CN113835348B - 一种智能家居控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能家居控制系统，包括：智能网关、多个智能插座以及多个红外控制器；智能插座用于获取连接在该智能插座上的用电设备的用电信息；红外控制器用于获取室内温湿度参数以及人体红外感知结果；智能网关用于获取室外的温湿度以及室外光照强度；智能网关还用于接收用电信息、室内温湿度参数以及人体红外感知结果，并采用聚类算法融合室外的温湿度以及室外光照强度生成控制指令，将控制指令传输至智能插座，智能插座将控制指令传输至红外控制器，以使红外控制器控制家用电器。本发明通过获取用电信息与情境感知结果，建立智能家居控制系统，降低了用电成本以及提高了用户用电体验。

Description

一种智能家居控制系统

技术领域

本发明涉及智能家居控制技术领域，尤其涉及一种智能家居控制系统。

背景技术

随着人均智能家居控制GDP的提升和物价指数的上涨，当代人们憧憬智能的同时还能拥有一个节能低智能家居控制碳、绿色环保的生活体验，因此，具有节能、舒适、人性化、智能化等特点于一体的家居环境己经成为目前首要研究的问题，研究如何更好提供节能环保等相关智能家居控制服务并兼容舒适性、便利性、高效性和艺术性体验的可持续居住环境势在必得。如今，越来越多智能化的设备已经出现在市场上，然而市面上大多数智能家居在用户没有对智能家居系统操作的情况下，仍然在运行，导致用电成本的增加。

发明内容

本发明目的在于，提供一种智能家居控制系统，以解决现有家居系统不能的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种智能家居控制系统，包括：智能网关、多个智能插座以及多个红外控制器，其中，所述智能网关与多个所述智能插座连接，多个所述智能插座与多个所述红外控制器连接；

所述智能插座用于获取连接在该智能插座上的用电设备的用电信息；

所述红外控制器用于获取室内温湿度参数以及人体红外感知结果；

所述智能网关用于获取室外的温湿度以及室外光照强度；

所述智能网关还用于接收所述用电信息、所述室内温湿度参数以及所述人体红外感知结果，并采用聚类算法融合所述室外的温湿度以及所述室外光照强度生成控制指令，将所述控制指令传输至多个所述智能插座，多个所述智能插座将所述控制指令传输至多个所述红外控制器，以使多个所述红外控制器控制家用电器。

优选地，所述智能插座还包括分析模块，所述分析模块用于获取各智能插座的通断时间作为所述用电设备的用电信息，并将所述用电信息传输至所述智能网关。

优选地，所述智能插座还包括集蓝牙与wifi功能的通讯模组和第二LED状态指示模块；

所述集蓝牙与wifi功能的通讯模组与所述第二LED状态指示模块连接，所述智能网关与所述第二LED状态指示模块连接，所述第二LED状态指示模块用于确认所述智能插座的配网是否成功，若配网成功则LED状态指示灯不闪烁，否则闪烁。

优选地，所述智能插座还包括继电器模块，所述继电器模块与所述智能网关连接，所述继电器模块用于接收所述智能网关输出的控制所述继电器模块的通断指令。

优选地，所述智能插座还包括带计量功能的SOC模块、温度监测模块、电压电流采样模块和电源管理模块；

所述带计量功能的SOC模块与所述集蓝牙与wifi功能的通讯模组连接，所述带计量功能的SOC模块与所述温度监测模块连接，所述带计量功能的SOC模块与所述电压电流采样模块连接，所述带计量功能的SOC模块与所述电源管理模块连接，用于获取所述用电信息。

优选地，所述智能网关采用wifi局域网与所述智能插座连接，所述智能插座采用蓝牙与所述红外控制器连接，以使所述红外控制器发出红外指令控制家用电器。

优选地，所述红外控制器包括蓝牙通讯模组、开关机按键模块和电源管理模块；

所述开关机按键模块与所述蓝牙通讯模组连接，所述电源管理模块与所述蓝牙通讯模组连接，所述电源管理模块通过所述开关机按键模块控制所述红外控制器的开关机状态。

优选地，所述红外控制器还包括带串口红外调制功能的SOC模块、温湿度监测模块；

所述蓝牙通讯模组用于接收所述智能插座发送的采集指令，所述蓝牙通讯模组与所述带串口红外调制功能的SOC模块连接，所述带串口红外调制功能的SOC模块与所述温湿度监测模块连接，将所述采集指令传输至所述温湿度监测模块，所述温湿度监测模块接收到所述采集指令后用于采集周围温湿度。

