CN107678294A - 一种智能家居睡眠环境控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能家居睡眠环境控制系统，由家居监测中心、环境调控装置、智能家居设备与控制终端组成；所述家居监测中心连接环境调控装置，用于对室内环境进行实时监测，并对环境调控装置发送控制指令；所述控制终端也连接环境调控装置，用于对环境调控装置发送控制指令；所述环境调控装置包括开关模式、温度模式和监控模式，所述开关模式用于控制智能家居设备的开关，所述温度模式用于控制目标温度的调节，所述监控模式用于对室内环境进行监控；所述智能家居设备连接环境调控装置，用于接收环境调控装置的控制指令，并且执行控制操作。本发明能够实现对智能家居睡眠环境的智能控制。

Description

一种智能家居睡眠环境控制系统

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睡眠环境控制系统。

背景技术

相关技术中，智能家居就是将建筑电气、自动控制技术、网络通信技术和音频视频技术等融入到建筑本身，为用户提供更为快捷、高效、安全的家居体验。智能家居系统运用网络通信技术将各种家居设备，例如：空调、电视机、微波炉、热水器、家居报警设备、视频监控设备等组成一个统一协调的、可以相互沟通的整体系统，使家居环境“动起来”，具备一定程度的智能，可以和用户进行交互，同时对家居环境中的各个方面实行统一的监管，为用户提供优质服务。

人一生三分之一都在睡眠，睡眠是最重要的休息方式；现在提供一种综合卧室睡眠解决方案。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种智能家居睡眠环境控制系统。

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睡眠环境控制系统，由家居监测中心、环境调控装置、智能家居设备与控制终端组成；所述家居监测中心连接环境调控装置，用于对室内环境进行实时监测，并对环境调控装置发送控制指令；所述控制终端也连接环境调控装置，用于对环境调控装置发送控制指令；所述环境调控装置包括开关模式、温度模式和监控模式，所述开关模式用于控制智能家居设备的开关，所述温度模式用于控制目标温度的调节，所述监控模式用于对室内环境进行监控；所述智能家居设备连接环境调控装置，用于接收环境调控装置的控制指令，并且执行控制操作。

优选地，所述控制终端为智能手环，所述智能手环包括显示屏、腕带和设置在显示屏一侧的开关。

优选地，所述显示屏设置在腕带上的凹槽内，所述显示屏上设置有控制按键，所述显示屏底侧设置有心律检测芯片。

优选地，所述家居监测中心包括指令发送模块和用于采集包括光线强度、温湿度、二氧化碳浓度、气味浓度、烟雾浓度在内的家居环境数据的无线传感器网络，所述指令发送模块根据无线传感器网络收集的家居环境数据进行分析，生成控制指令并发送至环境调控装置。

该智能家居睡眠系统首先根据个人习惯，给卧室的窗帘、空调、灯光、气味调节器和闹钟分别安装控制装置，由控制终端控制；

到了该睡觉时间，睡觉的人走入卧室，控制终端根据睡觉人的心律和睡觉习惯向环境调控装置发送控制指令，从而控制调整卧室内的、床、枕头窗帘、空调、灯光、达到睡觉人习惯，睡觉人躺下来之后，根据睡眠人心律快慢，气味调节器会释放利于睡眠香气，灯光会根据睡眠人心律放慢逐渐调暗灯光，音乐也会声音也慢慢降低、直到这个人完全睡熟，音乐完全停止，灯光亮度调到睡眠人习惯亮度。

在睡眠过程中，所述指令发送模块根据无线传感器网络收集的家居环境数据进行分析，生成控制指令并发送至环境调控装置，以调节家居环境参数到预先设置的适合睡眠的参数范围。比如，室内温度设置适合睡眠的温度，家居监测中心根据采集的家居环境数据向环境调控装置发送相应的控制指令，从而自动控制空调的开启和关闭来调节温度到适合睡眠的温度。

根据设定的睡眠时间，在睡眠时间到的时候，灯、光、音乐会慢慢响起，让人达到自然醒来的状态，这个睡眠时间可以包括夜里中午等不同休息时间。

本发明的有益效果为：利用无线传感器网络，对温湿度、光照、气味和烟雾等实时进行检测，并相应调节睡眠时的家居环境参数，实现了睡眠期间的环境调节，具有很高的应用价值。

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本发明一个实施例的结构连接框图；

图2是本发明一个实施例的家居监测中心的结构框图。

附图标记：

家居监测中心1、环境调控装置2、智能家居设备3、控制终端4、指令发送模块10、无线传感器网络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，本实施例提供的一种智能家居睡眠环境控制系统，由家居监测中心1、环境调控装置2、智能家居设备3与控制终端4组成；所述家居监测中心1连接环境调控装置2，用于对室内环境进行实时监测，并对环境调控装置2发送控制指令；所述控制终端4也连接环境调控装置2，用于对环境调控装置2发送控制指令；所述环境调控装置2包括开关模式、温度模式和监控模式，所述开关模式用于控制智能家居设备3的开关，所述温度模式用于控制目标温度的调节，所述监控模式用于对室内环境进行监控；所述智能家居设备3连接环境调控装置2，用于接收环境调控装置2的控制指令，并且执行控制操作。

