CN108999517A - 智能家居通风调节系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了智能家居通风调节系统，该系统包括：开启度可调节的电动外窗，其设置于建筑物的外立面；通风监测装置，被配置为采集实时环境参数，所述实时环境参数包括所监测位置的自然风的风速及风向信号；通风调节装置，与通风监测装置通信连接，被配置为对通风监测装置采集的风速及风向信号进行分析处理，并根据分析处理结果产生控制信号输出到电动外窗的控制端，以控制电动外窗的开启度，进而使进入室内的自然通风风量可受调节与控制。

Description

智能家居通风调节系统

技术领域

本发明涉及环境调节技术领域，具体涉及智能家居通风调节系统。

背景技术

现有技术中，由于大多建筑物都采用不可控的自然通风结构，自然通风条件下，室内通风状态无规则、不受控制，造成室内利用自然风的效果较差。为此，需要设计一种智能家居通风调节系统，以对室内的通风状态进行控制，从而智能控制自然风通风量，营造良好的家居环境。

无线传感器网络是近年来信息科学研究的一个热点，在军事、环境监测、农业、医疗、城市安全方面有着广泛的应用，引起了各国学术界和工业界的广泛重视。无线传感器网络节点作为一种微型化的嵌入式系统，构成了无线传感器网络的基础层支撑平台。无线传感器网络节点的体系结构设计一般应包括电源及电源管理模块、传感器、微处理器和无线收发器四个部分。

发明内容

针对上述问题，本发明提供智能家居通风调节系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了智能家居通风调节系统，该系统包括：

开启度可调节的电动外窗，其设置于建筑物的外立面；

通风监测装置，被配置为采集实时环境参数，所述实时环境参数包括所监测位置的自然风的风速及风向信号；

通风调节装置，与通风监测装置通信连接，被配置为对通风监测装置采集的风速及风向信号进行分析处理，并根据分析处理结果产生控制信号输出到电动外窗的控制端，以控制电动外窗的开启度，进而使进入室内的自然通风风量可受调节与控制。

进一步地，所述的实时环境参数还包括室外温度信号、湿度信号、太阳辐射强度信号。

进一步地，所述系统还包括与通风监测装置连接的显示设备，所述显示设备被配置为显示通风监测装置采集的各种实时环境参数。

优选地，所述通风调节装置包括存储模块、分析控制模块；所述的存储模块存储有自然风风向、风速与各个电动外窗的开启度的数量关系数据；所述分析控制模块根据所述数量关系数据对所述通风监测装置采集的风速及风向信号进行分析处理，得到相应的电动外窗的开启度，并生成相应的控制信号。

其中，所述的通风监测装置包括汇聚节点和多个用于采集所述实时环境参数的传感器节点，多个传感器节点被分为至少一个簇，每个簇选取一个簇首，簇首收集所在簇内传感器节点采集实时环境参数后，将收集的实时环境参数发送至汇聚节点，进而由汇聚节点将实时环境参数发送至通风调节装置。

本发明的有益效果为：实现了实时环境参数的实时采集，并根据实时环境参数自动调节电动外窗的开启度，能够解决现有技术存在的室内通风状态无规则、不受控制、造成室内利用自然风的效果较差的问题，具有控制方便、结构简单、保证室内自然通风的合理，使自然通风可控，节能、保证自然通风的有效性等突出的有益效果。

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是本发明一个示例性实施例的智能家居通风调节系统的结构示意框图；

图2是本发明一个示例性实施例的通风调节装置的结构示意框图。

附图标记：

电动外窗1、通风监测装置2、通风调节装置3、显示设备4、存储模块10、分析控制模块20。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

图1示出了本发明一个示例性实施例的智能家居通风调节系统的结构示意框图。如图1所示，本发明实施例提供了智能家居通风调节系统，该系统包括：

开启度可调节的电动外窗1，其设置于建筑物的外立面；

通风监测装置2，被配置为采集实时环境参数，所述实时环境参数包括所监测位置的自然风的风速及风向信号；

通风调节装置3，与通风监测装置2通信连接，被配置为对通风监测装置2采集的风速及风向信号进行分析处理，并根据分析处理结果产生控制信号输出到电动外窗1的控制端，以控制电动外窗1的开启度，进而使进入室内的自然通风风量可受调节与控制。

进一步地，所述的实时环境参数还包括室外温度信号、湿度信号、太阳辐射强度信号。

进一步地，所述系统还包括与通风监测装置2连接的显示设备4，所述显示设备4被配置为显示通风监测装置2采集的各种实时环境参数。

在一种能够实施的方式中，如图2所示，所述通风调节装置3包括存储模块10、分析控制模块20；所述的存储模块10存储有自然风风向、风速与各个电动外窗1的开启度的数量关系数据；所述分析控制模块20根据所述数量关系数据对所述通风监测装置2采集的风速及风向信号进行分析处理，得到相应的电动外窗1的开启度，并生成相应的控制信号。