优选地，所述红外控制器还包括红外收发模块，所述红外收发模块与所述带串口红外调制功能的SOC模块连接，用于发出所述红外指令。

优选地，所述红外控制器还包括人体红外感知模块，所述红外感知模块与所述带串口红外调制功能的SOC模块连接，所述红外感知模块用于监测室内是否有人并输出监测结果至所述智能插座，所述智能插座将所述监测结果传输至所述智能网关，所述智能网关用于接收所述监测结果并判定是否有人。

相对于现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明通过多个红外控制器获取室内温湿度参数以及人体红外感知结果，通过智能插座获取用电信息，通过智能网关接收用电信息、室内温湿度参数以及人体红外感知结果，并结合室外的温湿度以及室外光照强度生成控制指令，将控制指令传输至智能插座，智能插座将控制指令传输至红外控制器，以使红外控制器控制家用电器。相较于现有技术，本发明降低了用电成本以及提高了用户的用电体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明某一实施例提供的智能家居控制系统的结构示意图；

图2是本发明另一实施例提供的智能家居控制系统的结构示意图；

图3是本发明又一实施例提供的红外控制器的结构示意图；

图4是本发明某一实施例提供的智能插座的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。

应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

请参阅图1，本发明某一实施例提供一种智能家居控制系统，包括智能网关300、多个智能插座200以及多个红外控制器100，智能插座200用于获取用电设备的用电信息，用电信息包括用电设备的当前电流、电压、功率、电量、异常告警、用电设备的通断状态以及用电设备的通断时间，其中，用电设备的电压、电流、功率和电量为电力参数，红外控制器100用于获取室内温湿度参数以及人体红外感知结果，智能网关300用于获取室外的温湿度以及室外光照强度，智能网关300还用于接收用电信息、室内温湿度参数以及人体红外感知结果，并结合室外的温湿度以及室外光照强度生成控制指令，将控制指令传输至智能插座200，智能插座200将控制指令传输至红外控制器100，以使红外控制器100控制家用电器。

红外控制器100用于将智能插座200下发的指令解析并重组为红外指令，以控制支持红外设备的家用电器。

请参阅图3，红外控制器100由蓝牙通讯模组14、第一LED状态指示模块11、带串口红外调制功能的SOC模块15、温湿度监测模块16、红外收发模块17、人体红外感知模块18以及电源管理模块13组成。其中，电源管理模块13通过开关机按键模块12控制红外控制器100的开关机状态，在红外控制器100开机的条件下，若智能插座200与蓝牙通讯模组14成功建立连接，第一LED状态指示模块11中的LED状态指示灯不闪烁，否则LED闪烁，蓝牙通讯模组14接收到智能插座200下发的指令后，根据指令驱动温湿度监测模块16采集周围温湿度，同时使得红外收发模块17发送红外控制码至支持红外功能的家用电器，实现控制家用电器的目的，同时，人体红外感知模块18是为了监测室内是否有人，并在固定的时间将监测结果上报至智能插座。

