CN103472777A - 自组织室内环境智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自组织室内环境智能控制系统，包括：多个室内环境控制装置，所述室内环境控制装置分别用于执行预定的室内控制或者用于控制室内的机电设备，其中每个所述室内环境控制装置包括：功能模块部，所述功能模块用于执行与所述室内环境控制相关联的监测、控制、数据处理；通信模块部，所述通信模块部被互连以形成无中心网络，在所述无中心网络中，所述功能模块部通过所述通信模块部的通信而进行信息交换。由此，通过该自组织室内环境智能控制系统，可以在降低整个系统的复杂性的前提下，提高整个控制系统的可扩展性。

Description

自组织室内环境智能控制系统

技术领域

本发明涉及建筑控制技术领域，具体而言，本发明涉及一种自组织室内环境智能控制系统。

背景技术

在现有的室内环境智能控制系统中，通常以分层控制的方式实现室内各控制单元的工作。但是，由此导致的后果是，需要对室内所有的相关机电设备以及与机电设备相关的控制器进行物理或者逻辑设置，以达到整个室内控制的目的。

但是，由此导致的是，整个物理或者逻辑配置过程复杂，特别是在整个室内的控制单元为不同的硬件提供商所提供时，任何底层设备或功能的变化都必然导致上层网络或控制逻辑需要重新配置。此外，在现有的整个室内环境控制系统中，通信效率低，且不能智能地实现机电设备和与其相关的控制器之间的通信。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明需要提出一种自组织室内环境智能控制系统，该控制系统可以高效地实现室内环境中的逻辑控制，且整个系统的可扩展性良好。

根据本发明的一方面，提供了一种自组织室内环境智能控制系统，包括：多个室内环境控制装置，所述室内环境控制装置分别用于执行预定的室内环境控制或者用于控制室内的机电设备，其中每个所述室内环境控制装置包括：功能模块部，所述功能模块用于执行与所述室内环境控制相关联的监测、控制或者数据处理；通信模块部，所述通信模块部被互连以形成无中心网络，在所述无中心网络中，所述功能模块部通过所述通信模块部的通信而进行信息交换。

由此，通过该自组织室内环境智能控制系统，可以在降低整个系统的复杂性的前提下，提高整个控制系统的可扩展性，即可以通用于室内的环境控制，且适于多种类型的室内控制设备的控制匹配。

另外，根据本发明的实施例的自组织室内环境智能控制系统还具有如下附加技术特征：

所述室内环境控制装置包括室内传感器、执行器、人机交互接口和逻辑控制器中的至少一种。

根据本发明的一个实施例，所述传感器包括：温度传感器、湿度传感器，人数传感器、CO2传感器、风速传感器和照度传感器中的至少一种。

根据本发明的一个实施例，所述执行器包括：室内空调设备执行器，灯执行器，遮阳装置执行器，门执行器或窗执行器中的至少一种。

根据本发明的一个实施例，所述逻辑控制器对来自无中心控制网络的数据执行逻辑计算，并产生至少下列中的至少一个数据：与驱动所述机电设备的控制逻辑相关的数据、与所述室内环境相关联的计算数据或者与信息存储和查询相关联的控制数据。

根据本发明的一个实施例，所述功能模块进一步配置有传感器模块，所述室内传感器用于执行所述室内环境的数据采集和处理。

根据本发明的一个实施例，所述执行器在所述通信模块部从所述无中心控制网络接收到控制指令时选择性地控制与所述执行器相关联的机电设备，以执行与所述控制指令相关的控制操作。

