CN116661326A - 一种基于物联网的蒙古包智能家居系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于智能家居系统技术领域，具体是一种基于物联网的蒙古包智能家居系统，该系统包括智能控制终端，用于接收用户的指令，控制和监测蒙古包内外的各种智能设备；智能家居云平台，用于提供远程医疗、视频点播、园区服务等云服务，以及实现与其他智能家居系统的互联互通；智能设备，用于实现蒙古包内外的环境调节、设备控制、安防报警功能，本发明所具有的有益效果是提高蒙古包的舒适度和健康度，通过智能设备实现温度、湿度、光照等环境参数的调节；提高蒙古包的安全性和便利性，通过智能设备实现设备控制、安防报警等功能，并通过手机APP实现远程开锁和监控。

Description

一种基于物联网的蒙古包智能家居系统

技术领域

本发明涉及智能家居系统技术领域，具体涉及一种基于物联网的蒙古包智能家居系统。

背景技术

物联网是指通过互联网将各种物体连接起来，实现信息交换和通信的技术。智能家居是指利用物联网技术，将家庭中的各种设备和环境进行智能化管理和控制的系统。蒙古包是一种具有传统文化特色的圆形帐篷，常用于旅游、民俗、牧业等领域。目前，物联网技术与智能家居的结合已经在城市住宅、酒店、办公楼等场所得到广泛应用，为用户提供了便捷、舒适、安全和节能的生活方式。

在相关技术中，针对蒙古包这种特殊的居住形式，目前还缺乏相应的智能家居系统，导致蒙古包在使用过程中存在以下问题：

蒙古包内部的温度、湿度、光照等环境参数难以调节，影响居住者的舒适度和健康；

蒙古包内部的电器设备难以集中控制，增加了使用成本和安全隐患；

蒙古包外部的安防设施不完善，容易遭受盗窃、破坏等威胁；

蒙古包内外的信息交流不畅，影响居住者的娱乐、教育和社交需求，为此，我们提出一种基于物联网的蒙古包智能家居系统。

本背景技术部分中公开的以上信息仅用于理解本发明构思的背景技术，并且因此，它可以包含不构成现有技术的信息。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于物联网的蒙古包智能家居系统以解决上述背景技术中提出的针对蒙古包这种特殊的居住形式，目前还缺乏相应的智能家居系统，导致蒙古包在使用过程中存在以下问题：蒙古包内部的温度、湿度、光照等环境参数难以调节，影响居住者的舒适度和健康；蒙古包内部的电器设备难以集中控制，增加了使用成本和安全隐患；蒙古包外部的安防设施不完善，容易遭受盗窃、破坏等威胁；蒙古包内外的信息交流不畅，影响居住者的娱乐、教育和社交需求的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于物联网的蒙古包智能家居系统，该系统包括以下部分：

智能控制终端，用于接收用户的指令，控制和监测蒙古包内外的各种智能设备，该终端可以是平板电脑、智能音箱或者智能电视中的一种；

智能家居云平台，用于提供远程医疗、视频点播、园区服务等云服务，以及实现与其他智能家居系统的互联互通，该平台可以是一个公有云、一个私有云或者一个混合云中的一种；

智能设备，所述智能设备设置有多组，包括智能灯具、智能电器、智能门锁和智能传感器等，用于实现蒙古包内外的环境调节、设备控制、安防报警等功能，这些设备可以采用不同的通信协议和接口，可以采用Wi-Fi、蓝牙、ZigBee中的一种。

作为一种优化的技术方案，所述智能控制终端与智能设备连接，形成物联网网络，所述物联网网络为网状拓扑结构网络，所述物联网网络采用基于链路状态的路由算法，每个所述智能设备作为一个结点，每个结点都具有完整的网络拓扑和状态信息，通过定期地向所有其他结点发送和接收链路状态报文来更新自己的网络视图，利用Dijkstra最短路径算法计算出到达所有目的地的最短路径，并存储在自己的路由表中。

