CN107395471A - 一种智能家居节能控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种智能家居节能控制系统，包括云服务器、家居环境监测模块、家居设备管控模块和用户终端；所述的家居环境监测模块、家居设备管控模块、用户终端均与云服务器通信连接；所述的家居环境监测模块用于基于无线传感器网络对家居环境进行监测，采集家居环境数据并发送至云服务器；所述的云服务器用于对家居环境数据进行处理，向家居设备管控模块发送控制指令，控制相应的家居设备运作；所述的用户终端访问云服务器获得家居环境数据，并发送控制请求至云服务器。本发明实现了家居设备的节能控制。

Description

一种智能家居节能控制系统
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节能控制系统，包括云服务器、家居环境监测模块、家居设备管控模块和用户终端；所述的家居环境监测模块、家居设备管控模块、用户终端均与云服务器通信连接；所述的家居环境监测模块用于基于无线传感器网络对家居环境进行监测，采集家居环境数据并发送至云服务器；所述的云服务器用于对家居环境数据进行处理，判断家居环境数据是否满足预设的家居环境数据阈值条件，当某一家居环境数据不满足预设的环境参数条件时，向家居设备管控模块发送控制指令，控制相应的家居设备运作；所述的用户终端访问云服务器获得家居环境数据，并发送控制请求至云服务器，云服务器根据控制请求向家居设备管控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数据，并基于云计算技术对家居环境数据进行分析处理，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，实现了家居设备的节能管理和控制。
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是本发明云服务器的连接框图。
附图标记：
云服务器1、家居环境监测模块2、家居设备管控模块3、用户终端4、数据存储模块10、控制指令生成模块20。
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节能控制系统，包括云服务器1、家居环境监测模块2、家居设备管控模块3和用户终端4；所述的家居环境监测模块2、家居设备管控模块3、用户终端4均与云服务器1通信连接；所述的家居环境监测模块2用于基于无线传感器网络对家居环境进行监测，采集家居环境数据并发送至云服务器1；所述的云服务器1用于对家居环境数据进行处理，判断家居环境数据是否满足预设的家居环境数据阈值条件，当某一家居环境数据不满足预设的环境参数条件时，向家居设备管控模块3发送控制指令，控制相应的家居设备运作；所述的用户终端4访问云服务器1获得家居环境数据，并发送控制请求至云服务器1，云服务器1根据控制请求向家居设备管控模块3发送相应的控制指令。
优选地，所述家居环境数据包括家居内温湿度、光照强度；所述家居设备包括空调设备、加湿设备、灯光设备，当所述温湿度小于预设的最低温湿度时，家居设备管控模块3控制所述空调设备和加湿设备开启，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。
优选地，所述云服务器1包括数据存储模块10和控制指令生成模块20，所述数据存储模块10与所述家居环境监测模块2连接，用于存储所述家居环境监测模块2采集的家居环境数据，所述控制指令生成模块20与所述家居设备管控模块3无线通讯连接，用于向所述家居设备管控模块3发送控制指令。
本发明上述实施例设计的家居设备节能控制系统能够实时获取家居环境数据，并基于云计算技术对家居环境数据进行分析处理，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，实现了家居设备的节能管理和控制。
优选地，所述的家居环境监测模块2包括移动基站和多个家居环境监测节点，所述的家居环境监测节点固定设置于设定的监测区域内，家居环境监测节点监测到家居环境数据后开始成簇，选出用于对簇内家居环境监测节点的家居环境数据进行汇聚的簇头节点，移动基站根据各簇头节点的位置移动到最优位置，对簇头节点汇聚的家居环境数据进行收集。
所述的家居环境监测节点监测到家居环境数据后开始成簇，选出用于对簇内家居环境监测节点的家居环境数据进行汇聚的簇头节点，具体包括：
(1)监测到家居环境数据的任一家居环境监测节点生成一个“簇头节点竞选”消息，根据下列公式计算“簇头节点竞选”消息的等待时间，并在超过等待时间后向其通信范围内的邻居节点发送“簇头节点竞选”消息：
式中，TW(Sγ)表示监测到家居环境数据的家居环境监测节点Sγ发送“簇头节点竞选”消息的等待时间，TW max为设定的最大等待时间阈值，Sμ表示Sγ通信范围内的第μ个家居环境监测节点，表示Sμ到Sγ之间的跳数，Nγ表示Sγ通信范围内的家居环境监测节点个数，表示Sγ到移动基站So当前位置之间的跳数，为Sγ的剩余能量值，为Sμ的剩余能量值；
