CN105228321A - 一种基于Zigbee和WiFi网络的智能家居照明系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于Zigbee和WiFi网络的智能家居照明系统及其运行方法，包括智能控制设备(1)、中心控制系统(2)、终端照明设备(3)、WiFi路由器(13)和Zigbee模块(12)，终端照明设备(3)包括设在卧室内的第一LED照明灯(31)和设在卧室以外其它地方的第二LED照明灯(32)，第二LED照明灯(32)内安装有人体热红外采集器(72)和光数据采集器(73)，第一LED照明灯(31)内安装有光数据采集器(73)，考虑到用户在卧室内的休息状态因素，将卧室内和卧室外的照明进行分开管理，以适应用户家居不同区域照明的要求，使得用户在使用体验上更加舒适。

Description

一种基于Zigbee和WiFi网络的智能家居照明系统及其运行方法

技术领域

本发明涉及家居照明领域，尤其涉及一种基于Zigbee和WiFi网络的智能家居照明系统及其运行方法。

背景技术

智能家居是集成建筑、网络通讯、信息家电、设备自动化于一体加以管理的居住环境。智能家居系统是在家庭产品自动化、智能化的基础上，通过网络按拟人化的要求而实现的，它利用先进的计算机技术、网络通讯技术、结构化布线技术、无线技术，将与家居生活有关的各种子系统有机地结合在一起。智能家居照明系统使用白炽灯、荧光灯、节能灯、LED灯等多种照明单元，通过对智能家居照明的智能化控制，形成不同的灯光场景，营造舒适优雅的光环境，丰富人们不同的居住需要，衬托出居住者的高雅的艺术修养、气度不凡的性格品质。

然而现有的家居照明系统中在LED灯打开时，LED灯的亮度会突然间变亮，这一过程会对用户的视觉舒适度产生一定的影响，出现一定程度的违和感，而且在进行照明系统设计时，基本不会考虑到卧室与其它地方的区别，导致系统使用过程中不太协调。

如公告号为CN204425701U的中国发明专利公开了一种基于物联网的智能家居照明系统，包括环境监测模块、照明控制调节模块、中央处理器、环境匹配模块、数据存储模块、终端模块。以物联网为基础，通过环境监测智能控制照明亮度和时间，一方面智能创造舒适的照明环境的同时，节约电能。另一方面能将照明功率和时间数据化、系统化地传送至系统用户终端，便于客户查证核实缴纳电费。但是其并没有对卧室和卧室以外的其它区域进行区分，也没有解决LED灯打开过程中出现的短暂违和感等问题。

又如公告号为CN204559973U的中国发明专利公开了一种基于Zigbee协议的智能照明控制开关，包括智能开关和智慧网关，智能开关与智慧网关采用Zigbee无线通信建立连接，若干个智能开关与一智慧网关构成星形通信连接网。智能开关利用各种传感器功能，实现对环境的检测，控制对照明系统的开关控制，在开关内部集成多种传感器设备，能够实时采集区域内的各项数据，为用户提供全方位的数据支撑服务，功能更加全面。但是其并没有对卧室和卧室以外的其它区域进行区分，也没有解决LED灯打开过程中出现的短暂违和感等问题。

发明内容

为克服现有技术中存在的LED灯在打开过程中出现短暂的违和感、照明系统未区分卧室和非卧室区域等问题，本发明提供了一种基于Zigbee和WiFi网络的智能家居照明系统，包括智能控制设备、中心控制系统、终端照明设备、WiFi路由器和Zigbee模块，所述智能控制设备、中心控制系统、终端照明设备与所述WiFi路由器连接，所述智能控制设备与所述Zigbee模块输入端连接，所述Zigbee模块输出端与所述WiFi路由器连接，所述中心控制系统包括微处理器、存储器模块、环境信息采集模块、终端控制模块和数据处理模块，所述智能控制设备与所述微处理器双向连接，所述数据处理模块、所述存储器模块与所述微处理器双向连接，所述终端控制模块输入端与所述微处理器连接，所述环境信息采集模块与所述微处理器输入端连接，所述终端照明设备包括设在卧室内的一个以上的第一LED照明灯和设在卧室以外其它地方地方的一个以上的第二LED照明灯，所述环境信息采集模块包括光数据采集器和人体热红外采集器，每个所述第二LED照明灯内均安装有所述人体热红外采集器和所述光数据采集器，每个所述第一LED照明灯内均安装有所述光数据采集器，所述终端控制模块与所述终端照明设备输入端连接。