作为一种优化的技术方案，构建所述智能家居云平台包括以下步骤：

S1、选择合适的物联网通信协议和模组，将蒙古包内外的各种智能设备接入互联网，形成一个网状拓扑结构的物联网网络；

S2、选择合适的云开发平台，采用阿里云生活物联网平台、涂鸦智能IoTOS、华为HiLink中的一种，利用其提供的设备管理、AI场景、数据分析等基础能力和行业组件，快速搭建自己的智能家居云平台；

S3、设计合适的智能家居App，利用SDKApp服务提供的开发工具包和UI业务包，快速开发出专属的智能家居App，实现对蒙古包内外的各种智能设备和云服务的远程控制和监测；

S4、测试和发布智能家居云平台，进行系统测试、安全测试、用户测试等，确保智能家居云平台的稳定性、可靠性、易用性和安全性，然后发布上线，为用户提供优质的智能家居服务。

作为一种优化的技术方案，该系统还包括智能家居APP的安装和交互，包括以下步骤

A1、下载并安装智能家居APP，用户可以通过扫描智能控制终端上的二维码或者在应用商店中搜索智能家居APP的名称，下载并安装到自己的智能手机或平板电脑上；

A2、注册并登录智能家居APP，用户需要使用手机号或邮箱注册一个账号，并设置密码，然后登录到智能家居APP中，可以查看和管理自己的个人信息和设备信息；

A3、添加并绑定智能设备，用户需要在智能家居APP中选择添加设备的功能，根据不同的设备类型和接入方式，按照提示操作，将蒙古包内外的各种智能设备添加并绑定到自己的账号下，可以给每个设备起一个别名，并分配到不同的房间或区域中；

A4、控制和监测智能设备，用户可以在智能家居APP中选择不同的房间或区域，查看和控制相应的智能设备，可以使用触摸、语音、手势等不同的交互方式，实现开关、调节、定时、场景等不同的功能，并查看设备的运行状态和数据信息；

A5、设置和使用智能场景，用户可以在智能家居APP中选择设置场景的功能，根据自己的需求和喜好，创建不同的智能场景，可以设置触发条件、执行动作、执行时间等参数，并给每个场景起一个名称，并分配到不同的房间或区域中；用户可以在智能家居APP中选择使用场景的功能，根据不同的情境和需求，一键启动相应的智能场景，实现多个设备之间的联动和协调。

作为一种优化的技术方案，该系统采用MQTT协议作为通信协议，该系统使用一个MQTT服务器作为消息中转站，用户和智能设备分别作为客户端，通过TCP/IP连接到MQTT服务器，并订阅或发布不同的主题(Topic)，实现数据的交互。

作为一种优化的技术方案，该系统采用AES算法作为数据加密算法，预先设定一个密钥，并在用户和智能设备之间共享，当用户或智能设备发送数据时，先使用AES算法和密钥对数据进行加密，然后再发送；当用户或智能设备接收数据时，先使用AES算法和密钥对数据进行解密，然后再处理。

作为一种优化的技术方案，该系统使用ESP32芯片作为智能传感器的读取器和处理器，ESP32芯片可以通过不同的接口读取传感器的输出信号，并根据预设的阈值判断是否发生异常，当系统检测到异常时，使用蜂鸣器、灯光作为报警器，发出声光警报，并通过MQTT协议向用户发送报警信息。

作为一种优化的技术方案，该系统还包括一组太阳能光伏板和蓄电池，通过太阳能光伏板为蓄电池进行充电，在供电线路损坏时，通过蓄电池临时向智能家居系统进行供电。

本发明所具有的有益效果是：

可以提高蒙古包的舒适度和健康度，通过智能设备实现温度、湿度、光照等环境参数的调节；可以提高蒙古包的安全性和便利性，通过智能设备实现设备控制、安防报警等功能，并通过手机APP实现远程开锁和监控；可以提高蒙古包的娱乐性和社交性，通过云平台实现远程医疗、视频点播、园区服务等云服务，并与其他智能家居系统进行数据交换。