在一个实施例中，所述控制终端4为智能手环，所述智能手环包括显示屏、腕带和设置在显示屏一侧的开关。

其中，所述显示屏设置在腕带上的凹槽内，所述显示屏上设置有控制按键，所述显示屏底侧设置有心律检测芯片。

在一个实施例中，如图2所示，所述家居监测中心1包括指令发送模块10和用于采集包括光线强度、温湿度、二氧化碳浓度、气味浓度、烟雾浓度在内的家居环境数据的无线传感器网络20，所述指令发送模块10根据无线传感器网络20收集的家居环境数据进行分析，生成控制指令并发送至环境调控装置2。

该智能家居睡眠系统首先根据个人习惯，给卧室的窗帘、空调、灯光、气味调节器和闹钟分别安装控制装置，由控制终端控制；到了该睡觉时间，睡觉的人走入卧室，控制终端4根据睡觉人的心律和睡觉习惯向环境调控装置2发送控制指令，从而控制调整卧室内的、床、枕头窗帘、空调、灯光、达到睡觉人习惯，睡觉人躺下来之后，根据睡眠人心律快慢，气味调节器会释放利于睡眠香气，灯光会根据睡眠人心律放慢逐渐调暗灯光，音乐也会声音也慢慢降低、直到这个人完全睡熟，音乐完全停止，灯光亮度调到睡眠人习惯亮度。在睡眠过程中，所述指令发送模块10根据无线传感器网络20收集的家居环境数据进行分析，生成控制指令并发送至环境调控装置2，以调节家居环境参数到预先设置的适合睡眠的参数范围。比如，室内温度设置适合睡眠的温度，家居监测中心1根据采集的家居环境数据向环境调控装置2发送相应的控制指令，从而自动控制空调的开启和关闭来调节温度到适合睡眠的温度。

根据设定的睡眠时间，在睡眠时间到的时候，灯、光、音乐会慢慢响起，让人达到自然醒来的状态，这个睡眠时间可以包括夜里中午等不同休息时间。

本发明上述实施例利用无线传感器网络20，对温湿度、光照、气味和烟雾等实时进行检测，并相应调节睡眠时的家居环境参数，实现了睡眠期间的环境调节，具有很高的应用价值。

在一个实施例中，所述的无线传感器网络20包括设定于家居环境监测区域外的基站节点以及部署于设定的家居环境监测区域内的多个传感器节点；进行网络拓扑构建时，传感器节点通过分簇选择多个簇头节点，其中，每个簇头节点用于收集其簇内传感器节点发送的家居环境数据，将收集的家居环境数据与自身采集的家居环境数据进行融合，并将融合后的家居环境数据发送至基站节点。

在一个实施例中，传感器节点通过分簇选择多个簇头节点，具体包括：

(1)每个传感器节点应用安全加密随机数产生器生成一个0和1之间的随机数；

(2)各传感器节点按照下列公式计算随机阈值，如果生成的随机数小于随机阈值，则成为簇头节点：

式中，T_i表示传感器节点i计算出的随机阈值，为传感器节点成为簇头节点的百分数，r为当前轮数，Φ为在最近的轮中为当选为簇头节点的传感器节点集合,E_i、E_i0分别为传感器节点i的当前剩余能量、初始能量，M_i为传感器节点i在设定的标准通信半径内具有的邻居节点个数，所述的邻居节点为处于传感器节点通信范围内的其他传感器节点；Z_i表示传感器节点i的邻居节点集合，M_j表示传感器节点i的第j个邻居节点在设定的标准通信半径内具有的邻居节点个数，其中设定的标准通信半径其中S为家居环境监测区域面积，N为部署于该家居环境监测区域内的传感器节点个数；

(3)选定的簇头节点通过广播告知其他的传感器节点，其他的传感器节点选择最近的簇头节点加入簇，完成簇的建立。

本实施例优化了簇头节点的选取方式，提出了一种新的簇头节点选取机制，该机制通过改进随机阈值的计算公式，将传感器节点的剩余能量以及周围节点的分布情况考虑到簇头节点的选择阶段中，能够降低低能量的传感器节点被随机选择成为簇头节点的可能性，且使得传感器节点越为密集的区域形成的簇头节点的个数越多，有利于提高簇头节点选择的合理性，并且更好地实现无线传感器网络20的能量均衡，降低家居环境数据收集的能量消耗。

在一个实施例中，传感器节点定期计算当前时刻自身采集的家居环境数据与其位于簇内的邻居节点的家居环境数据之间的差异程度，当计算出的差异程度低于设定的阈值时，传感器节点进入休眠状态，并设定一个定时器，在定时器超时后恢复活动状态，从而继续采集和发送家居环境数据，其中，定义差异程度的计算公式为：

式中，X_i表示当前时刻第i个传感器节点采集的家居环境数据值，Y_i表示第i个传感器节点的有效邻居节点集合，其中有效邻居节点为与传感器节点位于同一个簇内且当前时刻已经向簇头节点发送过家居环境数据的邻居节点，X_j表示所述有效邻居节点集合中第j个有效邻居节点在当前时刻已发送给簇头节点的家居环境数据值，表示所述有效邻居节点集合具有的有效邻居节点个数。

