CN103400487A - 一种基于智能手机的家电能耗管理系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于智能手机的家电能耗管理系统和方法，该系统包括带有GPRS和/或WIFI的智能手机，该手机具有控制、监测、定时、统计四种调控方式；具有网络远程通信、红外收发、RFID无线收发以及预警功能的家庭控制处理中心；具有红外发射、RFID无线收发功能的子控制器；具有红外接收和学习功能的红外插座。所述家电能耗管理系统通过智能手机能实现实时控制家电、实时监测家电状态、设置家电的定时开关、查看家电用电统计情况。通过这种方式，该系统和方法节能经济、简单实用、方便舒适，能有效地通过手机对家电能耗进行管理。

Description

一种基于智能手机的家电能耗管理系统和方法

技术领域

本发明涉及家电能耗管理研究领域，特别是涉及一种基于智能手机的家电能耗管理系统和方法。

背景技术

据科学统计，一个家庭的家用电器年浪费电量占年耗电总量的30%，家电常见的电量浪费形式有待机功耗和“无用能耗”等。优化家电的能耗管理，减少不必要的电量浪费符合国家节能减排政策。

目前家用电器主要采用红外遥控的方法，每个家电各自配置有一个遥控器，不同家电的遥控器是独立的，不能互相控制的，即使是同一种家电，如不同型号的两种空调，彼此的遥控器也不能互相控制。这样导致的后果是家用红外遥控器繁杂，数量多，当一个遥控器丢失时，其余遥控器无法代替它实现控制。因此家用红外遥控器亟需一体化。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于智能手机的家电能耗管理系统，该系统具有节能经济、简单实用、扩展性强的优点。

本发明的另一目的是提供一种基于上述系统的家电能耗管理方法，该方法具有红外自学习功能强、兼容性高的优点。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种基于智能手机的家电能耗管理系统，包括：智能手机、家庭控制处理中心、若干个子控制器以及若干个红外插座，其中智能手机与家庭控制处理中心通过无线通信方式连接，用于对家庭控制处理中心发送控制信号以控制各家电的运行状态，并从家庭控制处理中心采集当前各个家电的运行状态；所述子控制器均分别与家庭控制处理中心通过无线通信方式连接，用于对子控制器控制范围内的家电进行红外控制；在家电的电源插头和家里电源插座之间设置有红外插座，用于根据子控制器或家庭控制处理中心的控制信号控制该家电的通电与否。本发明将家电能耗管理系统和智能手机集合在一起，实现手机对家电能耗的管理，具有很大的市场需求。

优选的，所述家庭控制处理中心包括单片机、网络模块、红外自学习模块、预警模块、第一红外发射模块和第一RFID无线收发模块，所述网络模块用于与智能手机通信，所述红外自学习模块用于接收和学习家电的红外遥控器发送的红外编码；所述预警模块安装在用户家门口，用于检测用户是否外出；所述第一红外发射模块用于发射红外码控制家电；所述第一RFID无线收发模块用于与所述子控制器进行通信；上述各模块均分别与单片机相连。

具体的，所述智能手机或基于Android系统，或基于IOS系统，或基于Window Phone系统，使用GPRS或WIFI的通信方式与家庭控制处理中心通信，手机存储卡用于存储传回的红外码与家电位置信息。

具体的，所述子控制器包括单片机、第二红外发射模块以及第二RFID无线收发模块，所述单片机通过所述第二RFID无线收发模块与家庭控制处理中心进行通信，所述第二红外发射模块用于发射红外信号控制所述子控制器所在房间的家电。

更进一步的，所述第一红外发射模块和第二红外发射模块均通过若干个红外发射头向不同方向发射红外信号。从而保证家电控制的准确率。

具体的，所述红外插座包括红外收发模块、单片机和继电器，其中红外收发模块用于接收家庭控制处理中心或子控制器发射的红外码，并进行红外自学习，继电器用于在单片机控制下开启或关闭家电。

一种基于上述系统的家电能耗管理方法，用户根据智能手机中存储的各家电红外码以及位置信息在智能手机上输入控制命令，该命令通过无线方式传送给家庭控制处理中心，家庭控制处理中心根据该命令对相应家电或者子控制器发出控制信号，控制红外码对应的家电的工作状态。

