CN109213242B - 智能家居温湿度实时控制*** - Google Patents

智能家居温湿度实时控制*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了智能家居温湿度实时控制***，包括数据采集子***、调温设备、除湿设备、温湿度控制中心，其中数据采集子***、调温设备、除湿设备皆与温湿度控制中心连接；所述数据采集子***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温湿度控制中心；所述的温湿度控制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；所述数据采集子***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温湿度控制中心。

Description

智能家居温湿度实时控制***
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实时控制***。
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实时控制***。
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实时控制***，包括数据采集子***、调温设备、除湿设备、温湿度控制中心，其中数据采集子***、调温设备、除湿设备皆与温湿度控制中心连接；所述数据采集子***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温湿度控制中心；所述的温湿度控制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；所述数据采集子***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温湿度控制中心。
在一种能够实现的方式中，所述的温湿度控制中心包括处理模块、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实时控制***结构示意框图；
图2是本发明一个示例性实施例的温湿度控制中心的结构示意框图。
附图标记：
数据采集子***1、调温设备2、除湿设备3、温湿度控制中心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实时控制***结构示意框图。参见图1，本实施例提供的智能家居温湿度实时控制***包括数据采集子***1、调温设备2、除湿设备3、温湿度控制中心4，其中数据采集子***1、调温设备2、除湿设备3皆与温湿度控制中心4连接。
其中，数据采集子***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温湿度控制中心4。
所述数据采集子***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温湿度控制中心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。
温湿度控制中心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，温湿度控制中心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，当数据采集子***1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。而当数据采集子***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，预先设定各传感器节点的通信距离，网络初始化时，传感器节点通过分簇路由协议分成多个簇，每个簇包括一个簇头节点以及多个传感器节点，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发送至汇聚节点。
优选地，所述的分簇路由协议为基于LEACH的路由协议。
在一种能够实现的方式中，簇头节点将所收集的室内温湿度数据发送至汇聚节点，具体包括：
(1)簇头节点通过与其他簇头节点的信息交互，获取邻居簇头节点信息，以及根据邻居簇头节点信息确定相对汇聚节点更近的邻居簇头节点，将确定的相对汇聚节点更近的邻居簇头节点作为备选中继节点，构建备选中继节点列表；
(2)簇头节点在备选中继节点列表中选取一个备选中继节点作为中继节点；
(3)簇头节点根据自身能量计算发送距离并进行定期更新，当簇头节点到汇聚节点的距离未超过当前的发送距离时，簇头节点直接将收集的室内温湿度数据发送至汇聚节点，当簇头节点到汇聚节点的距离超过当前的发送距离时，簇头节点直接将收集的室内温湿度数据发送至所选取的中继节点，其中，所述发送距离的计算公式为：
Figure BDA0001859014210000041
式中，HI为簇头节点I的发送距离，DI为簇头节点I的当前剩余能量，DI0为簇头节点I的初始能量，YI为簇头节点I的通信距离，C为预设的基于能量的衰减因子，C的取值范围为[0.4,0.6]。
本实施例基于簇头节点的能量设定了发送距离的计算公式，创新性地为簇头节点发送室内温湿度数据的路由方式选择给出了较好的衡量标准，即当簇头节点到汇聚节点的距离未超过当前的发送距离时，簇头节点直接将收集的室内温湿度数据发送至汇聚节点，当簇头节点到汇聚节点的距离超过当前的发送距离时，簇头节点直接将收集的室内温湿度数据发送至所选取的中继节点。簇头节点基于发送距离选择合适的路由方式，有利于减少簇头节点发送室内温湿度数据的能量消耗，避免簇头节点因能量快速消耗而失效，保障无线传感器网络中路由的稳定性。
在一种能够实现的方式中，簇头节点在备选中继节点列表中选取一个备选中继节点作为中继节点，包括：
(1)簇头节点向各备选中继节点发送竞选消息，收到竞选消息的备选中继节点计算自身的转发权值，并将转发权值发送至簇头节点，其中，所述竞选消息包括簇头节点的位置信息、簇头节点对各备选中继节点的信任度；
所述转发权值的计算公式为：
Figure BDA0001859014210000042
式中，aIJ表示簇头节点I的第J个备选中继节点的转发权值，DIJ为所述第J个备选中继节点的当前剩余能量，RIJ为所述第J个备选中继节点的缓存列表中的室内温湿度数据包数量，DU为预设的转发一个室内温湿度数据包所消耗的能量，H(I,o)为簇头节点I到汇聚节点的距离，H(J,o)为所述第J个备选中继节点到汇聚节点的距离，UIJ为簇头节点I对所述第J个备选中继节点的信任度，初始时，簇头节点对各备选中继节点的信任度为1；e1、e2、e3为设定的权重系数；
(2)簇头节点按照转发权值由大到小的顺序对各备选中继节点进行排序，并选择排序最前的备选中继节点作为中继节点。
本实施例设定了转发权值的指标，根据该转发权值的计算公式可知，当前剩余能量越大的、位置优势更好的、越被簇头节点信任的备选中继节点具有更大的转发权值。本实施例中，簇头节点在备选中继节点列表中选取转发权值最大的备选中继节点作为中继节点，有利于保障室内温湿度数据的转发，节省室内温湿度数据转发的能量消耗，平衡各中继节点的能耗，进一步有利于延长无线传感器网络的寿命。
在一种能够实现的方式中，簇头节点每隔一个时间段Δt更新对中继节点的信任度，并向中继节点发送竞选消息，以重新获取中继节点的转发权值，当中继节点的转发权值低于剩余备选中继节点的最大转发权值时，簇头节点在剩余备选中继节点中选择最大转发权值对应的备选中继节点作为新的中继节点，所述信任度的更新公式为：
Figure BDA0001859014210000051
式中，UIK(t+1)表示簇头节点I在第t+1次更新的对其中继节点K的信任度，UIK(t)为簇头节点I在第t次更新的对其中继节点K的信任度，nIK(Δt)为所述中继节点K在上一个时间段Δt内帮簇头节点I转发室内温湿度数据包的数量，MIK(Δt)为簇头节点I在上一个时间段Δt内向所述中继节点K发送室内温湿度数据包的数量，NIK(Δt)为所述中继节点4在上一个时间段Δt内转发室内温湿度数据包的总数量，e-γ为信任度衰减因子，γ∈(0,0.2]，e为欧拉常数，α、β皆为权重系数，且满足0<α,β<1，α+β＝1。
本实施例创新性地设定了信任度的更新公式，该更新公式根据中继节点转发室内温湿度数据包的历史情况来评判中继节点相对于簇头节点的信任度，具有一定的鲁棒性；本实施例通过每隔一个时间段Δt更新对中继节点的信任度，并重新获取中继节点的转发权值，当中继节点的转发权值低于剩余备选中继节点的最大转发权值时，簇头节点在剩余备选中继节点中选择最大转发权值对应的备选中继节点作为新的中继节点，有利于进一步保障室内温湿度数据转发的可靠性，此外，通过中继节点的更新，有利于均衡各簇头节点的能耗。
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 (4)