(2)发送成功的家居环境监测节点成为簇头节点，若家居环境监测节点在等待时间之前接收到其他家居环境监测节点发送的“簇头节点竞选”消息，则取消自身“簇头节点竞选”消息的发送，并成为簇成员节点，并选择距离最近的簇头节点加入簇。
本优选实施例在进行簇头节点的选择时，使家居环境监测节点延迟一定的时间发送“簇头节点竞选”消息，最终降低消息发送量，从而能够节省簇头节点选择的通信开销，降低家居环境监测模块2的网络能耗，有利于节省智能家居节能控制系统的通信成本。
优选地，所述移动基站根据各簇头节点的位置移动到最优位置时，其中的最优位置按照下列公式计算：
式中，表示最优位置，Sαβ表示第α个簇头节点所在簇内的第β个家居环境监测节点，表示Sαβ的位置，Mα表示第α个簇头节点所在簇具有的家居环境监测节点数目，Φ表示簇头节点的数目，Eα表示第α个簇头节点的剩余能量值，表示移动基站未移动前的位置与位置之间的距离。
本优选实施例按照上述公式计算移动基站移动后停留的最优位置，能够有效缩短家居环境数据传输的距离，并且增大剩余能量值高的簇头节点成为移动基站一跳邻居的概率，有利于节省家居环境数据传输的能耗，提高家居环境数据传输的可靠度，从而提高智能家居节能控制系统对家居设备的控制精度。
当簇头节点的剩余能量低于设定的能量阈值时，进行簇头节点轮换，具体为：
(1)簇头节点按照下列公式确定其邻居节点的簇头竞争能力值：
式中，Sij表示簇头节点Si的第j个邻居节点，表示Sij的簇头竞争能力值，表示簇头节点Si到移动基站S0当前位置的跳数，表示Sij到移动基站S0当前位置的跳数，表示Sij的剩余能量值，表示Si的剩余能量值，ET为设定的最小剩余能量阈值，f(·)、g(·)皆为取值函数，当时，当时，当时，当时，表示Sij在簇头节点Si工作期间传输家居环境数据的总次数；
(2)选择簇头竞争能力值最大的邻居节点作为新的簇头节点，完成簇头节点轮换。
本优选实施例设计了簇头节点的轮换机制，能够均衡家居环境监测节点之间的能耗，较为快速地节省簇头节点轮换的时间，尽量节省簇头节点轮换带来的耗能，从而保障家居环境数据有效收集。
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)

1.一种智能家居节能控制系统，其特征是，包括云服务器、家居环境监测模块、家居设备管控模块和用户终端；所述的家居环境监测模块、家居设备管控模块、用户终端均与云服务器通信连接；所述的家居环境监测模块用于基于无线传感器网络对家居环境进行监测，采集家居环境数据并发送至云服务器；所述的云服务器用于对家居环境数据进行处理，判断家居环境数据是否满足预设的家居环境数据阈值条件，当某一家居环境数据不满足预设的环境参数条件时，向家居设备管控模块发送控制指令，控制相应的家居设备运作；所述的用户终端访问云服务器获得家居环境数据，并发送控制请求至云服务器，云服务器根据控制请求向家居设备管控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节能控制系统，其特征是，所述云服务器包括数据存储模块和控制指令生成模块，所述数据存储模块与所述家居环境监测模块连接，用于存储所述家居环境监测模块采集的家居环境数据，所述控制指令生成模块与所述家居设备管控模块无线通讯连接，用于向所述家居设备管控模块发送控制指令。
3.根据权利要求1所述的一种智能家居节能控制系统，其特征是，所述家居环境数据包括家居内温湿度、光照强度；所述家居设备包括空调设备、加湿设备、灯光设备，当所述温湿度小于预设的最低温湿度时，家居设备管控模块控制所述空调设备和加湿设备开启，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。
4.根据权利要求1所述的一种智能家居节能控制系统，其特征是，所述的家居环境监测模块包括移动基站和多个家居环境监测节点，所述的家居环境监测节点固定设置于设定的监测区域内，家居环境监测节点监测到家居环境数据后开始成簇，选出用于对簇内家居环境监测节点的家居环境数据进行汇聚的簇头节点，移动基站根据各簇头节点的位置移动到最优位置，对簇头节点汇聚的家居环境数据进行收集。
5.根据权利要求4所述的一种智能家居节能控制系统，其特征是，所述的家居环境监测节点监测到家居环境数据后开始成簇，选出用于对簇内家居环境监测节点的家居环境数据进行汇聚的簇头节点，具体包括：
(1)监测到家居环境数据的任一家居环境监测节点生成一个“簇头节点竞选”消息，根据下列公式计算“簇头节点竞选”消息的等待时间，并在超过等待时间后向其通信范围内的邻居节点发送“簇头节点竞选”消息：