请参阅图4，智能插座200用于获取连接至该插座家用电器的用电信息，控制家用电器的开关运行状态，同时解析并重组智能网关300下发的控制命令发送至红外控制器100，其中，用电信息包括当前智能插座200的电压、电流、功率、漏电情况、电弧情况、短路情况和设备通断时间等用电信息。智能插座200由集蓝牙与wifi功能的通讯模组23、带计量功能的SOC模块24、继电器模块28、第二LED状态指示模块21和电压电流采样模块26组成。在配网完成的条件下，智能插座200的配网LED变为不闪烁，否则LED闪烁。智能插座200接收到智能网关300下发的指令后，若指令是获取智能插座200的电力参数，则将目标电力参数重新组帧发送至智能网关300，若指令是控制继电器模块28的通断，则使得继电器变成目标继电器状态，若指令是转发至红外控制器100，则重新组帧发送至红外控制器100。智能插座200还包括分析模块29，分析模块29用于获取各智能插座200的通断时间作为家用电器的用电信息，并将用电信息传输至智能网关300，智能插座200还包括集蓝牙与wifi功能的通讯模组23和第二LED状态指示模块21，集蓝牙与wifi功能的通讯模组23与第二LED状态指示模块21连接，智能网关300与第二LED状态指示模块21连接，第二LED状态指示模块21用于确认智能插座200的配网是否成功，若配网成功则LED状态指示灯闪烁，否则不闪烁。智能插座200还包括继电器模块28，继电器模块28与智能网关300连接，继电器模块28用于接收智能网关300输出的控制继电器模块28的通断指令。智能插座200还包括带计量功能的SOC模块24、温度监测模块25、电压电流采样模块26和电源管理模块27，带计量功能的SOC模块24与集蓝牙与wifi功能的通讯模组23连接，带计量功能的SOC模块24与温度监测模块25连接，带计量功能的SOC模块24与电压电流采样模块26连接，带计量功能的SOC模块24与电源管理模块27连接，用于获取用电信息。

智能网关300用于解析并重组云服务器下发的指令发送至下级设备智能插座200，同时，充分利用智能网关300中的算法推演，感知当前的情境并获得用户的用电习惯，并结合当前情境和用电习惯自适应地下发指令至智能插座200。

智能网关300采用wifi局域网与智能插座200连接，智能插座200采用蓝牙与红外控制器100连接，以使红外控制器100发出红外指令控制家用电器。

红外控制器100包括蓝牙通讯模组14、开关机按键模块12和电源管理模块13，开关机按键模块12与蓝牙通讯模组14连接，电源管理模块13与蓝牙通讯模组14连接，电源管理模块13通过开关机按键模块12控制红外控制器100的开关机状态。红外控制器100还包括带串口红外调制功能的SOC模块15、温湿度监测模块16，蓝牙通讯模组14用于接收智能插座200发送的采集指令，蓝牙通讯模组14与带串口红外调制功能的SOC模块15连接，带串口红外调制功能的SOC模块15与温湿度监测模块16连接，将采集指令传输至温湿度监测模块16，温湿度监测模块16接收到采集指令后用于采集周围温湿度。红外控制器100还包括红外收发模块17，红外收发模块17与带串口红外调制功能的SOC模块15连接，用于发出红外指令。红外控制器100还包括人体红外感知模块18，人体红外感知模块18与带串口红外调制功能的SOC模块15连接，用于监测室内是否有人并输出监测结果，人体红外感知模块18与智能插座200连接，将监测结果传输至智能插座200，智能插座200将监测结果传输至智能网关300，智能网关300用于接收监测结果并判定是否有人。

智能插座200配网过程包括智能插座200与智能网关300进行wifi配网和智能插座200与红外控制器100进行蓝牙配网。wifi配网是智能插座200根据保存在Flash中的网络用户参数去与智能网关尝试wifi连接，直到指示配网状态的LED变为常亮，则wifi配网完成。其中，网络用户参数包括“路由器SSID”参数与“路由器密码”参数，蓝牙配网的目的是智能插座200与红外控制器100之间建立蓝牙连接。

首先，需要使用配套的APP扫描包含红外控制器100蓝牙广播名的二维码，其次，APP需要与智能插座建立蓝牙连接，蓝牙连接建立成功后将二维码中的信息写入智能插座中，随后断开APP与智能插座的蓝牙连接，以实现智能插座200与红外控制器100建立蓝牙连接的目的。最后，待智能插座200与红外控制器100建立蓝牙连接后，智能插座200需要将与自身绑定的下级设备关系上报至智能网关300。其中，设备绑定关系由下级设备的个数和设备的MAC地址等信息构成。