具体的，所述智能手机上设置有4种调控方式，分别是控制、监测、定时、统计，所述控制是指通过选择这种调控方式，与所述家庭控制处理中心通信并由家庭控制处理中心选择发射红外码控制相应家电；所述监测是指通过选择这种调控方式，与所述家庭控制处理中心通信并由其返回各家电的工作状态，在所述智能手机屏幕上显示家电工作状态列表；所述定时是指通过选择这种调控方式，设置相应家电的开启和关闭时间，所述智能手机会在时间到达时进行家电的开关控制；所述统计是指通过选择这种调控方式，查看各家电每日、周、月、年消耗的电量，并能选择用折线图或饼状图画出。

优选的，所述家庭控制处理中心还进行红外自学习，步骤是：当所述智能手机要进行自学习时，所述智能手机发送对应的红外遥控学习命令给所述家庭控制处理中心，所述家庭控制处理中心在接收到所述红外遥控学习命令后，接收对应要学习家电的红外遥控按键发送的红外编码，通过其所包含的红外自学习模块进行红外学习，然后将处理后的红外编码传给单片机，单片机通过所述家庭控制处理中心包含的网络模块传回给所述的智能手机，所述的智能手机将包括红外编码以及家电位置的红外信号记录下来。从而智能手机能够根据所述家电的类型进行自学习，可以增加新的家电，进行拓展。

优选的，所述子控制器包括具有红外信号发射功能的第二红外发射模块以及具有RFID无线收发功能的第二RFID无线收发模块，所述红外信号包括家电的红外遥控按键所对应的红外编码以及家电位置的信息；家庭控制处理中心根据所述家电控制命令包括的家电位置信息判断是由自己发射红外码，还是转发给对应子控制器发射红外码。

进一步地，所述智能手机使用GPRS或WIFI的通信方式与家庭控制处理中心通信，传回的红外码与家电位置信息作为家电控制命令存储在手机存储卡中，当需要控制对应家电时，智能手机从存储卡中提取相应家电控制命令，并通过GPRS或WIFI的通信方式发送该家电控制命令给家庭控制处理中心；如果家庭控制处理中心选择自己发射红外码，则所述家庭控制处理中心对收到的红外码进行调制，即利用单片机的定时器产生红外载波，加载到红外码上，通过家庭控制处理中心的第一红外发射模块进行红外发射，实现对家庭控制处理中心所在房间内家电的控制；如果所述家庭控制处理中心选择转发给子控制器发射红外码，则家庭控制处理中心会通过其包含的第一RFID无线收发模块将家电的控制命令转发给相应的子控制器，并通过子控制器进行该家电的控制。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明以智能手机为能耗管理终端，智能手机代替了家庭的红外遥控器，使用无线方式遥控，省去另外布线的繁琐，成本低廉，使用智能手机控制家电也能实现远程控制，只要有网络的地方，手机联网，不需对着家电，即能实现控制，实用性强。系统无需改造家庭中现有的电路和电器，安装简单，容易融入到普通家庭，具有成本低的优点。

2、本发明中的子控制器和红外插座可按需设置，可以按照用户需求定制，根据用户家庭房间数量增减数量，可拓展性强。

3、本发明中红外自学习功能强，兼容性高，可兼容市面上现有的所有红外编码。

4、本发明中无限量的红外电器学习，将学习到的遥控编码存储于智能手机存储卡中，解决遥控编码的存储问题。

5、本发明遥控是基于智能手机来实现，可通过GPRS或WIFI的通信方式发送家电控制命令给家庭控制处理中心，不受空间限制，可控制和监测家中任意电器及其工作状态。

6、本发明中采用多方位的红外视角控制，通过红外发射模块多个红外发射头向不同方向发射红外信号，保证家电控制的准确率。

7、本发明方法通过智能手机可实时控制家电、实时监测家电工作状态、设置家电的定时开关、查看家电每日/周/月/年的用电量。

附图说明

图1为本发明装置的总体架构框图；

图2为本发明的智能手机的调控方式示意图；

图3为本发明的家庭控制处理中心的结构示意图；

图4为本发明的子控制器的结构示意图；

图5为本发明的红外插座用法示意图；

图6为本发明的红外插座结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示，本实施例基于智能手机的家电能耗管理系统主要包括：带有GPRS和/或WIFI等无线通信方式的智能手机，其具有控制、监测、定时、统计四大功能；具有网络远程通信功能、红外收发功能、RFID无线收发功能以及预警功能的家庭控制处理中心；具有红外发射功能、RFID无线收发功能的子控制器；具有红外接收和学习功能的红外插座。