根据本发明的一个实施例，所述执行器模块与所述机电设备集成。

根据本发明的一个实施例，所述控制指令与环境温度控制、湿度控制、照度控制、节能控制、室内安全信息控制相关联。

根据本发明的一个实施例，所述人机交互接口用于从外部获取操作指令，以执行对所述室内环境的控制。

根据本发明的一个实施例，所述人机交互接口包括灯光控制接口、室内空调设备控制接口、遮阳装置控制接口和门窗控制接口中的至少一种。

根据本发明的一个实施例，所述人机交互接口为虚拟接口或者物理接口。

根据本发明的一个实施例，所述室内空调设备包括风机盘管、辐射吊顶、变风量末端装置、室内水泵或者带电动调节风阀的送风口中的至少一个。

根据本发明的一个实施例，所述遮阳装置包括窗帘、遮阳卷帘或者遮阳板。

根据本发明的一个实施例，所述无中心网络基于包括自下而上的数据链路层、传输层和应用层的通信协议模型。

根据本发明的一个实施例，所述数据链路层和所述传输层之间进一步设置有网络层。

根据本发明的一个实施例，所述无中心网络的通信帧至少具有如下部分：区域识别部分、发送设备类型部分、发送设备身份部分、数据类型部分以及数据部分。

根据本发明的一个实施例，所述通信帧进一步包括校验部分。

根据本发明的一个实施例，在所述传输层中，发起的所述室内环境控制装置通过所述无中心网络向所有其他的所述室内环境控制装置发送所述通信帧，且接收所述通信帧的接收室内环境控制装置确定所述通信帧与所述功能模块部匹配时执行与关联操作，否则丢弃所述通信帧。

根据本发明的一个实施例，每个所述室内环境控制装置间断地向所述无中心网络发送所述通信帧。

根据本发明的一个实施例，在每次想所述无中心网络发送所述通信帧时，所述通信帧被重复发送至少2次。

根据本发明的一个实施例，所述无中心网络基于只包括所述数据链路层、传输层和应用层的协议栈，其中链路层为Wifi或者Zigbee协议。

根据本发明的一个实施例，所述Wifi或者Zigbee协议的所述数据链路层和所述传输层之间进一步设置有网络层。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据现有的OSI通信模型的示意图；

图2为根据本发明的一个实施例的自组织室内环境智能控制系统的示意图；

图3为根据本发明的一个实施例的自组织室内环境智能控制系统的室内环境控制装置的结构示意图；

图4为根据本发明的另一个实施例的自组织室内环境智能控制系统的室内环境控制装置的结构示意图；

图5为根据本发明的一个实施例的自组织室内环境智能控制系统的无中心网络所使用的网络模型示意图；

图6为根据本发明的一个实施例的自组织室内环境智能控制系统的无中心网络中所使用的通信帧数据报文示意图；

图7显示了根据本发明的一个实施例的自组织室内环境智能控制系统的室内环境控制装置的会话时序图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将首先对OSI通信系统互联参考模型进行简单说明。OSI是一个开放性的通行系统互连参考模型，其中图1显示了现有的OSI通信模型的示意图。OSI模型有7层结构，每层都可以有几个子层。OSI的7层从上到下分别是7应用层6表示层5会话层4传输层3网络层2数据链路层1物理层其中高层，既7、6、5、4层定义了应用程序的功能，下面3层，既3、2、1层主要面向通过网络的端到端的数据流。下面将简单描述下该七层的功能。应用层（Application Layer）与其它计算机进行通讯的一个应用，它是对应应用程序的通信服务的。例如，一个没有通信功能的字处理程序就不能执行通信的代码，从事字处理工作的程序员也不关心OSI的第7层。但是，如果添加了一个传输文件的选项，那么字处理器的程序员就需要实现OSI的第7层。示例：telnet，HTTP,FTP,NFS,SMTP等。

表示层（Presentation Layer）的主要功能是定义数据格式及加密。例如，FTP允许你选择以二进制或ASCII格式传输。如果选择二进制，那么发送方和接收方不改变文件的内容。如果选择ASCII格式，发送方将把文本从发送方的字符集转换成标准的ASCII后发送数据。在接收方将标准的ASCII转换成接收方计算机的字符集。示例：加密，ASCII等。

会话层（Session Layer）定义了如何开始、控制和结束一个会话，包括对多个双向消息的控制和管理，以便在只完成连续消息的一部分时可以通知应用，从而使表示层看到的数据是连续的，在某些情况下，如果表示层收到了所有的数据，则用数据代表表示层。示例：RPC，SQL等。

传输层（Transport Layer）的功能包括是否选择差错恢复协议还是无差错恢复协议，及在同一主机上对不同应用的数据流的输入进行复用，还包括对收到的顺序不对的数据包的重新排序功能。示例：TCP，UDP，SPX。

网络层（Network Layer）端到端的包传输进行定义，它定义了能够标识所有结点的逻辑地址，还定义了路由实现的方式和学习的方式。为了适应最大传输单元长度小于包长度的传输介质，网络层还定义了如何将一个包分解成更小的包的分段方法。示例：IP，IPX等。

