CN109240391B - 一种实时智能控制温湿度的智能家居 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种实时智能控制温湿度的智能家居，包括数据采集子系统、调温装置、除湿装置、温湿度调控终端，数据采集子系统、调温装置、除湿装置皆与温湿度调控终端连接；所述数据采集子系统被配置为对室内温湿度进行实时监测，采集室内温湿度数据并发送至温湿度调控终端；温湿度调控终端被配置为对接收的室内温湿度数据进行分析处理，生成相应的控制指令，并根据控制指令控制调温装置和除湿装置的运行；所述数据采集子系统包括部署于监测区域内的单个汇聚节点、多个传感器节点，传感器节点采集室内温湿度数据并将室内温湿度数据发送至汇聚节点，进而由汇聚节点将室内温湿度数据发送至温湿度调控终端。

Description

一种实时智能控制温湿度的智能家居

技术领域

本发明涉及智能家居领域，具体涉及一种实时智能控制温湿度的智能家居。

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，不能及时进行温度和湿度调节。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种实时智能控制温湿度的智能家居。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了一种实时智能控制温湿度的智能家居，包括数据采集子系统、调温装置、除湿装置、温湿度调控终端，其中数据采集子系统、调温装置、除湿装置皆与温湿度调控终端连接；所述数据采集子系统被配置为对室内温湿度进行实时监测，采集室内温湿度数据并发送至温湿度调控终端；所述的温湿度调控终端被配置为对接收的室内温湿度数据进行分析处理，生成相应的控制指令，并根据控制指令控制调温装置和除湿装置的运行；所述数据采集子系统包括部署于监测区域内的单个汇聚节点、多个传感器节点，传感器节点采集室内温湿度数据并将室内温湿度数据发送至汇聚节点，进而由汇聚节点将室内温湿度数据发送至温湿度调控终端。

在一种能够实现的方式中，所述的温湿度调控终端包括处理模块、调温控制模块、除湿控制模块，其中调温控制模块、除湿控制模块的输入端皆与处理模块连接，调温控制模块的输出端与调温装置连接，除湿控制模块的输出端与除湿装置连接。

本发明的有益效果为：利用无线传感器网络技术进行室内温湿度数据采集，避免了布线的麻烦，智能快捷；通过对采集到的室内温湿度数据进行分析处理，根据室内温湿度数据控制调温装置和除湿装置的运行，实现家居温度和湿度的实时调节，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是本发明一个示例性实施例的一种实时智能控制温湿度的智能家居结构示意框图；

图2是本发明一个示例性实施例的温湿度调控终端的结构示意框图。

附图标记：

数据采集子系统1、调温装置2、除湿装置3、温湿度调控终端4、处理模块10、调温控制模块20、除湿控制模块30。

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是本发明一个实施例的一种实时智能控制温湿度的智能家居结构示意框图。参见图1，本实施例提供的一种实时智能控制温湿度的智能家居包括数据采集子系统1、调温装置2、除湿装置3、温湿度调控终端4，其中数据采集子系统1、调温装置2、除湿装置3皆与温湿度调控终端4连接。

其中，数据采集子系统1被配置为对室内温湿度进行实时监测，采集室内温湿度数据并发送至温湿度调控终端4。

所述数据采集子系统1包括部署于监测区域内的单个汇聚节点、多个传感器节点，传感器节点采集室内温湿度数据并将室内温湿度数据发送至汇聚节点，进而由汇聚节点将室内温湿度数据发送至温湿度调控终端4。

本实施例利用无线传感器网络技术进行室内温湿度数据采集，避免了布线，实施简单。

其中，传感器节点包括采集单元、分析处理单元以及通信单元；采集单元由传感器与模数转换器完成，分析处理单元由微处理器与存储器完成，通信单元由无线收发器完成。其中，传感器为温度传感器和/或湿度传感器。

温湿度调控终端4被配置为对接收的室内温湿度数据进行分析处理，生成相应的控制指令，并根据控制指令控制调温装置2和除湿装置3的运行。

在一种能够实施的方式中，如图2所示，温湿度调控终端4包括处理模块10、调温控制模块20、除湿控制模块30，其中调温控制模块20、除湿控制模块30的输入端皆与处理模块10连接，调温控制模块20的输出端与调温装置2连接，除湿控制模块30的输出端与除湿装置3连接。

