CN204631597U - 一种空调智能化控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种空调智能化控制系统，属于智能家居技术领域。所述智能化控制系统包括智能插座、空调、无线网关和云服务平台；空调与智能插座电连接；智能插座通过无线网络与无线网关连接；无线网关通过网络与云服务平台连接。本实用新型提供的空调智能化控制系统，无需对非智能空调进行任何的工程布线、硬件及软件改造，只需自行安装对应型号空调的智能插座，就可将空调升级成为网络智能空调；同时，以智能插座为中心组网接入智能家居云服务平台，与手机应用实现双向、实时、加密的数据通信，使家居生活环境更健康、更舒适、更节能。
Description
技术领域
本实用新型涉及智能家居技术领域，特别涉及一种空调智能化控制系统。
背景技术
随着网络技术的快速发展，智能家居技术逐渐在普通用户家庭得以普及应用。目前市场上的空调智能控制产品，通过手机应用程序解决了用户远程对家庭空调进行控制的需求，但用户与空调之间是一种被动式地信息交互，需要用户干预，致使其自动化及智能化程度较低，具体表现在以下几个方面：
1)智能控制设备多以单片机(MCU)及WiFi模块方式实现，致使组建的空调智能控制系统的扩展能力低下；智能控制设备组网能力差、功能单一，无法实现与家庭其他智能家居设备的互联和互动。
2)手机应用是空调工作模式控制及调整的唯一手段，空调的自动化及智能化控制缺乏；与空调的红外遥控器相比，个体空调手机应用的相关控制功能缺失，用户体验差；空调缺乏与人体活动的联动，无法实现节能的目标。
3)室内人员通过空调红外遥控器对空调进行红外遥控时，空调的工作状态无法同步至单个或多个远程手机应用，用户体验差；空调厂商对空调红外遥控器使用的红外编码方式各有不同，空调智能控制设备试图通过提供红外码自学习的功能来实现对所有空调的兼容，但由于空调安装位置、红外信号覆盖差及信号易干扰等因素的影响，使得空调控制成功率低，用户持续购买及使用兴趣不高。
实用新型内容
为了解决现有家庭空调组网用智能控制设备功能单一、控制成功率低，无法实现远程监控空调的实时工作状态，以及缺乏与其他家居设备互动等问题，本实用新型提供了一种空调智能化控制系统，所述系统包括智能插座、空调、无线网关和云服务平台；所述空调与智能插座电连接；所述智能插座通过无线网络与无线网关连接；所述无线网关通过网络与云服务平台连接。
所述智能插座包括嵌入式中央处理器，以及与所述嵌入式中央处理器分别相连的电源开关模块、内存及闪存模块、状态灯及复位键、电流检测及保护模块、电压检测及保护模块、WiFi系统级芯片、红外发送及接收模块和环境传感器模块。
所述系统还包括无线智能控制器；所述无线智能控制器设置在所述空调上，并通过无线连接方式与所述智能插座连接。
所述智能插座包括嵌入式中央处理器，以及与所述嵌入式中央处理器分别相连的电源开关模块、内存及闪存模块、状态灯及复位键、电流检测及保护模块、电压检测及保护模块、WiFi系统级芯片和网络协处理器模块。
所述无线智能控制器包括微处理器单元，以及与所述微处理器单元分别连接的红外发射单元、红外接收单元、无线通信单元、电池管理单元、工作状态指示灯和按键。
所述网络协处理器模块通过ZigBee无线通信协议与所述无线通信单元连接。
所述无线网关为无线路由器，所述嵌入式中央处理器采用32位处理器。
所述红外发送及接收模块和环境传感器模块均通过硬件接口与所述嵌入式中央处理器连接。
所述WiFi系统级芯片集成有WiFi AP模块和WiFi Client模块，所述WiFi AP模块和WiFi Client模块分别与所述嵌入式中央处理器连接。
所述红外发送及接收模块设置有多个不同方向的大功率红外发射头。
本实用新型提供的空调智能化控制系统，无需对非智能空调进行任何的工程布线、硬件及软件改造，只需自行安装对应型号空调的智能插座，就可将空调升级成为网络智能空调；同时，以智能插座为中心组网接入智能家居云服务平台，与手机应用实现双向、实时、加密的数据通信，使家居生活环境更健康、更舒适、更节能。
附图说明
