CN105404169A - 智能家居中央控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能家居的中央控制系统及其控制方法，涉及人工智能领域。本系统包括用户通信设备、云平台、智能节点和家居设备四个部分：首先针对智能家居领域涉及的资源通过分布式、自主管理的智能节点和基于无线技术和可扩展插件实现对家居设备的接入和管理；其次形成可扩展、能够自主管理的虚拟资源池；最后通过智能节点之间的协作，实现设备的优化调度获得理想的家居模式。控制方法所形成的系统能有效降低智能家居控制系统的管理成本，简化系统实施过程。

Description

智能家居中央控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及智能家居领域和人工智能领域，具体涉及面向智能家居的中央控制系统以及控制方法。

背景技术

随着近些年来物联网技术(InternetofThings)的迅速发展，为物物相联组建一个智能家居控制系统提供了可能。专利CN104678906A提出了一种物联网智能家居系统，专利CN104656585A提出了一种新型基于物联网智能家居控制系统，但已有系统和架构并未提及面向智能家居资源的自主管理，也没有包括设备之间协作具体方法策略的描述。

各种家用电器、可穿戴设备和智能终端也迅速走入百姓家庭，为人们的生活提供了各种便利。在日常家庭生活中，由于家庭存在很多电器且不能实现相互之间的连接，无法实现一个集中的智能控制；

在医疗保健领域，随着3D打印技术的迅速发展电子皮肤已经得到了广泛的应用，医生在患者创伤处打印出含有传感器的皮肤组织，可以用来采集患者的特定生理指数确定病情的康复程度。另外对于到了一定年龄后人们容易出现健康问题，如能在人体内安装健康芯片定期的采集人体各项生理指标，并将这些数据定期的反馈回医生进行诊断，人们的健康状况将会得到很大的保障。

对于数量庞大的家用电器、智能设备、可穿戴设备和健康数据采集设备，如何有效管理这些分散的设备，并实现物物相联和信息无处不在的获取和共享是目前面临的一个非常困难的问题。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种智能家居中央控制系统及其控制方法，实现家居设备自动接入、自动感知和异构家居设备的集成和管理，以及信息无处不在的获取与共享。

为达到上述目的，本发明采用技术方案：包括通信设备、云平台、智能节点和家具设备，用户通信设备接收用户指令并将控制指令以有线或无线的方式通过云平台传送给智能节点，智能节点通过无线信号与家居设备进行通信执行上述指令。

该智能家居中央控制系统中，用户通过登陆安装有智能家居中央控制系统APP的web网站、PC或移动终端对家具设备进行控制、监测和场景选择等。

该智能家居中央控制系统中，进一步包括云平台，云平台包括用户管理模块、接口管理模块、计费管理模块、资源管理模块、策略管理模块、环境监控模块和安全管理模块，进而完成对用户调用服务全生命周期的管理。

该智能家居中央控制系统中，采用智能节点处理异构家居设备的控制接口、数据交换接口、监控接口，管理策略的维护、调用，以及功能服务的封装，采用智能节点中知识库的本地服务目录接收来自智能节点发布的功能服务。

智能节点包括事件管理器、翻译器、规则引擎、执行器、知识库、监视器、虚拟资源池和扩展插件组成。

所述智能节点中的事件管理器，指接收外部调用指令。

所述智能节点中的翻译器，指读入知识库中的事实和规则翻译成规则引擎可识别的规则。

所述智能节点中的规则引擎，通过规则和事件描述生成业务决策。

所述智能节点中的执行器，根据业务决策执行编排的服务，向事件管理器反馈结果。

所述智能节点中的知识库，指存储和管理知识的数据库模块，所述知识包括事实,规则及规则之间优先级关系。

所述智能节点中的监视器，接收从传感器得到的外部环境变化、设备状态变化信息，判定可能的事件，向事件管理器反馈，将导致知识库中规则的变化。

所述智能节点中的虚拟资源池，指从被管家居设备转换而来的一组具有统一接口的虚拟服务集合；

所述智能节点中的扩展插件，指针对相应家居设备可借助开源系统、OLE嵌入和独立进程方式形成设备资源控制接口，形成动态链接库形式的插件，插件中包含设备控制接口、资源描述和接口本身的描述信息。

通过多个智能节点的协作构成动态可扩展的虚拟服务资源池。

所述智能节点之间通过TCP/IP网络连接，通过智能节点之间的协作实现家居设备的启动和关闭从而进行应用场景的设置。

所述智能节点与家居设备之间通过成熟的无线技术进行通讯，具体的技术包括WIFI、蓝牙、ZigBee和红外（IrDA），以控制家居设备的开启和关闭，以及获取家居设备的状态并反馈给智能节点。

