收集、处理和控制。通过网关上的通信模块与网络中的各种传感器节点和感知设备进行通信。同时网关通过接入网络可以实现与后台服务通信，实现监管和多样化服务。智能家居综合网关需要完成底层设备与宽带网络协议的转换，完成应用协议管理和底层设备的网络管理功能。如果要保证信息的安全，网关需要具备安全管理、密钥管理功能。

B、接入和传输网络

接入和传输是网络指完成智能家居综合网关与后台服务系统的交互远程传输宽带网络，如互联网、移动网、广电网和电力网。

C、智能家居服务系统

智能家居服务系统设备包括用户终端和后台服务系统，用户终端如手机、PDA、平板电脑、笔记本电脑，后台服务系统如家居服务中心和第三方服务平台。

二、物联网智能家居系统功能及实现流程

根据数据来源不同，将智能家居系统功能分为智能家居基本服务和小区公共服务，系统综合运用数据周期性上报、按需查询、紧急事件报警、响应控制四种机制，下面对智能家居系统功能及对应的设备和流程结合进行分项说明。

A、智能家居基本服务

智能家居基本服务利用从家庭用户收集到信息，为用户提供基本服务。包括异常情况报警、环境监控、家居用能计量。

1）异常情况报警

室内布置火灾探测传感器、燃气泄漏探测传感器、报警控制器等，火灾探测传感器实时检测监控点的温度和烟度，安装在住宅楼梯间、电梯前室及居室客厅等处。燃气泄露检测传感器当有燃气泄露时，可触发报警并自动关闭管道阀门。报警控制器安装在易于被听到的位置，在探测到意外情况并发出报警时，报警控制器能通过报警扬声器和指示灯来发出报警。

本功能实现采用紧急事件报警和响应控制的服务机制。当传感器检测到异常状态数据时，将该数据传输到综合网关进行实时处理，网关启动报警，若家庭内部备有控制应急设备，则立即采取应急控制，否则将该数据传输到家居服务中心，通过家居服务中心启动与其他系统的联动，如与消防系统的联动，并通知业主，直到感知设备采集的数据恢复正常。

2）环境监控

根据用户的设定，通过布设温度传感器节点、湿度传感器节点、气体传感器节点等不同种类的传感器节点，这些传感器节点采集监测区域的环境信息，通过路由器发送到综合网关。综合网关将数据处理完毕后按照特定格式发送到家居服务中心。服务中心将该信息结合个人用户设置采取相关控制和提醒。

本功能实现方式一，采用周期性上报和响应控制的服务机制。用户根据习惯或默认设置家居管理的配置信息，感知设备周期性采集数据发送至综合网关，综合网关判断是否需要采取调节措施，若是，则启动对应的控制器调节，直到满足用户要求为止；否则，根据配置信息判断该数据是否需要上报，若是，则网关再将数据发送至家居服务中心，否则丢弃数据，流程说明见附图4。

以光线采集和照明控制为例，说明环境监控的服务流程。将布设在各个窗户上的光线传感器节点将采光数据传回综合网关。综合网关对数据进行分析后，通过特定的室内采光模型和用户的偏好设置来调整窗户的开关、窗帘的闭合程度和灯光照明系统，保证用户在进入该房间时提供足够的照明光线。

本功能实现方式二，采用按需查询和响应控制的服务机制。根据用户的需要，当用户需要了解家庭内部的某项信息（如光线强度决定是否需要开关窗帘），由用户发起一个服务指令请求X，考虑到安全性，需要对发起指令的用户进行身份验证，验证通过后方可将该指令转化为服务系统可识别的任务Y，判断服务系统内是否包含有效信息能完成服务Y，若是，则将该服务信息发送至用户，否则，查询应用服务Y对应的综合网关，并将该服务发送至该综合网关，综合网关分解该任务为Z，将任务Z发送给指定的设备，完成任务后将结果依次发送给综合网关、家居服务中心和用户，流程说明见附图5。

       3）家居用能计量

家居用能计量包括电、水、燃气、集中供热、集中制冷以及生活热水等。通过信息传感设备，如智能电表、智能水表、智能气表、智能热能表等、数据集抄设备（采集器或集抄器），这些传感设备周期性采集用能信息，通过智能家居综合网关实现数据的收集，收集的信息传输到家居服务中心。

本功能实现采用数据周期性上报的服务机制，流程参见图4。设备间采用约定的通信协议，实现家居用能的实时在线自动化采集、电子化远程抄表；实现数据的存储、信息上传与获取、费用自动计算；实现信息的统计分析处理、计量收费及其电子化通知和缴费，为计量收费、节能降耗、实时监控提供依据。