处理模块10对接收的室内温湿度数据进行分析处理，将接收的室内温湿度数据与预设的指标进行比较，根据比较的结果生成控制指令，并将控制指令发送至调温控制模块20、除湿控制模块30，进而由调温控制模块20、除湿控制模块30控制调温装置2和除湿装置3的运行。

可选地，根据比较的结果生成控制指令，例如，当数据采集子系统1采集的室内温度超过预设的数据阈值上限时，处理模块10向调温控制模块20发送调低温度的控制指令，进而调温控制模块20根据控制指令控制调温装置2进行冷源提供，从而将室内温度控制在适宜的范围内。而当数据采集子系统1采集的室内温度低于预设的数据阈值下限时，处理模块10向调温控制模块20发送调高温度的控制指令，进而调温控制模块20根据控制指令控制调温装置2进行热源提供。

可选地，调温装置2连接地源热泵，地源热泵提供热源及冷源，调温控制模块20可根据控制指令控制调温装置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。在另一个可选的方式中，调温装置2为空调，调温控制模块20可根据控制指令控制调温装置2输送冷源或热源。

同样地，除湿控制模块30通过控制除湿装置3的启闭来实现除湿或者不除湿。

本发明上述实施例利用无线传感器网络技术进行室内温湿度数据采集，避免了布线的麻烦，智能快捷；通过对采集到的室内温湿度数据进行分析处理，根据室内温湿度数据控制调温装置和除湿装置的运行，实现家居温度和湿度的调节，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，部署完传感器节点后，将所述监测区域划分成多个虚拟方形网格，从每个虚拟方形网格中选取一个距离虚拟方形网格的中心最近的传感器节点作为簇头节点；网络初始化时，每个传感器节点选取距离最近的簇头节点加入簇，完成分簇；在室内温湿度数据传输阶段，每个簇头节点收集其簇内各传感器节点采集的室内温湿度数据，并将室内温湿度数据发送至汇聚节点；传感器节点之间通过信息交互，获取同一簇内的邻居节点信息，并构建同簇邻居节点集，其中所述邻居节点位于传感器节点的通信范围内；在室内温湿度数据传输阶段，传感器节点满足直接发送条件时，传感器节点直接将采集的室内温湿度数据发送至对应簇头节点，否则，传感器节点在其同簇邻居节点集中选取距离最近的邻居节点作为下一跳节点，将所述采集的室内温湿度数据发送至下一跳节点，其中所述直接发送条件为：

式中，G_i为传感器节点i的当前剩余能量，G_min为预设的能量下限，G_i0为传感器节点i的初始能量，L_imak为传感器节点i所能调节的最大通信距离，S(i,CH_i)为传感器节点i到其对应簇头节点CH_i的距离，q为预设的基于能量的衰减因子，q的取值范围为[0.8,0.9]。

本实施例基于传感器节点的能量设定了直接发送条件，创新性地为传感器节点到对应簇头节点的路由方式选择提供了较好的衡量标准，即当传感器节点满足直接发送条件时，传感器节点直接将采集的室内温湿度数据发送至对应簇头节点，否则，传感器节点在其同簇邻居节点集中选取距离最近的邻居节点作为下一跳节点。传感器节点基于直接发送条件选择合适的路由方式，有利于提高节点间路由的灵活性，减少传感器节点发送室内温湿度数据的能量消耗，延长传感器节点的工作时间。

在一个实施例中，簇头节点与汇聚节点之间的距离未超过设定的距离下限时，簇头节点直接将所收集的室内温湿度数据发送至汇聚节点；簇头节点与汇聚节点之间的距离超过设定的距离下限时，簇头节点将所收集的室内温湿度数据间接发送至汇聚节点；

其中，所述间接发送至汇聚节点，包括：

(1)簇头节点获取通信范围内的其他簇头节点信息，将所述其他簇头节点作为备选节点，构建备选节点集；

(2)簇头节点按照设定的周期周期性地与备选节点进行信息交互，获取备选节点的能量和室内温湿度数据缓存信息，并根据备选节点的能量和室内温湿度数据缓存信息计算备选节点集中各备选节点的优先权值，进而选择优先权值最大的备选节点作为下一跳节点，将所收集的室内温湿度数据发送至该下一跳节点，所述优先权值的计算公式为：

