CN109756369A - 基于多种室内空气环境设备的智能网关系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及室内空气环境智能化管理技术领域，具体涉及一种基于多种室内空气环境设备的智能网关系统及其控制方法。该系统包括：多种室内空气环境设备、至少一个智能网关、云端服务器。该系统中，一个智能网关集成多种通信接口，云端服务器可以与多个智能网关实现连接，同时兼容与室内空气环境设备的有线/无线连接、与云端服务器的有线/无线连接，满足多种室内空气环境设备的通信要求，解决了工程场景施工复杂的问题同时实现多种室内空气环境设备互联互通，智能化管理和控制。

Description

基于多种室内空气环境设备的智能网关系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及室内空气环境智能化管理技术领域，具体涉及一种基于多种室内空气环境设备的智能网关系统及其控制方法。

背景技术

近几年，室内空气环境设备的市场需求保持着稳定的增长。随着物联网的快速发展，室内空气环境行业自动化也被越来越多的人关注。室内空气环境行业涵盖了太阳能、空调、新风、管材管件等，传统室内空气环境设备各自运作，可靠性好，但缺乏各类设备的联动功能。市面常见方案是有线485通信集控，在本地实现信息查看或控制，由于各个厂家所做的室内空气环境设备通信协议不统一且设备多样化，传统的方案无法做到互联互通集成多种室内空气环境设备智能化管理，在各类室内空气环境设备的统一管理上非常不便；另外用户对能耗管理也提出了新的要求，在传统能耗管理问题上，都是以人的操作为中心，这就带来了疏漏、不精确、不可靠的情况。现有方案多数使用有线485通信方案，其具有可靠、易用、距离较远，有的也采用了无线技术，如加入wifi、zigbee、蓝牙等无线方案，在无线控制上，有的工程场景并不适合无线，如穿透、遮挡物、信号反射与淹没、可靠通信等问题。整体来看，解决方案都比较单一，只采用有线或无线技术来做控制，虽然在成本上取得了优势，但给施工工程带来麻烦。

鉴于此，克服以上现有技术中的缺陷，提供一种新的基于多种室内空气环境设备的智能网关系统及其控制方法成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于多种室内空气环境设备的智能网关系统及其控制方法。

本发明的目的可通过以下的技术措施来实现：

本发明提供了一种基于多种室内空气环境设备的智能网关系统，该系统包括：多种室内空气环境设备、至少一个智能网关和云端服务器；

所述智能网关包括：主控单元，分别与所述主控单元连接的多个第一通信接口和多个第二通信接口，所述第一通信接口设有ZIGBEE通讯模组、LORA通讯模组、RS232通讯模组、RS485通讯模组以及CAN通讯模组中的一种，所述第二通信接口设有WIFI通讯模组、4G通讯模组和以太网通讯模组中的一种；

所述室内空气环境设备通过所述第一通信接口与所述智能网关建立联系，所述室内空气环境设备包括：空气质量检测设备、空气净化设备、空调设备、新风设备和多联机设备；

所述云端服务器通过所述第二通信接口与所述智能网关建立联系；

所述智能网关采集、更新、存储所述室内空气环境设备的数据信息并将所述数据信息定时上报给所述云端服务器，所述云端服务器存储、处理所述数据信息，根据处理结果制定调控策略并实时反馈给所述智能网关，所述智能网关执行所述调控策略，对所述室内空气环境设备的运行状态进行控制。

进一步地，所述第一通信接口和所述第二通信接口还包括扩展接口。

进一步地，所述智能网关还包括：分别与所述主控单元连接的存储单元和时钟管理单元，所述存储单元用于记录、存储所述数据信息和所述调控策略；所述时钟管理单元用于自动识别并同步更新当前智能网关的时间信息，执行定时任务。

进一步地，所述定时任务包括：周循环任务、特定日任务和例外日屏蔽任务。

进一步地，所述智能网关为每个室内空气环境设备配置独立的唯一的ID信息，所述ID信息包括通讯地址和设备类型，所述智能网关根据所述ID信息识别对应的室内空气环境设备。

