CN107171914A - 一种智能家居设备安全节能控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种智能家居设备安全节能控制系统，包括基于计算机的安全节能控制平台、智能家居在线环境无线监测模块、智能家居设备控制模块和智能终端；所述的智能家居在线环境无线监测模块、智能家居设备控制模块、智能终端均与安全节能控制平台通信连接；所述的智能家居在线环境无线监测模块用于基于无线传感器网络对家居环境进行监测，采集家居环境参数并发送至安全节能控制平台；所述的安全节能控制平台用于对家居环境参数进行处理，向智能家居设备控制模块发送控制指令，控制相应的家居设备运作；所述的智能终端访问安全节能控制平台获得家居环境参数，并发送控制请求至安全节能控制平台。本发明实现了家居设备的安全节能控制。

Description

一种智能家居设备安全节能控制系统
技术领域
本发明涉及智能家居领域，具体涉及一种智能家居设备安全节能控制系统。
背景技术
智能家居中，设置的家居设备能够接收用户在住宅内或者远程的控制指令。目前在用户家庭中出现的家居设备的种类和数量越来越多，如智能电视、智能冰箱、智能空调等。如何实现对家居设备的安全节能控制，是亟待解决的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种智能家居设备安全节能控制系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了一种智能家居设备安全节能控制系统，包括基于计算机的安全节能控制平台、智能家居在线环境无线监测模块、智能家居设备控制模块和智能终端；所述的智能家居在线环境无线监测模块、智能家居设备控制模块、智能终端均与安全节能控制平台通信连接；所述的智能家居在线环境无线监测模块用于基于无线传感器网络对家居环境进行监测，采集家居环境参数并发送至安全节能控制平台；所述的安全节能控制平台用于对家居环境参数进行处理，判断家居环境参数是否满足预设的家居环境参数阈值条件，当某一家居环境参数不满足预设的家居环境参数条件时，向智能家居设备控制模块发送控制指令，控制相应的家居设备运作；所述的智能终端访问安全节能控制平台获得家居环境参数，并发送控制请求至安全节能控制平台，安全节能控制平台根据控制请求向智能家居设备控制模块发送相应的控制指令。
本发明的有益效果为：基于无线传感器网络获取家居环境参数，并对家居环境参数进行分析处理，根据分析处理结果智能化控制或者远程控制家居设备的运作，实现了家居设备的安全节能控制。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1本发明的结构框图；
图2是本发明安全节能控制平台的连接框图。
附图标记：
安全节能控制平台1、智能家居在线环境无线监测模块2、智能家居设备控制模块3、智能终端4、数据接收存储单元10、控制指令生成单元20、节能控制分析单元30。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1、图2，本实施例提供的一种智能家居设备安全节能控制系统，包括基于计算机的安全节能控制平台1、智能家居在线环境无线监测模块2、智能家居设备控制模块3和智能终端4；所述的智能家居在线环境无线监测模块2、智能家居设备控制模块3、智能终端4均与安全节能控制平台1通信连接；所述的智能家居在线环境无线监测模块2用于基于无线传感器网络对家居环境进行监测，采集家居环境参数并发送至安全节能控制平台1；所述的安全节能控制平台1用于对家居环境参数进行处理，判断家居环境参数是否满足预设的家居环境参数阈值条件，当某一家居环境参数不满足预设的家居环境参数条件时，向智能家居设备控制模块3发送控制指令，控制相应的家居设备运作；所述的智能终端4访问安全节能控制平台1获得家居环境参数，并发送控制请求至安全节能控制平台1，安全节能控制平台1根据控制请求向智能家居设备控制模块3发送相应的控制指令。
优选地，所述家居环境参数包括家居内温湿度、光照强度、二氧化碳浓度、一氧化碳浓度、二氧化硫浓度、臭氧浓度、可吸入颗粒浓度；所述家居设备包括空调设备、加湿设备、灯光设备、空气加湿器、臭氧呼吸机、智能百叶窗、电源控制开关。