附图说明

图1是本发明提供的一种基于物联网的蒙古包智能家居系统的连接框图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

本实施例中的一种基于物联网的蒙古包智能家居系统，该系统包括以下部分：

智能控制终端，用于接收用户的指令，控制和监测蒙古包内外的各种智能设备，该终端可以是平板电脑、智能音箱或者智能电视中的一种；

智能家居云平台，用于提供远程医疗、视频点播、园区服务等云服务，以及实现与其他智能家居系统的互联互通，该平台可以是一个公有云、一个私有云或者一个混合云中的一种；

智能设备，智能设备设置有多组，包括智能灯具、智能电器、智能门锁和智能传感器等，用于实现蒙古包内外的环境调节、设备控制、安防报警等功能，这些设备可以采用不同的通信协议和接口，可以采用Wi-Fi、蓝牙、ZigBee中的一种。

作为一种优化的技术方案，智能控制终端与智能设备连接，形成物联网网络，所述物联网网络为网状拓扑结构网络，物联网网络采用基于链路状态的路由算法，每个结点(智能设备或智能控制终端)可以与多个其他结点直接通信，形成一个复杂的网络，网状拓扑结构的优点是具有高度的可靠性、灵活性和可扩展性，当某条链路发生故障时，信息可以通过其他链路自动寻找备用路径，蒙古包网络的物联网网络使用的路由算法是一种基于链路状态的路由算法，即每个结点都具有完整的网络拓扑和状态信息，通过定期地向所有其他结点发送和接收链路状态报文来更新自己的网络视图，链路状态报文包含了发送结点与其相邻结点之间的链路状态，如链路是否可用、链路的代价(如距离、时延、带宽等)，每个结点根据收到的链路状态报文，利用Dijkstra最短路径算法计算出到达所有目的地的最短路径，并存储在自己的路由表中，当一个结点需要发送信息时，它根据自己的路由表选择下一跳结点，并将信息转发给它。

Dijkstra最短路径算法是一种贪心算法，它从源结点开始，每次选择距离源结点最近的未访问过的结点，并更新其余结点到源结点的距离。该算法可以用以下步骤描述：

初始化一个集合S，用于存储已经访问过的结点，初始时只包含源结点；

初始化一个数组D，用于存储每个结点到源结点的距离，初始时D[i]为源结点到第i个结点的距离(如果不存在则为无穷大)，D[0]为0；

重复以下步骤，直到所有结点都被访问过：

从数组D中选择一个未访问过且距离最小的结点u，并将其加入集合S；

遍历u的所有相邻结点v，如果D[v]>D[u]+w(u,v)，则更新D[v]＝D[u]+w(u,v)，其中w(u,v)为u和v之间的链路代价；

最终数组D就存储了源结点到所有其他结点的最短距离，根据数组D可以反向追溯出最短路径。

作为一种优化的技术方案，构建所述智能家居云平台包括以下步骤：

S1、选择合适的物联网通信协议和模组，将蒙古包内外的各种智能设备接入互联网，形成一个网状拓扑结构的物联网网络；

S2、选择合适的云开发平台，采用阿里云生活物联网平台、涂鸦智能IoTOS、华为HiLink中的一种，利用其提供的设备管理、AI场景、数据分析等基础能力和行业组件，快速搭建自己的智能家居云平台；

S3、设计合适的智能家居App，利用SDKApp服务提供的开发工具包和UI业务包，快速开发出专属的智能家居App，实现对蒙古包内外的各种智能设备和云服务的远程控制和监测；

S4、测试和发布智能家居云平台，进行系统测试、安全测试、用户测试等，确保智能家居云平台的稳定性、可靠性、易用性和安全性，然后发布上线，为用户提供优质的智能家居服务。