智能手机是用户随身携带的、可移动的，在其上可安装一个手机应用软件，用来对家庭控制处理中心发送控制信号以控制各家电的运行状态，并从家庭控制处理中心采集当前各个家电的运行状态。家庭控制处理中心所包含的全部模块可以安放在同一块电路板上，最好放在电器比较多、空间比较大的房间（一般是客厅），用于实现对该房间内家电的控制。子控制器所包含的模块也可安放在同一块电路板上，用于实现对不同子房间家电的控制。红外插座是连接在家电电源插头和家里电源插座之间的一个中间插座，用于在红外的控制下，导通或者切断家电的电源。智能手机、家庭控制处理中心、子控制器使用无线信号进行连接，组成一个完整的家电能耗管理系统。

本实施例智能手机使用GPRS和/或WIFI与家庭控制处理中心通信，通过家庭控制处理中心学习红外遥控的编码，并将相应家电的位置信息及红外编码储存在手机存储卡中。控制家电时，智能手机从存储卡提取红外编码及家电位置信息，并通过GPRS/WIFI发送相关命令给家庭控制处理中心，家庭控制处理中心根据命令带有的家电位置信息选择是自己发射红外码（当家电位置信息指示的是跟家电控制处理中心同个房间的家电时）还是转发给子控制器发射红外码（当家电位置信息指示的是跟某子控制器同个房间的家电时）。

如图2所示，智能手机可设置一手机客户端，具有控制、监测、定时、统计四大功能。控制指的是智能手机能实时控制家电，通过随时随地点击手机客户端上相应的按钮，智能手机与家庭控制处理中心通信并由家庭控制处理中心选择发射红外码控制相应家电；监测指的是智能手机能实时监测家电工作状态，通过随时随地点击所述客户端上的监测按钮，智能手机与家庭控制处理中心通信并由家庭控制处理中心返回各家电的工作状态，在智能手机屏幕上显示全部家电工作状态列表，方便用户随时知道家电工作状态，随时切换其工作状态；定时指的是智能手机能设置家电的定时开关，通过随时随地点击手机客户端上的定时按钮，能设置各家电的开启和关闭时间，智能手机会在时间到达时发送相关命令进行家电的开关控制；统计指的是智能手机能统计各种家电的用电量，通过随时随地点击手机客户端上的统计按钮，能查看各家电每日/周/月/年消耗的电量，并能选择用折线图或饼状图画出，当用电量存在较大差别时（如这个月的用电量相比上个月多出许多），智能手机会提醒用户节约用电。

如图3所示，家庭控制处理中心包括单片机、网络模块、红外自学习模块、预警模块、第一红外发射模块和第一RFID无线收发模块。其中单片机是家庭控制处理中心的控制处理中心，可以是各种主流的单片机。红外自学习模块用于接收和学习家电的红外遥控器发送的红外编码，可采用现有的波形类型和波形长度记忆的方法来进行学习。第一红外发射模块用于发射红外码控制家电。第一RFID无线收发模块用于与子控制器进行通信。网络模块用于与所述智能手机进行通信，通过发送含有包头和包尾的数据包进行通信，是智能手机控制家电的主要链路。智能手机可以通过GPRS或者WIFI两种方式跟网络模块进行通信，使用GPRS能实现随时随地的通信，而使用WIFI则只有在有WIFI覆盖的地方实现通信，但是节约手机流量。通信过程中使用含有包头和包尾的数据包进行通信，可实现简单的差错校验；预警模块安装在用户家门口，用于检测用户外出时通过网络模块向智能手机发送提醒信号，智能手机收到提醒信号会弹出家电状态列表，并发出声音提醒用户外出关闭无需工作的家电，以此实现节能。

家庭控制处理中心在接收智能手机发送的命令时，如果收到的是要操控子控制器所在房间的家电时（当家电位置信息指示的是跟某子控制器同个房间的家电），则家庭控制处理中心通过第一RFID无线收发模块将该命令转发给相应的子控制器，并通过子控制器控制相应的家电。