优选地，所述环境信息采集模块还包括四个定向声音采集器，四个所述定向声音采集器呈长方形分布在卧室的四个角。

优选地，所述终端控制模块与所述微处理器之间设有用于反馈所述终端照明设备开闭状态信息的反馈模块，所述反馈模块输入端与所述终端控制模块相连，输出端与所述微处理器相连。

优选地，所述中心控制系统还包括定时模块，当照明系统设定为自动模式时，所述定时模块与所述终端控制模块输入端相连，当照明系统设定为手动模式时，所述定时模块与所述终端控制模块断开连接。

优选地，所述中心控制系统还包括亮度调节模块，所述亮度调节模块输入端与所述微处理器相连，输出端与所述终端控制模块相连。

优选地，每个所述第一LED照明灯和所述第二LED照明灯均直接与一个手动开关连接。

优选地，所述智能控制设备为智能手机、PC机或平板电脑。

优选地，所述环境信息采集模块还包括温度采集器和湿度采集器，所述温度采集器和湿度采集器安装在所述第一LED照明灯和第二LED照明灯上。

优选地，所述中心控制系统还包括温湿度调节模块，所述温湿度调节模块的输入端与所述微处理器相连。

上述基于Zigbee和WiFi网络的智能家居照明系统的运行方法，包括如下步骤：

步骤一：选择智能家居照明系统中手动或者自动的运行模式，若是选择手动模式，则用户直接通过智能控制设备来直接控制终端控制模块，来实现对终端照明设备的控制；若是选择自动模式，定时模块与所述终端控制模块输入端连接，按预先设定好的时间来实现对照明系统中终端照明设备的整体控制，并结合周围的环境对终端照明设备进行局部控制；

步骤二：在自动模式状态下，当卧室中有人说话声音时，如果光数据采集器采集到光数据信息小于设定数值，定向声音采集器会采集声音的强度值，并将声音的能量值通过微处理器传递给数据处理模块，数据处理模块定位出声音源，如果声音源在设定的位置，终端控制模块控制第一LED照明灯打开；

步骤三：在自动模式状态下，在卧室以外的地方，当人靠近时，如果光数据信息采集器采集到的数据信息小于设定数值，最靠近人的第二LED照明灯上的人体热红外采集器采集人体的热红外线，通过终端控制模块控制该第二LED照明灯打开，当人离开时间达能设定时间时，终端控制模块控制该LED照明灯自动关闭。

优选地，所述步骤二中四个所述定向声音采集器采集声音的强度值后，根据四个所述定向声音采集器的位置和采集的声音的强度，定位出声音源，四个定向声音采集器的坐标为M1(0，0)，M2(m，0),M3(m，n),M4(0，n),四个定向声音采集器采集的声音强度依次为w1,w2,w3,w4,声源的坐标为k为声音耗损常数，其与声音传播距离L和声音强度耗损量P的关系如下：p＝kL²。

优选地，声源的坐标还可以为

$\left(\frac{m+\frac{w_2-w_1-w_4+w_3}{2mk}}{2},\frac{n+\frac{w_4-w_1-w_2+w_3}{2nk}}{2}\right).$

优选地，所述步骤一中控制所述亮度调节模块可实现对所述LED照明灯的亮度控制。

优选地，所述步骤二和所述步骤三中在LED照明灯打开时，设置延时开关，使其亮度缓慢增加，亮度通过调节照明灯的电流来实现，其电流与时间的关系如下：其中I₀为额定电流，T₀为照明灯延时时间。

