CN108072152A - 一种智能家居环境控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能家居环境控制系统，包括环境数据采集装置、温度调节器、风流调节器、中央处理器，其中环境数据采集装置、温度调节器、风流调节器皆与中央处理器连接；所述环境数据采集装置用于对室内环境进行实时监测，采集室内环境数据并发送至中央处理器；所述的中央处理器根据接收的室内环境数据生成相应的控制指令，并根据控制指令控制温度调节器和风流调节器。本发明实现了对智能家居环境的监测与控制。

Description

一种智能家居环境控制系统

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环境控制系统。

背景技术

随着人们对家居舒适健康要求的提高，智能家居的概念逐渐被提出和接纳，智能家居一般是利用先进的计算机网络通讯技术、综合布线技术和人体工程学原理，融合个性需求，将与家居生活有关的各个子系统有机地结合在一起，通过综合智能控制和管理，实现全新的家居生活体验，目前家庭生活中制冷供暖是一件大事，对人们的生活舒适性有重大影响，然而制冷供暖需要根据人体的感受实时进行调节，普通的集体供暖和空调制冷具有很大的局限性，不能及时进行温度调节，基于以上原因，需要一种智能家居环境控制系统，使家庭制冷供暖更加安全智能，既能达到智能控制也需要节省能源。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种智能家居环境控制系统。

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环境控制系统，包括环境数据采集装置、温度调节器、风流调节器、中央处理器，其中环境数据采集装置、温度调节器、风流调节器皆与中央处理器连接；所述环境数据采集装置用于对室内环境进行实时监测，采集室内环境数据并发送至中央处理器；所述的中央处理器根据接收的室内环境数据生成相应的控制指令，并根据控制指令控制温度调节器和风流调节器。

优选地，所述的中央处理器包括数据分析装置、温度控制器、风流控制器，其中温度控制器、风流控制器的输入端皆与数据分析装置连接，温度控制器的输出端与温度调节器连接、风流控制器的输出端与风流调节器连接。

进一步地，还包括与中央处理器连接的远程控制终端。

本发明的有益效果为：能够自动控制家居温度的变化，加入风流系统，保证室内空气的流通及快速改变温度，还能够远程控制提前调节环境，让人在回到家时就可以享受舒适的环境，结构简单，实用性强。

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示意框图；

图2是本发明一个实施例的中央处理器的结构示意框图。

附图标记：

环境数据采集装置1、温度调节器2、风流调节器3、中央处理器4、远程控制终端5、数据分析装置10、温度控制器20、风流控制器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，本实施例提供的智能家居环境控制系统，包括环境数据采集装置1、温度调节器2、风流调节器3、中央处理器4，其中环境数据采集装置1、温度调节器2、风流调节器3皆与中央处理器4连接；所述环境数据采集装置1用于对室内环境进行实时监测，采集室内环境数据并发送至中央处理器4；所述的中央处理器4根据接收的室内环境数据生成相应的控制指令，并根据控制指令控制温度调节器2和风流调节器3。

可选地，如图2所示，中央处理器4包括数据分析装置10、温度控制器20、风流控制器30，其中温度控制器20、风流控制器30的输入端皆与数据分析装置10连接，温度控制器20的输出端与温度调节器2连接、风流控制器30的输出端与风流调节器3连接，其中风流调节器3用于保证室内空气的流动性，让室内环境更接近自然环境。

在一个实施例中，该数据分析装置与环境数据采集装置1相连，数据分析装置将环境数据采集装置1传送的室内环境数据进行分析处理，判断室内环境数据是否超过预设的数据阈值范围，当超出预设的数据阈值范围时，生成控制指令，并发送至温度控制器和/或风流控制器。例如，当环境数据采集装置1采集的室内温度超过预设的数据阈值上限时，数据分析装置向温度控制器发送调低温度的控制指令，并向风流控制器发送启动送风的控制指令，进而温度控制器根据控制指令控制风流调节器3，风流控制器根据控制指令控制风流控制器。

可选地，温度调节器2连接地源热泵，地源热泵提供热源及冷源，温度控制器可根据控制指令控制温度调节器2调节地源热泵提供热源或者冷源，从而将室内温度控制在适宜的范围内。