家庭控制处理中心中的红外自学习模块具有红外自学习的功能，可以学习不同厂商的家电遥控的红外编码，如电视、空调等，实现对遥控编码的复制。在智能手机上可以根据家电的类型生成一个默认的遥控界面（如电视的遥控界面、空调的遥控界面），用户可以根据自己的需要增减按钮。学习过程中针对每一按钮进行红外编码的学习并将编码信息存储起来。步骤是：当选择一个没有学习过的按钮或者新增一个按钮时，可以选择进入该按钮的学习模式，此时，智能手机发送遥控学习命令给家庭控制处理中心，并提示用户按下要学习的红外遥控器的按键进行学习。家庭控制处理中心接收到此学习命令后，启动红外自学习模块进入红外学习状态，一旦用户对其输入红外编码，则第一红外发射模块上的红外一体化接收管将红外编码处理后（如解调、放大等），将处理后的红外编码传给单片机，并由网络模块传回给智能手机，由手机保存红外信号（包括红外码和家电位置信息）。

家庭控制处理中心红外发射功能的基本原理：家庭控制处理中心的第一红外发射模块用于控制家庭控制处理中心所在房间的家电。例如，智能手机按下一个已经学习完的按钮，智能手机从存储中提取所对应的红外码及家电位置信息，通过GPRS/WIFI将信息发送到家庭控制处理中心，家庭控制处理中心在接收到信息后，根据家电位置信息选择是自己发射红外码（当家电位置信息指示的是跟家电控制处理中心同个房间的家电时）还是转发给子控制器发射红外码（当家电位置信息指示的是跟某子控制器同个房间的家电时）。如果是前者，则家庭控制处理中心利用单片机的定时器产生一定频率（例如38KHZ）的红外载波，加载到红外码上，将调制后的红外码通过第一红外发射模块发射出去，实现家庭控制处理中心房间内家电的控制。

如图4所示，子控制器包括第二红外发射模块和第二RFID无线收发模块。当家庭控制处理中心在接收到控制家电信息后，如果家电位置信息指示的是子控制器房间的家电，则家庭控制处理中心使用第一RFID无线收发模块将红外码转发给相应的子控制器，子控制器通过第二RFID无线收发模块接收到红外码后，利用单片机的定时器产生一定频率的红外载波，加载到红外码上，将调制后的红外信号由第二红外发射模块发射出去，控制家电。

子控制器的配置让整个系统的可拓展性和灵活性增强不少，用户可以根据自己的需求，增加或减少子控制器的数量。

如图6所示，所述红外插座包括红外收发模块、单片机和继电器，其中红外收发模块用于接收家庭控制处理中心或子控制器发射的红外码，并进行红外自学习，继电器用于在单片机控制下开启或关闭家电。家里有配置红外遥控器的家电只占一部分，另外的家电都是没有红外遥控器，并且多数家电只需要开关两种状态，如电灯，饮水机等。如图5所示，红外插座接在所述家电电源插头跟家里电源插座之间，充当一个中间的插座，用于控制所述家电的通电与否。对于没有配置红外遥控器的家电，如电灯，饮水机等，通过在家电电源插头跟家里电源插座之间增加一个红外插座，可以通过手机实现对该家电的开关；对于配置了红外遥控器的家电，如电视、空调，通过在家电电源插头跟家里电源插座之间增加一个红外插座，可在用户选择关闭该家电时，进一步把该家电的电源也切断，减少家电的待机功耗，以此实现节能。而在用户选择打开家电时则先把红外插座导通，然后再打开家电。

红外插座的设置是本系统的另一个特色，让整个系统的可控制范围扩大不少。有了红外插座，家里的全部家电基本实现控制。

此外，智能手机可以是基于Android系统的，也可以是基于IOS系统的，还可以是基于Window Phone系统的。一般智能手机都能通过GPRS和WIFI联网，给系统的实施提供硬件平台基础。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于智能手机的家电能耗管理系统，其特征在于，智能手机、家庭控制处理中心、若干个子控制器以及若干个红外插座，其中智能手机与家庭控制处理中心通过无线通信方式连接，用于对家庭控制处理中心发送控制信号以控制各家电的运行状态，并从家庭控制处理中心采集当前各个家电的运行状态；所述子控制器均分别与家庭控制处理中心通过无线通信方式连接，用于对子控制器控制范围内的家电进行红外控制；在家电的电源插头和家里电源插座之间设置有红外插座，用于根据子控制器或家庭控制处理中心的控制信号控制该家电的通电与否。

2.根据权利要求1所述的基于智能手机的家电能耗管理系统，其特征在于，所述家庭控制处理中心包括单片机、网络模块、红外自学习模块、预警模块、第一红外发射模块和第一RFID无线收发模块，所述网络模块用于与智能手机通信，所述红外自学习模块用于接收和学习家电的红外遥控器发送的红外编码；所述预警模块安装在用户家门口，用于检测用户是否外出；所述第一红外发射模块用于发射红外码控制家电；所述第一RFID无线收发模块用于与所述子控制器进行通信；上述各模块均分别与单片机相连。