控制相应的家居设备运作，例如，当所述温湿度小于预设的最低温湿度时，智能家居设备控制模块3控制所述空调设备和加湿设备开启，当所述温湿度大于预设的最低温湿度时，智能家居设备控制模块3控制所述空调设备和加湿设备关闭；当所述光照强度小于预设的最低光照强度时，控制所述灯光设备开启，当所述光照强度大于预设的最低光照强度时，控制所述灯光设备关闭。
优选地，所述安全节能控制平台1包括数据接收存储单元10和控制指令生成单元20，所述数据接收存储单元10与所述智能家居在线环境无线监测模块2连接，用于存储所述智能家居在线环境无线监测模块2采集的家居环境参数，所述控制指令生成单元20与所述智能家居设备控制模块3无线通讯连接，用于向所述智能家居设备控制模块3发送控制指令。
优选地，所述安全节能控制平台1还包括节能控制分析单元30，用于对家居环境参数进行处理，判断家居环境参数是否满足预设的家居环境参数阈值条件；所述中央节能控制分析单元30连接数据接收存储单元10和控制指令生成单元20。
优选地，所述的智能终端4为手机、平板或电脑。
本发明上述实施例设计的智能家居设备调控系统能够实时获取家居环境参数，并对家居环境参数进行分析处理，根据分析处理结果智能化控制或者远程控制家居设备的运作，实现了家居设备的智能、安全节能控制。
优选地，所述的智能家居在线环境无线监测模块2包括在线环境监测节点、目标节点，在线环境监测节点随机部署于设定的智能家居环境监测区域中，在线环境监测节点用于采集家居环境参数，并将采集的家居环境参数发送至目标节点，其中，若在线环境监测节点为目标节点的一跳邻居节点时，其直接将家居环境参数发送至目标节点；若在线环境监测节点为目标节点的非一跳邻居节点，其从其邻居节点中选择中继转发节点辅助发送家居环境参数至目标节点；目标节点用于对在线环境监测节点发送的家居环境参数进行收集和融合，最后发送至安全节能控制平台1。
优选地，作为目标节点的非一跳邻居节点的在线环境监测节点在选择中继转发节点时，具体执行：
(1)确定其各邻居节点充当中继转发节点的能力值，设Qij表示在线环境监测节点Qi的第j个邻居节点，S(Qij)表示Qij充当中继转发节点的能力值，S(Qij)的计算公式为：
式中，Qij表示在线环境监测节点Qi的第j个邻居节点，S(Qij)表示Qij充当中继转发节点的能力值，为链路Qi,Qij之间在线环境监测节点Qi的接收信号强度指示值，表示链路Qi,Qij之间Qij的接收信号强度指示值，R(Qij,Qi)表示Qi,Qij之间的欧氏距离，ni为在线环境监测节点Qi包含的邻居节点数目，d为设定的权重系数；
(2)对各邻居节点按照能量值由大到小的顺序进行排列，形成备选中继转发节点列表，在线环境监测节点从其备选中继转发节点列表中选择优选值最大的作为中继转发节点，进而将家居环境参数通过中继转发节点辅助发送至目标节点。
本优选实施例实现了快速有效的最优中继转发节点选取，通过上述方式选出的中继转发节点能够较为准确地辅助传输家居环境参数，并且能够降低在线环境监测节点本身承受的负载，整体上节约了在线环境监测节点向中继转发节点传送家居环境参数的能耗。
优选地，在线环境监测节点在其选择的中继转发节点满足下列更新判定条件时，从备选中继转发节点列表里剩余的邻居节点中选择优选值最大的更替该中继转发节点：
式中，Qab表示中继转发节点Qa的第6个邻居节点，分别表示Qab的当前剩余能量、初始能量，为链路Qa,Qab之间Qa的接收信号强度指示值，为链路Qa,Qab之间Qab的接收信号强度指示值，Qac表示中继转发节点Qa的除Qab外的第c个邻居节点，为链路Qa,Qac之间Qa的接收信号强度指示值，为链路Qa,Qac之间Qac的接收信号强度指示值，na为中继转发节点Qa的邻居节点数目，Gt为设定的能量阈值。
相关技术中，若在线环境监测节点的邻居节点能量耗尽，会加重该在线环境监测节点的负载，当负载超过负载阈值时，会造成在线环境监测节点失效，因此，邻居节点当前剩余能量之和在一定程度上能够反映在线环境监测节点不会失效的程度，本优选实施例根据该特点设计了中继转发节点的更新策略，使得中继转发节点由于自身邻居节点的当前剩余能量之和不能满足要求而可能失效时及时进行更换，从而保障家居环境参数传输的可靠性，为对智能家居设备安全节能的控制奠定良好的基础。
优选地，在线环境监测节点与中继转发节点通信时，在线环境监测节点的发射功率按照下列公式确定：