B、小区公共服务

小区公共服务是利用每个家庭提供的相关信息及从其他途径获取的信息，为用户集中的小区提供便捷的服务，小区公共服务总体上分为以下两部分：

1）资源计量和管理

家居服务中心对收集的所有家庭用户的信息进行统计分析，包括公共资源计量、综合数据收集与分析、管理和优化，保障用户的家居便捷和安全。家居管理中心通过统计小区家庭内收集到的数据，出现违规情况时便于及时处理。

2）第三方增值服务

根据不同的用户需求，服务提供商以家庭为单位及其他途径获取的信息，由第三方服务平台为智能家居用户提供综合服务，如通过联合公共信息服务（天气、交通、旅游、教育、医疗等），为居民提供多媒体娱乐、金融支付、商业配送、物业维修等增值服务。服务流程由第三方的服务平台与用户协商。例如将采集到的信息与医院的医疗信息数据库结合，通过家居服务中心及相应第三方服务平台实现与用户通信，完成体征监测和远程辅助诊疗等各项服务。

本发明在智能家居领域，通过物联网的引入，对家居设备、环境、安全等监控，以及实现信息综合及个性化挖掘和管理，能够全面提升家居生活的舒适度和智能化水平，推动智能家居行业和网络技术不断向前发展。因此，物联网智能家居系统的建设与推广意义十分重大。

以上仅为本发明专利的优选实例，并不用于限制本发明专利。在上述实施中，本发明专利可以有各种增减、更改和变化。凡在本发明专利的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种物联网智能家居系统，其特征在于包括智能家居设备、传输网络以及智能家居服务系统，其中，所述智能家居设备通过所述传输网络连接至所述智能家居服务系统，并且，所述智能家居设备接收并执行由所述智能家居服务系统发出的服务指令；

所述智能家居设备至少包括感知设备、报警装置、控制设备和智能家居网关，其中，所述感知设备用于对家居信息的持续采集，所述控制设备完成对智能家居设备的控制；所述智能家居网关用以收集、处理所述家居信息或上传所述家居信息至所述智能家居服务系统，和/或接收所述服务指令并发送至所述控制设备；所述智能家居网关是一个智能化控制中心，带有嵌入式的处理器和操作系统，所述智能家居网关对整个家居环境进行数据收集、处理和控制；所述网关具有预设配置条件，用以在所收集家居信息满足所述预设配置条件时，发送服务请求指令至所述智能家居服务系统，所述智能家居服务系统于收到所述服务请求指令时返回对应的服务指令，其中所述预设配置条件包括报警条件；

所述智能家居服务系统包括用户终端、异常情况报警模块和后台服务系统，所述后台服务系统具有预设配置条件，用以在所述智能家居网关所收集并上传的家居信息满足所述预设配置条件时发出服务指令，所述用户终端用于查询所述智能家居设备状态信息；在接收到的所述感知设备的家居信息满足所述报警条件时，所述异常情况报警模块发送报警服务指令至所述智能家居网关，所述智能家居网关在响应后通知所述控制设备对所述智能家居设备应急控制并启动报警装置以及通过所述传输网络通知用户，直至所述感知设备所采集家居信息不满足所述报警条件停止应急控制及报警。

2.根据权利要求1所述的物联网智能家居系统，其特征在于所述智能家居服务系统还包括环境监控模块，所述智能家居设备还包括环境控制模块，所述预设配置条件包括预设环境信息，其中，所述环境监控模块根据服务指 令令环境控制模块调节环境直到匹配所述预设环境信息要求并通过所述传输网络通知用户。

3.根据权利要求1所述的物联网智能家居系统，其特征在于所述智能家居服务系统还包括消耗统计模块，所述感知设备还包括能耗计量模块，其中，所述消耗统计模块用以对所述能耗计量模块所计量得到的智能家居设备能耗信息加以统计分析。

4.根据权利要求1所述的物联网智能家居系统，其特征在于所述智能家居设备采用周期性上报数据方式。

5.根据权利要求1所述的物联网智能家居系统，其特征在于所述传输网络是交互远程传输宽带网络、互联网、移动网、广电网及电力网中的一种。

6.一种应用于如权利要求1所述物联网智能家居系统的智能家居服务提供方法，其特征在于包括：

根据用户发起的服务指令请求，对发起指令的用户进行身份验证；

在验证通过后将所述服务指令请求转化为所述智能服务系统可识别的服务任务；

判断所述服务指令请求是否包含执行所述服务任务的所有必要执行参数，若是，则回复确认服务信息至用户；若否，查询对应所缺少的必要执行参数的智能家居设备，于查询到后回复确认服务信息至用户；执行所述服务任务后将结果分别发送给智能家居网关、智能家居服务系统和用户，实现按需查询和响应控制的服务机制。