图1是本实施例1提供的空调智能化控制系统的组网结构示意图；
图2是本实施例1提供的智能插座的结构原理示意图；
图3是本实施例1提供的智能插座实物外观示意图；
图4是本实施例2提供的空调智能化控制系统的组网结构示意图；
图5是本实施例2提供的智能插座的结构原理示意图；
图6是本实施例2提供的无线智能控制器的结构原理示意图；
图7是本实施例2提供的智能插座实物外观示意图；
图8是本实施例2提供的无线智能控制器实物外观示意图；
图9是本实施例空调红外编码数据库及个性化操作界面下载流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型技术方案作进一步描述。
实施例1
参见图1，本实施例提供了一种空调智能化控制系统，该系统包括智能插座100、挂壁式空调101、无线网关102和云服务平台103。其中，挂壁式空调101与智能插座100电连接；智能插座100通过无线网络与无线网关102连接；无线网关102通过网络与云服务平台103连接。在实际应用中，无线网关102为家用无线路由器。
参见图2，智能插座100包括嵌入式中央处理器，以及与嵌入式中央处理器分别相连的电源开关模块、内存及闪存模块、状态灯及复位键、电流检测及保护模块、电压检测及保护模块、WiFi系统级芯片、红外发送及接收模块和环境传感器模块。在实际应用中，嵌入式中央处理器采用32位处理器，例如：联发科的MT7620芯片；红外发送及接收模块分别采用鼎元大功率45MIL芯片和ROHM RPM6900系列芯片；WiFi系统级芯片集成有WiFi AP模块和WiFi Client模块，WiFi AP模块和WiFi Client模块分别与嵌入式中央处理器连接，例如联发科的MT7620WiFi SoC。
在实际应用中，当挂壁式空调接入智能插座时，电压检测及保护模块、电流检测及保护模块分别检测外部电网输出至挂壁式空调的采样电压、采样电流，该采样电压、采样电流经过运算放大电路反馈至嵌入式中央处理器。如果嵌入式中央处理器通过数据分析获取了挂壁式空调工作电压/工作电流的瞬时异常，那么电源开关模块将会切断挂壁式空调供电，使挂壁式空调调整至安全的工作模式，以实现对挂壁式空调的用电保护。例如：当挂壁式空调工作电压/工作电流出现异常时，电源开关模块切断挂壁式空调供电，挂壁式空调工作模式被调整成“关”。
图3为本实施例智能插座的实物外观示意图。在使用时，智能插座插入墙面电源插孔，挂壁式空调通过智能插座外壳上的电源插孔与智能插座相连；智能插座通过无线WiFi与家用无线路由器连接并接入云服务平台。红外发送及接收模块通过智能插座上的左侧硬件接口与智能插座采用即插即用方式连接；当红外发送及接收模块插入硬件接口时，智能插座自动检测设备类型并加载设备驱动程序。智能插座通过红外发送及接收模块与空调/空调遥控器实现无线双向通信。为了增强红外发射信号的覆盖面积及提高空调控制命令的成功率，红外发送及接收模块采用大功率发射器件(最大发射功率>＝5.0瓦)；同时，采用多方向多发射头的红外发射机制，例如：三发射头60度角方向发射机制，实现空调红外控制信号全方位的覆盖。为了实现智能插座对空调的红外控制，在手机应用选定空调型号后，相关型号空调的红外编码库被下载至智能插座的闪存中。环境传感器模块，例如：温度计、甲醛传感器、一氧化碳探测器、烟雾探测器、门窗传感器等，通过智能插座上的右侧硬件接口与智能插座采用即插即用方式连接；当环境传感器模块插入硬件接口时，智能插座自动检测设备类型并加载设备驱动程序。智能插座实时接收环境传感器模块采集的环境信息，并将环境信息通过无线WiFi网络推送至云服务平台，云服务平台将环境信息推送至手机应用；同时，智能插座内嵌的系统软件对实时环境信息进行分析处理，通过红外发送及接收模块发送红外编码控制指令，以便自动调整挂壁式空调的工作模式，并通过无线WiFi网络将挂壁式空调的工作模式实时推送至云服务平台，云服务平台将工作模式信息推送至手机应用。