所述智能节点能够连接和控制多个设备。

所述智能节点能够接收所连接设备的语义描述，构造基于所连接设备处理能力的功能服务；

所述智能节点能够接收和存储多个管理策略，具有自管理和自配置能力；

所述管理策略指是一组指导和决定如何配置、分配和控制现有资源的业务规则，这些规则由一阶逻辑表达，描述了在特定的情况下应采取的行为。

所述智能节点能够获取相邻智能节点的状态，作为当前环境信息。

所述管理规则的表达基于可废止规则，智能节点能够根据当前环境信息处理相互冲突的管理规则；

所述智能节点通过TCP\IP相连，能够通过相邻智能节点交换信息、更新管理规则，与邻近节点交换信息，组成虚拟资源池。

所述智能节点能够接收相关的调用指令。其中指令携带任务的描述信息，所述描述信息包含家用电器的启动与关闭请求、门禁权限验证信息和人体生理指标数据采集指令等；

所述智能节点能够根据管理策略、任务描述和环境信息构造设备交互调用方案，实现信息的采集与共享。

所述智能节点的扩展插件采用独立的动态库扩展，所述智能节点采用Bluetooth、WIFI、Zigbee和红外技术等成熟的无线技术连接家居设备，进而构造虚拟资源池的方式包括以下步骤：

1）在应用计算机上部署智能节点；

2）通过动态链接库形式封装异构家居设备的语义描述、功能服务，并将其作为智能节点插件发布在智能节点所识别的目录中；

3）启动智能节点，读入多个插件，将其提供的资源转换为统一形式的服务；

4）智能节点从网络搜索对等节点同步公共管理策略和环境信息；

5）为新加入节点设置管理策略；

6）向设备所连接的智能节点的知识库中本地服务目录注册服务。

所述智能节点之间的通讯和协作方式具体为：

1）当前智能节点作为主控端，通过事件管理器广播任务协作请求；

2）邻近智能节点接收协作请求，规则引擎分析任务，返回投标书，或放弃任务；

3）主控端接收标书，选择合作节点，发送中标通知，开始等待；

4）合作节点开始任务，完成后反馈结果到主控端。

本发明与现有技术相比较，具有以下显而易见的突出实质特点和显著技术进步：

（1）本发明针对智能家居的实际需求，结合物联网技术、提供设备接入和设备自主管理方法，适合家用电器、人体健康数据采集设备和智能可穿戴设备等的资源集成管理和信息资源共享云平台，从而实现设备资源的集成整合控制和信息随时随地地获取和共享。

（2）本发明采用支持可扩展插件的独立智能主体作为智能节点，支持异构设备和相关人工过程的动态接入，支持基于管理策略的资源自配置和自主管理。智能节点都能够覆盖现有智能家居的大部分家用电器、智能移动终端和可以通过无线连接的人体生理数据采集设备，所构成智能家居系统具有系统配置灵活、可扩展性强的优点。

附图说明

附图1本发明提供的智能家居中央控制系统图；

附图2本发明中智能节点设计结构图；

附图3系统操作程序框图。

具体实施方式

以下结合附图和优选实施例对本发明的构思、具体系统结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

实施例一：

参见图1和图2，本智能家居中央控制系统，包括用户通信设备、云平台智能节点和家居设备，其特征在于：所述用户通信设备通过有线或无线技术经云平台和智能节点进而通过无线技术连接家居设备，所述用户通信设备接收用户指令并将控制指令以有线或无线的方式通过云平台传送给智能节点，智能节点通过无线信号与家居设备进行通信执行上述指令。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，其特别之处如下：

1.如权利要求1所述的智能家居中央控制系统，其特征在于：所述用户通信设备为手机(1)、家用电脑PC(2)和PDA(3),通过安装有智能家居中央控制系统APP的手机(1)、个人电脑PC(2)或掌上电脑PDA(3)对家具设备进行控制、监测和场景选择。

2.如权利要求1所述的智能家居中央控制系统，其特征在于：所述云平台植入如下管理程序软件模块：包括用户管理（4）、接口管理（5）、计费管理（6）、资源管理（7）、策略管理（8）、环境监控（9）和安全管理（10）。