情境感知旨在获得当前相对全面的情境参数，包括室内温湿度、室外温湿度、室外光照强度和智能插座用电信息等情境参数，用户用电习惯是为了描述用户正常生活用电的轨迹，形成用电时刻记录，在室内各区域，红外控制器100上报室内的温湿度参数以及人体红外感知结果、智能插座200上报电力参数以及智能网关300获取到室外的温湿度等情境感知参数，智能网关300对上报的情境感知参数进行数据预处理，剔除一些残缺且与实际严重不符的数据信息，残缺是指每一个定义为需要上报的数据却没有上报，在数据剔除方面，包括以下情形：对于湿度数据而言，湿度不存在负数且在0～100％的范围，对于温度数据而言，上报的温度数据前后相差不能连续超过20℃，光照强度也不存在负数，对于电力数据信息而言，上报的数据都是经过智能插座处理后的数据正确结果。

使用K-Means++聚类算法对室内各区域中各个智能插座200目前所有通断时间记录进行9次聚类处理，即聚类簇的个数分别从2到10，同时通过比较这9次的聚类的综合评价指标，针对同一个智能插座200，选择聚类结果中WS最大的一次作为用电习惯，其中，簇的个数则为用电习惯的种数，例如，簇的个数为3，则对于该智能插座的通断时间的习惯有三种，各簇的聚类中心就是用电习惯，聚类综合评价指标是对轮廓系数、D指数和CH指标分别给予权重并求和得到，聚类综合评价指标WS的计算如下所示。

其中，n为评价指标的个数，w_i为权重且满足f_i则为第i个已经标准化的聚类评价指标，鉴于三大评价指标都很重要，故三大指标的权重都取值为三分之一。

结合情境感知参数与用户的用电习惯，判断该时刻的电器使用情况是否符合用户的用电习惯。

由于装置配套的APP可以绑定智能插座200，用户需在APP中登记该绑定的智能插座200所处室内的位置、所连接的用电设备名称以及用电设备种类等信息。其中，用电设备可分为必要负荷、温控负荷以及非必须负荷。

必要负荷：一旦启动中途不可停止，直至负荷的任务完成的负荷，比如冰箱、洗衣机、电饭煲等，该类负荷必须上报电力参数和智能插座的通断时间。

温控负荷：对温度起到调节作用的负荷，比如热水器、饮水机、空调等。其中，该类负荷上报的情境感知参数除了包括电力参数还必须包括室内和室外温湿度参数和智能插座的通断时间。

非必要负荷：可以随时通断的负荷，比如电视机、台灯、电风扇、电脑等。该类负荷必须上报电力参数和智能插座的通断时间。

由于智能网关300在已经获得了用户的用电习惯的情况下，同时智能网关300根据不同种类负荷上报的情境感知参数(当前的插座通断状态以及用电设备的工作状态)判断用电设备和智能插座的通断时间是否是在用户用电习惯通断用电设备的时间范围之内(偏离用户用电习惯的±30分钟)，若是，则符合用户用电习惯，否则不符合。

智能网关300找出当前时刻与用户用电习惯不符的电器，结合当前的情境感知参数(主要是电力参数)，若由于智能插座200检测到过压、过流、过温、短路、漏电和电弧等异常导致电器停止运行，则将异常信息推送至用户APP，提醒用户处理，根据用户的指令执行对应操作。若由于用户主动使用APP控制电器停止运行，智能网关不会对被用户控制的电器做出任何干预。

若用户不在室内(用户是否在室内，是通过人体红外感知模块18来进行判定，除此之外，智能网关300还需结合局域网与用户手机通信的结果进行判定，若智能网关300主动发起三次通信还未收到任何应答且没有任何红外感知信号则认为用户不在室内，若检测到红外感知信号且通信正常应答则判定为用户在室内)，智能网关300会通过APP向用户发送控制家用电器的控制的授权请求，在智能网关300获得控制许可后，自动将电器控制到符合用户用电习惯的状态，并推送执行结果至APP。若用户在半小时后没有响应授权请求，智能网关300也自动将电器控制到符合用户用电习惯的状态，并推送执行结果至APP。若用户在室内，智能网关300自动将电器控制到符合用户用电习惯的状态，并推送执行结果至APP。