作为一种优化的技术方案，该系统还包括智能家居APP的安装和交互，包括以下步骤

A1、下载并安装智能家居APP，用户可以通过扫描智能控制终端上的二维码或者在应用商店中搜索智能家居APP的名称，下载并安装到自己的智能手机或平板电脑上；

A2、注册并登录智能家居APP，用户需要使用手机号或邮箱注册一个账号，并设置密码，然后登录到智能家居APP中，可以查看和管理自己的个人信息和设备信息；

A3、添加并绑定智能设备，用户需要在智能家居APP中选择添加设备的功能，根据不同的设备类型和接入方式，按照提示操作，将蒙古包内外的各种智能设备添加并绑定到自己的账号下，可以给每个设备起一个别名，并分配到不同的房间或区域中；

A4、控制和监测智能设备，用户可以在智能家居APP中选择不同的房间或区域，查看和控制相应的智能设备，可以使用触摸、语音、手势等不同的交互方式，实现开关、调节、定时、场景等不同的功能，并查看设备的运行状态和数据信息；

A5、设置和使用智能场景，用户可以在智能家居APP中选择设置场景的功能，根据自己的需求和喜好，创建不同的智能场景，可以设置触发条件、执行动作、执行时间等参数，并给每个场景起一个名称，并分配到不同的房间或区域中；用户可以在智能家居APP中选择使用场景的功能，根据不同的情境和需求，一键启动相应的智能场景，实现多个设备之间的联动和协调。

在本实施例中，智能家居系统是一种可以实现对蒙古包内外的各种智能设备的远程控制和监测的软件，它可以采用不同的交互方式和界面设计，如触摸、语音、手势等，提高用户的使用体验和便利性；系统由硬件和软件组成，硬件部分包括ESP32主控芯片、传感器、执行器等，软件部分包括APP、MQTT服务器、数据加密算法等；系统采用MQTT协议作为通信协议，实现设备之间的低功耗、高可靠、低延迟的消息传递，同时采用AES算法对数据进行加密和解密，保证通信的安全性；系统可以实现远程开锁功能，即用户可以通过微信小程序或其他远程控制方式，向智能家居系统发送开锁指令，智能家居系统收到指令后，产生相应的PWM信号，驱动舵机旋转到预设的角度，实现门锁的开关；系统可以实现监控报警功能，即智能家居系统可以通过传感器检测蒙古包内外的环境参数和异常情况，如温湿度、气体、雨水、活体等，并根据预设的阈值判断是否发生异常，如果发生异常，发出声光警报，并通过MQTT协议向用户发送报警信息；系统可以实现数据显示功能，即智能家居系统将传感器数据和执行器状态通过MQTT协议向用户发送，用户通过APP接收并显示数据和状态，实现对智能家居系统的监测和反馈。

实施例2：

在本实施例中，该系统采用MQTT协议作为通信协议，MQTT协议是一种基于发布/订阅模式的轻量级物联网协议，可以实现设备之间的低功耗、高可靠、低延迟的消息传递，系统使用一个MQTT服务器(如EMQX)作为消息中转站，用户和智能设备分别作为客户端，通过TCP/IP连接到MQTT服务器，并订阅或发布不同的主题(Topic)，实现数据的交互，例如，用户可以发布一个主题为“lock/open”的消息，表示要求开锁；智能设备可以订阅这个主题，并在收到消息后执行开锁操作；同时，智能设备可以发布一个主题为“lock/status”的消息，表示当前门锁的状态(如开、关、异常等)；用户可以订阅这个主题，并在收到消息后显示门锁的状态，为了保证通信的安全性，需要对发送和接收的数据进行加密和解密。智能家居系统采用AES算法作为数据加密算法，AES算法是一种对称加密算法，即加密和解密使用相同的密钥。智能家居系统需要预先设定一个密钥(如16字节的随机数)，并在用户和智能设备之间共享。当用户或智能设备发送数据时，需要先使用AES算法和密钥对数据进行加密，然后再发送；当用户或智能设备接收数据时，需要先使用AES算法和密钥对数据进行解密，然后再处理。AES算法的加密和解密过程可以用以下表达式表示：