3.如权利要求1所述的智能家居中央控制系统，其特征在于：所述智能节点植入如下管理程序模块：事件管理器（11）、翻译器（12）、规则引擎（13）、执行器（14）、知识库（15）、监视器（16）、资源虚拟池（17）和扩展插件（18），所述的事件管理器（11）和翻译器（12）相连，翻译器（12）和规则引擎（13）相连，规则引擎（13）和执行器（14）相连，执行器（14）和资源虚拟池（17）相连，资源虚拟池（17）和扩展插件（18）相连，其中翻译器（12）和监视器（16）又和知识库（15）相连，监视器（16）又和资源虚拟池（17）相连，且各智能节点之间通过TCP/IP网络连接。

4.如权利要求1所述的智能家居中央控制系统，其特征在于：所述家居设备包括门锁设备（20）、监控设备（21）、灯光设备（22）、智能影音设备（23）、空调设备（24）、热水器设备（25）、空气净化器（26）、窗帘电机（27）、人体生理指标采集传感器（28）和普通家电设备（29），所述家居设备通过WIFI、蓝牙、ZigBee和红外（IrDA）连接于扩展插件（18）。

5.如权利要求1所述的智能家居中央控制系统，其特征在于：所述每个智能节点能够连接所述家居设备中的一个或多个设备。

6.如权利要求1所述的智能家居中央控制系统，其特征在于：所述智能节点对家居设备的调用分为独立模式或协作模式。

独立模式为：用户通信设备发出调用家居设备的指令，云平台中的资源管理（7）模块接收指令进行指令分解并向主控节点（最先响应的智能节点）中的事件管理器（11）发出指令，翻译器（12）接收指令并从知识库（15）中读取服务的状态和规则，翻译器（12）将翻译结果转发给规则引擎（13），规则引擎（13）依据规则确定具体的调用服务，此时所调用的具体服务都连接于主控节点，进而将调用服务的信息转发给执行器（14），执行器（14）调用资源虚拟池（17）连接的家居设备；

协作模式为：用户通信设备发出调用家居设备的指令，云平台中的资源管理（7）模块接收指令进行指令分解并向主控节点（最先响应的智能节点）中的事件管理器（11）发出指令，翻译器（12）接收指令并从知识库（15）中读取服务的状态和规则，翻译器（12）将翻译结果转发给规则引擎（13），规则引擎（13）依据规则确定具体的调用服务，此时所调用的具体服务部分连接于主控节点，进而规则引擎（13）将调用服务的信息转发给执行器（14），执行器（14）调用资源虚拟池（17）中符合条件的家居设备；对于主控节点未连接的被调用设备，执行器（14）向事件管理器（11）发出协作指令，事件管理器（11）则向主控节点周围的智能节点发出协作流程，从周围的智能节点所连接的家居设备调用所要求的设备。

实施例三：

一种智能家居中央控制系统的控制方法，采用权利要求1所述的智能家居中央控制系统进行操作，其特征在于具体操作步骤如下：

①用户通信设备发出调用家居设备的指令。

②云平台接收指令并将指令分解为工作流：所述工作流中包括一系列调用具体家居设备的指令。

③云平台发出调用家居设备的指令。

④主控节点确定服务是否协作。如果主控节点连接有指令中所需的家居设备，则直接调用主控节点中对应的家居设备；若主控节点没有指令中所连接的家居设备，则主控节点发起协作流程，从主控节点周围的智能节点所连接的智能家居设备中调用具体的家居设备。

⑤家居设备的启动或关闭：家居设备响应来自智能节点的调用请求，进行设备的启动与关闭。

⑥启用状态监控服务，反馈状态。具体为将家居设备状态信息依次返回知识库（15）、云平台和用户通信设备。

⑦指令调用结束。

所述步骤（4）的协作流程为：

1）主控节点向周围的智能节点广播任务信息。

2）周围智能节点进行投标：周围智能节点收到广播信息后，会根据自己的能力和状态决定是否参与这个任务，如果决定参与，则向主控节点发送一个标书，表明自己的能力和状态。

3）主控节点确定中标智能节点：主控节点从这些标书中选择出最为适合的智能节点作为中标智能节点，将任务交给这些中标智能节点执行。

4）启用状态监控服务，反馈状态：主控节点监督被选中的智能节点的运行结果，并将状态信息依次反馈回主控节点中的知识库（15）、云平台、用户通信设备。

5）指令调用结束。

实施例四：

首先，将智能家居涉及资源统一作为被管资源。图1是智能家居中央控制系统图。为提供智能家居资源虚拟化服务，将系统的总体构架分为四个层次，分别为：

1)通信设备层：工作于整个框架的顶层，通过提供使用云平台层提供的网络接口进行能力组合实现高层次的智能控制，进而开发客户端APP,提供家居生活中的家居设备调用和各种控制模式，如省电模式，阴天模式，睡眠模式等。