3.根据权利要求2所述的基于智能手机的家电能耗管理系统，其特征在于，所述子控制器包括单片机、第二红外发射模块以及第二RFID无线收发模块，所述单片机通过所述第二RFID无线收发模块与家庭控制处理中心进行通信，所述第二红外发射模块用于发射红外信号控制所述子控制器所在房间的家电。

4.根据权利要求3所述的基于智能手机的家电能耗管理系统，其特征在于，所述第一红外发射模块和第二红外发射模块均通过若干个红外发射头向不同方向发射红外信号。

5.根据权利要求1所述的基于智能手机的家电能耗管理系统，其特征在于，所述智能手机或基于Android系统，或基于IOS系统，或基于Window Phone系统，使用GPRS或WIFI的通信方式与家庭控制处理中心通信，手机存储卡用于存储传回的红外码与家电位置信息；

所述红外插座包括红外收发模块、单片机和继电器，其中红外收发模块用于接收家庭控制处理中心或子控制器发射的红外码，并进行红外自学习，继电器用于在单片机控制下开启或关闭家电。

6.一种基于权利要求1所述的家电能耗管理系统的家电能耗管理方法，其特征在于，用户根据智能手机中存储的各家电红外码以及位置信息在智能手机上输入控制命令，该命令通过无线方式传送给家庭控制处理中心，家庭控制处理中心根据该命令对相应家电或者子控制器发出控制信号，控制红外码对应的家电的工作状态。

7.根据权利要求6所述的家电能耗管理方法，其特征在于，所述智能手机上设置有4种调控方式，分别是控制、监测、定时、统计，所述控制是指通过选择这种调控方式，与所述家庭控制处理中心通信并由家庭控制处理中心选择发射红外码控制相应家电；所述监测是指通过选择这种调控方式，与所述家庭控制处理中心通信并由其返回各家电的工作状态，在所述智能手机屏幕上显示家电工作状态列表；所述定时是指通过选择这种调控方式，设置相应家电的开启和关闭时间，所述智能手机会在时间到达时进行家电的开关控制；所述统计是指通过选择这种调控方式，查看各家电每日、周、月、年消耗的电量，并能选择用折线图或饼状图画出。

8.根据权利要求6所述的家电能耗管理方法，其特征在于，所述家庭控制处理中心还进行红外自学习，步骤是：当所述智能手机要进行自学习时，所述智能手机发送对应的红外遥控学习命令给所述家庭控制处理中心，所述家庭控制处理中心在接收到所述红外遥控学习命令后，接收对应要学习家电的红外遥控按键发送的红外编码，通过其所包含的红外自学习模块进行红外学习，然后将处理后的红外编码传给单片机，单片机通过所述家庭控制处理中心包含的网络模块传回给所述的智能手机，所述的智能手机将包括红外编码以及家电位置的红外信号记录下来。

9.根据权利要求6所述的家电能耗管理方法，其特征在于，所述子控制器包括具有红外信号发射功能的第二红外发射模块以及具有RFID无线收发功能的第二RFID无线收发模块，所述红外信号包括家电的红外遥控按键所对应的红外编码以及家电位置的信息；家庭控制处理中心根据所述家电控制命令包括的家电位置信息判断是由自己发射红外码，还是转发给对应子控制器发射红外码。

10.根据权利要求9所述的家电能耗管理方法，其特征在于，所述智能手机使用GPRS或WIFI的通信方式与家庭控制处理中心通信，传回的红外码与家电位置信息作为家电控制命令存储在手机存储卡中，当需要控制对应家电时，智能手机从存储卡中提取相应家电控制命令，并通过GPRS或WIFI的通信方式发送该家电控制命令给家庭控制处理中心；如果家庭控制处理中心选择自己发射红外码，则所述家庭控制处理中心对收到的红外码进行调制，即利用单片机的定时器产生红外载波，加载到红外码上，通过家庭控制处理中心的第一红外发射模块进行红外发射，实现对家庭控制处理中心所在房间内家电的控制；如果所述家庭控制处理中心选择转发给子控制器发射红外码，则家庭控制处理中心会通过其包含的第一RFID无线收发模块将家电的控制命令转发给相应的子控制器，并通过子控制器进行该家电的控制。

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