CN107229268A - 一种基于无线传感器网络的智能家居*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于无线传感器网络的智能家居***，包括数据处理终端、家居环境监测模块、智能家居设备调控模块和远程用户管理端；所述的家居环境监测模块、智能家居设备调控模块、远程用户管理端均与数据处理终端通信连接；所述的家居环境监测模块用于基于无线传感器网络对家居环境进行监测，采集家居环境参数并发送至数据处理终端；所述的数据处理终端用于对家居环境参数进行处理，向智能家居设备调控模块发送控制指令，控制相应的家居设备运作；所述的远程用户管理端访问数据处理终端获得家居环境参数，并发送控制请求至数据处理终端。本发明实现了家居设备的智能调控。
Description
技术领域
本发明涉及智能家居领域，具体涉及一种基于无线传感器网络的智能家居***。
背景技术
智能家居中，设置的家居设备能够接收用户在住宅内或者远程的控制指令。目前在用户家庭中出现的家居设备的种类和数量越来越多，如智能电视、智能冰箱、智能空调等。如何实现对家居设备的智能调控，是亟待解决的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种基于无线传感器网络的智能家居***。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了一种基于无线传感器网络的智能家居***，包括数据处理终端、家居环境监测模块、智能家居设备调控模块和远程用户管理端；所述的家居环境监测模块、智能家居设备调控模块、远程用户管理端均与数据处理终端通信连接；所述的家居环境监测模块用于基于无线传感器网络对家居环境进行监测，采集家居环境参数并发送至数据处理终端；所述的数据处理终端用于对家居环境参数进行处理，判断家居环境参数是否满足预设的家居环境参数阈值条件，当某一家居环境参数不满足预设的家居环境参数条件时，向智能家居设备调控模块发送控制指令，控制相应的家居设备运作；所述的远程用户管理端访问数据处理终端获得家居环境参数，并发送控制请求至数据处理终端，数据处理终端根据控制请求向智能家居设备调控模块发送相应的控制指令。
本发明的有益效果为：基于无线传感器网络获取家居环境参数，并对家居环境参数进行分析处理，根据分析处理结果智能化控制或者远程控制家居设备的运作，实现了家居设备的智能调控，灵活性良好、维护维修方便、扩展功能较高、智能化程度良好。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1本发明的结构框图；
图2是本发明数据处理终端的连接框图。
附图标记：
数据处理终端1、家居环境监测模块2、智能家居设备调控模块3、远程用户管理端4、微处理器单元10、显示单元20、无线通信单元30、控制指令生成单元40。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1、图2，本实施例提供的一种基于无线传感器网络的智能家居***，包括数据处理终端1、家居环境监测模块2、智能家居设备调控模块3和远程用户管理端4；所述的家居环境监测模块2、智能家居设备调控模块3、远程用户管理端4均与数据处理终端1通信连接；所述的家居环境监测模块2用于基于无线传感器网络对家居环境进行监测，采集家居环境参数并发送至数据处理终端1；所述的数据处理终端1用于对家居环境参数进行处理，判断家居环境参数是否满足预设的家居环境参数阈值条件，当某一家居环境参数不满足预设的家居环境参数条件时，向智能家居设备调控模块3发送控制指令，控制相应的家居设备运作；所述的远程用户管理端4访问数据处理终端1获得家居环境参数，并发送控制请求至数据处理终端1，数据处理终端1根据控制请求向智能家居设备调控模块3发送相应的控制指令。
作为其中一个实施例，所述家居环境参数包括家居内温湿度、光照强度、二氧化碳浓度、一氧化碳浓度、二氧化硫浓度、臭氧浓度、可吸入颗粒浓度；所述家居设备包括空调设备、加湿设备、灯光设备、空气加湿器、臭氧呼吸机、智能百叶窗、电源控制开关。
控制相应的家居设备运作，例如，当所述温湿度小于预设的最低温湿度时，智能家居设备调控模块3控制所述空调设备和加湿设备开启，当所述光照强度小于预设的最低光照强度时，控制所述灯光设备开启。
作为其中一个实施例，所述数据处理终端1包括用于对家居环境参数进行处理的微处理器单元10、用于将微处理器单元10处理得到的家居环境参数进行显示和用户触摸信号输入的显示单元20、用于与家居环境监测模块和智能家居设备调控模块3相互通信的无线通信单元30。
作为其中一个实施例，所述数据处理终端1还包括控制指令生成单元40，用于在家居环境参数不满足预设的家居环境参数条件时，向智能家居设备调控模块3发送控制指令。