2)云平台层：对上提供服务接口和对内调用虚拟资源池服务的管理层次，并作为主控端控制家居设备调用的整个生命周期内，提供包括工作流管理、安全控制、接口和结算等服务。

3)智能节点层：运行于本地网络中，由多个智能节点组成的软件层次，其作用是向下连接和管理家居设备，构成虚拟资源池，并向上提供资源服务接口。

4)家居设备层：涵盖所有通过现有成熟无线技术（WIFI、蓝牙、ZigBee和红外（IrDA））接入的智能家居设备。

下边分别介绍各层次实施部署方式和运行流程：

在家居设备层，根据需要部署所需智能家居设备。针对不同的智能家居设备，采用动态链接库技术构造相同的插件形式，使用xml描述插件功能和输入输出接口，在插件内部采用不同的技术实现资源的连接。插件动态库采用内置xml描述接入资源的接口信息和调用方法。

图2给出本发明中智能节点设计结构图。

在智能节点层，接入家居设备的部署过程为：

1）首先根据家居设备选取与之匹配的无线技术如WIFI、蓝牙、ZigBee和红外（IrDA）等实现设备与智能节点的连接；针对于家居设备发布相关插件，可借助开源系统、OLE嵌入和独立进程方式形成设备资源控制接口，形成动态链接库形式的插件，插件中包含设备控制接口、资源描述和接口本身的描述信息；

2）接着在与设备相连接的计算机上部署智能节点服务。服务启动后，通过无线技术连接家居设备，对于人工过程资源读入相关插件链接库，并根据插件的描述和接口生成统一形式的功能服务集合；

3）智能节点服务启动后，向网段广播数据，更新公共策略和环境数据，并采用操作员登录方式设置本地管理策略（价格、优先级、人工）；

4）生成资源服务，向智能节点中的本地服务目录进行服务注册。

云平台层调用智能节点层服务的过程为：

1）云平台层节点接受服务调用指令，并将其置入队列服务，同时向智能节点本地服务目录查询满足要求服务；

2）返回智能节点注册服务，云平台层向智能节点发出请求，请求中包含服务控制要求、服务查询要求和服务权限要求信息；

3）主控节点（最先响应云平台指令的智能节点）根据自身知识库存储规则和连接服务状态判定是否执行具体任务，如果主控节点连接有指令中所需的家居设备，则直接调用主控节点中对应的家居设备；若主控节点没有指令中所连接的家居设备，则主控节点发起协作流程，从主控节点周围的智能节点所连接的智能家居设备中调用具体的家居设备。

4）主控节点监控被选中的智能节点的运行结果，并将其反馈回智能节点中的知识库。以便用户查询家居设备的运行结果。

在通信设备层，通过开发各种智能家居中央控制系统应用APP，用户通过安装有类似应用APP的web网站、PC或移动终端对家居设备以网络虚拟服务方式提供任务调配、变更服务。

图3给出了系统操作程序框图。阐明了系统从通信设备发出调用家居设备的指令，经云平台接收指令发出具体的设备调用请求，到智能节点响应请求完成家居设备的启动或关闭的整个生命周期的服务调用。

Claims (9)

1.一种智能家居中央控制系统，包括用户通信设备、云平台、智能节点和家居设备，其特征在于：所述用户通信设备通过有线或无线技术经云平台和智能节点进而通过无线技术连接家居设备，所述用户通信设备接收用户指令并将控制指令以有线或无线的方式通过云平台传送给智能节点，智能节点通过无线信号与家居设备进行通信执行上述指令。

2.如权利要求1所述的智能家居中央控制系统，其特征在于：所述用户通信设备为手机(1)、家用电脑PC(2)和PDA(3),通过安装有智能家居中央控制系统APP的手机(1)、PC(2)或PDA(3)对家具设备进行控制、监测和场景选择。

3.如权利要求1所述的智能家居中央控制系统，其特征在于：所述云平台植入如下管理程序软件模块：包括用户管理（4）、接口管理（5）、计费管理（6）、资源管理（7）、策略管理（8）、环境监控（9）和安全管理（10）。