式中，D_IJ表示簇头节点I的第J个备选节点的优先权值，G_IJ为所述第J个备选节点的当前剩余能量，V_IJ为所述第J个备选节点的缓存列表中的室内温湿度数据包数量，G_T为预设的转发一个室内温湿度数据包的能耗，G_min为预设的能量下限，Z(G_IJ-V_IJ×G_T-G_min)为判断函数，当G_IJ-V_IJ×G_T-G_min≥0时，Z(G_IJ-V_IJ×G_T-G_min)＝1，当G_IJ-V_IJ×G_T-G_min<0时，Z(G_IJ-V_IJ×G_T-G_min)＝0；S(I,o)为簇头节点I到汇聚节点的距离，S(J,o)为所述第J个备选节点到汇聚节点的距离，A_IJ为所述第J个备选节点充当簇头节点I的下一跳节点的次数，w为预设的衰减系数，w的取值范围为[0.95,0.98]，p₁、p₂为设定的权重系数，且满足p₁>p₂，p₁+p₂＝1。

本实施例设定了优先权值的指标，根据该优先权值的计算公式可知，当前剩余能量越大的、位置优势更好的、充当下一跳节点次数较少的备选节点具有更大的优先权值。

本实施例中，簇头节点在备选节点集中选取优先权值最大的备选节点作为下一跳节点，有利于保障室内温湿度数据的转发，节省室内温湿度数据转发的能量消耗，平衡各簇头节点的能耗，进一步有利于延长无线传感器网络的寿命。

在一个实施例中，传感器节点每隔一个时间段Δt获取其下一跳节点的能量和室内温湿度数据缓存信息，并根据获取的所述能量和室内温湿度数据缓存信息，判断其下一跳节点是否满足中继条件，若不满足，传感器节点在其同簇邻居节点集中，重新选择一个除该下一跳节点外距离最近的邻居节点作为新的下一跳节点，所述中继条件为：

式中，G_ik为传感器节点i的下一跳节点k的当前剩余能量，G_min为预设的能量下限，，G_ik0为所述下一跳节点k的初始能量，V_i为传感器节点i当前所采集的室内温湿度数据包数量，V_ik为所述下一跳节点k的缓存列表中的室内温湿度数据包数量，G_T为预设的转发一个室内温湿度数据包的能耗，S(i,k)为传感器节点i到所述下一跳节点k的距离，V_T-k为所述下一跳节点k的缓存列表所能缓存的最大室内温湿度数据包数量，y_T为预设的在单位距离内发送一个室内温湿度数据包的时间，Y_T为预设的转发处理一个室内温湿度数据包的时间，b为预设的基于时间的影响因子，b的取值范围为[0.9,0.95]；

为判断取值函数，当

时，

当

时，

传感器节点的能量和缓存队列都是有限的，本实施例基于下一跳节点的能量和室内温湿度数据缓存两个因素，创新性地设定中继条件，其中传感器节点每隔一个时间段Δt判断其下一跳节点是否满足中继条件，若不满足，传感器节点在其同簇邻居节点集中，重新选择一个除该下一跳节点外距离最近的邻居节点作为新的下一跳节点。本实施例使得在下一跳节点不满足能量和室内温湿度数据缓存带宽的需求时，其上一跳的传感器节点能够选择其他邻居节点作为下一跳，实现了下一跳节点的更新，进而使得传感器节点的下一跳始终能够有足够的能量执行室内温湿度数据转发的任务，有效降低传感器节点拥塞的概率，为室内温湿度数据从传感器节点传输到对应簇头节点提供更好的服务质量。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解应当理解，可以以硬件、软件、固件、中间件、代码或其任何恰当组合来实现这里描述的实施例。对于硬件实现，处理器可以在一个或多个下列单元中实现：专用集成电路、数字信号处理器、数字信号处理装置、可编程逻辑器件、现场可编程门阵列、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用于实现这里所描述功能的其他电子单元或其组合。对于软件实现，实施例的部分或全部流程可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。实现时，可以将上述程序存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。计算机可读介质可以包括但不限于随机存取存储器、只读内存镜像、带电可擦可编程只读存储器或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储装置、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。

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 (5)