优选地，在所述步骤三中，在光数据信息采集器采集数据前，反馈模块反馈所述终端照明设备开闭状态信息到微处理器，如果显示最靠近人的LED照明灯显示为打开状态，光数据信息采集器停止数据采集。

优选地，用户从智能照明设备上手动输入的指令和自动模式的指令有冲突时，按手动输入的指令执行。

存储器模块可以用来存储第一LED照明灯和第二LED照明灯在不同时间亮或不亮的状态，不仅可以让用户将LED照明灯的灯光调节状态进行保存，下次有需要直接使用，而且可以通过数据处理模块计算出每个LED照明灯的用电情况，显示在智能家居照明系统上，从而实现可视化的节电习惯；其还可以存储环境信息采集器中采集到的人体热红外采集器、定向声音采集器和光数据采集器信息，记录LED照明灯打开或关闭的原因；存储智能控制设备输入的设置信息等。

数据处理模块主要负责对环境信息采集模块采集到的声音信息、热红外信息、光数据信息进行处理，并通过微处理器控制终端控制模块，实现对第一LED照明灯和第二LED照明灯的控制，其中数据处理模块算是的信息内容包括对收集的声音信息进行处理，得到声源位置，再判断是否需要打开LED照明灯；收集热红外信息，当热红外信息强度达到设定值时，根据终端控制模块反馈LED照明灯的状态，当LED照明灯的状态为打开时，停止操作，当LED照明灯的状态为关闭状态时，收集光数据信息，如光数据信息大于设定值时，停止操作，当光数据信息小于设定值时，控制LED照明灯打开，当红外信息强度小于设定值时间达到一定时间，如100S时，控制LED照明灯关闭，当然在关闭时的热红外信息强度的设定值要适当小于打开时的设定值，优选是打开时设定值的4/5。

定时模块主要负责在自动模式状态下，与所述终端控制模块输入端连接，按预先设定好的时间来实现对照明系统中终端照明设备的整体控制，并结合周围的环境对终端照明设备进行局部控制。

反馈模块主要负责将终端照明设备的打开或关闭信息反馈给微处理器，供数据处理时使用，或进行存储。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)考虑到用户在卧室内的休息状态因素，将卧室内和卧室外的照明进行分开管理，以适应用户家居不同区域照明的要求，使得用户在使用体验上更加舒适，当用户在卧室休息时，如果按卧室外一般LED照明灯的反应，会一直保持打开，不仅会浪费电，而且影响用户睡眠，而本专利通过用户在休息前手动控制LED灯关闭，在夜间起来时发出声音指令即可实现卧室灯亮，实现了卧室照明的智能控制；

(2)在卧室外采用人体热红外采集器，当用户接近时，如果LED照明灯已经亮着，则不进行光数据采集，如果LED照明灯没有亮，而且光数据采集的值小于设定值，即光线偏暗，则终端控制模块控制LED照明灯打开，实现了对卧室外照明的智能控制；

(3)针对LED照明灯在打开过程中出现短暂的违和感，通过对照明灯的电流进行控制，实现了LED照明灯在打开时亮度的平稳过渡，符合人眼对亮度的感觉特性；

(4)通过设计四点定向声音采集器，通过三点或四点声音强度信息计算出声源位置，并通过判断声源位置是否在设定位置，如床上或其它可以休息的地方，从而确定是否打开LED照明灯，使得在自动模式下卧室的LED照明灯的感应更加合理；