加密过程：C＝AES_Encrypt(P,K)，其中C是加密后的密文，P是原始的明文，K是密钥；

解密过程：P＝AES_Decrypt(C,K)，其中P是解密后的明文，C是接收到的密文，K是密钥。

系统采用舵机作为门锁的控制器，舵机可以根据接收到的PWM信号旋转到不同的角度，从而实现门锁的开关，智能家居系统需要使用ESP32芯片作为舵机的驱动器，ESP32芯片可以产生PWM信号，并输出到舵机的信号线上。当智能家居系统收到开锁指令时，需要根据预设的角度值产生相应的PWM信号，并发送给舵机；当智能家居系统收到关锁指令时，需要根据预设的角度值产生相应的PWM信号，并发送给舵机。PWM信号的产生和发送过程可以用以下表达式表示：

PWM信号产生：PWM＝PWM_Generate(A,F,D)，其中PWM是产生的PWM信号，A是角度值(如0°或90°)，F是频率(如50Hz)，D是占空比(如5％或10％)；

PWM信号发送：PWM_Send(PWM,PIN)，其中PWM是产生的PWM信号，PIN是ESP32芯片上连接舵机信号线的引脚(如GPIO2)。

具体的，系统采用多种传感器作为监控器，如温湿度传感器、烟雾传感器、红外传感器等，可以检测蒙古包内外的环境参数和异常情况，系统使用ESP32芯片作为传感器的读取器和处理器，ESP32芯片可以通过不同的接口(如I2C、ADC等)读取传感器的输出信号，并根据预设的阈值判断是否发生异常。当智能家居系统检测到异常时，需要使用蜂鸣器、灯光等作为报警器，发出声光警报，并通过MQTT协议向用户发送报警信息。传感器读取和处理过程可以用以下表达式表示：

传感器读取：S＝Sensor_Read(PIN,MODE)，其中S是读取到的传感器数据，PIN是ESP32芯片上连接传感器输出线的引脚(如GPIO4)，MODE是读取模式(如I2C或ADC)；

异常判断：E＝Exception_Judge(S,T)，其中E是判断结果(如True或False)，S是读取到的传感器数据，T是预设的阈值(如35℃或300ppm)；

报警发出：Alarm_Send(E,PIN,MODE)，其中E是判断结果(如True或False)，PIN是ESP32芯片上连接报警器输入线的引脚(如GPIO5)，MODE是报警模式(如声光或震动)；

报警通知：Alarm_Notify(E,TOPIC)，其中E是判断结果(如True或False)，TOPIC是MQTT协议中预设的主题(如“alarm/fire”或“alarm/intrusion”)，该系统还包括一组太阳能光伏板和蓄电池，通过太阳能光伏板为蓄电池进行充电，在供电线路损坏时，通过蓄电池临时向智能家居系统进行供电。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能依次来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种基于物联网的蒙古包智能家居系统，其特征在于，该系统包括以下部分：

智能控制终端，用于接收用户的指令，控制和监测蒙古包内外的各种智能设备，该终端可以是平板电脑、智能音箱或者智能电视中的一种；

智能家居云平台，用于提供远程医疗、视频点播、园区服务等云服务，以及实现与其他智能家居系统的互联互通，该平台可以是一个公有云、一个私有云或者一个混合云中的一种；

智能设备，所述智能设备设置有多组，包括智能灯具、智能电器、智能门锁和智能传感器等，用于实现蒙古包内外的环境调节、设备控制、安防报警等功能，这些设备可以采用不同的通信协议和接口，可以采用Wi-Fi、蓝牙、ZigBee中的一种。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的蒙古包智能家居系统，其特征在于：所述智能控制终端与智能设备连接，形成物联网网络，所述物联网网络为网状拓扑结构网络，所述物联网网络采用基于链路状态的路由算法，每个所述智能设备作为一个结点，每个结点都具有完整的网络拓扑和状态信息，通过定期地向所有其他结点发送和接收链路状态报文来更新自己的网络视图，利用Dijkstra最短路径算法计算出到达所有目的地的最短路径，并存储在自己的路由表中。