数据链路层（Data Link Layer）定义了在单个链路上如何传输数据。这些协议与被讨论的各种介质有关。示例：ATM，FDDI等。

对物理层（Physical Layer）而言，OSI的物理层规范是有关传输介质的特性标准，这些规范通常也参考了其他组织制定的标准。连接头、帧、帧的使用、电流、编码及光调制等都属于各种物理层规范中的内容。物理层常用多个规范完成对所有细节的定义。示例：RJ45，802.3等。

在下述的说明中，将在基于简化的OSI模型实现室内环境下的智能通信，并将与其相关联的通信模型应用到建筑的室内环境智能控制中。

根据本发明的一方面，提供了一种自组织室内环境智能控制系统，如图2中所示，包括：多个室内环境控制装置200，所述室内环境控制装置200分别用于执行预定的室内环境控制或者用于控制室内的机电设备。即，室内环境控制装置200本身可以执行室内环境控制，也开始是控制其他关联的室内机电设备来进行室内环境操作。每个室内环境控制装置200包括：功能模块部202和通信模块部204，如图3中所示。功能模块202用于执行与所述室内环境控制相关联的监测、控制或者数据处理。该检测可以是室内环境温度、湿度、照度等的监测，也可以是与室内环境相关的室内控制，例如暖通控制、水电控制等，或者也可以是与室内计算相关的任何数据处理。所述通信模块部202被互连成无中心网络300，如图2中所示。在无中心网络300中，功能模块部204通过通信模块部202的通信进行信息交换。

由此，通过该自组织室内环境智能控制系统，可以在降低整个系统的复杂性的前提下，提高整个控制系统的可扩展性，即可以通用于室内的环境控制，且适于多种类型的室内控制设备的控制匹配。

根据本发明的一个实施例，所述室内环境控制装置200包括室内传感器206、执行器208、人机交互接口210和逻辑控制器（未示出）中的至少一种。可选地，所述室内传感器206可以包括：温度传感器、湿度传感器，人数传感器，照度传感器。传感器200可以用于执行所述室内环境的环境数据采集和处理。

根据本发明的一个实施例，所述执行器208可以包括：室内空调设备执行器，灯执行器，遮阳装置执行器，门执行器或窗执行器。在所述通信模块部从所述无中心控制网络接收到控制指令时，执行器208选择性地控制机电设备212，以执行与所述控制指令相关的控制操作，如图3中所示。

根据本发明的一个实施例，所述逻辑控制器用于对来自无中心控制网络300的数据执行逻辑计算，并产生至少下列中的至少一个数据：与驱动所述机电设备的控制逻辑相关的数据、与所述室内环境相关联的计算数据或者与信息存储和查询相关联的控制数据。例如，该与所述室内环境相关联的计算数据可以为建筑流体计算中的空气焓值。即，该数据可以为任何与建筑控制相关的数据。

所述执行器208在所述通信模块部202从所述无中心控制网络300接收到控制指令时选择性地控制所述机电设备212，以执行与所述控制指令相关的控制操作。根据本发明的一个实施例，所述执行器208与所述机电设备212集成，如图3中所示。可选地，执行器208与所述机电设备212可以单独设置，如图4中所示。

根据本发明的一个实施例，所述控制指令与环境温度控制、湿度控制、照度控制、节能控制、室内安全信息控制相关联。

根据本发明的一个实施例，所述人机交互接口210用于从用户获取操作指令，实现人机之间的交互，以在获取所需的环境控制而通过人机交互接口210来实现参数的采集和执行，从而执行对所述室内环境的控制。根据本发明的一个实施例，所述人机交互接口210包括灯光控制接口、室内空调设备控制接口、遮阳装置控制接口、门窗控制接口或上述各类接口的集合。根据本发明的一个实施例，所述人机交互接口210可以为虚拟接口或者物理接口。

根据本发明的一个实施例，所述机电设备212包括风机盘管、辐射吊顶、变风量末端装置或者带电动调节风阀的送风口中的至少一个。根据本发明的一个实施例，所述遮阳装置包括窗帘、遮阳卷帘或者遮阳板。