<mrow> <msub> <mi>T</mi> <mi>W</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>S</mi> <mi>&amp;gamma;</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mfrac> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>W</mi> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> <mrow> <munder> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> <mrow> <mi>&amp;mu;</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mo>...</mo> <mo>,</mo> <msub> <mi>N</mi> <mi>&amp;gamma;</mi> </msub> </mrow> </munder> <msub> <mi>h</mi> <mrow> <msub> <mi>S</mi> <mi>&amp;gamma;</mi> </msub> <mo>&amp;RightArrow;</mo> <msub> <mi>S</mi> <mi>&amp;mu;</mi> </msub> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>h</mi> <mrow> <msub> <mi>S</mi> <mi>&amp;gamma;</mi> </msub> <mo>&amp;RightArrow;</mo> <msub> <mi>S</mi> <mi>o</mi> </msub> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mfrac> <msub> <mi>E</mi> <msub> <mi>S</mi> <mi>&amp;gamma;</mi> </msub> </msub> <mrow> <munder> <mrow> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> <mrow> <mi>&amp;mu;</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mo>...</mo> <mo>,</mo> <msub> <mi>N</mi> <mi>&amp;gamma;</mi> </msub> </mrow> </munder> <msub> <mi>E</mi> <msub> <mi>S</mi> <mi>&amp;mu;</mi> </msub> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <msub> <mi>h</mi> <mrow> <msub> <mi>S</mi> <mi>&amp;gamma;</mi> </msub> <mo>&amp;RightArrow;</mo> <msub> <mi>S</mi> <mi>o</mi> </msub> </mrow> </msub> <mo>&gt;</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mn>0</mn> <mo>,</mo> <msub> <mi>h</mi> <mrow> <msub> <mi>S</mi> <mi>&amp;gamma;</mi> </msub> <mo>&amp;RightArrow;</mo> <msub> <mi>S</mi> <mi>o</mi> </msub> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow>
式中，TW(Sγ)表示监测到家居环境数据的家居环境监测节点Sγ发送“簇头节点竞选”消息的等待时间，TWmax为设定的最大等待时间阈值，Sμ表示Sγ通信范围内的第μ个家居环境监测节点，表示Sμ到Sγ之间的跳数，Nγ表示Sγ通信范围内的家居环境监测节点个数，表示Sγ到移动基站So当前位置之间的跳数，为Sγ的剩余能量值，为Sμ的剩余能量值；
(2)发送成功的家居环境监测节点成为簇头节点，若家居环境监测节点在等待时间之前接收到其他家居环境监测节点发送的“簇头节点竞选”消息，则取消自身“簇头节点竞选”消息的发送，并成为簇成员节点，并选择距离最近的簇头节点加入簇。
6.根据权利要求5所述的一种智能家居节能控制系统，其特征是，所述移动基站根据各簇头节点的位置移动到最优位置时，其中的最优位置按照下列公式计算：
式中，表示最优位置，Sαβ表示第α个簇头节点所在簇内的第β个家居环境监测节点，表示Sαβ的位置，Mα表示第α个簇头节点所在簇具有的家居环境监测节点数目，Φ表示簇头节点的数目，Eα表示第α个簇头节点的剩余能量值，表示移动基站未移动前的位置与位置之间的距离。
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