例如：当智能插座分析出室内甲醛或一氧化碳浓度超标时，智能插座会将超标的甲醛或一氧化碳浓度超标信息推送至云服务平台，云服务平台将超标的甲醛或一氧化碳浓度信息推送至手机应用；同时，智能插座通过红外发送及接收模块下发排风工作模式红外编码，使挂壁式空调的工作模式自动调整至排风工作模式，排出有害气体，并将排风工作模式推送至云服务平台，云服务平台将排风工作模式推送至手机应用。例如：当智能插座分析出窗户或门被打开时，智能插座会将窗户或门被打开的信息推送至云服务平台，云服务平台将窗户或门被打开的信息推送至手机应用；同时，智能插座通过红外发送及接收模块下发待机工作模式红外编码，使挂壁式空调的工作模式自动调整至待机工作模式，实现节能的目的，并将待机工作模式推送至云服务平台，云服务平台将待机工作模式推送至手机应用。本实施例用于连接红外发送及接收模块和环境传感器模块的硬件接口的额定电流可以设定为10A或16A，智能插座的最大峰值工作电流可设定为3600A。
需要特别说明的是：本实施例中用于连接红外发送及接收模块和环境传感器模块的硬件接口的位置，可根据智能插座的产品设计方案来确定，本实施例不具体限制硬件接口的位置。
室内用户通过空调红外遥控器控制挂壁式空调时，遥控器红外信号被空调红外接收点接收，经过解码后对空调工作状态进行相应调整；同时该遥控器红外信号被智能插座的红外发送及接收模块接收，经解码后获取空调被调整的工作状态，并将空调被调整的工作状态推送至与该空调相关联的一个或多个远程手机应用，实现空调工作状态与手机应用的同步。
本实施例提供的空调智能化控制系统，无需对非智能挂壁式空调进行任何的工程布线、硬件及软件改造，只需自行安装对应型号空调的智能插座，就可将挂壁式空调升级成为网络智能空调；同时，以智能插座为中心组网接入智能家居云服务平台，与手机应用实现双向、实时、加密的数据通信，使家居生活环境更健康、更舒适、更节能。
实施例2
参见图4，本实施例提供了一种空调智能化控制系统，该系统包括智能插座200、立柜式空调201、无线智能控制器202、无线网关203和云服务平台204。其中，无线智能控制器202设置在立柜式空调201上；立柜式空调201与智能插座200电连接；智能插座200通过无线网络与无线网关203连接；无线网关203通过网络与云服务平台204连接。在实际应用中，无线网关203为家用无线路由器。
参见图5，智能插座200包括嵌入式中央处理器，以及与嵌入式中央处理器分别相连的电源开关模块、内存及闪存模块、状态灯及复位键、电流检测及保护模块、电压检测及保护模块、WiFi系统级芯片和网络协处理器模块。在实际应用中，嵌入式中央处理器采用32位处理器，例如：联发科的MT7620芯片；网络协处理器模块采用ZigBee模块，例如：Silabs EM357芯片或TI CC2530芯片；WiFi系统级芯片集成有WiFi AP模块和WiFi Client模块，WiFi AP模块和WiFi Client模块分别与嵌入式中央处理器连接，例如MT7620 WiFi SoC。
参见图6，无线智能控制器202包括微处理器单元，以及与微处理器单元分别连接的红外发射单元、红外接收单元、无线通信单元、电池管理单元、工作状态指示灯和按键。在实际应用中，无线通信单元采用ZigBee通信单元，例如：Silabs EM357或TI CC2531。如图8所示，无线智能控制器202粘贴在立柜式空调表面邻近空调红外接收点23的位置上，这样可有效提高红外信号的覆盖及被干扰概率，以便实现智能家居组网的构建及对立柜式空调的智能化控制。在实际应用中，电池管理单元为无线智能控制器的工作提供电源支持，其所使用的电池工作时间大于6个月；当电池使用寿命低于指定阈值时，电池低电压报警信息通过ZigBee通信单元发送给智能插座，智能插座将该报警信息通过无线WiFi网络推送至云服务平台，云服务平台将报警信息推送至手机应用，提醒用户及时更换电池。
在实际应用中，当立柜式空调接入智能插座时，电压检测及保护模块、电流检测及保护模块分别检测外部电网输出至立柜式空调的采样电压、采样电流，该采样电压、采样电流经过运算放大电路反馈至嵌入式中央处理器，如果嵌入式中央处理器通过数据分析获取了立柜式空调工作电压/工作电流的瞬时异常，那么电源开关模块将会切断立柜式空调供电，使立柜式空调调整至安全的工作模式，以实现对立柜式空调的用电保护。例如：当立柜式空调工作电压/工作电流出现异常时，电源开关模块切断立柜式空调供电，立柜式空调工作模式被调整成“关”。
