CN109407735A - 一种实时调控环境的智能家居 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种实时调控环境的智能家居，包括传感器子系统、调温装置、除湿装置、环境调控终端，传感器子系统、调温装置、除湿装置皆与环境调控终端连接；所述传感器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环境调控终端；环境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；所述传感器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环境调控终端。

Description

一种实时调控环境的智能家居

技术领域

本发明涉及智能家居领域，具体涉及一种实时调控环境的智能家居。

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调控环境的智能家居。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了一种实时调控环境的智能家居，包括传感器子系统、调温装置、除湿装置、环境调控终端，其中传感器子系统、调温装置、除湿装置皆与环境调控终端连接；所述传感器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环境调控终端；所述的环境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；所述传感器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环境调控终端；初始时传感器节点将自己的发送距离调至最大，若传感器节点到汇聚节点的距离未超过传感器节点的当前发送距离，传感器节点直接将采集的室内温湿度数据发送至汇聚节点，否则，传感器节点将采集的室内温湿度数据发送至下一跳节点，以通过多跳转发的形式将室内温湿度数据发送至汇聚节点。

在一种能够实现的方式中，所述的环境调控终端包括处理单元、调温控制单元、除湿控制单元，其中调温控制单元、除湿控制单元的输入端皆与处理单元连接，调温控制单元的输出端与调温装置连接，除湿控制单元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调控环境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环境调控终端的结构示意框图。

附图标记：

传感器子系统1、调温装置2、除湿装置3、环境调控终端4、处理单元10、调温控制单元20、除湿控制单元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调控环境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调控环境的智能家居包括传感器子系统1、调温装置2、除湿装置3、环境调控终端4，其中传感器子系统1、调温装置2、除湿装置3皆与环境调控终端4连接。

其中，传感器子系统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环境调控终端4。

所述传感器子系统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环境调控终端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。

环境调控终端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，环境调控终端4包括处理单元10、调温控制单元20、除湿控制单元30，其中调温控制单元20、除湿控制单元30的输入端皆与处理单元10连接，调温控制单元20的输出端与调温装置2连接，除湿控制单元30的输出端与除湿装置3连接。

处理单元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单元20、除湿控制单元30，进而由调温控制单元20、除湿控制单元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，当传感器子系统1采集的室内温度超过预设的数据阈值上限时，处理单元10向调温控制单元20发送调低温度的控制指令，进而调温控制单元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。而当传感器子系统1采集的室内温度低于预设的数据阈值下限时，处理单元10向调温控制单元20发送调高温度的控制指令，进而调温控制单元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，调温控制单元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，调温控制单元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，除湿控制单元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，初始时传感器节点将自己的发送距离调至最大，若传感器节点到汇聚节点的距离未超过传感器节点的当前发送距离，传感器节点直接将采集的室内温湿度数据发送至汇聚节点，否则，传感器节点将采集的室内温湿度数据发送至下一跳节点，以通过多跳转发的形式将室内温湿度数据发送至汇聚节点；设邻居节点为位于传感器节点通信范围内的其他传感器节点，网络初始时，传感器节点通过信息交互获取邻居节点信息，构建邻居节点集，并从其邻居节点集中选择相对于其距离汇聚节点更近的一跳邻居节点作为候选节点，为每个候选节点分配优先等级，从而将候选节点分为一级候选节点、二级候选节点；传感器节点选择下一跳节点时，先向一级候选节点发送请求消息并启动计时器，在计时结束后若收到一级候选节点的反馈信息，则选择最先接到的反馈信息所对应的一级候选节点作为下一跳节点；在计时结束后若未收到一级候选节点的反馈信息，传感器节点则向二级候选节点发送请求消息并启动计时器，在计时结束后若收到二级候选节点的反馈信息，则选择最先接到的反馈信息所对应的二级候选节点作为下一跳节点，在计时结束后若未收到二级候选节点的反馈信息，传感器节点选择距离最近的候选节点作为下一跳节点。