进一步地，智能家居环境控制系统还包括与中央处理器4连接的远程控制终端5。用户可以通过远程控制终端5向中央处理器4发送控制指令，以远程控制提前调节家居的环境。

本发明上述实施例能够自动控制家居温度的变化，加入风流系统，保证室内空气的流通及快速改变温度，还能够远程控制提前调节环境，让人在回到家时就可以享受舒适的环境，结构简单，实用性强。

在一个实施例中，所述环境数据采集装置1包括汇聚节点和多个传感器节点，其中汇聚节点用于汇聚传感器节点采集的室内环境数据并进行处理转发。其中，该传感器节点包括温度传感器、风流传感器。本实施例环境数据采集装置1利用无线传感器网络技术进行室内环境数据采集，避免了布线，实施简单。

在一个实施例中，各传感器节点的感知半径相等，各传感器节点皆部署于设定的室内环境监测区域内，为实现对室内环境监测区域的全面监测，按照下列公式计算传感器节点的最小部署数目：

式中，N_min表示传感器节点的最小部署个数，A表示所述设定的室内环境监测区域的面积，d_α为预部署的传感器节点间的最小距离，d_β为预部署的传感器节点到室内环境监测区域边界的最小距离，ψ表示预设的传感器节点覆盖率，R_θ为传感器节点的感知半径，A与R_θ同单位，a为预设的余量因子，a的取值范围为[0.1,0.2]，f(·)为预设的取值函数，当时，当时，int[·]为取整函数。

进行传感器节点的实际部署前，应根据监测的实际需要进行传感器节点的预部署方案制定，以确定传感器节点的预部署位置，从中找到距离室内环境监测区域边界最近的传感器节点，以该传感器节点到室内环境监测区域边界的距离作为d_β，并从中确定相距最近的两个传感器节点，以该两个传感器节点间的距离作为d_α。计算传感器节点的最小部署数目时，可根据实际情况设定传感器节点覆盖率ψ的取值。在一个实施例中，为实现对室内环境监测区域的全面监测，预设传感器节点覆盖率ψ的取值应不小于80％。计算出传感器节点的最小部署数目后，若预部署方案中的传感器节点数目小于该最小部署数目，则在实际部署传感器节点时，在预部署方案的基础上继续增加部署传感器节点，使得实际部署的传感器节点数目大于或者等于最小部署数目。若预部署方案中的传感器节点数目不小于该最小部署数目，则在实际部署传感器节点时根据预部署方案进行传感器节点部署。例如，计算出最小部署数目为30个传感器节点时，若预部署方案中的传感器节点数目为25个传感器节点，则应该继续增加至少5个传感器节点，若预部署方案中的传感器节点数目为35个传感器节点，则在室内环境监测区域内部署35个传感器节点。

本实施例根据预部署方案的实际情况以及需要满足的传感器节点覆盖率来计算传感器节点的最小部署数目，并相应得提出了传感器节点的最小部署数目的计算公式，在室内环境监测区域内实际部署传感器节点时，设置传感器节点不小于计算的最小部署数目，能够实现对室内环境监测区域的全面监测，有利于提高家居环境控制系统的工作效率。

在另一个实施例中，还设置传感器节点的部署数目上限，若预部署方案中的传感器节点数目超过该部署数目上限，应该根据实际情况筛除多余的传感器节点。作为优选，设置传感器节点的部署数目上限为计算出的传感器及节点的最小部署数目的1.2倍。通过传感器节点的部署数目上限的设置，有利于保证一定网络覆盖度的前提下控制桥梁危险部位感知数据采集的能耗。

在一个实施例中，所述的在预部署方案的基础上继续增加部署传感器节点，具体包括：

(1)设预部署方案制定的要部署的传感器节点个数为N_F，计算预部署方案中各传感器节点的冗余覆盖率：

其中

式中，ω_i表示预部署方案中第i个传感器节点的冗余覆盖率，S_i∩k为传感器节点i与其第j个邻居节点的相交感知区域面积，m_i为传感器节点i的邻居节点个数，其中邻居节点是位于传感器节点i通信范围内的其他传感器节点，S_i为传感器节点i的感知区域面积，R_i为传感器节点i的感知半径，d_ik为传感器节点i与其邻居节点k之间的距离，cos^-1为反余弦函数；

