CN109002028A - 智能家居环境管理*** - Google Patents

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CN109002028A CN201811032733.8A CN201811032733A CN109002028A CN 109002028 A CN109002028 A CN 109002028A CN 201811032733 A CN201811032733 A CN 201811032733A CN 109002028 A CN109002028 A CN 109002028A
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覃群英
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Abstract

本发明提供了智能家居环境管理***，包括监测装置、温度调节设备、通风设备、环境管理终端，其中监测装置、温度调节设备、通风设备皆与环境管理终端连接；所述监测装置被配置为对室内环境进行实时监测，采集室内环境数据并发送至环境管理终端；所述的环境管理终端被配置为对接收的室内环境数据进行分析处理，生成相应的控制指令，并根据控制指令控制温度调节设备和通风设备的运行；所述监测装置包括由汇聚节点和多个传感器节点构成的无线传感器网络，传感器节点将采集的室内环境数据传输至汇聚节点，汇聚节点与环境管理终端通信以将接收的室内环境数据传输至该环境管理终端。

Description

智能家居环境管理***
技术领域
本发明涉及智能家居领域，具体涉及智能家居环境管理***。
背景技术
随着人们对家居舒适健康要求的提高，智能家居的概念逐渐被提出和接纳，智能家居一般是利用先进的计算机网络通讯技术、综合布线技术和人体工程学原理，融合个性需求，将与家居生活有关的各个子***有机地结合在一起，通过综合智能控制和管理，实现全新的家居生活体验，目前家庭生活中制冷供暖是一件大事，对人们的生活舒适性有重大影响，然而制冷供暖需要根据人体的感受实时进行调节，普通的集体供暖和空调制冷具有很大的局限性，不能及时进行温度调节。
发明内容
针对上述问题，本发明提供智能家居环境管理***。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了智能家居环境管理***，包括监测装置、温度调节设备、通风设备、环境管理终端，其中监测装置、温度调节设备、通风设备皆与环境管理终端连接；所述监测装置被配置为对室内环境进行实时监测，采集室内环境数据并发送至环境管理终端；所述的环境管理终端被配置为对接收的室内环境数据进行分析处理，生成相应的控制指令，并根据控制指令控制温度调节设备和通风设备的运行；所述监测装置包括由汇聚节点和多个传感器节点构成的无线传感器网络，传感器节点将采集的室内环境数据传输至汇聚节点，汇聚节点与环境管理终端通信以将接收的室内环境数据传输至该环境管理终端
在一种能够实现的方式中，所述的环境管理终端包括处理器、第一控制器、第二控制器，其中第一控制器、第二控制器的输入端皆与处理器连接，第一控制器的输出端与温度调节设备连接，第二控制器的输出端与通风设备连接。
本发明的有益效果为：利用无线传感器网络技术进行室内环境数据采集，避免了布线的麻烦，智能快捷；通过对采集到的室内环境数据进行分析处理，根据室内环境数据控制温度调节设备和通风设备的运行，实现家居温度和空气流通性的调节，让人在回到家时就可以享受舒适的环境，结构简单，实用性强。
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是本发明一个示例性实施例的智能家居环境管理***结构示意框图；
图2是本发明一个示例性实施例的环境管理终端的结构示意框图。
附图标记：
监测装置1、温度调节设备2、通风设备3、环境管理终端4、处理器10、第一控制器20、第二控制器30。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
图1是本发明一个实施例的智能家居环境管理***结构示意框图。参见图1，本实施例提供的智能家居环境管理***包括监测装置1、温度调节设备2、通风设备3、环境管理终端4，其中监测装置1、温度调节设备2、通风设备3皆与环境管理终端4连接。
其中，监测装置1被配置为对室内环境进行实时监测，采集室内环境数据并发送至环境管理终端4。所述监测装置1包括由汇聚节点和多个传感器节点构成的无线传感器网络，传感器节点将采集的室内环境数据传输至汇聚节点，汇聚节点与环境管理终端4通信以将接收的室内环境数据传输至该环境管理终端4。本实施例利用无线传感器网络技术进行室内环境数据采集，避免了布线，实施简单。
其中，传感器节点包括采集单元、分析处理单元以及通信单元；采集单元由传感器与模数转换器完成，分析处理单元由微处理器与存储器完成，通信单元由无线收发器完成。其中，传感器为温度传感器和/或风流传感器。