下面将描述用于无中心网络300中的通信网络模型。如图5中所示，在该通信网络模型400中，包括自下而上的数据链路层402、传输层406和应用层408。由此，在同一区间内没有网络层也可以实现局部局域内的通信。根据本发明的一个实施例，该通信网络模型400中不设网络层，例如可以采用Ethnet也可以采用Eth/IP。根据本发明的一个实施例，所述数据链路层404和所述传输层406之间进一步设置有网络层404。应用层408为执行对建筑机电设备的控制应用。网络层404用于执行局域网之间（通过网关）的通信。

根据本发明的一个实施例，如图6中所示，通信模块202在所述无中心网络300内通过如下的通信帧500来进行通信。该通信帧500至少包括如下字段：区域识别码部分502、发送设备类型部分504、发送设备身份部分506、数据类型部分508以及数据部分510。根据本发明的一个实施例，所述通信帧500进一步包括校验部分512。根据本发明的一个实施例，该校验部分512可以为CRC校验部分。

例如，区域识别码部分502可以包含5个比特（bit），范围可以从0x00到0x1F。区域识别码用于区域之间的识别。在配置时，为区域控制器连同属于该区域的传感器、执行器等设备配置唯一的区域识别码。区域识别码0x00为保留帧，表示该帧为配置帧。

例如，对所有设备类别部分进行编号，发送设备类型部分与设备的对应关系如下表所示。

对于发送设备身份部分506，如果同一区域中某一类型的设备超过1个时，需要用设备身份识别码进行区分。对于数据类型部分508，可以用于对所有需要传输的数据类型进行分类编号，该数据类型部分508可以留有充足的扩展空间，以根据需要进行定义。数据部分510可以包括温度设定值、温度测量值、水泵频率设定值、风机开启时间等。校验部分512可以用于对数据包采用例如CRC进行校验等，以确定数据是否发生差错。

根据本发明的一个实施例，在所述传输层406中，发起的所述室内环境控制装置通过所述无中心网络300向所有其他的所述室内环境控制装置发送所述通信帧500，且接收所述通信帧500的接收室内环境控制装置确定所述通信帧500与所述功能模块部匹配时执行与关联操作，否则丢弃所述通信帧，由此实现整个自组织室内环境智能控制系统的智能化。如图7中所示，室内环境控制装置C1向例如无中心网络300的其他室内环境控制装置C2-4发送通信帧。例如，在C1与C2相关联时，室内环境控制装置C2的通信模块部接收该数据帧，并判定该通信帧的信息（如前所描述）是否为需要执行的指令，如果是则功能模块部执行与所述室内环境控制相关联的监测、控制或者数据处理。如果为否，则丢弃该通信帧。

根据本发明的一个实施例，每个所述室内环境控制装置间断地向所述无中心网络300发送所述通信帧。根据本发明的一个实施例，如图7中所示，每个室内环境控制装置以预定的时间间隔ΔT向所述无中心网络300发送所述通信帧。且根据本发明的一个实施例，在每次向所述无中心网络发送所述通信帧时，所述通信帧被重复发送至少2次（图7中显示为3次）。由此，减少因为数据报网络传输过程中丢失造成无法进行正常通信。

根据本发明的一个实施例，所述无中心网络300可以基于只包括所述数据链路层、传输层和应用层的协议栈，其中链路层为Wifi或者Zigbee协议。根据本发明的一个实施例，所述Wifi或者Zigbee协议的所述数据链路层和所述传输层之间进一步设置有网络层。

在本发明的面向用户的自组织室内环境智能控制系统中，通信模块部之间的通信不是面向通信本身，而是根据功能在七层模型中自定义了应用层和传输层。在所述无中心控制网络中，各功能模块自行决定其通信内容，各功能模块的协作模式为事先约定。由此，极大地通用化了该室内环境的智能控制。整个系统的通信信道占用率低，且功耗也很低，且整个控制方法或者方式更具有通用性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (23)

1.一种自组织室内环境智能控制系统，其特征在于，包括： 

多个室内环境控制装置，所述室内环境控制装置分别用于执行预定的室内环境控制或者用于控制室内的机电设备，其中每个所述室内环境控制装置包括： 

功能模块部，所述功能模块用于执行与所述室内环境控制相关联的监测、控制或者数据处理； 

通信模块部，所述通信模块部被互连以形成无中心网络，在所述无中心网络中，所述功能模块部通过所述通信模块部的通信而进行信息交换。 

2.根据权利要求1所述的自组织室内环境智能控制系统，其特征在于，所述室内环境控制装置包括室内传感器、执行器、人机交互接口和逻辑控制器中的至少一种。 

3.根据权利要求2所述的自组织室内环境智能控制系统，其特征在于，所述室内传感器包括：温度传感器、湿度传感器，人数传感器、CO2传感器、风速传感器和照度传感器中的至少一种。 