本发明上述实施例的智能家居通风调节系统实现了实时环境参数的实时采集，并根据实时环境参数自动调节电动外窗的开启度，能够解决现有技术存在的室内通风状态无规则、不受控制、造成室内利用自然风的效果较差的问题，具有控制方便、结构简单、保证室内自然通风的合理，使自然通风可控，节能、保证自然通风的有效性等突出的有益效果。

在一种能够实施的方式中，所述的通风监测装置1包括汇聚节点和多个用于采集所述实时环境参数的传感器节点，多个传感器节点被分为至少一个簇，每个簇选取一个簇首，簇首收集其簇内传感器节点采集实时环境参数后，将收集的实时环境参数发送至汇聚节点，进而由汇聚节点将实时环境参数发送至通风调节装置3。

本实施例基于无线传感器网络技术进行数据采集，避免了布线，智能便捷，节省人力物力，可拓展性好。

在一种能够实施的方式中，簇首选择簇内的一个传感器节点作为辅助节点；在数据传输阶段，簇内的其余传感器节点根据距离最近原则选择所述辅助节点或者簇首作为发送实时环境参数的目的节点；当所述辅助节点接收到的实时环境参数量达到其最大缓存时，辅助节点将接收的实时环境参数转发至簇首。其中，所述的距离最近原则为：当与所述辅助节点之间的距离更近时，传感器节点将采集的实时环境参数发送至辅助节点，当与簇首的距离更近时，传感器节点将采集的实时环境参数发送至该簇首。

本实施例避免了簇内的所有传感器节点直接将实时环境参数发送至簇首，通过辅助节点的设置，一方面能够降低通信开销和拥塞，另一方面能够有效提高簇首汇总实时环境参数的效率，并且能够分担簇首的负载，从而降低簇首的能耗。

在一个实施例中，簇首选择簇内的一个传感器节点作为辅助节点，包括：

(1)簇首获取簇内各传感器节点的节点度，并根据各节点度确定节点度中值，其中传感器节点的节点度为位于该传感器节点通信范围内的邻居节点数目；簇首选择节点度大于所述节点度中值的簇内传感器节点作为候选节点，构建候选节点列表；

(2)簇首向各候选节点发送节点竞选消息，并记录各候选节点响应于该节点竞选消息的反馈时间；

(3)设任意候选节点j到簇首i的链路为D_ji，簇首按照下列公式进一步确定受到各链路D_ji干扰的传感器节点集合E(D_ji)，j＝1,…,n_i，n_i为簇首i的候选节点列表具有的候选节点数目：

式中，Q_j为候选节点j的传输功率，α_jv为候选节点j到传感器节点v的功率损耗，Q_v为传感器节点v的噪音功率，L_min为预设的信噪比阈值；

(4)簇首按照下列公式计算各候选节点的竞选概率，将得到的竞选概率信息存入候选节点列表，并将竞选概率最大的候选节点作为初始的辅助节点：

式中，Q_ij为簇首i的候选节点j的竞选概率，z_ij为候选节点j响应于簇首i的节点竞选消息的反馈时间，为所有候选节点响应于簇首i的节点竞选消息的反馈时间的平均值，为所述集合E(D_ji)具有的传感器节点数目；D_xi为簇首i的候选节点列表中第x个候选节点到簇首的链路，E(D_xi)为受到链路D_xi干扰的传感器节点集合，为所述集合E(D_xi)具有的传感器节点数目；f₁、f₂为设定的权重系数。

本实施例在进行辅助节点选择时，通过节点度来筛选出候选节点，能够有效保障后续筛选出的辅助节点可以较大范围地覆盖簇内的传感器节点，从而保障一定的数据收集效率。

候选节点对簇首发送的节点竞选消息的响应时间反映了该候选节点处理任务的效率，而候选节点到簇首的链路所造成的干扰将会导致受干扰节点之间的通信冲突和数据重传，基于此，本实施例从消息响应时长和链路干扰程度两个标准出发，创新性地设定了候选节点的竞选概率。

本实施例选择竞选概率最大的候选节点作为辅助节点，相对于随机选择辅助节点的方式，有益于保障所选择的辅助节点能够可靠地完成实时环境参数收集的任务，同时降低网络干扰，进一步提高了实时环境参数收集的可靠性，提高了无线传感器网络的整体性能。

在一个实施例中，簇首按预设周期更新候选节点列表中的各候选节点的竞选概率信息，在每一次更新后以竞选概率最大的候选节点作为辅助节点，从而实现辅助节点的轮换，其中，设定竞选概率的更新公式为：

式中，Q_ij ^t为在第t次更新时簇首i的候选节点j的竞选概率，Q_ij ^t-1为在第t-1次更新时簇首i的候选节点j的竞选概率，y为预设的第一权重影响因子，用于表示能量衰减对竞选概率的影响程度；为所述候选节点j在第t-1次更新时的剩余能量，为所述候选节点j在第t次更新时的剩余能量，P_j0为所述候选节点j的初始能量；a_j为所述候选节点j到目前为止充当辅助节点的次数，a_max为预设次数阈值，y₂为预设的第二权重影响因子，用于表示充当辅助节点次数对竞选概率的影响程度。