式中，LQ表示在线环境监测节点与中继转发节点通信的发射功率，LT为中继转发节点的正确接收功率阈值，LΦ为中继转发节点的实际接收功率，Lmax为在线环境监测节点的最大发射功率，F为设定的在线环境监测节点的期望邻居节点数目，f为当设定在线环境监测节点的发射功率为时该在线环境监测节点具有的邻居节点数目，L0为设定的单位调整功率，Y(·)为设定的取值函数，当F-f>0时，Y(F-f)＝1，当F-f≤0时，Y(F-f)＝0。
本优选实施设计了在线环境监测节点与中继转发节点通信的发射功率的确定公式，其中以在线环境监测节点采用最小发射功率(即)时具有的邻居节点数目与期望邻居节点数目之间的差值作为功率调整的幅度，能够使得最后确定的发射功率满足一定的邻居节点数目要求，从而减少链路中断的次数，并且相对以最大发射功率发送家居环境参数，能够在保证家居环境参数可靠传输的前提下尽量节省家居环境参数发送的能量，从而降低智能家居设备安全节能控制系统在数据收集方面的能量成本，更好地提高智能家居在线环境无线监测模块2的网络性能。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种智能家居设备安全节能控制系统，其特征是，包括基于计算机的安全节能控制平台、智能家居在线环境无线监测模块、智能家居设备控制模块和智能终端；所述的智能家居在线环境无线监测模块、智能家居设备控制模块、智能终端均与安全节能控制平台通信连接；所述的智能家居在线环境无线监测模块用于基于无线传感器网络对家居环境进行监测，采集家居环境参数并发送至安全节能控制平台；所述的安全节能控制平台用于对家居环境参数进行处理，判断家居环境参数是否满足预设的家居环境参数阈值条件，当某一家居环境参数不满足预设的家居环境参数条件时，向智能家居设备控制模块发送控制指令，控制相应的家居设备运作；所述的智能终端访问安全节能控制平台获得家居环境参数，并发送控制请求至安全节能控制平台，安全节能控制平台根据控制请求向智能家居设备控制模块发送相应的控制指令。
2.根据权利要求1所述的一种智能家居设备安全节能控制系统，其特征是，所述安全节能控制平台包括数据接收存储单元、节能控制分析单元、控制指令生成单元，所述数据接收存储单元与所述智能家居在线环境无线监测模块连接，用于存储所述智能家居在线环境无线监测模块采集的家居环境参数，所述控制指令生成单元与所述智能家居设备控制模块无线通讯连接，用于向所述智能家居设备控制模块发送控制指令；所述的节能控制分析单元用于对家居环境参数进行处理，判断家居环境参数是否满足预设的家居环境参数阈值条件；所述节能控制分析单元连接数据接收存储单元和控制指令生成单元。
3.根据权利要求1所述的一种智能家居设备安全节能控制系统，其特征是，所述的智能家居在线环境无线监测模块包括在线环境监测节点、目标节点，在线环境监测节点随机部署于设定的智能家居环境监测区域中，在线环境监测节点用于采集家居环境参数，并将采集的家居环境参数发送至目标节点。
4.根据权利要求3所述的一种智能家居设备安全节能控制系统，其特征是，若在线环境监测节点为目标节点的一跳邻居节点时，其直接将家居环境参数发送至目标节点；若在线环境监测节点为目标节点的非一跳邻居节点，其从其邻居节点中选择中继转发节点辅助发送家居环境参数至目标节点；目标节点用于对在线环境监测节点发送的家居环境参数进行收集和融合，最后发送至安全节能控制平台。
5.根据权利要求4所述的一种智能家居设备安全节能控制系统，其特征是，作为目标节点的非一跳邻居节点的在线环境监测节点在选择中继转发节点时，具体执行：
(1)确定其各邻居节点充当中继转发节点的能力值，设Qij表示在线环境监测节点Qi的第j个邻居节点，S(Qij)表示Qij充当中继转发节点的能力值，S(Qij)的计算公式为：
<mrow> <mi>S</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>Q</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msqrt> <mrow> <mi>d</mi> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>W</mi> <msub> <mi>Q</mi> <mi>i</mi> </msub> </msub> <msub> <mi>W</mi> <msub> <mi>Q</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </msub> </mrow> <mrow> <msup> <msub> <mi>W</