CN116266053A - 基于物联网的智能家居管理系统 - Google Patents

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CN116266053A CN202310134465.5A CN202310134465A CN116266053A CN 116266053 A CN116266053 A CN 116266053A CN 202310134465 A CN202310134465 A CN 202310134465A CN 116266053 A CN116266053 A CN 116266053A
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Abstract

提供了一种基于物联网的智能家居管理系统，包括：智能网关，用于与集控器和温控器通信连接且包括处理单元和存储单元，所述处理单元用于执行以下操作；获取用户的家庭地址定位；根据用户的家庭地址定位自动获取当地的历史每日高温均值和历史每日低温均值并绘制年度历史温度曲线；设定四个场景模式；根据年度历史温度曲线和设定的四个场景模式自动确定用户的年度实际场景模式；根据年度实际场景模式自动控制所述集控器和温控器以智能调节室内温度。该系统可自动确定不同用户的年度实际场景模式，并根据该年度实际场景模式将电动空气热泵和空调配合起来实现室内环境温度的智能控制，达到节能和降低用能成本的效果。

Description

基于物联网的智能家居管理系统
技术领域
本发明涉及智能家居技术领域，尤其涉及一种基于物联网的智能家居管理系统。
背景技术
随着世界尤其是欧洲能源危机，原有天然气和锅炉的采暖方式受到成本制约和挑战，迫切需要新的供暖模式和节约型用能方案。目前，家居使用的空调、温控器、暖气系统、集控器都是单独控制或人工控制，使得家用能源成本居高不下。
因此，有必要研究一种基于物联网的智能家居管理系统来解决上述的一个或多个技术问题。
发明内容
为解决上述至少一个技术问题，根据本发明一方面，提供了一种基于物联网的智能家居管理系统，其特征在于包括：
集控器，用于控制电动空气热泵和地暖管道阀门，该电动空气热泵与各个房间内的地暖管道连接，地暖管道阀门设置于地暖管道中预定位置；
温控器，设置于各个房间且用于控制相应房间内的空调；以及
智能网关，用于与集控器和温控器通信连接且包括处理单元和存储单元，所述处理单元用于执行以下操作；
获取用户的家庭地址定位；
根据用户的家庭地址定位自动获取当地的历史每日高温均值和历史每日低温均值并绘制年度历史温度曲线；
设定四个场景模式，其中，设定春季场景模式的第一温度范围、夏季场景模式的第二温度范围、秋季场景模式的第三温度范围和冬季场景模式的第四温度范围；
根据年度历史温度曲线和设定的四个场景模式自动确定用户的年度实际场景模式；
根据年度实际场景模式自动控制所述集控器和温控器以智能调节室内温度；
其中，在春季场景模式和秋季场景模式下，自动关闭电动空气热泵和空调的制冷制热功能，保持空调的新风功能可用；
在夏季场景模式下，自动关闭电动空气热泵和空调的制热功能，且当室内温度大于等于第一阈值时，启动空调制冷；
在冬季场景模式下，自动关闭空调的制冷功能，且当室内温度小于等于第二阈值时，启动电动空气热泵和空调制热，当室内温度由第二阈值升至第三阈值时，关闭空调制热。
根据本发明又一方面，该处理单元还用于自动获取当前的日期时间、室内外温度值以及当日温度时间变化曲线，自动确定当前所处的场景模式和室内外温度差并预计室内外温度差的变化趋势，以用于控制所述集控器和温控器和智能调节室内温度。
根据本发明又一方面，该处理单元还用于自动获取当地的日出日落时间、用户的工作休假时间、当地的建筑类型及对应的保温系数、房间面积以及房间用途参数，以用于控制所述集控器和温控器和智能调节室内温度。
根据本发明又一方面，所述的基于物联网的智能家居管理系统还包括：WIFI路由器，通信连接于智能网关和IOT云平台之间，以及移动终端，与IOT云平台通信连接。
根据本发明又一方面，所述家庭地址定位经由移动终端上的客户端由用户输入和确认。
根据本发明又一方面，所述智能网关还用于控制门磁传感器、窗磁传感器、智能窗帘、智能灯具、智能摄像头和智能门锁。
根据本发明又一方面，用户的年度实际场景模式由春季场景模式、夏季场景模式、秋季场景模式和冬季场景模式组成的组中的任意一个或者任意两个以上组合而成。
根据本发明又一方面，用户可通过移动终端设定不同场景模式下的目标室内温度。