进一步地，所述云端服务器与人工智能/大数据分析接口连接。

本发明还提供了一种基于多种室内空气环境设备的智能网关系统控制方法，应用于上述智能网关系统，该控制方法包括：

所述智能网关配置并识别多个室内空气环境设备的ID信息，所述ID信息包括通讯地址和设备类型；

所述智能网关根据识别结果执行独立数据接收任务，采集、更新及存储对应室内空气环境设备的数据信息；

所述智能网关定时组织、上报所述数据信息；

所述云端服务器接收、存储及处理所述数据信息并根据处理结果制定调控策略；

所述智能网关接收并执行所述调控策略，对所述室内空气环境设备的运行状态进行控制。

进一步地，该控制方法还包括：

分别建立智能网关与室内空气环境设备、智能网关与云端服务器之间的联系；

所述智能网关自动获取最新时间数据，根据最新时间数据同步更新当前智能网关的时间。

进一步地，“所述智能网关根据识别结果执行独立数据接收任务，采集对应室内空气环境设备的数据信息”的步骤包括：

初始化所述第一通信接口和所述第二通信接口，根据初始化结果配置接收回调函数；

设定接收消息挂起，等待数据到来；

执行接收回调函数，采集对应室内空气环境设备的数据信息。

进一步地，所述调控策略包括生成定时任务指令，所述定时任务包括：周循环任务、特定日任务和例外日屏蔽任务。

进一步地，“所述智能网关接收并执行所述调控策略”的步骤包括：

接收定时任务指令、标记启动任务日期、设定执行任务时间、执行定时任务。

本发明的智能网关系统及其控制方法，集成多种通信接口，同时兼容与室内空气环境设备的有线/无线连接、与云端服务器的有线/无线连接，满足多种室内空气环境设备的通信要求，解决了工程场景施工复杂的问题同时实现多种室内空气环境设备互联互通，智能化管理和控制。

附图说明

图1是本发明的智能网关系统的架构图。

图2是本发明智能网关的一种实施例的主视图。

图3是本发明智能网关的一种实施例的侧视图。

图4是本发明的系统控制方法的第一种实施例的流程图。

图5是本发明的系统控制方法的第二种实施例的流程图。

图6是本发明的系统控制方法的第三种实施例的流程图。

图7是本发明的系统控制方法的第四种实施例的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。

本发明的实施例提供的一种基于多种室内空气环境设备的智能网关系统及其控制方法，集成多种通信接口，同时兼容与室内空气环境设备的有线/无线连接、与云端服务器的有线/无线连接，满足多种室内空气环境设备的通信要求，解决了工程场景施工复杂的问题同时实现多种室内空气环境设备互联互通，智能化管理和控制。

图1示出了一种基于多种室内空气环境设备的智能网关系统，请参见图1，该系统包括：多种室内空气环境设备10、至少一个智能网关20、云端服务器30。该系统中，一个智能网关集成多种通信接口，可以与多种室内空气环境设备10通信连接，云端服务器30可以与多个智能网关20实现连接，通过智能网关20对多种室内空气环境设备10进行集中管理和控制。

进一步地，请参见图2，智能网关20包括：主控单元(图中未示出)，分别与主控单元连接的多个第一通信接口(图中未示出)和多个第二通信接口(图中未示出)，第一通信接口设有ZIGBEE通讯模组、LORA通讯模组、RS232通讯模组、两个RS485通讯模组以及CAN通讯模组中的一种，多个第一通信接口与上述通讯模组自由组合，每一个第一通信接口可以根据实际情况选择接入其中一种通讯模组，第二通信接口设有WIFI通讯模组、4G通讯模组和以太网通讯模组中的一种；多个第二通信接口与上述通讯模组自由组合，每一个第二通信接口可以根据实际情况选择接入其中一种通讯模组。进一步地，第一通信接口和第二通信接口还包括扩展接口212，通过扩展接口212连接更多类型或数量的室内空气环境设备10，扩大该系统智能管理和控制室内空气环境设备10的范围。第一通信接口、第二通信接口和扩展接口212采用模块化设置，可直接插拔，安装便捷。