(2)设预部署方案中设置的传感器节点个数为N_F，根据冗余覆盖率由小到大的顺序对预部署方案中的各传感器节点进行相应排序，选择前η个传感器节点作为部署参考节点，并在各部署参考节点的通信范围内增加部署传感器节点。

对于预部署方案制定的要部署的传感器节点，本实施例将其中冗余覆盖率较小的传感器节点作为部署参考节点，并在各部署参考节点的通信范围内增加部署传感器节点，有利于提高部署参考节点的冗余覆盖率，使得传感器节点的分布更加均匀，有利于提高无线传感器网络的覆盖质量，延长环境数据采集装置1的工作周期。

在一个实施例中，在第λ个部署参考节点中应该增加部署的传感器节点个数按照下列公式确定：

式中，N_λ为在第λ个部署参考节点中应该增加部署的传感器节点个数，ω_λ表示第λ个部署参考节点的冗余覆盖率，ω_R表示第μ个部署参考节点的冗余覆盖率，int[·]为取整函数，表示对的计算结果进行取整，y[·]为设定的取值函数，当 时，当时，

本实施例提出了在部署参考节点中应该增加部署的传感器节点个数的计算公式，该计算公式根据各部署参考节点的冗余覆盖率的相对比例确定相应的应该增加部署的传感器节点个数，一方面保证了实际部署的传感器节点个数能够趋近于上述的传感器节点的最小部署数目，确保实现对室内环境监测区域的全面监测，另一方面使得传感器节点的分布更加均匀，有利于平衡各传感器节点的负载，延长环境数据采集装置1的工作周期，降低室内环境数据采集的能耗，从而节省智能家居环境控制系统的通信成本。

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)

1.一种智能家居环境控制系统，其特征是，包括环境数据采集装置、温度调节器、风流调节器、中央处理器，其中环境数据采集装置、温度调节器、风流调节器皆与中央处理器连接；所述环境数据采集装置用于对室内环境进行实时监测，采集室内环境数据并发送至中央处理器；所述的中央处理器根据接收的室内环境数据生成相应的控制指令，并根据控制指令控制温度调节器和风流调节器。

2.根据权利要求1所述的一种智能家居环境控制系统，其特征是，所述的中央处理器包括数据分析装置、温度控制器、风流控制器，其中温度控制器、风流控制器的输入端皆与数据分析装置连接，温度控制器的输出端与温度调节器连接、风流控制器的输出端与风流调节器连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种智能家居环境控制系统，其特征是，还包括与中央处理器连接的远程控制终端。

4.根据权利要求1所述的一种智能家居环境控制系统，其特征是，所述环境数据采集装置包括汇聚节点和多个传感器节点，其中汇聚节点用于汇聚传感器节点采集的室内环境数据并进行处理转发。

5.根据权利要求4所述的一种智能家居环境控制系统，其特征是，传感器节点包括温度传感器、风流传感器。

6.根据权利要求5所述的一种智能家居环境控制系统，其特征是，各传感器节点的感知半径相等，各传感器节点皆部署于设定的室内环境监测区域内，为实现对室内环境监测区域的全面监测，按照下列公式计算传感器节点的最小部署数目：

<mrow> <msub> <mi>N</mi> <mi>min</mi> </msub> <mo>=</mo> <mi>int</mi> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mfrac> <mrow> <mi>A</mi> <mi>&amp;psi;</mi> <mo>+</mo> <mi>a</mi> <mi>A</mi> <mi>f</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>d</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> </msub> <msub> <mi>d</mi> <mi>&amp;beta;</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mn>2</mn> <msup> <msub> <mi>R</mi> <mi>&amp;theta;</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <msup> <msub> <mi>&amp;pi;R</mi> <mi>&amp;theta;</mi> </msub> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </mfrac> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow>

式中，N_min表示传感器节点的最小部署个数，A表示所述设定的室内环境监测区域的面积，d_α为预部署的传感器节点间的最小距离，d_β为预部署的传感器节点到室内环境监测区域边界的最小距离，ψ表示预设的传感器节点覆盖率，R_θ为传感器节点的感知半径，A与R_θ同单位，a为预设的余量因子，a的取值范围为[0.1,0.2]，f(·)为预设的取值函数，当时，当时，int[·]为取整函数。