本实施例根据能量衰减、充当辅助节点次数对竞选概率的影响，创新性地提出了竞选概率的更新公式，本实施例通过对辅助节点进行定期更新，且每次更新后以竞选概率最大的候选节点作为辅助节点，有利于均衡簇内候选节点的能量消耗，从而延长无线传感器网络的生命周期。

在一个实施例中，簇首定期对候选节点列表中的各候选节点进行过滤操作，包括：

(1)判断各候选节点充当辅助节点的次数是否达到预设次数阈值，对次数达到预设次数阈值的候选节点从候选节点列表中删除；

(2)判断各候选节点的当前剩余能量是否满足下列条件，对满足下列条件的候选节点从候选节点列表中删除：

式中，P_j为候选节点j的当前剩余能量，P_u为候选节点列表中第u个候选节点的当前剩余能量，B为候选节点列表具有的候选节点数目。

本实施例中簇首定期对候选节点列表中的各候选节点进行检测，对不符合设定条件的候选节点进行删除，能够有效节省辅助节点的更新轮换时间，提高辅助节点的筛选效率，进而节省智能家居通风调节系统在数据采集方面的能量成本。

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.智能家居通风调节系统，其特征是，包括：

开启度可调节的电动外窗，其设置于建筑物的外立面；

通风监测装置，被配置为采集实时环境参数，所述实时环境参数包括所监测位置的自然风的风速及风向信号；

通风调节装置，与通风监测装置通信连接，被配置为对通风监测装置采集的风速及风向信号进行分析处理，并根据分析处理结果产生控制信号输出到电动外窗的控制端，以控制电动外窗的开启度，进而使进入室内的自然通风风量可受调节与控制。

2.根据权利要求1所述的智能家居通风调节系统，其特征是，所述的实时环境参数还包括室外温度信号、湿度信号、太阳辐射强度信号。

3.根据权利要求1所述的智能家居通风调节系统，其特征是，还包括与通风监测装置连接的显示设备，所述显示设备被配置为显示通风监测装置采集的各种实时环境参数。

4.根据权利要求1-3任一项所述的智能家居通风调节系统，其特征是，所述通风调节装置包括存储模块、分析控制模块；所述的存储模块存储有自然风风向、风速与各个电动外窗的开启度的数量关系数据；所述分析控制模块根据所述数量关系数据对所述通风监测装置采集的风速及风向信号进行分析处理，得到相应的电动外窗的开启度，并生成相应的控制信号。

5.根据权利要求1所述的智能家居通风调节系统，其特征是，所述的通风监测装置包括汇聚节点和多个用于采集所述实时环境参数的传感器节点，多个传感器节点被分为至少一个簇，每个簇选取一个簇首，簇首收集簇内传感器节点采集的实时环境参数后，将收集的实时环境参数发送至汇聚节点，进而由汇聚节点将实时环境参数发送至通风调节装置；簇首选择簇内的一个传感器节点作为辅助节点；在数据传输阶段，簇内的其余传感器节点根据距离最近原则选择所述辅助节点或者簇首作为发送实时环境参数的目的节点；当所述辅助节点接收到的实时环境参数量达到其最大缓存时，辅助节点将接收的实时环境参数转发至簇首。

6.根据权利要求5所述的智能家居通风调节系统，其特征是，簇首选择簇内的一个传感器节点作为辅助节点，包括：

(1)簇首获取簇内各传感器节点的节点度，并根据各节点度确定节点度中值，其中传感器节点的节点度为位于该传感器节点通信范围内的邻居节点数目；簇首选择节点度大于所述节点度中值的簇内传感器节点作为候选节点，构建候选节点列表；

(2)簇首向各候选节点发送节点竞选消息，并记录各候选节点响应于该节点竞选消息的反馈时间；

(3)设任意候选节点j到簇首i的链路为D_ji，簇首按照下列公式进一步确定受到各链路D_ji干扰的传感器节点集合E(D_ji)，j＝1,…,n_i，n_i为簇首i的候选节点列表具有的候选节点数目：

式中，Q_j为候选节点j的传输功率，α_jv为候选节点j到传感器节点v的功率损耗，Q_v为传感器节点v的噪音功率，L_min为预设的信噪比阈值；

(4)簇首按照下列公式计算各候选节点的竞选概率，将得到的竞选概率信息存入候选节点列表，并将竞选概率最大的候选节点作为初始的辅助节点：

式中，Q_ij为簇首i的候选节点j的竞选概率，z_ij为候选节点j响应于簇首i的节点竞选消息的反馈时间，为所有候选节点响应于簇首i的节点竞选消息的反馈时间的平均值，为所述集合E(D_ji)具有的传感器节点数目；D_xi为簇首i的候选节点列表中第x个候选节点到簇首的链路，E(D_xi)为受到链路D_xi干扰的传感器节点集合，为所述集合E(D_xi)具有的传感器节点数目；f₁、f₂为设定的权重系数。