进一步地，智能网关20还包括与主控单元连接的用于给主控单元供电的供电单元(图中未示出)，供电单元包括第一供电模块和第二供电模块，第一供电模块与第二供电模块的供电电压不同，为交流220V和直流12V中的其中一种，具体地，在本实施例中，第一供电模块的供电电压为交流220V，第二供电模块的供电电压为直流12V，该智能网关20提供双电源，适用范围更广。

进一步地，智能网关20还包括：分别与主控单元连接的存储单元(图中未示出)和时钟管理单元(图中未示出)。存储单元用于记录、存储数据信息和调控策略；存储单元包括系统自带的内置存储单元和外置的SD卡存储单元，智能网关20将数据信息存储于存储单元中，方便查看历史数据信息，便于对室内空气环境设备10的监控和管理。时钟管理单元用于自动识别并同步更新当前智能网关20的时间信息，执行定时任务。

请参见图2和图3，该智能网关20包括具有容纳腔的壳体21、设于容纳腔内的主板(图中未示出)、设于壳体21相对两侧的第一通信接口和第二通信接口，主控单元、供电单元，存储单元、时钟管理单元均设于主板上。第一通信接口包括：用于发射ZIGBEE信号的ZIGBEE接口201，用于发射LORA信号的LORA接口202，连接RS232通讯模组的RS232接口203，连接第一RS485通讯模组的第一RS485接口204，连接第二RS485通讯模组的第二RS485接口205，连接CAN通讯模组的CAN接口206；第二通信接口包括：用于发射WIFI信号的WIFI接口207，用于发射4G信号的4G接口208和与以太网通讯模组连接的以太网接口209；壳体21上还设有用于连接第一供电模块的第一接口210、用于连接第二供电模块的第二接口211。其中，WIFI接口207、4G接口208、LORA接口202、ZIGBEE接口201和扩展接口212依次排列设于壳体21的同一侧并分别与WIFI天线柱2070、4G天线柱2080、LORA天线柱2020、ZIGBEE天线柱2010、扩展天线柱2120连接；第一接口210、第二接口211、CAN接口206、第一RS485接口204、第二RS485接口205、RS232接口203以及以太网接口209依次排列设于壳体21的另一侧。在壳体21的侧面还开设有与USB通信单元对应的USB接口213以及与SD卡存储单元对应的SD卡接口214。

进一步地，定时任务包括：周循环任务、特定日任务和例外日屏蔽任务。

具体地，智能网关20执行周循环任务时，标记周一到周五启动任务，并设定执行任务时间，如每周一到周五上班时间需要将全部室内空气环境设备10启动，下班时间需要将全部室内空气环境设备10关闭。

智能网关20执行特定日任务时，标记一个日期区间，并设定执行任务时间，日期区间可以是一天，如某一天例会时需要开启系统。

智能网关20例外日屏蔽任务时，标记一个日期区间，日期区间可以是一天，在日期区间内不会执行周循环任务和特定日任务，如节假日不需要开启系统。

定时任务为工程和用户提供了智能化管理策略，便于实时集中控制室内空气环境设备10的运行状态。

进一步地，智能网关20为每个室内空气环境设备10配置独立的唯一的ID信息，ID信息包括通讯地址和设备类型，智能网关20根据ID信息识别对应的室内空气环境设备10。