根据本发明又一方面，所述处理器用于根据用户将要到家的时间、当前室内外温度差以及预计的室内外温度差的变化趋势来控制所述电动空气热泵和/或空调。
根据本发明又一方面，第一阈值、第二阈值和第三阈值通过AI学习后自动调整。
本发明可以获得以下一个或多个技术效果：
1.该系统可自动确定不同地区用户的年度实际场景模式，并根据该年度实际场景模式将电动空气热泵和空调配合起来实现室内环境温度的智能控制，达到节能和降低用能成本的效果，相较于现有方式可降低能耗25％。
2.该系统采用电动空气热泵代替天然气锅炉，并辅助空调的使用，大大降低了采暖用能以及整体用能成本。
3.该系统可自动确定当前所处的场景模式和室内外温度差并预计室内外温度差的变化趋势，以在实现节能的同时智能地实现用户目标室内温度。
4.该系统可自动获取当地的建筑类型及对应的保温系数，辅助控制电动空气热泵和空调，实现智能控制。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为根据本发明的一种优选实施例的基于物联网的智能家居管理系统的处理单元的智能控制流程图。
图2为根据本发明的一种优选实施例的基于物联网的智能家居管理系统的结构示意图。
图3为根据本发明的一种优选实施例的位于欧洲的荷兰的鹿特丹海牙机场附近的2014-2022年度的历史每日高温均值和历史每日低温均值示意图。
图4为根据本发明的一种优选实施例的采用电动空气热泵代替天然气锅炉的成本比较图。
具体实施方式
下面结合附图，通过优选实施例来描述本发明的最佳实施方式，这里的具体实施方式在于详细地说明本发明，而不应理解为对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和实质范围的情况下，可以做出各种变形和修改，这些都应包含在本发明的保护范围之内。
实施例1
根据本发明一种优选实施方式，参见图1-2，提供了一种基于物联网的智能家居管理系统，其特征在于包括：
集控器2，用于控制电动空气热泵1和地暖管道阀门，该电动空气热泵1与各个房间内的地暖管道4连接，地暖管道阀门设置于地暖管道4中预定位置；
温控器5，设置于各个房间且用于控制相应房间内的空调6；以及
智能网关7，用于与集控器2和温控器5通信连接且包括处理单元和存储单元，所述处理单元用于执行以下操作；
获取用户的家庭地址定位；
根据用户的家庭地址定位自动获取当地的历史每日高温均值和历史每日低温均值并绘制年度历史温度曲线；
设定四个场景模式，其中，设定春季场景模式的第一温度范围、夏季场景模式的第二温度范围、秋季场景模式的第三温度范围和冬季场景模式的第四温度范围；
根据年度历史温度曲线和设定的四个场景模式自动确定用户的年度实际场景模式；
根据年度实际场景模式自动控制所述集控器和温控器以智能调节室内温度；
其中，在春季场景模式和秋季场景模式下，自动关闭电动空气热泵和空调的制冷制热功能，保持空调的新风功能可用；
在夏季场景模式下，自动关闭电动空气热泵和空调的制热功能，且当室内温度大于等于第一阈值时，启动空调制冷；
在冬季场景模式下，自动关闭空调的制冷功能，且当室内温度小于等于第二阈值时，启动电动空气热泵和空调制热，当室内温度由第二阈值升至第三阈值时，关闭空调制热。
参见图3，其中示出了位于欧洲的荷兰的鹿特丹海牙机场附近的2014-2022年度的历史每日高温均值和历史每日低温均值、以及年度历史温度曲线。例如可预设第一温度范围具体为每日高温均值10-28度，第二温度范围为每日高温均值大于28度，第三温度范围具体为每日高温均值10-28度，第四温度范围具体为每日高温均值小于10度。根据该年度历史温度曲线，可以将每日高温均值小于10度的时间区段(每年的11月15日至来年的2月15日)确定为冬季模式，类似地，将每年的2月16日至8月15日(8月15日的每日高温均值达到最大值22度)确定为春季模式，将每年的8月15日至11月14日确定为秋季模式(由于该地区的每日高温均值均为高于28度，因而没有夏季模式)。也就是说，该用户的年度实际场景模式由冬季模式、春季模式和秋季模式组成。类似地，如果是位于赤道附近的地区，可能会没有冬季模式，如果是位于高寒地区，可能会没有夏季模式。
优选地，对于春季模式与秋季模式而言，可以进一步通过温度的上升趋势(春季模式)或温度的下降趋势(秋季模式)来确定。