(5)充分考虑家居照明系统中手动操作和自动模式的影响因子，将手动操作设定的权限大于自动模式，提高了照明系统的可操作性和灵活性。

附图说明

图1是本发明较佳之结构框图一；

图2是本发明较佳之结构框图二；

图3是本发明较佳之结构框图三；

图4是本发明较佳之第二LED照明灯打开过程框图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-2所示是本发明较佳之结构框图，包括智能控制设备1、中心控制系统2、终端照明设备3、WiFi路由器13和Zigbee模块12，所述智能控制设备1、中心控制系统2、终端照明设备3与所述WiFi路由器13连接，所述智能控制设备1与所述Zigbee模块12输入端连接，所述Zigbee模块12输出端与所述WiFi路由器12连接，所述中心控制系统2包括微处理器4、存储器模块6、环境信息采集模块7、终端控制模块10和数据处理模块5，所述智能控制设备1与所述微处理器4双向连接，所述数据处理模块5、所述存储器模块6与所述微处理器4双向连接，所述终端控制模块10输入端与所述微处理器4连接，所述环境信息采集模块7与所述微处理器4输入端连接，所述终端照明设备3包括设在卧室内的一个以上的第一LED照明灯31和设在卧室以外其它地方地方的一个以上的第二LED照明灯32，所述环境信息采集模块7包括光数据采集器73和人体热红外采集器72，每个所述第二LED照明灯32内均安装有所述人体热红外采集器72和所述光数据采集器73，每个所述第一LED照明灯31内均安装有所述光数据采集器73，所述终端控制模块10与所述终端照明设备3输入端连接。

所述环境信息采集模块7还包括四个定向声音采集器71，四个所述定向声音采集器71呈长方形分布在卧室的四个角；所述终端控制模块10与所述微处理器4之间设有用于反馈所述终端照明设备3开闭状态信息的反馈模块9，所述反馈模块9输入端与所述终端控制模块10相连，输出端与所述微处理器4相连。

所述中心控制系统还包括定时模块8，当照明系统设定为自动模式时，所述定时模块8与所述终端控制模块10输入端相连，当照明系统设定为手动模式时，所述定时模块8与所述终端控制模块10断开连接；每个所述第一LED照明灯31和所述第二LED照明灯32均直接与一个手动开关11连接。

如图3所示为本发明较佳之结构框图三，所述中心控制系统还包括亮度调节模块14，所述亮度调节模块14输入端与所述微处理器4相连，输出端与所述终端控制模块10相连。

所述智能控制设备1为智能手机、PC机或平板电脑。

本实施例还提供上述基于Zigbee和WiFi网络的智能家居照明系统的运行方法，包括如下步骤：

步骤一：选择智能家居照明系统中手动或者自动的运行模式，若是选择手动模式，则用户直接通过智能控制设备1来直接控制终端控制模块10，来实现对终端照明设备3的控制；若是选择自动模式，定时模块8与所述终端控制模块10输入端连接，按预先设定好的时间来实现对照明系统中终端照明设备3的整体控制，并结合周围的环境对终端照明设备3进行局部控制；

步骤二：在自动模式状态下，当卧室中有人说话声音时，如果光数据采集器73采集到光数据信息小于设定数值，定向声音采集器71会采集声音的强度值，并将声音的能量值通过微处理器4传递给数据处理模块5，数据处理模块5定位出声音源，如果声音源在设定的位置，终端控制模块10控制第一LED照明灯31打开；

步骤三：在自动模式状态下，在卧室以外的地方，当人靠近时，如果光数据信息采集器73采集到的数据信息小于设定数值，最靠近人的第二LED照明灯32上的人体热红外采集器72采集人体的热红外线，通过终端控制模块10控制该第二LED照明灯打开，当人离开时间达能设定时间时，终端控制模块10控制该LED照明灯自动关闭。

所述步骤二中四个所述定向声音采集器采集声音的强度值后，根据四个所述定向声音采集器的位置和采集的声音的强度，定位出声音源，四个定向声音采集器的坐标为M1(0，0)，M2(m，0),M3(m，n),M4(0，n),四个定向声音采集器采集的声音强度依次为w1,w2,w3,w4,k为声音耗损常数，声源的坐标为

所述步骤二和所述步骤三中在LED照明灯打开时，设计延时开关，使其亮度缓慢增加，亮度通过调节照明灯的电流来实现，其电流与时间的关系如下：其中I₀为额定电流，T₀为照明灯延时时间。