智能网关20配置唯一的ID信息时一共使用十六位数据编码描述，其中高八位数据编码描述通讯地址，低八位数据编码描述设备类型，通讯地址描述为1，2…，设备类型描述为1，2…。当设备类型相同时，通讯地址自动按序分配，例如，有两台相同类型的室内空气环境设备，第一台室内空气环境设备的ID信息为“通讯地址”+“设备类型”即“1”+“1”，第二台室内空气环境设备的ID信息为“通讯地址”+“设备类型”即“2”+“1”。当设备类型不相同时，对每一类型室内空气环境设备的通讯地址进行自动按序分配，例如：有一台A型室内空气环境设备和两台B型室内空气环境设备，A型室内空气环境设备的ID信息为“通讯地址”+“设备类型”即“1”+“1”，第一台B型室内空气环境设备的ID信息为“通讯地址”+“设备类型”即“1”+“2”，第二台B型室内空气环境设备的ID信息为“通讯地址”+“设备类型”即“2”+“2”，以此类推对不同数量的相同或不同类型的室内空气环境设备进行ID信息配置。由于设备类型不同，操作属性(如：风速、温度等)也不相同，智能网关20可以通过设备类型分析所要控制设备的属性，在进行控制时，只需在相应的ID信息后携带所要控制的属性。

请参见图1，室内空气环境设备10通过第一通信接口与智能网关20建立联系，室内空气环境设备10包括：空气质量检测设备101、空气净化设备102、空调设备103、新风设备104、多联机设备105以及扩展设备106；多种室内空气环境设备10可以根据实际情况选择需要接入的通讯模组。其中，ZIGBEE通讯模组、LORA通讯模组为无线通信，RS232通讯模组、RS485通讯模组为有线通信，当室内空气环境设备10距离较近而施工布线不便时，室内空气环境设备10与智能网关20之间的通信适合选用无线方案，ZIGBEE通讯模组适用于中短距离的无线通信，组网能力强，通信速度快；LORA通讯模组适用于中长距离的无线通信，可靠性较高，但通信速度慢。

云端服务器30通过第二通信接口与智能网关20建立联系，其中，以太网通信模块包括有线和无线两种通信模式，云端服务器30可以根据实际情况选择需要接入的通讯模组。

在本实施例中，智能网关20采集、更新、存储室内空气环境设备10的数据信息并将数据信息定时上报给云端服务器30，云端服务器30存储、处理数据信息，根据处理结果制定调控策略并实时反馈给智能网关20，智能网关20执行调控策略，对室内空气环境设备10的运行状态进行控制。

进一步地，数据信息包括：空气质量指标、能耗、设备功率、设备状态等；调控策略包括：空气质量调整策略、能耗调整策略、设备功率调整策略以及数据异常提醒策略等。

进一步地，请参见图1，云端服务器30与人工智能/大数据分析接口40连接，对多种室内空气环境设备10实现高级的智能化控制和管理。

本发明还提供了一种应用于上述智能网关系统的控制方法，请参见图4，该控制方法包括：

步骤S401：智能网关配置并识别多个室内空气环境设备的ID信息，ID信息包括通讯地址和设备类型；

步骤S402：智能网关根据识别结果执行独立数据接收任务，采集、更新、存储对应室内空气环境设备的数据信息；

进一步地，请参见图5，步骤S402包括以下步骤：

步骤S4021：初始化第一通信接口和第二通信接口，根据初始化结果配置接收回调函数；

具体地，包括以下步骤：

WIFI通讯模组的接收回调函数为处理通过路由器收发的网络通信数据；

4G通讯模组的接收回调函数为处理通过运营商基站发送的网络通信数据；

LORA通讯模组的接收回调函数为处理LORA无线数据；

ZIGBEE通讯模组的接收回调函数为处理ZIGBEE无线数据；

RS232通讯模组、RS485通讯模组以及CAN通讯模组的接收回调函数为处理物理接口数据。

步骤S4022：设定接收消息挂起，等待数据到来；

步骤S4023：执行接收回调函数，采集、更新、存储对应室内空气环境设备的数据信息。

步骤S403：智能网关定时组织、上报所述数据信息；

步骤S404：云端服务器接收、存储及处理数据信息并根据处理结果制定调控策略；

步骤S405：智能网关接收并执行所述调控策略，对室内空气环境设备的运行状态进行控制。

进一步地，调控策略包括生成定时任务指令，定时任务包括：周循环任务、特定日任务和例外日屏蔽任务，智能网关接收并执行定时任务指令的步骤包括：接收定时任务指令、标记启动任务日期、设定执行任务时间、执行定时任务。定时任务为工程和用户提供了智能化管理策略，便于实时集中控制室内空气环境设备的运行状态。