环境管理终端4被配置为对接收的室内环境数据进行分析处理，生成相应的控制指令，并根据控制指令控制温度调节设备2和通风设备3的运行。在一种能够实施的方式中，如图2所示，环境管理终端4包括处理器10、第一控制器20、第二控制器30，其中第一控制器20、第二控制器30的输入端皆与处理器10连接，第一控制器20的输出端与温度调节设备2连接，第二控制器30的输出端与通风设备3连接。
处理器10对接收的室内环境数据进行分析处理，将接收的室内环境数据与预设的指标进行比较，根据比较的结果生成控制指令，并将控制指令发送至第一控制器20、第二控制器30，进而由第一控制器20、第二控制器30控制温度调节设备2和通风设备3的运行。
可选地，根据比较的结果生成控制指令，例如，当监测装置1采集的室内温度超过预设的数据阈值上限时，处理器10向第一控制器20发送调低温度的控制指令，并向第二控制器30发送启动送风的控制指令，进而第一控制器20根据控制指令控制温度调节设备2进行冷源提供，第二控制器30根据控制指令控制通风设备3输送风，从而将室内温度控制在适宜的范围内。而当监测装置1采集的室内温度低于预设的数据阈值下限时，处理器10向第一控制器20发送调高温度的控制指令，并向第二控制器30发送关闭送风的控制指令，进而第一控制器20根据控制指令控制温度调节设备2进行热源提供，第二控制器30根据控制指令控制通风设备3不再进行送风操作。
可选地，温度调节设备2连接地源热泵，地源热泵提供热源及冷源，第一控制器20可根据控制指令控制温度调节设备2调节地源热泵提供热源或者冷源，从而将室内温度控制在适宜的范围内。
在另一个可选的方式中，温度调节设备2为空调，第一控制器20可根据控制指令控制温度调节设备2输送冷源或热源。
可选地，通风设备3为通风装置，第二控制器30通过控制通风设备3的启闭来实现通风或者不通风。
本发明上述实施例利用无线传感器网络技术进行室内环境数据采集，避免了布线的麻烦，智能快捷；通过对采集到的室内环境数据进行分析处理，根据室内环境数据控制温度调节设备和通风设备的运行，实现家居温度和空气流通性的调节，让人在回到家时就可以享受舒适的环境，结构简单，实用性强。
在一种能够实施的方式中，汇聚节点在无线传感器网络初始化阶段获取到传感器节点的相关信息，所述相关信息包括传感器节点间的连接关系、传感器节点的初始能量信息；汇聚节点根据初始能量信息计算传感器节点的平均能量根据传感器节点的当前剩余能量与平均能量为各传感器节点分配初始的优先等级，并将初始的优先等级信息广播至各传感器节点；在室内环境数据传输阶段，处于最低优先等级的传感器节点只负责采集室内环境数据，而低优先等级的传感器节点不帮助相对高优先等级的传感器节点转发室内环境数据。
本实施例根据当前剩余能量对各传感器节点进行优先等级分配，相应地提出了优先等级分配机制；本实施例规定处于最低优先等级的传感器节点只负责采集室内环境数据，而低优先等级的传感器节点不帮助相对高优先等级的传感器节点转发室内环境数据，有利于降低低能量传感器节点的能耗，使得网络的负载能够被分担到高能量的传感器节点上，均衡了网络中的能量消耗，有助于延长无线传感器网络的生命周期。
其中，网络运行期间，汇聚节点周期性地获取各传感器节点的当前剩余能量信息，根据当前剩余能量信息更新各传感器节点的优先等级，并将更新的优先等级信息广播至各传感器节点；按照下列公式确定传感器节点的优先等级：
式中，Wi为传感器节点i的优先等级，p为设定优先等级数，int为取整函数，表示对进行取整运算。
由于汇聚节点定期更新传感器节点的优先等级信息，使得原高优先等级的传感器节点将通过降优先等级来缓解能量消耗的速度，实现了高优先等级传感器节点的保护；本实施例根据网络平均能量与设定的优先等级数确定一个优先等级的能量范围，使得优先等级的确定更加适应无线传感器网络的当前情况。
在一种能够实现的方式中，传感器节点与汇聚节点的距离不超过设定的距离下限时，直接将采集的室内环境数据发送至汇聚节点；传感器节点与汇聚节点的距离超过设定的距离下限时，需要通过多跳转发的形式将采集的室内环境数据发送至汇聚节点，此时较低优先等级的传感器节点仅在优先等级比它高一级的传感器节点中选择下一跳节点。在一个实施例中，传感器节点选择下一跳节点时，具体执行：
(1)在接收到汇聚节点广播的优先等级信息后，较低优先等级的传感器节点将优先等级比它高一级的所有传感器节点作为下一跳候选节点；
(2)较低优先等级的传感器节点计算其下一跳候选节点的选择权值，并根据选择权值由大到小的顺序构建下一跳候选节点列表；
(3)在需要选择下一跳节点转发室内环境数据时，较低优先等级的传感器节点从其预先构建的下一跳候选节点列表中，选择排序最前的下一跳候选节点作为下一跳节点。
其中，设定选择权值的计算公式为：
式中，Suv为较低优先等级的传感器节点u的第v个下一跳候选节点的选择权值；Fuv为链路uv的评价值，当该传感器节点u与其第v个下一跳候选节点互为邻居节点时，Fuv＝1，否则Fuv＝0.8；kuv为传感器节点u与其第v个下一跳候选节点的距离，yu为较低优先等级的传感器节点u的有效通信半径，x为预设的路径衰减因子；G(kuv-yu)为判定取值函数，当kuv-yu>0时，G(kuv-yu)＝1，当kuv-yu≤0时，G(kuv-yu)＝0。