在所述步骤三中，在光数据信息采集器采集数据前，反馈模块反馈所述终端照明设备开闭状态信息到微处理器，如果显示最靠近人的LED照明灯显示为打开状态，光数据信息采集器停止数据采集。

用户从智能照明设备上手动输入的指令和自动模式的指令有冲突时，按手动输入的指令执行。

存储器模块6可以用来存储第一LED照明灯和第二LED照明灯在不同时间亮或不亮的状态，不仅可以让用户将LED照明灯的灯光调节状态进行保存，下次有需要直接使用，而且可以通过数据处理模块计算出每个LED照明灯的用电情况，显示在智能家居照明系统上，从而实现可视化的节电习惯；其还可以存储环境信息采集器中采集到的人体热红外采集器、定向声音采集器和光数据采集器信息，记录LED照明灯打开或关闭的原因；存储智能控制设备输入的设置信息等。

数据处理模块5主要负责对环境信息采集模块采集到的声音信息、热红外信息、光数据信息进行处理，并通过微处理器控制终端控制模块，实现对第一LED照明灯和第二LED照明灯的控制，其中数据处理模块算是的信息内容包括对收集的声音信息进行处理，得到声源位置，再判断是否需要打开LED照明灯；收集热红外信息，当热红外信息强度达到设定值时，根据终端控制模块反馈LED照明灯的状态，当LED照明灯的状态为打开时，停止操作，当LED照明灯的状态为关闭状态时，收集光数据信息，如光数据信息大于设定值时，停止操作，当光数据信息小于设定值时，控制LED照明灯打开，当红外信息强度小于设定值时间达到一定时间，如100S时，控制LED照明灯关闭，当然在关闭时的热红外信息强度的设定值要适当小于打开时的设定值，优选是打开时设定值的4/5。

定时模块8主要负责在自动模式状态下，与所述终端控制模块输入端连接，按预先设定好的时间来实现对照明系统中终端照明设备的整体控制，并结合周围的环境对终端照明设备进行局部控制。

反馈模块9主要负责将终端照明设备的打开或关闭信息反馈给微处理器，供数据处理时使用，或进行存储。

如图4所示是本发明较佳之第二LED照明灯打开过程框图，当用户靠近第二LED照明灯时，热红外采集器收集热红外信息，当热红外信息强度超过设定值时，根据终端控制模块反馈LED照明灯的状态，当LED照明灯的状态为打开时，停止操作，保持原状，当LED照明灯的状态为关闭状态时，收集光数据信息，如光数据信息大于设定值时，停止操作，保持原状，当光数据信息小于设定值时，控制LED照明灯打开，当红外信息强度小于设定值时间达到一定时间，如100S时，控制LED照明灯关闭，当然在关闭时的热红外信息强度的设定值要适当小于打开时的设定值，优选是打开时设定值的4/5。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于Zigbee和WiFi网络的智能家居照明系统，包括智能控制设备(1)、中心控制系统(2)、终端照明设备(3)、WiFi路由器(13)和Zigbee模块(12)，其特征在于，所述智能控制设备(1)、中心控制系统(2)、终端照明设备(3)与所述WiFi路由器(13)连接，所述智能控制设备(1)与所述Zigbee模块(12)输入端连接，所述Zigbee模块(12)输出端与所述WiFi路由器(12)连接，所述中心控制系统(2)包括微处理器(4)、存储器模块(6)、环境信息采集模块(7)、终端控制模块(10)和数据处理模块(5)，所述智能控制设备(1)与所述微处理器(4)双向连接，所述数据处理模块(5)、所述存储器模块(6)与所述微处理器(4)双向连接，所述终端控制模块(10)输入端与所述微处理器(4)连接，所述环境信息采集模块(7)与所述微处理器(4)输入端连接，所述终端照明设备(3)包括设在卧室内的一个以上的第一LED照明灯(31)和设在卧室以外其它地方的一个以上的第二LED照明灯(32)，所述环境信息采集模块(7)包括光数据采集器(73)和人体热红外采集器(72)，每个所述第二LED照明灯(32)内均安装有所述人体热红外采集器(72)和所述光数据采集器(73)，每个所述第一LED照明灯(31)内均安装有所述光数据采集器(73)，所述终端控制模块(10)与所述终端照明设备(3)输入端连接。

