CN213581775U - 一种智能家居系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种智能家居系统，包括主控制器，监测单元，与监测单元连接的开关单元，通信单元，多个家居设备和用于选择家居设备的用户操作界面，所述监测单元和多个家居设备均与主控制器通过通信单元进行无线通信，所述监测单元为无线传感器，用于对家居环境进行监测，采集家居环境数据并发送至主控制器，主控制器用于对家居环境数据进行处理生成配置数据，根据配置数据控制开关单元开启和关闭进而对家居设备进行控制，本实用新型监测单元和多个家居设备均与主控制器通过通信单元进行无线通信，实现非接触测量，有效地延长传感器的使用时间，并且能够提供足够的精度要求。

Description

一种智能家居系统

技术领域

本实用新型涉及智能家居领域，尤其涉及一种智能家居系统。

背景技术

随着科技的发展，智能家居逐步取代原有的传统家居，给用户提供了多种便利，该智能家居包括网络接入系统、防盗报警系统。

相关技术中的智能家居采用有线传感器，采用有线的组网方式。一方面，这种有线组网会随着通信家电装置数量的增多，布线范围的扩大而变得非常复杂，而且成本较高，在一些偏远的山区，这种组网的方式带来的不便会更加明显。另一方面，有线组网的方式不利于后续设备位置的调整以及整个智能家居网络的调整。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型提供了一种无线传感器网络的智能家居系统，以解决上述背景技术中提出的问题，本实用新型采用无线传感器网络，采用云服务器提供更新数据，具有简洁、高效、快速、准确和耗时短的优势。

本实用新型实施例提供一种智能家居系统，所述系统包括:主控制器，监测单元，与监测单元连接的开关单元，通信单元，多个家居设备和用于选择家居设备的用户操作界面，所述监测单元和多个家居设备均与主控制器通过通信单元进行无线通信，所述监测单元为无线传感器，用于对家居环境进行监测，采集家居环境数据并发送至主控制器，主控制器用于对家居环境数据进行处理生成配置数据，根据配置数据控制开关单元开启和关闭进而对家居设备进行控制。

可选地，所述系统还包括存储单元，用于存储环境数据或者配置数据。

可选地，所述通信单元包括WIFI通信模块、2G通信模块、3G通信模块、 4G通信模块和ZigBee通信模块中的至少一种。

可选地，所述家居设备包括用于控制喂食量的喂食设备，控制浇水量的灌溉设备和控制照明的照明设备中的至少一种。

可选地，所述系统还包括电源单元，所述电源单元包括AC电源或者DC 电源。

可选地，所述系统还包括限位检测模块，用于检测喂养宠物设备的电机是否运行到指定位置，实现定量喂食。

可选地，所述限位检测模块为非接触检测的光电门。

可选地，所述主控制器采用M451LG6AE芯片。

可选地，所述系统通过http协议与服务器进行通信，通信的方式以post 为主。

可选地，所述系统还包括RTC时钟，用于为智能家居系统的运行提供时间基准。

本实用新型一种智能家居系统，包括主控制器，监测单元，与监测单元连接的开关单元，通信单元，多个家居设备和用于选择家居设备的用户操作界面，所述监测单元和多个家居设备均与主控制器通过通信单元进行无线通信，所述监测单元为无线传感器，用于对家居环境进行监测，采集家居环境数据并发送至主控制器，主控制器用于对家居环境数据进行处理生成配置数据，根据配置数据控制开关单元开启和关闭进而对家居设备进行控制，本实用新型监测单元和多个家居设备均与主控制器通过通信单元进行无线通信，实现非接触测量，有效地延长传感器的使用时间，并且能够提供足够的精度要求。

附图说明

图1为本实用新型智能家居系统的结构示意图；

图2为本实用新型MVC的关系图；

图3为本实用新型智能家居系统的内部网络结构示意图；

图4为本实用新型智能家居系统APP登录流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供一种智能家居系统，请参考图1所示，所述系统包括:主控制器10，监测单元20，与监测单元20连接的开关单元30，通信单元60，多个家居设备和用于选择家居设备的用户操作界面40，所述监测单元20和多个家居设备均与主控制器10通过通信单元60进行无线通信，所述监测单元 20为无线传感器，用于对家居环境进行监测，采集家居环境数据并发送至主控制器10，主控制器10用于对家居环境数据进行处理生成配置数据，根据配置数据控制开关单元30开启和关闭进而对家居设备进行控制。

在本实用新型的其中一实施例中，所述家居设备包括用于控制喂食量的喂食设备，控制浇水量的灌溉设备和控制照明的照明设备中的至少一种。

上述实施例中，对喂食设备的控制，需要能够实现对投喂食品的量进行大略的控制。在本实用新型的其中一实施例中，所述系统还包括限位检测模块 50，用于检测喂养宠物设备的电机的运行位置，从而实现对宠物喂食中相关传感器的控制，实现定量喂食。具体的，限位检测模块50用于检测电机的位置状态，判断其是否移动到了指定位置，或者测量喂食装置中电机旋转的圈数，通过主控制器控制电机的旋转圈数即转速控制喂食的量。限位检测模块 50具体可以是非接触检测的光电门。