具体地，智能网关接收并执行周循环任务指令时，首先接收周循环任务指令，标记启动任务日期为周一到周五，设定执行任务时间为上班时间和下班时间，执行定时任务为上班时间需要将全部室内空气环境设备启动，下班时间需要将全部室内空气环境设备关闭。

智能网关接收并执行特定日任务时，首先接收特定日任务指令，标记启动任务日期为一天，设定执行任务时间为开例会时间，执行定时任务为开例会时间期间需要开启系统。

智能网关接收并执行例外日屏蔽任务时，首先接收例外日屏蔽任务指令，标记启动任务日期为一天，执行定时任务时，在该日期区间内不会执行周循环任务和特定日任务，如某些节假日不需要开启系统。

更进一步地，请参见图1，调控策略包括生成数据异常提醒指令，用户可通过微信端301、后台系统302和手机APP303实时查看云端服务器的调控策略，如需人工介入，可以通过上述平台对调控策略进行调整。

进一步地，请参见图6，在步骤S401之前，该控制方法还包括：

步骤S400：分别建立智能网关与室内空气环境设备、智能网关与云端服务器之间的联系；

步骤S400’：智能网关自动获取最新时间数据，根据最新时间数据同步更新当前智能网关的时间。

在一个优选的实施例中，请参见图7，首先进入步骤S701：智能网关分别与空气质量检测系统、净化系统、空调系统和新风系统建立联系，云端服务器与智能网关建立联系；进入步骤S702：智能网关自动获取最新时间数据，根据最新时间数据同步更新当前智能网关的时间；进入步骤S703：智能网关为上述室内空气环境设备配置的唯一ID信息，由于空气质量检测系统、净化系统、空调系统和新风系统的类型不同且数量都是一个，故通讯地址均描述为“1”，设备类型分别对应描述为“1”、“2”、“3”、“4”，具体如下：空气质量检测系统的ID信息为“1”+“1”，净化系统的ID信息为“1”+“2”，空调系统的ID信息为“1”+“3”，新风系统的ID信息为“1”+“4”；进入步骤S704：智能网关根据识别结果执行独立数据接收任务，采集、更新、存储空气质量指标(如：PM2.5、甲醛、TVOC、CO₂、温度、湿度)、能耗、设备功率、设备状态等数据信息；依次进入步骤S705：智能网关定时组织、上报上述数据信息；进入步骤S706：云端接收、存储及处理上述数据信息并根据处理结果制定调控策略，进入步骤S707：智能网关接收并执行所述调控策略，对室内空气环境设备的运行状态进行控制。例如：当PM2.5和CO₂超过预设临界值时，云端服务器下达开启新风系统指令给智能网关，智能网关控制新风系统开启对室内空气进行换气，同时，若甲醛、TVOC指标上升，则云端服务器同步下达开启净化系统指令给智能网关，智能网关控制净化系统执行杀菌、除异味等治理手段，同时，云端服务器针对异常空气质量指标生成数据异常提醒指令提醒用户查看，以便分析。当室内温度较低时，云端服务器将会下达调整温度指令给智能网关，智能网关控制空调系统将室内温度调整到适当的温度。

在另一些优选的实施例中，例如在商场场景中，可以结合定时任务分时负载平衡策略，一般商场在下午和晚上的客人较多，早上较少，智能网关可以根据云端服务器的调控策略对空调系统的温度和功率进行控制以达到能耗管理的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种基于多种室内空气环境设备的智能网关系统，其特征在于，该系统包括：多种室内空气环境设备、至少一个智能网关和云端服务器；

