CN109101065A - 智能家居温湿度环境智能调节*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了智能家居温湿度环境智能调节***，包括温湿度环境监测子***、调温设备、除湿设备、远程调控中心，其中温湿度环境监测子***、调温设备、除湿设备皆与远程调控中心连接；所述温湿度环境监测子***被配置为对室内温湿度进行实时监测，采集室内温湿度数据并发送至远程调控中心；所述的远程调控中心被配置为对接收的室内温湿度数据进行分析处理，生成相应的控制指令，并根据控制指令控制调温设备和除湿设备的运行；所述温湿度环境监测子***包括部署于监测区域内的单个汇聚节点、多个传感器节点，传感器节点采集室内温湿度数据并将室内温湿度数据发送至汇聚节点，进而由汇聚节点将室内温湿度数据发送至远程调控中心。
Description
技术领域
本发明涉及智能家居领域，具体涉及智能家居温湿度环境智能调节***。
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，不能及时进行温度和湿度调节。
发明内容
针对上述问题，本发明提供智能家居温湿度环境智能调节***。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了智能家居温湿度环境智能调节***，包括温湿度环境监测子***、调温设备、除湿设备、远程调控中心，其中温湿度环境监测子***、调温设备、除湿设备皆与远程调控中心连接；所述温湿度环境监测子***被配置为对室内温湿度进行实时监测，采集室内温湿度数据并发送至远程调控中心；所述的远程调控中心被配置为对接收的室内温湿度数据进行分析处理，生成相应的控制指令，并根据控制指令控制调温设备和除湿设备的运行。
在一种能够实现的方式中，所述的远程调控中心包括处理模块、调温控制模块、除湿控制模块，其中调温控制模块、除湿控制模块的输入端皆与处理模块连接，调温控制模块的输出端与调温设备连接，除湿控制模块的输出端与除湿设备连接。
本发明的有益效果为：利用无线传感器网络技术进行室内温湿度数据采集，避免了布线的麻烦，智能快捷；通过对采集到的室内温湿度数据进行分析处理，根据室内温湿度数据控制调温设备和除湿设备的运行，实现家居温度和湿度的实时调节，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温湿度环境智能调节***结构示意框图；
图2是本发明一个示例性实施例的远程调控中心的结构示意框图。
附图标记：
温湿度环境监测子***1、调温设备2、除湿设备3、远程调控中心4、处理模块10、调温控制模块20、除湿控制模块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温湿度环境智能调节***结构示意框图。参见图1，本实施例提供的智能家居温湿度环境智能调节***包括温湿度环境监测子***1、调温设备2、除湿设备3、远程调控中心4，其中温湿度环境监测子***1、调温设备2、除湿设备3皆与远程调控中心4连接。
其中，温湿度环境监测子***1被配置为对室内温湿度进行实时监测，采集室内温湿度数据并发送至远程调控中心4。
所述温湿度环境监测子***1包括部署于监测区域内的单个汇聚节点、多个传感器节点，传感器节点采集室内温湿度数据并将室内温湿度数据发送至汇聚节点，进而由汇聚节点将室内温湿度数据发送至远程调控中心4。
本实施例利用无线传感器网络技术进行室内温湿度数据采集，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/或湿度传感器。
远程调控中心4被配置为对接收的室内温湿度数据进行分析处理，生成相应的控制指令，并根据控制指令控制调温设备2和除湿设备3的运行。
在一种能够实施的方式中，如图2所示，远程调控中心4包括处理模块10、调温控制模块20、除湿控制模块30，其中调温控制模块20、除湿控制模块30的输入端皆与处理模块10连接，调温控制模块20的输出端与调温设备2连接，除湿控制模块30的输出端与除湿设备3连接。
处理模块10对接收的室内温湿度数据进行分析处理，将接收的室内温湿度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调温控制模块20、除湿控制模块30，进而由调温控制模块20、除湿控制模块30控制调温设备2和除湿设备3的运行。
可选地，根据比较的结果生成控制指令，例如，当温湿度环境监测子***l采集的室内温度超过预设的数据阈值上限时，处理模块10向调温控制模块20发送调低温度的控制指令，进而调温控制模块20根据控制指令控制调温设备2进行冷源提供，从而将室内温度控制在适宜的范围内。而当温湿度环境监测子***1采集的室内温度低于预设的数据阈值下限时，处理模块10向调温控制模块20发送调高温度的控制指令，进而调温控制模块20根据控制指令控制调温设备2进行热源提供。