上述实施例中，对灌溉设备，本实用新型主要针对浇水量进行控制，通过主控制器对电机工作时长的控制从而控制控制浇水的量。

在本实用新型的其中一实施例中，所述系统还包括存储单元70，用于存储环境数据或者配置数据，停电后还能继续执行之前设定的任务。

在本实用新型的其中一实施例中，所述通信单元60包括WIFI通信模块、 2G通信模块、3G通信模块、4G通信模块和ZigBee通信模块中的至少一种。当通信单元为WIFI通信模块时，WIFI通信模块集成了Tcp/ip协议，能够实现整个系统整体联网工作。

在本实用新型的其中一实施例中，所述系统还包括RTC时钟90，用于为智能家居系统的运行提供时间基准，具体的，RTC时钟90拟选用DS3231，通过DS3231，可以为没有内置时钟模块的单片机提供精准授时。为了能够实现精度较高的计时，从而减小当离线时出现的定时误差，DS3231使用了外置的RTC DS3231作为时间计时基准，其内置温度补偿型晶振(TCXO)，具有较高的频率稳定度，能够实现系统对于计时的实际运用需求。

在本实用新型的其中一实施例中，所述系统还包括电源单元80，所述电源单元80包括AC电源或者DC电源，也可以根据外部的使用情况进行自由选择。所述AC电源直接由220V市电供电，AC/DC逆变器将AC电源转换为 DC电源，AC/DC逆变器体积较小且需要提供足够的功率，本实用新型选用 HLK-PM01，其能够提供220V AC到5V DC的转换，能够提供3W的功率，足够系统的使用。本实用新型也可以直接由外部提供DC电源，通过内置的开关电源，能够支持较宽的电圧输入范围，降低了对外部电源的要求。

在本实用新型的主控制器需要具有数量适中的I/O，能够支持和其他功能模块的互联，能够实现对对象的控制，具有模拟输入通道，能够实现同传感器的连接，且主控制器需要支持通信，能够实时更新数据，能够支持后续的扩展。在本实用新型的其中一实施例中，所述主控制器采用M451LG6AE芯片，具有足够的RAM和Flash，能够满足运行程序的要求，具有多个串口，支持硬件的SPI及I2C，便于其与各传感器间相互通信。

在本实用新型的其中一实施例中，监测单元用于对环境的温度和湿度进行检测，对于一般的温湿度测量，使用DTH11，其集成了温度及湿度检测，接口为单线制串口，对于温度范围较大的测量，使用DS18b20，其测温范围较广，具有密封的封装(能够测量液体温度)，能多个串联，对于土壤湿度的测量，使用电阻式湿度传感器进行测量。

在本实用新型的其中一实施例中，所述智能家居系统通过http协议与服务器进行通信，通信的方式以post为主。

本实用新型智能家居系统从功能上可分为用户管理、设备管理和场景管理三部分。通过用户管理,可以实现用户的登录、注册、密码找回、信息管理等操作，设备管理功能包括设备的查看、添加、删除、控制等功能，并可以查看设备控制的历史记录。通过场景管理，可以添加和使用场景，并在场景中自定义任务的执行。

本实用新型智能家居系统的设计架构采用MVC框架，MVC全名是 Model-View-Controller，是软件工程中的一种软件架构，用一种业务逻辑、数据、界面显示分离的方法组织代码。

①Model(模型)：业务逻辑层，包含核心功能和数据并实现核心业务逻辑；

②View(视图)：表示层，向用户显示信息在安卓应用中通常通过XML 布局文件实现；

③Controller(控制器)：控制层，处理用户输入、并实现View层和Model 层的协同工作。在安卓应用中可以认为Activity为Controller。

请参考图2所示为本实用新型MVC的关系图，其中实现表示方法调用，虚线表示事件驱动。Controller定义用户界面对用户输入的响应方式，负责把用户的动作转化成针对Model的操作，Model通过更新View来反映数据的变化。

本实用新型采用MVC框架，可以降低层与层之间的依赖，利于标准化和各层逻辑的复用。

本实用新型智能家居系统APP界面风格遵循Material Design，Material Design是谷歌在Android 5.0中推出的一个全新的设计，颜色更加艳丽，动画效果更加突出。同时界面更加干净、简约。Material Design的核心思想，就是把物理世界的体验带进屏幕。去掉现实中的杂质和随机保留其最原始纯净的形态、空间关系、变化与过渡，配合虚拟世界的灵活特性，还原最贴近真实的体验，达到简洁与直观的效果。

