CN109240102A - 智能家居环境管控*** - Google Patents

智能家居环境管控*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了智能家居环境管控***，包括数据采集子***、温度调节设备、通风设备、计算机分析设备，其中数据采集子***、温度调节设备、通风设备皆与计算机分析设备连接；所述数据采集子***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计算机分析设备；所述的计算机分析设备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。

Description

智能家居环境管控***
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控***。
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控***。
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控***，包括数据采集子***、温度调节设备、通风设备、计算机分析设备，其中数据采集子***、温度调节设备、通风设备皆与计算机分析设备连接；所述数据采集子***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计算机分析设备；所述的计算机分析设备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；所述数据采集子***包括单个汇聚节点、四个中继节点和多个传感器节点，所述汇聚节点部署于设定的室内环境数据采集区域的中心位置，四个中继节点设置于室内环境数据采集区域中的不同位置，且四个中继节点与汇聚节点之间的距离相同，所述多个传感器节点按照实际监测需要部署于所述室内环境数据采集区域内；传感器节点负责采集室内环境数据并将室内环境数据发送至其中一个中继节点，中继节点将接收的室内环境数据单跳发送至汇聚节点，汇聚节点与计算机分析设备通信以将接收的室内环境数据传输至该计算机分析设备。
在一种能够实现的方式中，所述的计算机分析设备包括处理模块、第一控制模块、第二控制模块，其中第一控制模块、第二控制模块的输入端皆与处理模块连接，第一控制模块的输出端与温度调节设备连接，第二控制模块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控***结构示意框图；
图2是本发明一个示例性实施例的计算机分析设备的结构示意框图。
附图标记：
数据采集子***1、温度调节设备2、通风设备3、计算机分析设备4、处理模块10、第一控制模块20、第二控制模块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环境管控***结构示意框图。参见图1，本实施例提供的智能家居环境管控***包括数据采集子***1、温度调节设备2、通风设备3、计算机分析设备4，其中数据采集子***1、温度调节设备2、通风设备3皆与计算机分析设备4连接。
其中，数据采集子***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计算机分析设备4。所述数据采集子***1包括单个汇聚节点、四个中继节点和多个传感器节点，所述汇聚节点部署于设定的室内环境数据采集区域的中心位置，四个中继节点设置于室内环境数据采集区域中的不同位置，且四个中继节点与汇聚节点之间的距离相同，所述多个传感器节点按照实际监测需要部署于所述室内环境数据采集区域内；传感器节点负责采集室内环境数据并将室内环境数据发送至其中一个中继节点，中继节点将接收的室内环境数据单跳发送至汇聚节点，汇聚节点与计算机分析设备4通信以将接收的室内环境数据传输至该计算机分析设备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模块与存储器完成，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。
计算机分析设备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，计算机分析设备4包括处理模块10、第一控制模块20、第二控制模块30，其中第一控制模块20、第二控制模块30的输入端皆与处理模块10连接，第一控制模块20的输出端与温度调节设备2连接，第二控制模块30的输出端与通风设备3连接。
处理模块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模块20、第二控制模块30，进而由第一控制模块20、第二控制模块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向第一控制模块20发送调低温度的控制指令，并向第二控制模块30发送启动送风的控制指令，进而第一控制模块20根据控制指令控制温度调节设备2进行冷源提供，第二控制模块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向第一控制模块20发送调高温度的控制指令，并向第二控制模块30发送关闭送风的控制指令，进而第一控制模块20根据控制指令控制温度调节设备2进行热源提供，第二控制模块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，第一控制模块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，第一控制模块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，第二控制模块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，传感器节点将室内环境数据发送至其中一个中继节点，具体为：传感器节点与最近的中继节点的距离不超过设定的距离阈值时，传感器节点直接将室内环境数据发送至该最近的中继节点，否则，计算其邻居节点的权值，并选择权值最大的邻居节点作为下一跳节点，将室内环境数据发送至该下一跳节点，所述的邻居节点为位于传感器节点通信范围内的其余传感器节点；所述的权值的计算公式为：
式中，Quv为传感器节点u的第v个邻居节点的权值，Duv为传感器节点u与其第v个邻居节点的距离，为所述第v个邻居节点与第h个中继节点的距离，Duα为传感器节点u与其第α个邻居节点的距离，为所述第α个邻居节点与第h个中继节点的距离，nu为传感器节点u的邻居节点个数，τ1、τ2为设定的权重系数。