有利地，通过用户的年度实际场景模式，可以根据当前的日期时间自动确定当前的实际场景模式，例如当温度传感器感测到室内温度为20摄氏度时，如果不区分是夏季模式与冬季模式，则无法确定是选择制冷还是制热。或者，如果不区分是春季模式与冬季模式，则无法确定是选择新风模式还是制热模式。显然，通过四个不同季节模式的区分，可以实现电动空气热泵和空调的智能控制。
参见图4，以用户的房子配备了效率为95％(最大热值)的燃气集中供暖锅炉为例。用户每年总共消耗1600立方米燃气(荷兰一所房子的平均值)，每年需要40立方米燃气来做饭。因此，用户的供暖和热水燃气消耗量为：1600立方米/-40立方米＝1560立方米燃气，成本为每立方米1.60欧元，用户的取暖和热水煤气费为：1560x 1,60欧元＝2496欧元/年。而采用电动空气热泵的能源成本为1390.48欧元，可以大大降低用能成本。
根据本发明又一优选实施方式，该处理单元还用于自动获取当前的日期时间、室内外温度值以及当日温度时间变化曲线，自动确定当前所处的场景模式和室内外温度差并预计室内外温度差的变化趋势，以用于控制所述集控器和温控器和智能调节室内温度。
例如，当日温度时间变化曲线可以从历史数据均值中获取，也可以通过当日天气预报数据来获取。例如，在冬季模式下，若室内外温度差预计将越来越大，则控制电动空气热泵加大功率，甚至增加空调制热，以确保室内温度达到目标温度，反之，则可适当减小功率。
根据本发明又一优选实施方式，该处理单元还用于自动获取当地的日出日落时间、用户的工作休假时间、当地的建筑类型及对应的保温系数、房间面积以及房间用途参数，以用于控制所述集控器和温控器和智能调节室内温度。
例如，当地的日出日落时间可以用来划分白天和晚间，例如在夏季模式下，白天的室内目标温度可设置为26度，而晚间的室内目标温度可设置28度。用户的工作休假时间，可以用于确定用户家中无人的时间段，在家中无人时可以采用节能模式(例如关闭空调和电动热泵)。此外，也可以通过红外传感器来感测家中或者房间内是否有人。
当地的建筑类型及对应的保温系数主要体现在例如南方的建筑墙体较薄，保温系数较低，而北方的建筑墙体设置有保温结构，保温系数较高，通过获取建筑的保温系数，可辅助调节相关设备的功率，以准确智能地确定出预定时间段以在该预定时间段内达到室内目标温度。例如，用户的下班时间是每天的17:00，每天18点到家，冬季模式下白天无人时，关闭空调和电动热泵(或者电动热泵最小功率间歇运行)，在用户到家前的半小时(预定时间段)启动空调制热和电动热泵，使得用户到家时达到目标室内温度。该预定时间段需要结合建筑的保温系数、电动热泵的最大功率、空调制热的最大功率、当前室内温度、目标室内温度、室内外温差及室外温度变化趋势、房间面积来综合确定。
房间用途参数主要包括成人卧室、书房、客厅、儿童房等等，不同用途的房间对于温度的要求有所不同，用于对相应的空调和电动空气热泵进行控制。
优选地，根据第一预定条件下达到室内目标温度所需要的时间来自动调整所述保温系数。例如，在同样的条件参数下，达到室内目标温度所需要的时间越小，保温系数越高。所述同样的条件参数例如包括所处时段、当前室外温度、当前室内温度、目标室内温度、电动热泵的功率等等。
根据本发明又一优选实施方式，该处理单元还用于获取房屋数据、环境数据和用户数据，以控制热泵采暖所需的功率、房间升温速度、热泵供暖的目标温度、以及各个房间的目标温度。房屋数据包括地理位置、整体面积、房间类型及面积、房高、以及房屋保暖等级。房屋保暖等级由墙体厚度、屋顶厚度、窗户面积来确定。环境数据包括室外温度、室内温度、以及历史数据。用户数据包括家庭人口、居家时间及周期、活动范固、以及喜好温度等。
根据本发明又一优选实施方式，所述的基于物联网的智能家居管理系统还包括：WIFI路由器8，通信连接于智能网关7和IOT云平台9之间，以及移动终端10，与IOT云平台9通信连接。优选地，地暖管道阀门设置于分配歧管3上。
根据本发明又一优选实施方式，所述家庭地址定位经由移动终端上的客户端由用户输入和确认。例如，该家庭地址由用户设定。
根据本发明又一优选实施方式，所述智能网关还用于控制门磁传感器、窗磁传感器、智能窗帘、智能灯具、智能摄像头和智能门锁。
根据本发明又一优选实施方式，用户的年度实际场景模式由春季场景模式、夏季场景模式、秋季场景模式和冬季场景模式组成的组中的任意一个或者任意两个以上组合而成。
根据本发明又一优选实施方式，用户可通过移动终端设定不同场景模式下的目标室内温度。
根据本发明又一优选实施方式，所述处理器用于根据用户将要到家的时间、当前室内外温度差以及预计的室内外温度差的变化趋势来控制所述电动空气热泵和/或空调。