4.如权利要求1所述的智能家居中央控制系统，其特征在于：所述智能节点植入如下管理程序模块：事件管理器（11）、翻译器（12）、规则引擎（13）、执行器（14）、知识库（15）、监视器（16）、资源虚拟池（17）和扩展插件（18），所述的事件管理器（11）和翻译器（12）相连，翻译器（12）和规则引擎（13）相连，规则引擎（13）和执行器（14）相连，执行器（14）和资源虚拟池（17）相连，资源虚拟池（17）和扩展插件（18）相连，其中翻译器（12）和监视器（16）又和知识库（15）相连，监视器（16）又和资源虚拟池（17）相连，且各智能节点之间通过TCP/IP网络连接。

5.如权利要求1所述的智能家居中央控制系统，其特征在于：所述家居设备包括门锁设备（19）、监控设备（20）、灯光设备（21）、智能影音设备（22）、空调设备（23）、热水器设备（24）、空气净化器（25）、窗帘电机（26）、人体生理指标采集传感器（27）和普通家电设备（28），所述家居设备通过WIFI、蓝牙、ZigBee和红外（IrDA）连接于扩展插件（18）。

6.如权利要求1所述的智能家居中央控制系统，其特征在于：所述每个智能节点能够连接所述家居设备中的一个或多个设备。

7.如权利要求1所述的智能家居中央控制系统，其特征在于：所述智能节点对家居设备的调用分为独立模式或协作模式；

独立模式为：用户通信设备发出调用家居设备的指令，云平台中的资源管理（7）模块接收指令进行指令分解并向主控节点（最先响应的智能节点）中的事件管理器（11）发出指令，翻译器（12）接收指令并从知识库（15）中读取服务的状态和规则，翻译器（12）将翻译结果转发给规则引擎（13），规则引擎（13）依据规则确定具体的调用服务，此时所调用的具体服务都连接于主控节点，进而将调用服务的信息转发给执行器（14），执行器（14）调用资源虚拟池（17）连接的家居设备；

协作模式为：用户通信设备发出调用家居设备的指令，云平台中的资源管理（7）模块接收指令进行指令分解并向主控节点（最先响应的智能节点）中的事件管理器（11）发出指令，翻译器（12）接收指令并从知识库（15）中读取服务的状态和规则，翻译器（12）将翻译结果转发给规则引擎（13），规则引擎（13）依据规则确定具体的调用服务，此时所调用的具体服务部分连接于主控节点，进而规则引擎（13）将调用服务的信息转发给执行器（14），执行器（14）调用资源虚拟池（17）中符合条件的家居设备；对于主控节点未连接的被调用设备，执行器（14）向事件管理器（11）发出协作指令，事件管理器（11）则向主控节点周围的智能节点发出协作流程，从周围的智能节点所连接的家居设备调用所要求的设备。

8.一种智能家居中央控制系统的控制方法，采用权利要求1所述的智能家居中央控制系统进行操作，其特征在于具体操作步骤如下：

(1)用户通信设备发出调用家居设备的指令；

(2)云平台接收指令并将指令分解为工作流：所述工作流中包括一系列调用具体家居设备的指令；

(3)云平台发出调用家居设备的指令；

(4)主控节点确定服务是否协作，如果主控节点连接有指令中所需的家居设备，则直接调用主控节点中对应的家居设备；若主控节点没有指令中所连接的家居设备，则主控节点发起协作流程，从主控节点周围的智能节点所连接的智能家居设备中调用具体的家居设备；

(5)家居设备的启动或关闭：家居设备响应来自智能节点的调用请求，进行设备的启动与关闭；

(6)启用状态监控服务，反馈状态，具体为将家居设备状态信息依次返回知识库（15）、云平台和用户通信设备；

(7)指令调用结束。

9.如权利8所述对智能家居中央控制系统的控制方法，其特征在于所述步骤（4）的协作流程为：

1）主控节点向周围的智能节点广播任务信息；

2）周围智能节点进行投标：周围智能节点收到广播信息后，会根据自己的能力和状态决定是否参与这个任务，如果决定参与，则向主控节点发送一个标书，表明自己的能力和状态；

3）主控节点确定中标智能节点：主控节点从这些标书中选择出最为适合的智能节点作为中标智能节点，将任务交给这些中标智能节点执行；

4）启用状态监控服务，反馈状态：主控节点监督被选中的智能节点的运行结果，并将状态信息依次反馈回主控节点中的知识库（15）、云平台、用户通信设备；

5）指令调用结束。