2.如权利要求1所述的一种基于Zigbee和WiFi网络的智能家居照明系统，其特征在于，所述环境信息采集模块(7)还包括四个定向声音采集器(71)，四个所述定向声音采集器(71)呈长方形分布在卧室的四个角。

3.如权利要求2所述的一种基于Zigbee和WiFi网络的智能家居照明系统，其特征在于，所述终端控制模块(10)与所述微处理器(4)之间设有用于反馈所述终端照明设备(3)开闭状态信息的反馈模块(9)，所述反馈模块(9)输入端与所述终端控制模块(10)相连，输出端与所述微处理器(4)相连。

4.如权利要求3所述的一种基于Zigbee和WiFi网络的智能家居照明系统，其特征在于，所述中心控制系统还包括定时模块(8)，当照明系统设定为自动模式时，所述定时模块(8)与所述终端控制模块(10)输入端相连，当照明系统设定为手动模式时，所述定时模块(8)与所述终端控制模块(10)断开连接。

5.如权利要求4所述的一种基于Zigbee和WiFi网络的智能家居照明系统，其特征在于，所述中心控制系统还包括亮度调节模块(14)，所述亮度调节模块(14)输入端与所述微处理器(4)相连，输出端与所述终端控制模块(10)相连。

6.如权利要求5所述的一种基于Zigbee和WiFi网络的智能家居照明系统，其特征在于，每个所述第一LED照明灯(31)和所述第二LED照明灯(32)均直接与一个手动开关(11)连接。

7.如权利要求6所述的一种基于Zigbee和WiFi网络的智能家居照明系统，其特征在于，所述智能控制设备(1)为智能手机、PC机或平板电脑。

8.一种如权利要求6或7所述的基于Zigbee和WiFi网络的智能家居照明系统的运行方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：选择智能家居照明系统中手动或者自动的运行模式，若是选择手动模式，则用户直接通过智能控制设备(1)来直接控制终端控制模块(10)，来实现对终端照明设备(3)的控制；若是选择自动模式，定时模块(8)与所述终端控制模块(10)输入端连接，按预先设定好的时间来实现对照明系统中终端照明设备(3)的整体控制，并结合周围的环境对终端照明设备(3)进行局部控制；

步骤二：在自动模式状态下，当卧室中有人说话声音时，如果光数据采集器(73)采集到光数据信息小于设定数值，定向声音采集器(71)会采集声音的强度值，并将声音的能量值通过微处理器(4)传递给数据处理模块(5)，数据处理模块(5)定位出声音源，如果声音源在设定的位置，终端控制模块(10)控制第一LED照明灯(31)打开；

步骤三：在自动模式状态下，在卧室以外的地方，当人靠近时，如果光数据信息采集器(73)采集到的数据信息小于设定数值，最靠近人的第二LED照明灯(32)上的人体热红外采集器(72)采集人体的热红外线，通过终端控制模块(10)控制该第二LED照明灯打开，当人离开时间达能设定时间时，终端控制模块(10)控制该LED照明灯自动关闭。

9.如权利要求8所述的运行方法，其特征在于，所述步骤二中四个所述定向声音采集器采集声音的强度值后，根据四个所述定向声音采集器的位置和采集的声音的强度，定位出声音源，四个定向声音采集器的坐标为M1(0，0)，M2(m，0),M3(m，n),M4(0，n),四个定向声音采集器采集的声音强度依次为w1,w2,w3,w4,k为声音耗损常数，声源的坐标为

10.如权利要求9所述的运行方法，其特征在于，所述步骤二和所述步骤三中在LED照明灯打开时，设置延时开关，使其亮度缓慢增加，亮度通过调节照明灯的电流来实现，其电流与时间的关系如下：其中I₀为额定电流，T₀为照明灯延时时间。