根据本发明又一优选实施方式，第一阈值、第二阈值和第三阈值通过AI学习后自动调整。
本发明可以获得以下一个或多个技术效果：
1.该系统可自动确定不同地区用户的年度实际场景模式，并根据该年度实际场景模式将电动空气热泵和空调配合起来实现室内环境温度的智能控制，达到节能和降低用能成本的效果，相较于现有方式降低能耗25％。
2.该系统采用电动空气热泵代替天然气锅炉，并辅助空调的使用，大大降低了采暖用能以及整体用能成本。
3.该系统可自动确定当前所处的场景模式和室内外温度差并预计室内外温度差的变化趋势，以在实现节能的同时智能地实现用户目标室内温度。
4.该系统可自动获取当地的建筑类型及对应的保温系数，辅助控制电动空气热泵和空调，实现智能控制。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种基于物联网的智能家居管理系统，其特征在于包括：
集控器，用于控制电动空气热泵和地暖管道阀门，该电动空气热泵与各个房间内的地暖管道连接，地暖管道阀门设置于地暖管道中预定位置；
温控器，设置于各个房间且用于控制相应房间内的空调；以及
智能网关，用于与集控器和温控器通信连接且包括处理单元和存储单元，所述处理单元用于执行以下操作；
获取用户的家庭地址定位；
根据用户的家庭地址定位自动获取当地的历史每日高温均值和历史每日低温均值并绘制年度历史温度曲线；
设定四个场景模式，其中，设定春季场景模式的第一温度范围、夏季场景模式的第二温度范围、秋季场景模式的第三温度范围和冬季场景模式的第四温度范围；
根据年度历史温度曲线和设定的四个场景模式自动确定用户的年度实际场景模式；
根据年度实际场景模式自动控制所述集控器和温控器以智能调节室内温度；
其中，在春季场景模式和秋季场景模式下，自动关闭电动空气热泵和空调的制冷制热功能，保持空调的新风功能可用；
在夏季场景模式下，自动关闭电动空气热泵和空调的制热功能，且当室内温度大于等于第一阈值时，启动空调制冷；
在冬季场景模式下，自动关闭空调的制冷功能，且当室内温度小于等于第二阈值时，启动电动空气热泵和空调制热，当室内温度由第二阈值升至第三阈值时，关闭空调制热。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的智能家居管理系统，其特征在于该处理单元还用于自动获取当前的日期时间、室内外温度值以及当日温度时间变化曲线，自动确定当前所处的场景模式和室内外温度差并预计室内外温度差的变化趋势，以用于控制所述集控器和温控器和智能调节室内温度。
3.根据权利要求2所述的基于物联网的智能家居管理系统，其特征在于该处理单元还用于自动获取当地的日出日落时间、用户的工作休假时间、当地的建筑类型及对应的保温系数、房间面积以及房间用途参数，以用于控制所述集控器和温控器和智能调节室内温度。
4.根据权利要求1-3任一项所述的基于物联网的智能家居管理系统，其特征在于还包括：WIFI路由器，通信连接于智能网关和IOT云平台之间，以及移动终端，与IOT云平台通信连接。
5.根据权利要求4所述的基于物联网的智能家居管理系统，其特征在于所述家庭地址定位经由移动终端上的客户端由用户输入和确认。
6.根据权利要求5所述的基于物联网的智能家居管理系统，其特征在于所述智能网关还用于控制门磁传感器、窗磁传感器、智能窗帘、智能灯具、智能摄像头和智能门锁。
7.根据权利要求4所述的基于物联网的智能家居管理系统，其特征在于用户的年度实际场景模式由春季场景模式、夏季场景模式、秋季场景模式和冬季场景模式组成的组中的任意一个或者任意两个以上组合而成。
8.根据权利要求4所述的基于物联网的智能家居管理系统，其特征在于用户可通过移动终端设定不同场景模式下的目标室内温度。
9.根据权利要求3所述的基于物联网的智能家居管理系统，其特征在于所述处理器用于根据用户将要到家的时间、当前室内外温度差以及预计的室内外温度差的变化趋势来控制所述电动空气热泵和/或空调。
10.根据权利要求9所述的基于物联网的智能家居管理系统，其特征在于第一阈值、第二阈值和第三阈值通过AI学习后自动调整。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116577979A (zh) * 2023-07-12 2023-08-11 合众新能源汽车股份有限公司 一种基于环境变量计算控制变量的方法及装置

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