mi> <msub> <mi>Q</mi> <mi>i</mi> </msub> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <msub> <mi>W</mi> <msub> <mi>Q</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </msub> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>d</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <mrow> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>n</mi> <mi>i</mi> </msub> </mfrac> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <msub> <mi>n</mi> <mi>i</mi> </msub> </munderover> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mi>R</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>Q</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>Q</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> </mrow>
式中，Qij表示在线环境监测节点Qi的第j个邻居节点，S(Qij)表示Qij充当中继转发节点的能力值，为链路Qi,Qij之间在线环境监测节点Qi的接收信号强度指示值，表示链路Qi,Qij之间Qij的接收信号强度指示值，R(Qij,Qi)表示Qi,Qij之间的欧氏距离，ni为在线环境监测节点Qi包含的邻居节点数目，d为设定的权重系数；
(2)对各邻居节点按照能量值由大到小的顺序进行排列，形成备选中继转发节点列表，在线环境监测节点从其备选中继转发节点列表中选择优选值最大的作为中继转发节点，进而将家居环境参数通过中继转发节点辅助发送至目标节点。
6.根据权利要求4所述的一种智能家居设备安全节能控制系统，其特征是，在线环境监测节点与中继转发节点通信时，在线环境监测节点的发射功率按照下列公式确定：
<mrow> <msub> <mi>L</mi> <mi>Q</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>L</mi> <mi>T</mi> </msub> <msub> <mi>L</mi> <mi>&amp;Phi;</mi> </msub> </mfrac> <msub> <mi>L</mi> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msqrt> <mrow> <mi>Y</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>F</mi> <mo>-</mo> <mi>f</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mfrac> <mrow> <mi>F</mi> <mo>-</mo> <mi>f</mi> </mrow> <mi>F</mi> </mfrac> <msub> <mi>L</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> </msqrt> </mrow>
式中，LQ表示在线环境监测节点与中继转发节点通信的发射功率，LT为中继转发节点的正确接收功率阈值，LΦ为中继转发节点的实际接收功率，Lmax为在线环境监测节点的最大发射功率，F为设定的在线环境监测节点的期望邻居节点数目，f为当设定在线环境监测节点的发射功率为时该在线环境监测节点具有的邻居节点数目，L0为设定的单位调整功率，Y(·)为设定的取值函数，当F-f>0时，Y(F-f)＝1，当F-f≤0时，Y(F-f)＝0。
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