智能家居系统APP中的列表均采用Recycler View以提高列表的性能，并且使用了Card View实现卡片化设计。智能家居系统APP主界面中使用更加醒目的悬浮按钮与用户进行交互，操作更加直观。

智能家居系统APP通过http协议与服务器进行通信，釆用OkHttp进行网络请求，通信的方式以post为主。

Android系统环境提供了两种HTTP交互的方式：HttpURLConnection和 ApacheHTTP Client。

①每个HttpURLConnection实例都可用于生成单个请求，但是其他实例可以透明地共享连接到HTTP服务器的基础网络，请求后在 HttpURLConnection的InputStream或OutputStream上调用close()方法可以释放与此实例关联的网络资源，但对共享对持久连接没有任何影响。

②Apache HTTP Client可以用来提供高效的、最新的、功能丰富的支持 HTTP协议的客户端编程工具包，并且它支持HTTP协议最新的版本和建议。

虽然两者都支持HTTPS流的上传和下载，配置超时，IPv6和连接池，已足够满足智能家居系统各种HTTP请求的需求。但更高效的使用HTTP可以让应用运行更快、更节省流量。本实用新型选择使用OkHttp库进行开发，kHttp 支持SPDY(引用层协议)，共享同一个Socket来处理T服务器的所有请求； kHttp无缝的支持GZIP来减少数据流量；

APP与服务器通信时采用JSON格式进行数据传输。JSON作为一种轻量级的数据交换格式，易于人的阅读和编写，并且多种编程语言均提供了对 JSON格式数据解析的支持，易于机器解析和生成。相比XML格式，JSON 格式的数据量更小，具有较高的有效数据率，有助于节省流量，并且能够提升网络传输速率。JSON(JavaScript Object Notation,JS对象简谱)是一种轻量级的数据交换格式。基于ECMAScript(欧洲计算机协会制定的js规范)的一个子集，采用完全独立于编程语言的文本格式来存储和表示数据。

请参考图3所示为本实用新型。用户移动端在4G或者WIFI连通的网络状态下，通过Http请求至服务器完成对于信息的查询和任务的设定。云服务器根据用户的需求提供必要的数据，并将对应的任务更新至对应的数据库数据表。嵌入式控制终端通过WIFI模块AT模式与服务器进行Socket通讯，服务器端使用基于Java NIO的框架来实现Socket服务器设计。

整个系统中用户移动端(app)和主控制器过不同的服务器端进行连接，移动应用采用基于Http的方式进行通讯，硬件植入后的改造设备与智能单品均采用基于Socket通讯的方式与连通。两个服务器程序之间通过MySQL数据库数据表做中间桥接，实现数据共享、通讯。

请参考图4所示为本实用新型智能家居系统APP登录流程示意图，在启动时会首先检查本地是否存有用户的token,如果存在，直接跳转到主界面，若不存在，跳转到登录界面，登录界面除登录功能外，还可以进行用户注册和密码找回，密码采用MD5进行加密。

用户登录成功后，将服务器发来的token通过SharedPreferences保存在本地，SharedPreferences是Android平台上一个轻量级的存储类，用来保存应用的一些常用配置，比如Activity状态，Activity暂停时，将此activity的状态保存到SharedPereferences中；当Activity重载，系统回调方法onSaveInstanceState 时，再从SharedPreferences中将值取出。以后每次网络请求通过这个token进行用户验证，而不需要重新进行登录。

登录成功后，智能家居系统APP会向服务器请求用户已经建立的场景信息，并存储在本地的SQLite数据库中。

智能家居系统APP在设备控制页面可以实现查看设备信息、查看历史记录、对设备进行控制等功能。进行设备控制时，智能照明控制开、关两种状态，智能浇水对浇水量进行控制，智能喂食对喂食量进行控制。对于使用操作量进行控制的设备，APP需要知道设备何时成任务，并及时更新设备的状态。由于APP没有与设备建立之间连接，与服务器的连接釆用的是无状态的 HTTP协议，因此必须釆用轮询的方式确定任务何时执行完毕。开启此类设备时，APP会建立一个定时任务，不断查询设备的状态，直到确定设备已经完成任务的执行。

每种设备的控制均提供手动和定时两种工作方式。在启动定时任务时，可以设置每周某几天在某个时间重复执行设备控制的任务。

历史记录通过MP Android Chart图表控件以柱状图的方式进行显示。图表显示了每次任务的执行时间和操作量。

添加设备时，需要对设备进行验证。设备连网后向服务器发送自身的设备码和检验码，服务器在收到设备发来的信息后会在数据库中添加一个设备。智能家居系统可以通过添加设备的操作来获取设备的控制权。在添加设备时需要与服务器存储的设备码和检验码进行对比来验证设备。