可选地，调温设备2连接地源热泵，地源热泵提供热源及冷源，调温控制模块20可根据控制指令控制调温设备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，调温设备2为空调，调温控制模块20可根据控制指令控制调温设备2输送冷源或热源。
同样地，除湿控制模块30通过控制除湿设备3的启闭来实现除湿或者不除湿。
本发明上述实施例利用无线传感器网络技术进行室内温湿度数据采集，避免了布线的麻烦，智能快捷；通过对采集到的室内温湿度数据进行分析处理，根据室内温湿度数据控制调温设备和除湿设备的运行，实现家居温度和湿度的调节，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。
在一个实施例中，将监测区域划分多个虚拟网格，并从每个虚拟网格中选取与虚拟网格中心点最近的传感器节点作为簇头节点；网络初始时，传感器节点基于选取出的簇头节点进行分簇，每个传感器节点选取最近的簇头节点加入；室内温湿度数据传输阶段，簇头节点收集簇内各传感器节点采集的室内温湿度数据，并将收集的室内温湿度数据传输至汇聚节点。
在一个实施例中，簇头节点将收集的室内温湿度数据传输至汇聚节点，包括：
(1)簇头节点按照设定的周期根据当前剩余能量周期性地调节自己的通信距离；
(2)簇头节点根据调节的通信距离判断自身是否满足直接通信条件，若簇头节点满足直接通信条件，簇头节点与汇聚节点直接通信，将收集的室内温湿度数据直接传输至汇聚节点；
若不满直接通信条件，簇头节点与汇聚节点间接通信，将收集的室内温湿度数据经过多跳传输的方式发送至汇聚节点，其中簇头节点在距离汇聚节点更近的其他簇头节点中选择最近的簇头节点作为下一跳节点，将收集的室内温湿度数据发送至该下一跳节点。
在一个实施例中，各簇头节点可在[Zmin，Zmax]的范围内调节自身的通信距离，其中Zmin为簇头节点可调节的最小通信距离，Zmax为簇头节点可调节的最大通信距离，初始时各簇头节点的通信距离调节为Zmin；簇头节点按照设定的周期根据当前剩余能量周期性地调节自己的通信距离，具体为：
(1)簇头节点按照设定的周期周期性地按照下列公式计算通信距离阈值：
式中，Zi(t)为簇头节点i在第t个周期设定的通信距离阈值，Gi(t)为簇头节点i在第t个周期计算通信距离阈值时的当前剩余能量，Gi0为簇头节点i的初始能量，R为预设的调节因子，R的取值范围为(1，1.2]；
(2)设簇头节点i与其簇内传感器节点的最远距离为若簇头节点将自己的通信距离调节为Zi(t)；若簇头节点将自己的通信距离调节为并不再周期性地调节自己的通信距离。
本实施例提出了通信距离的调节机制，簇头节点根据该调节机制周期性地调节自己的通信距离。通过该调节机制可知，簇头节点随着能耗的增加逐渐减小自己的通信距离，当簇头节点i的通信距离减小至时，停止通信距离的调节，从而始终保持通信距离为保障簇头节点的室内温湿度数据收集性能。由于簇头节点根据调节的通信距离确定与汇聚节点的路由方式，本实施例能够使得簇头节点在能量较低的时候避免与汇聚节点直接通信，而是在距离汇聚节点更近的其他簇头节点中选择最近的簇头节点作为下一跳节点，这样有利于降低簇头节点发送室内温湿度数据的能耗，进一步保障无线传感器网络的稳定性。
所述直接通信条件为：
式中，X(i，Q)为簇头节点i到汇聚节点的距离，Zi为簇头节点i的当前通信距离，为与簇头节点i距离最近的簇头节点，为与簇头节点i距离次近的簇头节点，为所述最近的簇头节点到汇聚节点的距离，为所述次近的簇头节点到汇聚节点的距离；为判断取值函数，当 时，当时，
本实施例创造性地设定了直接通信条件，簇头节点将收集的室内温湿度数据传输至汇聚节时，根据是否满足直接通信条件确定相应的与汇聚节点通信的方式，其中若簇头节点满足直接通信条件，簇头节点与汇聚节点直接通信，将收集的室内温湿度数据直接传输至汇聚节点；若不满直接通信条件，簇头节点与汇聚节点间接通信。
根据该直接通信条件可知，当簇头节点的通信距离小于其到汇聚节点的距离，且相对于其邻居的簇头节点距离汇聚节点更近时，与汇聚节点直接通信，选择直接发送的形式将室内温湿度数据直接传输至汇聚节点，否则与汇聚节点间接通信，按照多跳转发的形式转发所收集的室内温湿度数据。本实施例按照簇头节点的实际位置情况确定路由方式，保障了路由的灵活性，有利于提高将收集的室内温湿度数据发送至汇聚节点的可靠性，降低丢包率，且能够尽可能地减少簇头节点发送室内温湿度数据的能耗。
在一个实施例中，当簇头节点的剩余能量低于预设的能量下限时，簇头节点在其簇内的传感器节点中选择新簇头节点，具体为：
(1)簇头节点b将簇内与其距离小于的传感器节点作为备选节点，向各备选节点发送竞选消息；
(2)各备选节点接收到所述竞选消息后计算等待时间：
