CN112188697A - 一种面向不可靠ZigBee网络的灯光和空调控制算法及系统 - Google Patents

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陈思颢
章晟
成志刚
李文娟
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Abstract

本发明公开了一种面向不可靠ZigBee网络的空调控制算法及系统，所述系统包括设备管理后台、红外探测器、ZigBee网关、灯光控制器、灯，其中ZigBee网关包含灯光控制算法，ZigBee网关通过ZigBee链路与灯光控制器通信。控制算法解决了网关批量发送控制指令时多条指令冲突的问题，根据Linux线程调度的特点，算法利用时钟中断将时间切分为长度为δt的时间片，在每个时间片里，单个指令是一个不冲突域，控制指令能成功操作对应设备。假设灯光的数量为num_lamp，将时间空间分割为num_lamp×δt大小的最小时间单元，构造为num_lamp个设备的零冲突域，从而解决网关到设备控制方向的冲突问题；同时为了解决网关向下与设备向上的冲突问题，设置了命令重复发送次数。

Description

一种面向不可靠ZigBee网络的灯光和空调控制算法及系统
技术领域
本发明涉及网络、网络设备、数据采集，具体是一种智能家居的远程控制算法和系统。
背景技术
随着电子技术的日益进步，社会经济的不断发展，人的的生活质量不断提高，传统节奏的不断加快在灯光控制领域，人们已经不满足于单纯的提供亮度这一功能，而是面向系统控制方式的灵活，传统的灯光控制方式已不能满足现代化的控制需求，如果节约能源，提高灯光控制系统的有效管理水平，是目前急需解决的课题。
以图书馆灯管管理系统为例，有些时段馆内的人数相对较少，馆内灯光没必要全部打开，可以适当关闭部分的灯，以前采用人工控制的方式对灯光进行管理，并不能对灯光进行灵活、有效的管理方式，后来采用wifi网络远程开关，这种方法存在可靠性低、信号易受到干扰、接入设备数量少，无法做到有效的控制，本系统利用zigbee的无线网络技术解决了上述传统灯管控制系统所存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能家居的远程控制算法和系统，该方法能够自动实时地监测屋内人员情况，并根据实际情况调节灯光的开启和关闭的数量，该系统能够做到在一个面积较大、人员流动情况复杂区域(如图书馆)内，做到无人控制，实时开/关灯控制，解决了室内无人却灯火通明的问题，合理达到了节能减排和智能照明的目的。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种面向不可靠ZigBee网络的灯光和空调控制系统，所述系统包括：设备管理后台、红外探测器、ZigBee网关、灯光控制器及灯，其中ZigBee网关包含灯光和空调控制算法，ZigBee网关通过ZigBee链路与灯光控制器，灯光控制器能够灯的开关。
作为改进，本发明中的设备管理后台保存ZigBee网关信息和ZigBee网关下的所有设备信息。
本发明中的红外探测器可以实时监控监控区域内是否有人，并向zigbee网关传输相应数据，区域内有人时zigbee网关向灯光控制器发送开启指令，区域内有人时zigbee网关向灯光控制器发送熄灭指令。
作为改进，本发明中的算法根据Linux线程调度的特点，算法利用时钟中断将时间切分为长度为δt的时间片，在每个时间片里，单个指令是一个不冲突域，控制指令能成功操作对应设备。
一种面向不可靠ZigBee网络的灯光和空调控制算法，包括以下步骤：
步骤1：将所在区域分为num_lamp个小区域，每个区域布置一盏灯，一个灯光控制器，灯光控制器装有zigbee无线传感器。
步骤2：每个区域内，有m个红外探测器，能够覆盖检测到整个区域的人员情况，每个红外探测器都装有zigbee无线传感器。
步骤3：设置ZigBee网关通过ZigBee链路与红外探测器和灯光控制器通信。
步骤4：假设灯光的数量为num_lamp，将时间空间分割为num_lamp×δt大小的最小时间单元，构造为num_lamp个设备的零冲突域，从而解决网关到设备控制方向的冲突问题。
步骤5：红外探测器按照时间顺序轮流向网关发送数据，实时监测收集区域内信息。并按照区域顺序向zigbee网关发送信息。
步骤6：zigbee网关根据收集红外信息，如果区域内全部无人则向该区域灯光控制器发送关灯指令，有人则发送开灯指令。
所述步骤(4)将时间空间分割为num_lamp×δt大小的最小时间单元，构造为num_lamp个设备的零冲突域，从而解决网关到设备控制方向的冲突问题。
本发明的有益效果为：
本发明解决了网关批量发送控制指令时多条指令冲突的问题，根据Linux线程调度的特点，算法利用时钟中断将时间切分为长度为δt的时间片，在每个时间片里，单个指令是一个不冲突域，控制指令能成功操作对应设备。假设灯光的数量为num_lamp，将时间空间分割为num_lamp×δt大小的最小时间单元，构造为num_lamp个设备的零冲突域，从而解决网关到设备控制方向的冲突问题；同时为了解决网关向下与设备向上的冲突问题，设置了命令重复发送次数。
附图说明
图1为本发明中设备布置结构图示意图；
图2为本发明中的网络工作流程图。
具体实施方式