3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的蒙古包智能家居系统，其特征在于：构建所述智能家居云平台包括以下步骤：

S1、选择合适的物联网通信协议和模组，将蒙古包内外的各种智能设备接入互联网，形成一个网状拓扑结构的物联网网络；

S2、选择合适的云开发平台，如阿里云生活物联网平台、涂鸦智能IoTOS、华为HiLink，利用其提供的设备管理、AI场景、数据分析等基础能力和行业组件，快速搭建自己的智能家居云平台；

S3、设计合适的智能家居App，利用SDKApp服务提供的开发工具包和UI业务包，快速开发出专属的智能家居App，实现对蒙古包内外的各种智能设备和云服务的远程控制和监测；

S4、测试和发布智能家居云平台，进行系统测试、安全测试、用户测试等，确保智能家居云平台的稳定性、可靠性、易用性和安全性，然后发布上线，为用户提供优质的智能家居服务。

4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的蒙古包智能家居系统，其特征在于：该系统还包括智能家居APP的安装和交互，包括以下步骤

A1、下载并安装智能家居APP，用户可以通过扫描智能控制终端上的二维码或者在应用商店中搜索智能家居APP的名称，下载并安装到自己的智能手机或平板电脑上；

A2、注册并登录智能家居APP，用户需要使用手机号或邮箱注册一个账号，并设置密码，然后登录到智能家居APP中，可以查看和管理自己的个人信息和设备信息；

A3、添加并绑定智能设备，用户需要在智能家居APP中选择添加设备的功能，根据不同的设备类型和接入方式，按照提示操作，将蒙古包内外的各种智能设备添加并绑定到自己的账号下，可以给每个设备起一个别名，并分配到不同的房间或区域中；

A4、控制和监测智能设备，用户可以在智能家居APP中选择不同的房间或区域，查看和控制相应的智能设备，可以使用触摸、语音、手势等不同的交互方式，实现开关、调节、定时、场景等不同的功能，并查看设备的运行状态和数据信息；

A5、设置和使用智能场景，用户可以在智能家居APP中选择设置场景的功能，根据自己的需求和喜好，创建不同的智能场景，可以设置触发条件、执行动作、执行时间等参数，并给每个场景起一个名称，并分配到不同的房间或区域中；用户可以在智能家居APP中选择使用场景的功能，根据不同的情境和需求，一键启动相应的智能场景，实现多个设备之间的联动和协调。

5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的蒙古包智能家居系统，其特征在于：该系统采用MQTT协议作为通信协议，该系统使用一个MQTT服务器作为消息中转站，用户和智能设备分别作为客户端，通过TCP/IP连接到MQTT服务器，并订阅或发布不同的主题(Topic)，实现数据的交互。

6.根据权利要求1所述的一种基于物联网的蒙古包智能家居系统，其特征在于：该系统采用AES算法作为数据加密算法，预先设定一个密钥，并在用户和智能设备之间共享，当用户或智能设备发送数据时，先使用AES算法和密钥对数据进行加密，然后再发送；当用户或智能设备接收数据时，先使用AES算法和密钥对数据进行解密，然后再处理。

7.根据权利要求1所述的一种基于物联网的蒙古包智能家居系统，其特征在于：该系统使用ESP32芯片作为智能传感器的读取器和处理器，ESP32芯片可以通过不同的接口读取传感器的输出信号，并根据预设的阈值判断是否发生异常，当系统检测到异常时，使用蜂鸣器、灯光作为报警器，发出声光警报，并通过MQTT协议向用户发送报警信息。

8.根据权利要求1所述的一种基于物联网的蒙古包智能家居系统，其特征在于：该系统还包括一组太阳能光伏板和蓄电池，通过太阳能光伏板为蓄电池进行充电，在供电线路损坏时，通过蓄电池临时向智能家居系统进行供电。