本实施例通过将传感器节点采集的家居环境数据与其所述簇内的邻居节点采集的家居环境数据进行比较，根据数据差异程度的判断对部分传感器节点定时休眠，从而实现部分家居环境数据的抑制采集和传送，能够减少非必要家居环境数据的采集和传送，从而在一定程度上降低家居环境数据向簇头节点进行传输的能耗，有效地提高了传感器节点的能量利用率，较大限度地延长了无线传感器网络20的寿命，有助于实现对家居环境数据的长期稳定的收集，为实现对智能家居睡眠环境的调控提供必要数据。

在一个实施例中，设因差异程度低于设定的阈值而进入休眠状态的传感器节点为被抑制节点，簇头节点对家居环境数据进行融合处理前，先对被抑制节点的家居环境数据进行重构，从而将重构的家居环境数据与收集的家居环境数据、自身采集的家居环境数据一起进行融合处理；

其中，设重构被抑制节点a在t时刻采集的家居环境数据值为向簇头节点发送家居环境数据的传感器节点中，由a的邻居节点构成的邻居节点集合为Y_a，定义的重构公式为：

式中，表示Y_a中具有的邻居节点个数，X_b(t)为Y_a中第b个邻居节点在t时刻采集的家居环境数据值。

本实施例利用簇头节点对被抑制节点的家居环境数据进行重构，使得簇头节点能够将重构的家居环境数据与收集的家居环境数据、自身采集的家居环境数据一起进行融合处理，避免了家居环境数据因为被抑制节点的不发送而缺失，保证了家居环境数据收集的精度；其中利用被抑制节点的邻居节点的家居环境数据进行被抑制节点的家居环境数据的重构，保证了家居环境数据重构的精度，从而保障智能家居睡眠环境的调控精度。

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)

1.一种智能家居睡眠环境控制系统，其特征是，由家居监测中心、环境调控装置、智能家居设备与控制终端组成；所述家居监测中心连接环境调控装置，用于对室内环境进行实时监测，并对环境调控装置发送控制指令；所述控制终端也连接环境调控装置，用于对环境调控装置发送控制指令；所述环境调控装置包括开关模式、温度模式和监控模式，所述开关模式用于控制智能家居设备的开关，所述温度模式用于控制目标温度的调节，所述监控模式用于对室内环境进行监控；所述智能家居设备连接环境调控装置，用于接收环境调控装置的控制指令，并且执行控制操作。

2.根据权利要求1所述的一种智能家居睡眠环境控制系统，其特征是，所述控制终端为智能手环，所述智能手环包括显示屏、腕带和设置在显示屏一侧的开关。

3.根据权利要求2所述的一种智能家居睡眠环境控制系统，其特征是，所述显示屏设置在腕带上的凹槽内，所述显示屏上设置有控制按键，所述显示屏底侧设置有心律检测芯片。

4.根据权利要求1所述的一种智能家居睡眠环境控制系统，其特征是，所述家居监测中心包括指令发送模块和用于采集包括光线强度、温湿度、二氧化碳浓度、气味浓度、烟雾浓度在内的家居环境数据的无线传感器网络，所述指令发送模块根据无线传感器网络收集的家居环境数据进行分析，生成控制指令并发送至环境调控装置。

5.根据权利要求4所述的一种智能家居睡眠环境控制系统，其特征是，所述的无线传感器网络包括设定于家居环境监测区域外的基站节点以及部署于设定的家居环境监测区域内的多个传感器节点；进行网络拓扑构建时，传感器节点通过分簇选择多个簇头节点，其中，每个簇头节点用于收集其簇内传感器节点发送的家居环境数据，将收集的家居环境数据与自身采集的家居环境数据进行融合，并将融合后的家居环境数据发送至基站节点。

6.根据权利要求5所述的一种智能家居睡眠环境控制系统，其特征是，传感器节点通过分簇选择多个簇头节点，具体包括：

(1)每个传感器节点应用安全加密随机数产生器生成一个0和1之间的随机数；

(2)各传感器节点按照下列公式计算随机阈值，如果生成的随机数小于随机阈值，则成为簇头节点：

式中，T_i表示传感器节点i计算出的随机阈值，为传感器节点成为簇头节点的百分数，r为当前轮数，Φ为在最近的轮中为当选为簇头节点的传感器节点集合,E_i、E_i0分别为传感器节点i的当前剩余能量、初始能量，M_i为传感器节点i在设定的标准通信半径内具有的邻居节点个数，所述的邻居节点为处于传感器节点通信范围内的其他传感器节点；Z_i表示传感器节点i的邻居节点集合，M_j表示传感器节点i的第j个邻居节点在设定的标准通信半径内具有的邻居节点个数，其中设定的标准通信半径其中S为家居环境监测区域面积，N为部署于该家居环境监测区域内的传感器节点个数；

(3)选定的簇头节点通过广播告知其他的传感器节点，其他的传感器节点选择最近的簇头节点加入簇，完成簇的建立。