4.根据权利要求2所述的自组织室内环境智能控制系统，其特征在于，所述执行器包括： 

室内空调设备执行器，灯执行器，遮阳装置执行器，门执行器或窗执行器中的至少一种。 

5.根据权利要求2所述的自组织室内环境智能控制系统，其特征在于，所述逻辑控制器对来自无中心控制网络的数据执行逻辑计算，并产生至少下列中的至少一个数据： 

与驱动所述机电设备的控制逻辑相关的数据、与所述室内环境相关联的计算数据或者与信息存储和查询相关联的控制数据。 

6.根据权利要求2所述的自组织室内环境智能控制系统，其特征在于，所述室内传感器用于执行所述室内环境的数据采集和处理。 

7.根据权利要求2所述的自组织室内环境智能控制系统，其特征在于，所述执行器在所述通信模块部从所述无中心控制网络接收到控制指令时选 择性地控制与所述执行器相关联的机电设备，以执行与所述控制指令相关的控制操作。 

8.根据权利要求7所述的自组织室内环境智能控制系统，其特征在于，所述执行器与所述机电设备集成。 

9.根据权利要求7所述的自组织室内环境智能控制系统，其特征在于，所述控制指令与环境温度控制、湿度控制、照度控制、节能控制、室内安全信息控制相关联。 

10.根据权利要求2所述的自组织室内环境智能控制系统，其特征在于，所述人机交互接口用于从用户获取操作指令，以执行对所述室内环境的控制。 

11.根据权利要求10所述的自组织室内环境智能控制系统，其特征在于，所述人机交互接口包括灯光控制接口、室内空调设备控制接口、遮阳装置控制接口和门窗控制接口中的至少一种。 

12.根据权利要求11所述的自组织室内环境智能控制系统，其特征在于，所述人机交互接口为虚拟接口或者物理接口。 

13.根据权利要求4所述的自组织室内智能控制系统，其特征在于，所述室内空调设备包括风机盘管、辐射吊顶、变风量末端装置、室内水泵或者带电动调节风阀的送风口中的至少一个。 

14.根据权利要求11所述的自组织室内环境智能控制系统，其特征在于，所述遮阳装置包括窗帘、遮阳卷帘或者遮阳板。 

15.根据权利要求1所述的自组织室内环境智能控制系统，其特征在于，所述无中心网络基于包括自下而上的数据链路层、传输层和应用层的通信协议模型。 

16.根据权利要求15所述的自组织室内环境智能控制系统，其特征在于，所述数据链路层和所述传输层之间进一步设置有网络层。 

17.根据权利要求15或者16所述的自组织室内环境智能控制系统，其特征在于，所述无中心网络的通信帧至少具有如下部分： 

区域识别部分、发送设备类型部分、发送设备身份部分、数据类型部分以及数据部分。 

18.根据权利要求17所述的自组织室内环境智能控制系统，其特征在于， 所述通信帧进一步包括校验部分。 

19.根据权利要求17所述的自组织室内环境智能控制系统，其特征在于，在所述传输层中，发起的所述室内环境控制装置通过所述无中心网络向所有其他的所述室内环境控制装置发送所述通信帧，且接收所述通信帧的接收室内环境控制装置确定所述通信帧与所述功能模块部匹配时执行与所述通信帧相关联的操作，否则丢弃所述通信帧。 

20.根据权利要求17所述的自组织室内环境智能控制系统，其特征在于，每个所述室内环境控制装置间断地向所述无中心网络发送所述通信帧。 

21.根据权利要求20所述的自组织室内环境智能控制系统，其特征在于，在每次向所述无中心网络发送所述通信帧时，所述通信帧以预定的时间间隔被重复发送至少2次。 

22.根据权利要求17所述的自组织室内环境智能控制系统，其特征在于，所述无中心网络基于只包括所述数据链路层、传输层和应用层的协议栈，其中链路层为Wifi或者Zigbee协议。 

23.根据权利要求22所述的自组织室内环境智能控制系统，其特征在于，所述Wifi或者Zigbee协议的所述数据链路层和所述传输层之间进一步设置有网络层。 

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