本实施例中传感器节点将相对于其距离汇聚节点更近的一跳邻居节点作为候选节点，构建作为下一跳节点候选的候选节点集，限制了传感器节点至汇聚节点的路由路径的长度和方向，保障了室内温湿度数据的单向传输。

其中，为每个候选节点分配优先等级，包括：

(1)计算各候选节点的权值：

式中，M_ij为传感器节点i的候选节点j的权值，L(i,j)为传感器节点i与该候选节点j的距离，L(i,d)为传感器节点i与其第d个候选节点的距离，L(j,e)为该候选节点j与汇聚节点的距离，L(d,e)为所述第d个候选节点与汇聚节点的距离，n_i为传感器节点i的候选节点数量，r_i为传感器节点i的邻居节点数量，r_j为所述候选节点j的邻居节点数量，r_i∩r_j为传感器节点i与候选节点j所拥有的共同邻居节点的数量，w₁、w₂为预设的影响因子，满足w₁+w₂＝1；a₁、a₂为预设的权重系数，满足a₁+a₂＝1；

(2)若将候选节点j归为一级候选节点，若将候选节点j归为二级候选节点，其中M_id为传感器节点i的第d个候选节点的权值。

本实施例创新性地设定了优先等级的指标，其中根据候选节点的位置以及其与传感器节点的关联性提出了衡量优先等级的权值的计算公式。传感器节点根据权值为每个候选节点分配优先等级，从而将候选节点分为一级候选节点、二级候选节点，通过对候选节点进行等级划分，有利于提高下一跳节点的选择效率，传感器节点先从一级候选节点中选择下一跳节点，有利于尽可能选择关联性较少的候选节点，以及缩短传感器节点至汇聚节点的路由路径长度，从而减少室内温湿度数据传输的能耗，进一步延长无线传感器网络的寿命。

在一个实施例中，所述请求消息包括传感器节点的能量和带宽信息，候选节点接收到所述请求消息后，判断自身是否满足下列转发条件，若满足，候选节点向该传感器节点发送反馈消息：

式中，K_j为候选节点j的缓存列表中的室内温湿度数据包数量，B_T为预设的转发一个室内温湿度数据包的能耗，B_j为候选节点j的当前剩余能量，B_j0为候选节点j的初始能量，B_min为预设的能量下限，X_T为预设的为一个室内温湿度数据包服务所消耗的带宽，X_j为候选节点j的当前剩余带宽，X_j0为候选节点j的初始带宽，B_i为传感器节点i的当前剩余能量，B_i0为传感器节点i的初始能量，X_i为传感器节点i的前剩余带宽，X_i0为传感器节点i的初始带宽，q₁、q₂为预设的权重因子，满足q₁+q₂＝1，δ为预设的容忍系数，δ的取值范围为[0.4,0.6]。

本实施例基于候选节点与传感器节点的剩余资源的博弈创新性地设定了转发条件，候选节点接收到所述请求消息后，根据自身是否满足该转发条件来确定是否向该传感器节点发送反馈消息。本实施例使得有较为足够的资源执行室内温湿度数据转发任务的候选节点才有机会被选为下一跳节点，这有利于提高室内温湿度数据传输的可靠性，同时有益于均衡网络中各候选节点的资源。通过由候选节点自行判断是否去竞争下一跳节点，相对于由传感器节点统一判断候选节点是否满足转发条件的方式，平衡了计算开销，进一步均衡了网络各传感器节点的能耗。

在一个实施例中，传感器节点按照下列公式定期更新自己的发送距离：

式中，S_i(e)为传感器节点i在第e个周期更新的发送距离，S_i(e-1)为传感器节点i在第e-1个周期更新的发送距离，B_i为传感器节点i的当前剩余能量，B_i0为传感器节点i的初始能量，B_min为预设的能量下限，为取整函数，表示对取整，ρ为预设的基于能量的衰减系数，ρ的取值范围为[0.4,0.6]。