在本实用新型的其中一实施例中，用户可以设置为：启动热水器所在的插座一延时20分钟一关闭热水器上的插座一打开电视一延时30秒(保证电视完全打开)一切换到8频道，然后就可以在快到家时点击“执行”，回到家里电视、热水已经全部准备好了。在场景中可以添加的任务分为两种类型，一种是对设备的控制任务，包含控制照明设备的开关、浇水设备的浇水量、喂食设备的喂食量等；另一种是延时任务，用于设定不同设备控制任务之间的延时间隔。场景可以设置为手动或定时启动两种方式。为了减少控制的复杂性，场景中的单项任务不能进行定时的设置，但可以通过设置场景整体的定时任务来实现场景中每个任务的定时。

在添加场景的页面，可以进行设置场景定时启动或手动启动，向场景中添加任务等操作，并且可以通过拖拽和右滑手势随时进行任务顺序的修改和任务的删除。而在场景详情页面，这些操作只有在开启了编辑模式时才能进行，要开启编辑模式，需要首先保证场景处于关闭状态。

场景的相关信息在通过SQ Lite数据库进行备份。数据库中建立了一张 scene表，用于存储场景本身的信息，一张task表存储场景任务的信息，task 表通过sceneid字段作为外键与scene表进行关联。通过继承SQ LiteOpenHelper 类进行数据表的创建和更新，

本实用新型智能家居系统个人页面主要用于用户信息的管理。个人信息主要包括姓名、性别、手机号、QQ、微信等。可以对个人信息进行查看和修改，并可以对头像进行设置。头像的选择使用了multi-image-selector第三方库。

在本实用新型的其中一实施例中，智能家居系统采用如下的服务器架构方案：含有M451LG6AE芯片的微控制终端，通过WiFi模块的AT指令模式与Socket服务器建立连接，之后服务器根据设备是否有对应的控制任务，如果有对应的控制任务，就把任务派发给对应的控制终端。对于NIO，使用一个线程发送读取数据请求，没有得到响应之前，线程是空闲的，此时线程可以去执行别的任务，而不是像IO中那样只能等待响应完成。

在本实用新型的其中一实施例中，智能家居系统的控制界面可以进行的开关图标可以进行控制开启和关闭设备。底部的按钮面板可以选择查看历史记录，设定定时任务，查看设备详细信息以及进行控制量设定。系统主界面点击添加设备的悬浮按钮可以进行设备添加。首先会跳转到设备验证界面。通过设备验证后将获得设备的控制权。

在设备场景界面中选择一个场景，可以查看场景的详细信息，包括场景是否开启，是否设置定时任务，以及详细的场景任务列表。可以在该页面中控制场景的开启和关闭。通过标题栏右侧下拉菜单可以选择开启编辑状态，可以对场景定时与手动的切换，以及任务列表进行编辑。

点击主界面的添加场景悬浮按钮将跳转到添加场景界面。通过底部的两个按键向场景中添加设备任务或者延时任务。点击添加设备按键将进入设备选择界面。选择具体设备后可以设置设备的控制量或状态量。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种智能家居系统，其特征在于，所述系统包括:

主控制器，监测单元，与监测单元连接的开关单元，通信单元，多个家居设备和用于选择家居设备的用户操作界面，所述监测单元和多个家居设备均与主控制器通过通信单元进行无线通信，所述监测单元为无线传感器，用于对家居环境进行监测，采集家居环境数据并发送至主控制器，主控制器用于对家居环境数据进行处理生成配置数据，根据配置数据控制开关单元开启和关闭进而对家居设备进行控制。

2.根据权利要求1所述的智能家居系统，其特征在于，所述系统还包括存储单元，用于存储环境数据或者配置数据。

3.根据权利要求1所述的智能家居系统，其特征在于，所述通信单元包括WIFI通信模块、2G通信模块、3G通信模块、4G通信模块和ZigBee通信模块中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的智能家居系统，其特征在于，所述家居设备包括用于控制喂食量的喂食设备，控制浇水量的灌溉设备和控制照明的照明设备中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的智能家居系统，其特征在于，所述系统还包括电源单元，所述电源单元包括AC电源或者DC电源。

6.根据权利要求4所述的智能家居系统，其特征在于，所述系统还包括限位检测模块，用于检测喂养宠物设备的电机是否运行到指定位置，实现定量喂食。

7.根据权利要求6所述的智能家居系统，其特征在于，所述限位检测模块为非接触检测的光电门。

8.根据权利要求1所述的智能家居系统，其特征在于，所述主控制器采用M451LG6AE芯片。

9.根据权利要求1所述的智能家居系统，其特征在于，所述系统通过http协议与服务器进行通信，通信的方式以post为主。

10.根据权利要求1所述的智能家居系统，其特征在于，所述系统还包括RTC时钟，用于为智能家居系统的运行提供时间基准。

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