本发明在智能网关300内完成用户用电习惯的获知以及情境感知参数的处理，分担了服务器的运算压力，同时也提高了智能家居控制的响应速度，依照用户的用电习惯和情境感知参数实现对家电设备进行控制，加强了家庭合理化的用电，在用户没有介入的情况下，本发明能够自动实现家电设备的控制，使得控制更加人性化和智能化。本发明采用局域网，即wifi+蓝牙的方式，即使在不接入公网的情况下，也能实现对家电设备的自动化控制。同时在第一次使用时，控制家电设备红外码已经存放在智能网关中，完成了非智能家居生态中家电设备的解耦。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种智能家居控制系统，其特征在于，包括：智能网关、多个智能插座以及多个红外控制器，其中，所述智能网关与多个所述智能插座连接，多个所述智能插座与多个所述红外控制器连接；

所述智能插座用于获取连接在该智能插座上的用电设备的用电信息；

所述红外控制器用于获取室内温湿度参数以及人体红外感知结果；

所述智能网关用于获取室外的温湿度以及室外光照强度；

所述智能网关还用于接收所述用电信息、所述室内温湿度参数以及所述人体红外感知结果，并采用聚类算法融合所述室外的温湿度以及所述室外光照强度生成控制指令，将所述控制指令传输至多个所述智能插座，多个所述智能插座将所述控制指令传输至多个所述红外控制器，以使多个所述红外控制器控制家用电器。

2.根据权利要求1所述的智能家居控制系统，其特征在于，所述智能插座还包括分析模块，所述分析模块用于获取各智能插座的通断时间作为所述用电设备的用电信息，并将所述用电信息传输至所述智能网关。

3.根据权利要求2所述的智能家居控制系统，其特征在于，所述智能插座还包括集蓝牙与wifi功能的通讯模组和第二LED状态指示模块；

所述集蓝牙与wifi功能的通讯模组与所述第二LED状态指示模块连接，所述智能网关与所述第二LED状态指示模块连接，所述第二LED状态指示模块用于确认所述智能插座的配网是否成功，若配网成功则LED状态指示灯不闪烁，否则闪烁。

4.根据权利要求3所述的智能家居控制系统，其特征在于，所述智能插座还包括继电器模块，所述继电器模块与所述智能网关连接，所述继电器模块用于接收所述智能网关输出的控制所述继电器模块的通断指令。

5.根据权利要求4所述的智能家居控制系统，其特征在于，所述智能插座还包括带计量功能的SOC模块、温度监测模块、电压电流采样模块和电源管理模块；

所述带计量功能的SOC模块与所述集蓝牙与wifi功能的通讯模组连接，所述带计量功能的SOC模块与所述温度监测模块连接，所述带计量功能的SOC模块与所述电压电流采样模块连接，所述带计量功能的SOC模块与所述电源管理模块连接，用于获取所述用电信息。

6.根据权利要求5所述的智能家居控制系统，其特征在于，所述智能网关采用wifi局域网与所述智能插座连接，所述智能插座采用蓝牙与所述红外控制器连接，以使所述红外控制器发出红外指令控制家用电器。

7.根据权利要求6所述的智能家居控制系统，其特征在于，所述红外控制器包括蓝牙通讯模组、开关机按键模块和电源管理模块；

所述开关机按键模块与所述蓝牙通讯模组连接，所述电源管理模块与所述蓝牙通讯模组连接，所述电源管理模块通过所述开关机按键模块控制所述红外控制器的开关机状态。

8.根据权利要求7所述的智能家居控制系统，其特征在于，所述红外控制器还包括带串口红外调制功能的SOC模块、温湿度监测模块；

所述蓝牙通讯模组用于接收所述智能插座发送的采集指令，所述蓝牙通讯模组与所述带串口红外调制功能的SOC模块连接，所述带串口红外调制功能的SOC模块与所述温湿度监测模块连接，将所述采集指令传输至所述温湿度监测模块，所述温湿度监测模块接收到所述采集指令后用于采集周围温湿度。

9.根据权利要求8所述的智能家居控制系统，其特征在于，所述红外控制器还包括红外收发模块，所述红外收发模块与所述带串口红外调制功能的SOC模块连接，用于发出所述红外指令。

10.根据权利要求9所述的智能家居控制系统，其特征在于，所述红外控制器还包括人体红外感知模块，所述红外感知模块与所述带串口红外调制功能的SOC模块连接，所述红外感知模块用于监测室内是否有人并输出监测结果至所述智能插座，所述智能插座将所述监测结果传输至所述智能网关，所述智能网关用于接收所述监测结果并判定是否有人。