图7为本实施例智能插座的实物外观示意图。在使用时，智能插座插入墙面电源插孔，立柜式空调通过智能插座外壳上的电源插孔与智能插座相连；智能插座通过无线WiFi网络与家用无线路由器连接并接入云服务平台。网络协处理器模块(ZigBee模块)通过智能插座上的右侧硬件接口与智能插座采用即插即用方式连接；当网络协处理器模块插入硬件接口时，智能插座自动检测设备类型并加载设备驱动程序。智能插座通过网络协处理器模块及无线智能控制器与空调/空调遥控器实现无线双向通信。在具体应用中，网络协处理器模块，即ZigBee模块，通过ZigBee无线通信协议与室内安装的人体位置跟踪器、甲醛传感器、一氧化碳探测器、烟雾探测器、门窗传感器等连接，实现智能家居网络的组建。
智能插座通过ZigBee模块实时接收人体位置跟踪器、温度计、甲醛传感器、一氧化碳探测器、烟雾探测器、门窗传感器等采集的信息，并将这些信息通过无线WiFi网络推送至云服务平台，云服务平台将这些信息推送至手机应用；同时，智能插座内嵌的系统软件对这些信息进行分析处理，ZigBee模块通过ZigBee无线通信协议向无线智能控制器发送控制指令，并将立柜式空调调整后的工作模式实时推送至云服务平台，云服务平台将工作模式信息推送至手机应用。无线智能控制器将通过ZigBee通信单元获取的控制指令转发给微处理器单元，微处理器单元对该控制指令进行分析处理后转发给红外发射模块，红外发射模块将控制指令转换为红外编码，发送给与无线智能控制器相邻的空调红外接收点，实现对立柜式空调工作模式的自动调整。例如：当智能插座分析出室内甲醛或一氧化碳浓度超标时，智能插座会将超标的甲醛或一氧化碳浓度超标信息推送至云服务平台，云服务平台将超标的甲醛或一氧化碳浓度信息推送至手机应用；同时，智能插座通过ZigBee无线通信协议将排风工作模式控制指令发送给无线智能控制器，并将排风工作模式推送至云服务平台，云服务平台将排风工作模式推送至手机应用；无线智能控制器下发排风工作模式红外编码，使立柜式空调的工作模式自动调整至排风工作模式，排出有害气体。例如：当智能插座分析出窗户或门被打开时，智能插座会将窗户或门被打开的信息推送至云服务平台，云服务平台将窗户或门被打开的信息推送至手机应用；同时，智能插座通过ZigBee无线通信协议将待机工作模式控制指令发送给无线智能控制器，并将待机工作模式推送至云服务平台，云服务平台将待机工作模式推送至手机应用；无线智能控制器下发待机工作模式红外编码，使立柜式空调的工作模式自动调整至待机工作模式，实现节能的目的。例如：当智能插座分析出人体离开家庭时，智能插座会将人体离开家庭的信息推送至云服务平台，云服务平台将人体离开家庭的信息推送至手机应用；同时，智能插座通过ZigBee无线通信协议将关机工作模式控制指令发送给无线智能控制器，并将关机工作模式推送至云服务平台，云服务平台将关机工作模式推送至手机应用；无线智能控制器下发关机工作模式红外编码，使立柜式空调的工作模式自动调整至关机工作模式，实现节能的目的。
需要特别说明的是：本实施例中用于连接网络协处理器模块的硬件接口的位置，可根据智能插座的产品设计方案来确定，本实施例不具体限制硬件接口的位置。
室内用户通过空调红外遥控器控制立柜式空调时，遥控器红外信号被空调红外接收点接收，经过解码后对空调工作状态进行相应调整；同时该遥控器红外信号被无线智能控制器的红外接收单元接收，经解码后获取空调被调整的工作状态，并将空调被调整的工作状态通过ZigBee无线通信协议发送给智能插座，智能插座将空调被调整的工作状态推送至与该空调相关联的一个或多个远程手机应用，实现空调工作状态与手机应用的同步。
本实施例提供的空调智能化控制系统，无需对非智能立柜式空调进行任何的工程布线、硬件及软件改造，只需自行安装对应型号空调的智能插座及无线智能控制器，就可将立柜式空调升级成为网络智能空调；同时，以智能插座为中心组网接入智能家居云服务平台，与手机应用实现双向、实时、加密的数据通信，使家居生活环境更健康、更舒适、更节能。