本实施例创新性的设定了权值的计算公式，本实施例中，传感器节点与最近的中继节点的距离超过设定的距离阈值时选择权值最大的邻居节点作为下一跳节点，将室内环境数据发送至该下一跳节点，有利于节省室内环境数据传输至中继节点的能耗，进一步节省***在室内环境数据收集方面的成本。
在一个实施例中，传感器节点模型采用布尔感知模型，传感器节点感知半径异构，任意传感器节点的感知半径可在[Rmin,Rmax]范围内调节，其中Rmax和Rmin分为传感器节点感知半径的上下限；将多个传感器节点按照实际监测需要部署于所述监测区域内后，将监测区域平均划分为M个方形网格区域，从M个方形网格区域选择m个监测需求力度大的区域作为待优化区域，并判断待优化区域是否满足下列覆盖率不足条件：
式中，ni表示第i个待优化区域内已部署的传感器节点数量，Ai为所述第i个待优化区域的面积；δT为预设的覆盖率阈值，σ为监测需求力度影响因子，σ的取值范围为[0.10,0.20]；
若存在待优化区域j满足覆盖率不足条件，则在待优化区域j中增加部署传感器节点。
本实施例将多个传感器节点按照实际监测需要部署于所述监测区域内后，将监测区域平均划分为多个方形网格区域，从中选择监测需求力度较大的方形网格区域作为待优化区域，并检测待优化区域的网络覆盖率是否过低。本实施例创新性地设定了检测待优化区域的网络覆盖率是否过低的标准，即覆盖率不足条件，进而在满足覆盖率不足条件的区域中增加部署传感器节点，有利于优化监测需求力度较大的方形网格区域中的传感器节点部署，进一步保障监测需求，提升无线传感器网络的监测性能。
在一个实施例中，在待优化区域j中增加部署传感器节点，包括：
(1)将待优化区域j分成多个方形网格子区域，按照下列公式计算每个方形网格子区域的最大可能覆盖率：
式中，δk为待优化区域j中第k个方形网格子区域的最大可能覆盖率，nk为所述第k个方形网格子区域中的传感器节点数量，Ak为所述第k个方形网格子区域的面积大小；
(2)计算所有方形网格子区域的平均最大可能覆盖率δavg，将最大可能覆盖率小于δavg的方形网格子区域作为节点增添区域；
(3)在每个节点增添区域中增加部署1个传感器节点，具体为：若节点增添区域中没有传感器节点，则在节点增添区域的中心位置增加部署1个传感器节点；若节点增添区域中已部署有传感器节点，计算节点增添区域的重心位置，并在与节点增添区域邻接的方形网格子区域中，选取与所述重心位置最近的传感器节点作为基准节点，在重心位置与所述基准节点连线的中点处增加部署1个传感器节点。
其中，按照下列公式计算节点增添区域的重心位置：
式中，ρb表示节点增添区域b的重心位置，x(c)表示所述节点增添区域b中第c个传感器节点所在位置的横坐标，y(c)为所述第c个传感器节点所在位置的纵坐标，其中以汇聚节点为坐标原点，nb为所述节点增添区域b具有的传感器节点个数。
本实施例设定了在待优化区域中增加部署传感器节点的具体机制，该机制通过将待优化区域分成多个方形网格子区域，基于最大可能覆盖率确定节点增添区域，并进一步设定了在节点增添区域中增加部署传感器节点的具***置确定方式。本实施例有利于在增加网络覆盖率的基础上进一步均衡传感器节点的分布，尽量减少覆盖空洞，进而提升无线传感器网络的监测性能，延长网络生存时间。
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.智能家居环境管控***，其特征是，包括数据采集子***、温度调节设备、通风设备、计算机分析设备，其中数据采集子***、温度调节设备、通风设备皆与计算机分析设备连接；所述数据采集子***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计算机分析设备；所述的计算机分析设备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；所述数据采集子***包括单个汇聚节点、四个中继节点和多个传感器节点，所述汇聚节点部署于设定的室内环境数据采集区域的中心位置，四个中继节点设置于室内环境数据采集区域中的不同位置，且四个中继节点与汇聚节点之间的距离相同，所述多个传感器节点按照实际监测需要部署于所述室内环境数据采集区域内；传感器节点负责采集室内环境数据并将室内环境数据发送至其中一个中继节点，中继节点将接收的室内环境数据单跳发送至汇聚节点，汇聚节点与计算机分析设备通信以将接收的室内环境数据传输至该计算机分析设备。
2.根据权利要求1所述的智能家居环境管控***，其特征是，所述的计算机分析设备包括处理模块、第一控制模块、第二控制模块，其中第一控制模块、第二控制模块的输入端皆与处理模块连接，第一控制模块的输出端与温度调节设备连接，第二控制模块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控***，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模块与存储器完成，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控***，其特征是，传感器节点将室内环境数据发送至其中一个中继节点，具体为：传感器节点与最近的中继节点的距离不超过设定的距离阈值时，传感器节点直接将室内环境数据发送至该最近的中继节点，否则，计算其邻居节点的权值，并选择权值最大的邻居节点作为下一跳节点，将室内环境数据发送至该下一跳节点，所述的邻居节点为位于传感器节点通信范围内的其余传感器节点。
5.根据权利要求4所述的智能家居环境管控***，其特征是，所述的权值的计算公式为：
式中，Quv为传感器节点u的第v个邻居节点的权值，Duv为传感器节点u与其第v个邻居节点的距离，为所述第v个邻居节点与第h个中继节点的距离，Duα为传感器节点u与其第α个邻居节点的距离，为所述第α个邻居节点与第h个中继节点的距离，nu为传感器节点u的邻居节点个数，τ1、τ2为设定的权重系数。
6.根据权利要求4所述的智能家居环境管控***，其特征是，传感器节点模型采用布尔感知模型，传感器节点感知半径异构，任意传感器节点的感知半径可在[Rmin,Rmax]范围内调节，其中Rmax和Rmin分为传感器节点感知半径的上下限；将多个传感器节点按照实际监测需要部署于所述监测区域内后，将监测区域平均划分为M个方形网格区域，从M个方形网格区域选择m个监测需求力度大的区域作为待优化区域，并判断待优化区域是否满足下列覆盖率不足条件：
式中，ni表示第i个待优化区域内已部署的传感器节点数量，Ai为所述第i个待优化区域的面积；δT为预设的覆盖率阈值，σ为监测需求力度影响因子，σ的取值范围为[0.10,0.20]；
若存在待优化区域j满足覆盖率不足条件，则在待优化区域j中增加部署传感器节点。
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