式中，Pbe表示簇头节点b的第e个备选节点计算的等待时间，Nb为所述簇头节点b对应的备选节点数量，nb为所述簇头节点b对应的备选节点中已担任过簇头节点的备选节点数量；U(e)为判断取值函数，当所述备选节点e担任过簇头节点时，U(e)＝0，当所述备选节点e未担任过簇头节点时，U(e)＝1；Ge为所述备选节点e的当前剩余能量，Gc为所述簇头节点b对应簇内第c个传感器节点的当前剩余能量，Ge0为所述传感器节点e的初始能量；P1为预设的基于历史情况的等待时间，P2为预设的基于能量的等待时间；
(3)各备选节点按照等待时间启动计时器，计时结束后向簇头节点i发送反馈消息；
(4)簇头节点b将接收到的第一个反馈消息所对应的备选节点作为新的簇头节点，而簇头节点b转变自己的角色为簇内的传感器节点。
本实施例在簇头节点的剩余能量低于预设能量阈值时，重新选择新簇头节点，并创新性地提出了一种簇头节点的轮换机制，其中提出了等待时间的计算公式，根据该计算公式可知，未担任过簇头节点、相对能量更大的备选节点具有更大的概率担任新簇头节点。本实施例实现了簇头节点的轮换，能够有效保证簇头节点工作的稳定性和整个网络的可靠性。
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解应当理解，可以以硬件、软件、固件、中间件、代码或其任何恰当组合来实现这里描述的实施例。对于硬件实现，处理器可以在一个或多个下列单元中实现：专用集成电路、数字信号处理器、数字信号处理设备、可编程逻辑器件、现场可编程门阵列、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用于实现这里所描述功能的其他电子单元或其组合。对于软件实现，实施例的部分或全部流程可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。实现时，可以将上述程序存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。计算机可读介质可以包括但不限于随机存取存储器、只读内存镜像、带电可擦可编程只读存储器或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。
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.智能家居温湿度环境智能调节***，其特征是，包括温湿度环境监测子***、调温设备、除湿设备、远程调控中心，其中温湿度环境监测子***、调温设备、除湿设备皆与远程调控中心连接；所述温湿度环境监测子***被配置为对室内温湿度进行实时监测，采集室内温湿度数据并发送至远程调控中心；所述的远程调控中心被配置为对接收的室内温湿度数据进行分析处理，生成相应的控制指令，并根据控制指令控制调温设备和除湿设备的运行；所述温湿度环境监测子***包括部署于监测区域内的单个汇聚节点、多个传感器节点，传感器节点采集室内温湿度数据并将室内温湿度数据发送至汇聚节点，进而由汇聚节点将室内温湿度数据发送至远程调控中心。
2.根据权利要求1所述的智能家居温湿度环境智能调节***，其特征是，所述的远程调控中心包括处理模块、调温控制模块、除湿控制模块，其中调温控制模块、除湿控制模块的输入端皆与处理模块连接，调温控制模块的输出端与调温设备连接，除湿控制模块的输出端与除湿设备连接。
3.根据权利要求1或2所述的智能家居温湿度环境智能调节***，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所述的智能家居温湿度环境智能调节***，其特征是，将监测区域划分多个虚拟网格，并从每个虚拟网格中选取与虚拟网格中心点最近的传感器节点作为簇头节点；网络初始时，传感器节点基于选取出的簇头节点进行分簇，每个传感器节点选取最近的簇头节点加入；室内温湿度数据传输阶段，簇头节点收集簇内各传感器节点采集的室内温湿度数据，并将收集的室内温湿度数据传输至汇聚节点。
5.根据权利要求4所述的智能家居温湿度环境智能调节***，其特征是，簇头节点将收集的室内温湿度数据传输至汇聚节点，包括：
(1)簇头节点按照设定的周期根据当前剩余能量周期性地调节自己的通信距离；
(2)簇头节点根据调节的通信距离判断自身是否满足直接通信条件，若簇头节点满足直接通信条件，簇头节点与汇聚节点直接通信，将收集的室内温湿度数据直接传输至汇聚节点；
若不满直接通信条件，簇头节点与汇聚节点间接通信，将收集的室内温湿度数据经过多跳传输的方式发送至汇聚节点，其中簇头节点在距离汇聚节点更近的其他簇头节点中选择最近的簇头节点作为下一跳节点，将收集的室内温湿度数据发送至该下一跳节点。
6.根据权利要求5所述的智能家居温湿度环境智能调节***，其特征是，所述直接通信条件为：
式中，X(i,Q)为簇头节点i到汇聚节点的距离，Zi为簇头节点i的当前通信距离，为与簇头节点i距离最近的簇头节点，为与簇头节点i距离次近的簇头节点，为所述最近的簇头节点到汇聚节点的距离，为所述次近的簇头节点到汇聚节点的距离；为判断取值函数，当 时，当时，
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