云服务平台对手机应用及智能插座的关联性进行管理，并对手机应用及其关联空调之间的数据通信实行授权、加密，保证系统通信安全性。云服务平台支持同一手机应用对多个智能插座的通信，同时支持多个手机应用对同一智能插座的通信。云服务平台存储不同型号空调的红外码数据库，手机应用及智能插座根据需要从云服务平台下载空调红外码数据库，实现对用户个体空调的有效控制。云服务平台为用户提供空调遥控器型号请求服务，如果用户在当前空调遥控器数据库中无法查找到所需型号时，可向系统发送数据库更新请求，这样有利于红外码数据库的不断完善，满足对市场上的多种不同空调的支持。
手机应用下载对应空调红外码数据库并存储于手机应用数据库。用户可向手机应用添加不同型号空调遥控器，手机应用从云服务平台下载对应红外码数据库及对应用户定制界面，实现用户空调控制个性化服务。手机应用(人体)地理位置发生改变时，实时地理位置与家居的距离信息实时推送至智能插座，智能插座根据预设逻辑对空调工作模式实现有效控制。例如：用户离家一定距离时，提前将空调工作模式调整至当前室温下最舒适的模式，实现智能家居的智能化、舒适化的目的。
图9示出了空调红外编码数据库及个性化操作界面下载流程示意图。这种实现方式避免了用户遥控红外编码学习流程带来用户体验的不便，同时避免了红外编码学习失败带来的空调自动控制功能的缺失。
本实用新型实施例提供的空调智能化控制系统，不仅能够在无用户及手机应用干预的前提下，实现对空调的远程智能自动控制，而且还能够从云服务平台下载对应空调的红外编码数据库并保存于智能插座的闪存中，实现对用户个体空调的有效控制。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种空调智能化控制系统，其特征在于，所述系统包括智能插座、空调、无线网关和云服务平台；所述空调与智能插座电连接；所述智能插座通过无线网络与无线网关连接；所述无线网关通过网络与云服务平台连接。
2.如权利要求1所述的空调智能化控制系统，其特征在于，所述智能插座包括嵌入式中央处理器，以及与所述嵌入式中央处理器分别相连的电源开关模块、内存及闪存模块、状态灯及复位键、电流检测及保护模块、电压检测及保护模块、WiFi系统级芯片、红外发送及接收模块和家庭环境传感器模块。
3.如权利要求1所述的空调智能化控制系统，其特征在于，所述系统还包括无线智能控制器；所述无线智能控制器设置在所述空调上，并通过无线连接方式与所述智能插座连接。
4.如权利要求3所述的空调智能化控制系统，其特征在于，所述智能插座包括嵌入式中央处理器，以及与所述嵌入式中央处理器分别相连的电源开关模块、内存及闪存模块、状态灯及复位键、电流检测及保护模块、电压检测及保护模块、WiFi系统级芯片和网络协处理器模块。
5.如权利要求4所述的空调智能化控制系统，其特征在于，所述无线智能控制器包括微处理器单元，以及与所述微处理器单元分别连接的红外发射单元、红外接收单元、无线通信单元、电池管理单元、工作状态指示灯和按键。
6.如权利要求5所述的空调智能化控制系统，其特征在于，所述网络协处理器模块通过ZigBee无线通信协议与所述无线通信单元连接。
7.如权利要求2所述的空调智能化控制系统，其特征在于，所述无线网关为无线路由器，所述嵌入式中央处理器采用32位处理器。
8.如权利要求2所述的空调智能化控制系统，其特征在于，所述红外发送及接收模块和环境传感器模块均通过硬件接口与所述嵌入式中央处理器连接。
9.如权利要求2或4所述的空调智能化控制系统，其特征在于，所述WiFi系统级芯片集成有WiFi AP模块和WiFi Client模块，所述WiFi AP模块和WiFi Client模块分别与所述嵌入式中央处理器连接。
10.如权利要求2所述的空调智能化控制系统，其特征在于，所述红外发送及接收模块设置有多个不同方向的大功率红外发射头。
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