下面结合本发明中实施例中的附图，对本发明的技术方案进行完整的描述，本发明目的和效果将变得更加明显。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种面向不可靠ZigBee网络的灯光和空调控制算法及系统，所述系统包括：设备管理后台、ZigBee网关、红外探测器、灯光控制器、灯，其中ZigBee网关包含灯光和空调控制算法，ZigBee网关通过ZigBee链路与灯光控制器，灯光控制器能够灯的开关。
本发明的中设备布局结构如图1所示，每盏灯光的照明区域，布置有若干个红外传感器，红外传感器主要是由一种高热点系数的材料构成，探测元件将探测并接收到红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出，每个探测元件可以测出10～20米范围内人的行动，若干个探测器一起可以对每盏灯照明范围的全部区域内是否有人进行全方位监测，并将信息发送至网关，网关判断是否有人并向灯发送开启/关闭信号。
本发明的中设备布局是将整个区域分为num_lamp如图1所示的个小区域，每个区域的灯光独立控制，可以做到整个区域内，有人的地方灯光亮起，无人的地方灯光关闭。
本发明的中的网络采用zigbee网络，zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议，这种无线通信系统功耗极低，可以结合使用各种功能的传感器设备，本系统利用zigbee协议建立一个无线传输网络，网络可以由多大65000个无线传输模块组成，利用zigbee协议中的通讯协议，可以使每个传输模块之间相互通信。
本发明的中网路工作流程如图2所示，为该方法的具体实施步骤：
步骤1：每个红外探测器终端监测温度信息，监测其范围内的人员情况，若有人，红外信息输出值为1，无人则输出值为0。
步骤2：网关接受红外传感终端信息，即终端所发出的数据包，并提取出数据包中的内容。该部分为无线数据传输部分，通过对开发板编写zigbee点对点无线通讯协议，设置终端以及协调器的地址，保证终端所发送的信息仅能发送到指定地址的协调器，消除了在多个协调器情况下的信号误传问题以及干扰问题。
步骤3：进行环境判断，每个区域由m个传感器组成，接收端持续接受m个信号，若全部为0，则说明当前区域内无人，网关向灯发出熄灭指令，若有一个为1，则说明当前区域有人，网关向灯发出开启指令。
步骤4：根据Linux线程调度的特点，算法利用时钟中断将时间切分为长度为δt的时间片，在每个时间片里，单个指令是一个不冲突域，控制指令能成功操作对应设备。假设灯光的数量为num_lamp，将时间空间分割为num_lamp×δt大小的最小时间单元，构造为num_lamp个设备的零冲突域。
步骤5：当系统开启后，整个系统处于一个循环运作过程中，通过对zigbee协议栈的编写，可以改变对传感器信息的采集时间，对此消除环境中感染信号的影响。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种面向不可靠ZigBee网络的灯光和空调控制系统，其特征在于：所述系统包括设备管理后台、ZigBee网关、红外探测器、灯光控制器和灯，其中ZigBee网关包含灯光和空调控制算法，ZigBee网关通过ZigBee链路与灯光控制器、灯光控制器能够灯的开关。
2.根据权利要求1所述的一种面向不可靠ZigBee网络的灯光和空调控制系统，其特征在于，所述设备管理后台保存ZigBee网关信息和ZigBee网关下的所有设备信息。
3.根据权利要求1所述的一种面向不可靠ZigBee网络的灯光和空调控制系统，其特征在于，所述系统利用红外探测器可以实时监控监控区域内是否有人，并向zigbee网关传输相应数据，区域内有人时zigbee网关向灯光控制器发送开启指令，区域内有人时zigbee网关向灯光控制器发送熄灭指令。
4.根据权利要求1所述的一种面向不可靠ZigBee网络的灯光和空调控制系统，其特征在于，所述算法根据Linux线程调度的特点，算法利用时钟中断将时间切分为长度为δt的时间片，在每个时间片里，单个指令是一个不冲突域，控制指令能成功操作对应设备。
5.根据权利要求1所述的一种面向不可靠ZigBee网络的灯光和空调控制算法及系统，其特征在于，所述系统能够做到在一个面积较大、人员流动情况复杂区域内，做到无人控制，实时开/关灯控制。
6.根据权利要求1所述的一种面向不可靠ZigBee网络的灯光和空调控制算法，其特征在于，其具体步骤包括：
步骤(1)：将所在区域分为num_lamp个小区域，每个区域布置一盏灯，一个灯光控制器，灯光控制器装有zigbee无线传感器；
步骤(2)：每个区域内，有m个红外探测器，能够覆盖检测到整个区域的人员情况，每个红外探测器都装有zigbee无线传感器；
步骤(3)：设置ZigBee网关通过ZigBee链路与红外探测器和灯光控制器通信；
步骤(4)：假设灯光的数量为num_lamp，将时间空间分割为num_lamp×δt大小的最小时间单元，构造为num_lamp个设备的零冲突域，从而解决网关到设备控制方向的冲突问题；
步骤(5)：红外探测器按照时间顺序轮流向网关发送数据，实时监测收集区域内信息，并按照区域顺序向zigbee网关发送信息；
步骤(6)：zigbee网关根据收集红外信息，如果区域内全部无人则向该区域灯光控制器发送关灯指令，有人则发送开灯指令。
7.根据权利要求6所述的一种面向不可靠ZigBee网络的灯光和空调控制算法，其特征在于，所述步骤(4)将时间空间分割为num_lamp×δt大小的最小时间单元，构造为num_lamp个设备的零冲突域，从而解决网关到设备控制方向的冲突问题。
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