一个传感器节点在另一个传感器节点的通信范围内，而另一个传感器节点不在该传感器节点的传输范围内时，这两个传感器节点之间的链路将不对称，而不对称链路将会降低路径的可靠性。而传感器节点间相距越远，室内环境数据传输的可靠性也将会降低。基于此，本实施例提供了下一跳节点的选择机制，其中设定了选择权值的计算公式，通过该计算公式确定下一跳候选节点的选择权值，并根据选择权值由大到小的顺序构建下一跳候选节点列表。
由该选择权值的计算公式可知，传感器节点与其下一跳候选节点距离越近且互为邻居节点，则选择权值越大。本实施例在需要选择下一跳节点转发室内环境数据时，较低优先等级的传感器节点从其预先构建的下一跳候选节点列表中，选择排序最前的下一跳候选节点作为下一跳节点，实现了下一跳节点的最优化选择，有利于提高室内环境数据转发的可靠性。
在一个实施例中，传感器节点接收到更新的优先等级信息后，对其下一跳候选节点列表进行更新，包括：将优先等级降低的下一跳候选节点从下一跳候选节点列表中删除；确定新生成的优先等级比它高一级的传感器节点并计算相应的选择权值，按照选择权值由大到小的顺序将确定的传感器节点增加到下一跳候选节点列表中相应的位置。
本实施例提出了对下一跳候选节点列表进行更新的具体方式，其中将优先等级降低的下一跳候选节点从下一跳候选节点列表中删除，避免了优先等级降低的传感器节点对后续下一跳节点的选择带来干扰。
进一步地，对其下一跳候选节点列表进行更新，还包括：检测排序最前的下一跳候选节点是否下列符合能量条件，若不符合，则将该排序最前的下一跳候选节点与其相邻的下一跳候选节点互换位置，完成下一跳候选节点列表的更新：
式中，Z1为传感器节点用于通信的每单位时间内的能量消耗，Z2为传感器节点用于感知和计算的每单位时间内的能耗，Z1、Z2的值为固定设定值，q1、q2为预设的权重系数；Zm.n为当前下一跳候选节点列表中传感器节点的最小能量，Zmax为当前下一跳候选节点列表中传感器节点的最小能量；h为预设的比值阈值。
本实施例对排序最前的下一跳候选节点进行能量检测，使得传感器节点在选择下一跳节点时始终能够选择较为可靠且能量较高的邻居节点，有益于平衡下一跳候选节点之间的能耗，进而有助于延长无线传感器网络的寿命，提高智能家居环境管理***的运行稳定性。
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.智能家居环境管理***，其特征是，包括监测装置、温度调节设备、通风设备、环境管理终端，其中监测装置、温度调节设备、通风设备皆与环境管理终端连接；所述监测装置被配置为对室内环境进行实时监测，采集室内环境数据并发送至环境管理终端；所述的环境管理终端被配置为对接收的室内环境数据进行分析处理，生成相应的控制指令，并根据控制指令控制温度调节设备和通风设备的运行；所述监测装置包括由汇聚节点和多个传感器节点构成的无线传感器网络，传感器节点将采集的室内环境数据传输至汇聚节点，汇聚节点与环境管理终端通信以将接收的室内环境数据传输至该环境管理终端。
2.根据权利要求1所述的智能家居环境管理***，其特征是，所述的环境管理终端包括处理器、第一控制器、第二控制器，其中第一控制器、第二控制器的输入端皆与处理器连接，第一控制器的输出端与温度调节设备连接，第二控制器的输出端与通风设备连接。
3.根据权利要求1或2所述的智能家居环境管理***，其特征是，传感器节点包括采集单元、分析处理单元以及通信单元；采集单元由传感器与模数转换器完成，分析处理单元由微处理器与存储器完成，通信单元由无线收发器完成。
4.根据权利要求1所述的智能家居环境管理***，其特征是，汇聚节点在无线传感器网络初始化阶段获取到传感器节点的相关信息，所述相关信息包括传感器节点间的连接关系、传感器节点的初始能量信息；汇聚节点根据初始能量信息计算传感器节点的平均能量根据传感器节点的当前剩余能量与平均能量为各传感器节点分配初始的优先等级，并将初始的优先等级信息广播至各传感器节点；在室内环境数据传输阶段，处于最低优先等级的传感器节点只负责采集室内环境数据，而低优先等级的传感器节点不帮助相对高优先等级的传感器节点转发室内环境数据。
5.根据权利要求4所述的智能家居环境管理***，其特征是，网络运行期间，汇聚节点周期性地获取各传感器节点的当前剩余能量信息，根据当前剩余能量信息更新各传感器节点的优先等级，并将更新的优先等级信息广播至各传感器节点；按照下列公式确定传感器节点的优先等级：
式中，Wi为传感器节点i的优先等级，p为设定优先等级数，int为取整函数，表示对进行取整运算。
6.根据权利要求4所述的智能家居环境管理***，其特征是，传感器节点与汇聚节点的距离不超过设定的距离下限时，直接将采集的室内环境数据发送至汇聚节点；传感器节点与汇聚节点的距离超过设定的距离下限时，需要通过多跳转发的形式将采集的室内环境数据发送至汇聚节点，此时较低优先等级的传感器节点仅在优先等级比它高一级的传感器节点中选择下一跳节点。
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