1.一种实时智能控制温湿度的智能家居，其特征是，包括数据采集子系统、调温装置、除湿装置、温湿度调控终端，其中数据采集子系统、调温装置、除湿装置皆与温湿度调控终端连接；所述数据采集子系统被配置为对室内温湿度进行实时监测，采集室内温湿度数据并发送至温湿度调控终端；所述的温湿度调控终端被配置为对接收的室内温湿度数据进行分析处理，生成相应的控制指令，并根据控制指令控制调温装置和除湿装置的运行；所述数据采集子系统包括部署于监测区域内的单个汇聚节点、多个传感器节点，传感器节点采集室内温湿度数据并将室内温湿度数据发送至汇聚节点，进而由汇聚节点将室内温湿度数据发送至温湿度调控终端；部署完传感器节点后，将所述监测区域划分成多个虚拟方形网格，从每个虚拟方形网格中选取一个距离虚拟方形网格的中心最近的传感器节点作为簇头节点；网络初始化时，每个传感器节点选取距离最近的簇头节点加入簇，完成分簇；在室内温湿度数据传输阶段，每个簇头节点收集其簇内各传感器节点采集的室内温湿度数据，并将室内温湿度数据发送至汇聚节点；传感器节点之间通过信息交互，获取同一簇内的邻居节点信息，并构建同簇邻居节点集，其中所述邻居节点位于传感器节点的通信范围内；在室内温湿度数据传输阶段，传感器节点满足直接发送条件时，传感器节点直接将采集的室内温湿度数据发送至对应簇头节点，否则，传感器节点在其同簇邻居节点集中选取距离最近的邻居节点作为下一跳节点，将所述采集的室内温湿度数据发送至下一跳节点，其中所述直接发送条件为：

式中，G_i为传感器节点i的当前剩余能量，G_min为预设的能量下限，G_i0为传感器节点i的初始能量，L_imak为传感器节点i所能调节的最大通信距离，S(i,CH_i)为传感器节点i到其对应簇头节点CH_i的距离，q为预设的基于能量的衰减因子，q的取值范围为[0.8,0.9]。

2.根据权利要求1所述的一种实时智能控制温湿度的智能家居，其特征是，簇头节点与汇聚节点之间的距离未超过设定的距离下限时，簇头节点直接将所收集的室内温湿度数据发送至汇聚节点；簇头节点与汇聚节点之间的距离超过设定的距离下限时，簇头节点将所收集的室内温湿度数据间接发送至汇聚节点。

3.根据权利要求2所述的一种实时智能控制温湿度的智能家居，其特征是，所述间接发送至汇聚节点，包括：

(1)簇头节点获取通信范围内的其他簇头节点信息，将所述其他簇头节点作为备选节点，构建备选节点集；

(2)簇头节点按照设定的周期周期性地与备选节点进行信息交互，获取备选节点的能量和室内温湿度数据缓存信息，并根据备选节点的能量和室内温湿度数据缓存信息计算备选节点集中各备选节点的优先权值，进而选择优先权值最大的备选节点作为下一跳节点，将所收集的室内温湿度数据发送至该下一跳节点，所述优先权值的计算公式为：

式中，D_IJ表示簇头节点I的第J个备选节点的优先权值，G_IJ为所述第J个备选节点的当前剩余能量，V_IJ为所述第J个备选节点的缓存列表中的室内温湿度数据包数量，G_T为预设的转发一个室内温湿度数据包的能耗，G_min为预设的能量下限，Z(G_IJ-V_IJ×G_T-G_min)为判断函数，当G_IJ-V_IJ×G_T-G_min≥0时，Z(G_IJ-V_IJ×G_T-G_min)＝1，当G_IJ-V_IJ×G_T-G_min<0时，Z(G_IJ-V_IJ×G_T-G_min)＝0；S(I,o)为簇头节点I到汇聚节点的距离，S(J,o)为所述第J个备选节点到汇聚节点的距离，A_IJ为所述第J个备选节点充当簇头节点I的下一跳节点的次数，w为预设的衰减系数，w的取值范围为[0.95,0.98]，p₁、p₂为设定的权重系数，且满足p₁>p₂，p₁+p₂＝1。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种实时智能控制温湿度的智能家居，其特征是，所述的温湿度调控终端包括处理模块、调温控制模块、除湿控制模块，其中调温控制模块、除湿控制模块的输入端皆与处理模块连接，调温控制模块的输出端与调温装置连接，除湿控制模块的输出端与除湿装置连接。

5.根据权利要求1-3任一项所述的一种实时智能控制温湿度的智能家居，其特征是，传感器节点包括采集单元、分析处理单元以及通信单元；采集单元由传感器与模数转换器完成，分析处理单元由微处理器与存储器完成，通信单元由无线收发器完成。

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