本实施例基于传感器节点的能量设定了发送距离的计算公式，创新性地为传感器节点发送室内温湿度数据的路由方式选择给出了较好的衡量标准，即传感器节点到汇聚节点的距离未超过传感器节点的当前发送距离，传感器节点直接将采集的室内温湿度数据发送至汇聚节点，否则，传感器节点将采集的室内温湿度数据发送至下一跳节点，以通过多跳转发的形式将室内温湿度数据发送至汇聚节点。传感器节点基于发送距离选择合适的路由方式，有利于减少传感器节点发送室内温湿度数据的能量消耗，避免传感器节点因能量快速消耗而失效，保障无线传感器网络中路由的稳定性。

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、数字信号处理设备、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设备、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)

1.一种实时调控环境的智能家居，其特征是，包括传感器子系统、调温装置、除湿装置、环境调控终端，其中传感器子系统、调温装置、除湿装置皆与环境调控终端连接；所述传感器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环境调控终端；所述的环境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；所述传感器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环境调控终端；初始时传感器节点将自己的发送距离调至最大，若传感器节点到汇聚节点的距离未超过传感器节点的当前发送距离，传感器节点直接将采集的室内温湿度数据发送至汇聚节点，否则，传感器节点将采集的室内温湿度数据发送至下一跳节点，以通过多跳转发的形式将室内温湿度数据发送至汇聚节点。

2.根据权利要求1所述的一种实时调控环境的智能家居，其特征是，设邻居节点为位于传感器节点通信范围内的其他传感器节点，网络初始时，传感器节点通过信息交互获取邻居节点信息，构建邻居节点集，并从其邻居节点集中选择相对于其距离汇聚节点更近的一跳邻居节点作为候选节点，为每个候选节点分配优先等级，从而将候选节点分为一级候选节点、二级候选节点；传感器节点选择下一跳节点时，先向一级候选节点发送请求消息并启动计时器，在计时结束后若收到一级候选节点的反馈信息，则选择最先接到的反馈信息所对应的一级候选节点作为下一跳节点；在计时结束后若未收到一级候选节点的反馈信息，传感器节点则向二级候选节点发送请求消息并启动计时器，在计时结束后若收到二级候选节点的反馈信息，则选择最先接到的反馈信息所对应的二级候选节点作为下一跳节点，在计时结束后若未收到二级候选节点的反馈信息，传感器节点选择距离最近的候选节点作为下一跳节点。

3.根据权利要求2所述的一种实时调控环境的智能家居，其特征是，为每个候选节点分配优先等级，包括：

(1)计算各候选节点的权值：

式中，M_ij为传感器节点i的候选节点j的权值，L(i,j)为传感器节点i与该候选节点j的距离，L(i,d)为传感器节点i与其第d个候选节点的距离，L(j,e)为该候选节点j与汇聚节点的距离，L(d,e)为所述第d个候选节点与汇聚节点的距离，n_i为传感器节点i的候选节点数量，r_i为传感器节点i的邻居节点数量，r_j为所述候选节点j的邻居节点数量，r_i∩r_j为传感器节点i与候选节点j所拥有的共同邻居节点的数量，w₁、w₂为预设的影响因子，满足w₁+w₂＝1；a₁、a₂为预设的权重系数，满足a₁+a₂＝1；

(2)若将候选节点j归为一级候选节点，若将候选节点j归为二级候选节点，其中M_id为传感器节点i的第d个候选节点的权值。

4.根据权利要求2所述的一种实时调控环境的智能家居，其特征是，所述的环境调控终端包括处理单元、调温控制单元、除湿控制单元，其中调温控制单元、除湿控制单元的输入端皆与处理单元连接，调温控制单元的输出端与调温装置连接，除湿控制单元的输出端与除湿装置连接。

5.根据权利要求2-4任一项所述的一种实时调控环境的智能家居，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。