作为其中一个实施例，所述的远程用户管理端4为手机、平板或电脑。
作为其中一个实施例，所述的数据处理终端1为计算机或云服务器。
本发明上述实施例设计的智能家居设备调控***能够实时获取家居环境参数，并对家居环境参数进行分析处理，根据分析处理结果智能化控制或者远程控制家居设备的运作，实现了家居设备的智能调控，灵活性良好、维护维修方便、扩展功能较高、智能化程度良好。
作为其中一个实施例，所述的家居环境监测模块2包括家居环境监测节点、簇头节点、汇聚节点；所述的家居环境监测节点用于采集家居环境参数，并对家居环境参数进行处理后，确定最终的监测数据包并发送至所在簇的簇头节点；簇头节点用于接收簇内的家居环境监测节点发送的监测数据包，并对监测数据包进行融合处理后发送至汇聚节点，进而通过汇聚节点将家居环境参数发送至数据处理终端1。
作为其中一个实施例，所述的家居环境监测节点对家居环境参数进行处理，包括：
(1)家居环境监测节点利用滑动窗口采集家居环境参数，对同一滑动窗口内采集的家居环境参数进行离群数据检测，丢弃检测到的离群数据；
(2)设对应于某一滑动窗口的剩余的家居环境参数为Q′＝{Q1,Q2,…,Qμ}，按照下列计算公式对剩余家居环境参数进行处理：
式中，Q″为处理后的家居环境参数，Qw表示剩余的家居环境参数中第w个家居环境参数；
(3)设定监测数据包的数据长度λ，确定λ个滑动窗口对应的处理后的家居环境参数，形成最终的监测数据包。
离群数据为家居环境参数中与多数家居环境参数毫无关联的少部分家居环境参数，其的出现能够造成家居环境参数质量恶化，影响后续对家居环境参数的分析和判断，本优选实施例利用滑动窗口技术对家居环境监测节点采集的家居环境参数进行离群数据剔除和进一步的均值化处理，得到监测数据包，并确定λ个滑动窗口对应的家居环境参数作为最终的监测数据包发送给簇头节点，能够适应非稳态的家居环境参数，提高收集的家居环境参数的质量，有利于提高智能家居***的监测精度；
本优选实施例采用上述方式对家居环境参数进行处理，能够在保证家居环境参数精度的前提下节省家居环境监测节点的家居环境参数发送量，从而节省家居环境监测节点的家居环境参数发送能耗以及簇头节点的家居环境参数接收能耗，进一步降低家居环境参数收集的网络能耗。
作为其中一个实施例，所述的家居环境监测节点对同一滑动窗口内采集的家居环境参数进行离群数据检测，具体包括：
(1)家居环境监测节点将在第一次滑动窗口内采集的家居环境参数作为训练样本集，对训练样本集进行离群数据检测，若没有检测到离群数据，对下一次滑动窗口内采集的家居环境参数进行同样的离群数据检测，直至检测到离群数据；
(2)家居环境监测节点采集一个新的家居环境参数Qψ；
(3)若Qψ满足下列公式，则将Qψ判定为离群数据，并将Qψ与之前的离群数据构成新的离群数据集，若Qψ不满足下列公式，返回到(2)：
式中，D(Qψ,Sρ)表示Qψ与当前离群数据集S中的第ρ个离群数据之间的欧式距离，v为当前离群数据集S具有的离群数据数目，D(Sα,Sβ)表示离群数据集S中任意两个离群数据间的欧式距离；
(4)依次对家居环境监测节点新采集的家居环境参数进行离群数据判定，直至完成λ个滑动窗口对应的家居环境参数的离群数据判定。
本优选实施例实现了家居环境参数的离群数据判定，在对家居环境参数进行离群数据检测时，利用滑动窗口进行分批检测，能够更加适应不平稳的家居环境参数，采用上述方式对同一滑动窗口内采集的家居环境参数进行离群数据检测，基于旧的的离群数据进行新采集的家居环境参数的离群数据判定，减少了该算法的迭代次数，进一步提高了离群检测效率，且设计的离群数据判定策略能够适应离群数据集的变化。
作为其中一个实施例，所述的对训练样本集进行离群数据检测，具体包括：
(1)设训练样本集为Q＝)Q1,Q2,…,Qn}，n表示训练样本集中家居环境参数的数目，训练样本集中相隔最远的两个家居环境参数间的欧式距离为dmax，按照下列公式计算训练样本集中每一个家居环境参数的数据偏离程度：
式中，表示家居环境参数Qi的数据偏离程度，Qi∈Q，K(Qi,0.8dmax)表示与Qi在0.8dmax距离范围内的家居环境参数的数目，Qij表示与Qi在0.8dmax距离范围内的第j个家居环境参数，表示与Qij在距离范围内的家居环境参数的数目，表示与Qi在距离范围内的家居环境参数的数目，为设定的距离范围调节参数，的取值范围为[0.3,0.5]；
(2)对所有家居环境参数的数据偏离程度进行升序排列并按照排列顺序在1,2,…,n中给各数据偏离程度分配相应的序号，即升序排列中第一个数据偏离程度分配序号为1，升序排列中最后一个数据偏离程度分配序号为n，计算的数据偏离程度比例为其中为在升序排序中的序号；
(3)按照下列公式对进行转换处理，得到转换后的数据偏离程度
其中
(4)将中的最小值所对应的作为离群判断阈值，若训练样本集中存在家居环境参数的数据偏离程度大于所述的离群判断阈值，则将该家居环境参数视为离群数据。