1.智能家居温湿度实时控制***，其特征是，包括数据采集子***、调温设备、除湿设备、温湿度控制中心，其中数据采集子***、调温设备、除湿设备皆与温湿度控制中心连接；所述数据采集子***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温湿度控制中心；所述的温湿度控制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；所述数据采集子***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温湿度控制中心；预先设定各传感器节点的通信距离，网络初始化时，传感器节点通过分簇路由协议分成多个簇，每个簇包括一个簇头节点以及多个传感器节点，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发送至汇聚节点；簇头节点将所收集的室内温湿度数据发送至汇聚节点，具体包括：
(1)簇头节点通过与其他簇头节点的信息交互，获取邻居簇头节点信息，以及根据邻居簇头节点信息确定相对汇聚节点更近的邻居簇头节点，将确定的相对汇聚节点更近的邻居簇头节点作为备选中继节点，构建备选中继节点列表；
(2)簇头节点在备选中继节点列表中选取一个备选中继节点作为中继节点；
(3)簇头节点根据自身能量计算发送距离并进行定期更新，当簇头节点到汇聚节点的距离未超过当前的发送距离时，簇头节点直接将收集的室内温湿度数据发送至汇聚节点，当簇头节点到汇聚节点的距离超过当前的发送距离时，簇头节点直接将收集的室内温湿度数据发送至所选取的中继节点，其中，所述发送距离的计算公式为：
Figure FDA0002422453790000011
式中，HI为簇头节点I的发送距离，DI为簇头节点I的当前剩余能量，DI0为簇头节点I的初始能量，YI为簇头节点I的通信距离，C为预设的基于能量的衰减因子；
簇头节点在备选中继节点列表中选取一个备选中继节点作为中继节点，包括：
(1)簇头节点向各备选中继节点发送竞选消息，收到竞选消息的备选中继节点计算自身的转发权值，并将转发权值发送至簇头节点，其中，所述竞选消息包括簇头节点的位置信息、簇头节点对各备选中继节点的信任度；
所述转发权值的计算公式为：
Figure FDA0002422453790000012
式中，aIJ表示簇头节点I的第J个备选中继节点的转发权值，DIJ为所述第J个备选中继节点的当前剩余能量，RIJ为所述第J个备选中继节点的缓存列表中的室内温湿度数据包数量，DU为预设的转发一个室内温湿度数据包所消耗的能量，H(I,o)为簇头节点I到汇聚节点的距离，H(J,o)为所述第J个备选中继节点到汇聚节点的距离，UIJ为簇头节点I对所述第J个备选中继节点的信任度，初始时，簇头节点对各备选中继节点的信任度为1；e1、e2、e3为设定的权重系数；
(2)簇头节点按照转发权值由大到小的顺序对各备选中继节点进行排序，并选择排序最前的备选中继节点作为中继节点；
簇头节点每隔一个时间段Δt更新对中继节点的信任度，并向中继节点发送竞选消息，以重新获取中继节点的转发权值，当中继节点的转发权值低于剩余备选中继节点的最大转发权值时，簇头节点在剩余备选中继节点中选择最大转发权值对应的备选中继节点作为新的中继节点，所述信任度的更新公式为：
Figure FDA0002422453790000021
式中，UIK(t+1)表示簇头节点I在第t+1次更新的对其中继节点K的信任度，UIK(t)为簇头节点I在第t次更新的对其中继节点K的信任度，nIK(Δt)为所述中继节点K在上一个时间段Δt内帮簇头节点I转发室内温湿度数据包的数量，MIK(Δt)为簇头节点I在上一个时间段Δt内向所述中继节点K发送室内温湿度数据包的数量，NIK(Δt)为所述中继节点K在上一个时间段Δt内转发室内温湿度数据包的总数量，e-γ为信任度衰减因子，γ∈(0,0.2]，e为欧拉常数，α、β皆为权重系数，且满足0<α,β<1，α+β＝1。
2.根据权利要求1所述的智能家居温湿度实时控制***，其特征是，C的取值范围为[0.4,0.6]。
3.根据权利要求1或2所述的智能家居温湿度实时控制***，其特征是，所述的温湿度控制中心包括处理模块、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。
4.根据权利要求3所述的智能家居温湿度实时控制***，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。
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