所述智能网关包括：主控单元，分别与所述主控单元连接的多个第一通信接口和多个第二通信接口，所述第一通信接口设有ZIGBEE通讯模组、LORA通讯模组、RS232通讯模组、RS485通讯模组以及CAN通讯模组中的一种，所述第二通信接口设有WIFI通讯模组、4G通讯模组和以太网通讯模组中的一种；

所述室内空气环境设备通过所述第一通信接口与所述智能网关建立联系，所述室内空气环境设备包括：空气质量检测设备、空气净化设备、空调设备、新风设备和多联机设备；

所述云端服务器通过所述第二通信接口与所述智能网关建立联系；

所述智能网关采集、更新、存储所述室内空气环境设备的数据信息并将所述数据信息定时上报给所述云端服务器，所述云端服务器存储、处理所述数据信息，根据处理结果制定调控策略并实时反馈给所述智能网关，所述智能网关执行所述调控策略，对所述室内空气环境设备的运行状态进行控制。

2.根据权利要求1所述的基于多种室内空气环境设备的智能网关系统，其特征在于，所述第一通信接口和所述第二通信接口还包括扩展接口。

3.根据权利要求1所述的基于多种室内空气环境设备的智能网关系统，其特征在于，所述智能网关还包括：分别与所述主控单元连接的存储单元和时钟管理单元，所述存储单元用于记录、存储所述数据信息和所述调控策略；所述时钟管理单元用于自动识别并同步更新当前智能网关的时间信息，执行定时任务。

4.根据权利要求3所述的基于多种室内空气环境设备的智能网关系统，其特征在于，所述定时任务包括：周循环任务、特定日任务和例外日屏蔽任务。

5.根据权利要求1所述的基于多种室内空气环境设备的智能网关系统，其特征在于，所述智能网关为每个室内空气环境设备配置独立的唯一的ID信息，所述ID信息包括通讯地址和设备类型，所述智能网关根据所述ID信息识别对应的室内空气环境设备。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的基于多种室内空气环境设备的智能网关系统，其特征在于，所述云端服务器与人工智能/大数据分析接口连接。

7.一种基于多种室内空气环境设备的智能网关系统控制方法，应用于上述权利要求1至6任意一项智能网关系统，其特征在于，该控制方法包括：

所述智能网关配置并识别多个室内空气环境设备的ID信息，所述ID信息包括通讯地址和设备类型；

所述智能网关根据识别结果执行独立数据接收任务，采集、更新及存储对应室内空气环境设备的数据信息；

所述智能网关定时组织、上报所述数据信息；

所述云端服务器接收、存储及处理所述数据信息并根据处理结果制定调控策略；

所述智能网关接收并执行所述调控策略，对所述室内空气环境设备的运行状态进行控制。

8.根据权利要求7所述的智能网关系统的控制方法，其特征在于，该控制方法还包括：

分别建立智能网关与室内空气环境设备、智能网关与云端服务器之间的联系；

所述智能网关自动获取最新时间数据，根据最新时间数据同步更新当前智能网关的时间。

9.根据权利要求7所述的智能网关系统的控制方法，其特征在于，“所述智能网关根据识别结果执行独立数据接收任务，采集对应室内空气环境设备的数据信息”的步骤包括：

初始化所述第一通信接口和所述第二通信接口，根据初始化结果配置接收回调函数；

设定接收消息挂起，等待数据到来；

执行接收回调函数，采集对应室内空气环境设备的数据信息。

10.根据权利要求7所述的智能网关系统的控制方法，其特征在于，所述调控策略包括生成定时任务指令，所述定时任务包括：周循环任务、特定日任务和例外日屏蔽任务。

11.根据权利要求10所述的智能网关系统的控制方法，其特征在于，“所述智能网关接收并执行所述调控策略”的步骤包括：

接收定时任务指令、标记启动任务日期、设定执行任务时间、执行定时任务。