本优选实施例提供了一种较优的离群数据检测策略，其中定义了数据偏离程度的计算公式，根据该公式计算出各家居环境参数的数据偏离程度，进而获取数据偏离程度比例，最终得到用于检测家居环境参数是否为离群数据的离群判断阈值，能够在保证较低计算复杂度的情况下，有效地从大量家居环境参数中发现隐藏在其中的离群数据，检测准确高效，有利于提高智能家居***的监测精度。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (6)
1.一种基于无线传感器网络的智能家居***，其特征是，包括数据处理终端、家居环境监测模块、智能家居设备调控模块和远程用户管理端；所述的家居环境监测模块、智能家居设备调控模块、远程用户管理端均与数据处理终端通信连接；所述的家居环境监测模块用于基于无线传感器网络对家居环境进行监测，采集家居环境参数并发送至数据处理终端；所述的数据处理终端用于对家居环境参数进行处理，判断家居环境参数是否满足预设的家居环境参数阈值条件，当某一家居环境参数不满足预设的家居环境参数条件时，向智能家居设备调控模块发送控制指令，控制相应的家居设备运作；所述的远程用户管理端访问数据处理终端获得家居环境参数，并发送控制请求至数据处理终端，数据处理终端根据控制请求向智能家居设备调控模块发送相应的控制指令。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的智能家居***，其特征是，所述数据处理终端包括用于对家居环境参数进行处理的微处理器单元、用于将微处理器单元处理得到的家居环境参数进行显示和用户触摸信号输入的显示单元、用于与家居环境监测模块和智能家居设备调控模块相互通信的无线通信单元。
3.根据权利要求2所述的一种基于无线传感器网络的智能家居***，其特征是，所述数据处理终端还包括控制指令生成单元，用于在家居环境参数不满足预设的家居环境参数条件时，向智能家居设备调控模块发送控制指令。
4.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的智能家居***，其特征是，所述的家居环境监测模块包括家居环境监测节点、簇头节点、汇聚节点；所述的家居环境监测节点用于采集家居环境参数，并对家居环境参数进行处理后，确定最终的监测数据包并发送至所在簇的簇头节点；簇头节点用于接收簇内的家居环境监测节点发送的监测数据包，并对监测数据包进行融合处理后发送至汇聚节点，进而通过汇聚节点将家居环境参数发送至数据处理终端。
5.根据权利要求4所述的一种基于无线传感器网络的智能家居***，其特征是，所述的家居环境监测节点对家居环境参数进行处理，包括：
(1)家居环境监测节点利用滑动窗口采集家居环境参数，对同一滑动窗口内采集的家居环境参数进行离群数据检测，丢弃检测到的离群数据；
(2)设对应于某一滑动窗口的剩余的家居环境参数为Q′＝{Q1,Q2,…,Qμ}，按照下列计算公式对剩余家居环境参数进行处理：
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<mi>Q</mi>
<mi>w</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
式中，Q″为处理后的家居环境参数，Qw表示剩余的家居环境参数中第w个家居环境参数；
(3)设定监测数据包的数据长度λ，确定λ个滑动窗口对应的处理后的家居环境参数，形成最终的监测数据包。
6.根据权利要求5所述的一种基于无线传感器网络的智能家居***，其特征是，所述的家居环境监测节点对同一滑动窗口内采集的家居环境参数进行离群数据检测，具体包括：
(1)家居环境监测节点将在第一次滑动窗口内采集的家居环境参数作为训练样本集，对训练样本集进行离群数据检测，若没有检测到离群数据，对下一次滑动窗口内采集的家居环境参数进行同样的离群数据检测，直至检测到离群数据；
(2)家居环境监测节点采集一个新的家居环境参数Qψ；
(3)若Qψ满足下列公式，则将Qψ判定为离群数据，并将Qψ与之前的离群数据构成新的离群数据集，若Qψ不满足下列公式，返回到(2)：
<mrow>
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</mrow>
式中，D(Qψ,Sρ)表示Qψ与当前离群数据集S中的第ρ个离群数据之间的欧式距离，v为当前离群数据集S具有的离群数据数目，D(Sα,Sβ)表示离群数据集S中任意两个离群数据间的欧式距离；
(4)依次对家居环境监测节点新采集的家居环境参数进行离群数据判定，直至完成λ个滑动窗口对应的家居环境参数的离群数据判定。
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