CN112015106A - 一种智慧家居控制***和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智慧家居控制***，包括：传感器模块，其用于采集环境参数；数据融合模块，其根据上一时刻环境参数和当前时刻环境参数进行融合计算，得到输出参数；功率测量模块，其测量室内电器设备的功率；指令生成模块，其根据输出参数和各室内电器设备的功率生成用于控制各室内电器设备的指令；语音交互模块，其包括用于采集用户的语音信号的语音输入单元、用于对语音信号进行处理的语音处理单元和用于发出提示信息和回应信息的语音输出单元；状态展示模块，其用于展示环境参数和资源数据。

Description

一种智慧家居控制***和控制方法

技术领域

本发明涉及智能家居领域，具体涉及一种智慧家居控制***和控制方法。

背景技术

现有技术中，各智能家居产品之间多为独立控制，不能对其进行统一的管理和监控，且往往只能根据单一的环境参数对单一电器设备进行控制，无法充分利用全局环境参数，且人与各个电器设备不能够建立良好的交互沟通，对电器设备的运行状态不能够实时掌握，难以满足用户的多样化需求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种智慧家居控制***和控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种智慧家居控制***，包括：

传感器模块，其用于采集环境参数；

数据融合模块，其根据上一时刻环境参数和当前时刻环境参数进行融合计算，得到输出参数；

功率测量模块，其测量室内电器设备的功率；

指令生成模块，其根据输出参数和各室内电器设备的功率生成用于控制各室内电器设备的指令；

语音交互模块，其包括用于采集用户的语音信号的语音输入单元、用于对语音信号进行处理的语音处理单元和用于发出提示信息和回应信息的语音输出单元；

状态展示模块，其用于展示环境参数和资源数据。

进一步地，所述传感器模块包括光线传感器、温度传感器、湿度传感器；所述室内电器设备包括摄像头、智能门锁、照明灯、冰箱、电饭锅、影音设备、电子窗帘、空调、换气扇、加湿器。

一种智慧家居控制***的控制方法，包括以下步骤：

步骤一：采集环境参数；

步骤二：根据上一时刻环境参数和当前时刻环境参数进行融合计算，得到输出参数；

步骤三：测量室内电器设备的功率；

步骤四：其根据输出参数和各室内电器设备的功率生成用于控制各室内电器设备的指令。

具体地，所述环境参数包括室内光线强度、室外光线强度、室内温度、室外温度、室内湿度、室外湿度。

具体地，步骤二中，对光线强度进行融合计算时，N_L＝R_L*(1-a_L)+X_L*a_L+Y_L*b_L，其中N_L为光线强度的输出参数，R_L为上一时刻的室内光线强度，X_L为当前时刻的室内光线强度，a_L为室内光线参数，b_L为室外光线参数，Y_L为当前时刻的室外光线强度；步骤四中根据光线强度的输出参数和照明灯的功率生成指令时，

其中T_L为电子窗帘的开度指令，T_N为开启N个照明灯的指令，L_L为电子窗帘的当前开度，L_s为电子窗帘的最大开度，c为开度调整系数，N_s为室内标准光线强度,B为单个照明灯可增加的光线强度，P为单个照明灯的功率，P_s为照明灯最大可用功率，P_L为达到室内标准光线强度时所需的照明灯功率。

具体地，步骤二中，对温度进行融合计算时，N_N＝P_T*(1-a_T)+X_T*a_T+Y_T*b_T，其中N_T为温度的输出参数，P_T为上一时刻的室内温度，X_T为当前时刻的室内温度，a_T为室内温度参数，b_T为室外温度参数，Y_T为当前时刻的室外温度；步骤四中根据温度的输出参数、空调的功率和换气扇的功率生成指令时，

其中T_F为换气扇的启停指令，T_A为空调的启停指令，P_A为空调的功率，P_F为换气扇的功率，P_AF为空调和换气扇的最大功率，OFF表示关闭，ON表示开启，N_TS为室内标准温度。

具体地，步骤二中，对湿度进行融合计算时，N_M＝P_M*(1-a_M)+X_M*a_M+Y_M*b_M，其中N_M为湿度的输出参数，P_M为上一时刻的室内湿度，X_M为当前时刻的室内湿度，a_M为室内湿度参数，b_M为室外湿度参数，Y_M为当前时刻的室外湿度；步骤四中根据湿度的输出参数、空调的功率、换气扇的功率生成指令时，

其中T_F为换气扇的启停指令，T_A为空调的启停指令，P_A为空调的功率，P_F为换气扇的功率，P_AF为空调和换气扇的最大功率，OFF表示关闭，ON表示开启，N_MS为室内标准湿度。

具体地，步骤三中，测量室内电器设备的功率时，以等时间间隔测量室内电器设备的功率P_t，如果|P_t-P_t-1|<0.5％，则视为该室内电器设备的功率保持不变；如果|P_t-P_t-1|≥0.5％，则计算前面10个时间点的平均功率P_av，且|P_t-P_av|<0.5％，则该室内电器设备的功率保持不变；如果|P_t-P_t-1|≥0.5％，且|P_t-P_av|≥0.5％，则将P_t作为该室内电器设备的功率；其中P_t为室内电器设备的当前功率，P_t-1为室内电器设备上一个时间点的功率。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：

通过融合多个环境参数以及电气设备的功率，生成差异化的指令，以根据不同的环境和用户需求主动地、适应性地改变室内电器设备的工作状态，并通过语音交互，使人的指令与电器设备联系在一起，实现了人工智能化。

附图说明

图1为本发明控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种优选实施方式作详细的说明。

现在各智能家居产品之间多为独立控制，不能对其进行统一的管理和监控，且往往只能根据单一的环境参数对单一电器设备进行控制，无法充分利用全局环境参数，且人与各个电器设备不能够建立良好的交互沟通，对电器设备的运行状态不能够实时掌握，难以满足用户的多样化需求。

本发明提供一种智慧家居控制***，包括：

传感器模块，其用于采集环境参数；

数据融合模块，其根据上一时刻环境参数和当前时刻环境参数进行融合计算，得到输出参数；

功率测量模块，其测量室内电器设备的功率；

指令生成模块，其根据输出参数和各室内电器设备的功率生成用于控制各室内电器设备的指令；

语音交互模块，其包括用于采集用户的语音信号的语音输入单元、用于对语音信号进行处理的语音处理单元和用于发出提示信息和回应信息的语音输出单元；

状态展示模块，其用于展示环境参数和资源数据。

通过融合多个环境参数以及电气设备的功率，生成差异化的指令，以根据不同的环境和用户需求主动地、适应性地改变室内电器设备的工作状态，并通过语音交互，使人的指令与电器设备联系在一起，实现了人工智能化。

所述传感器模块包括光线传感器、温度传感器、湿度传感器；所述室内电器设备包括摄像头、智能门锁、照明灯、冰箱、电饭锅、影音设备、电子窗帘、空调、换气扇、加湿器；上述室内电器设备均为智能家居产品，具备联网功能，能够接受中控***的控制指令；传感器模块，用于感知室内和室外环境的状态，并将环境参数发送至中控***，中控***进行运算判断，并对相关的智能家居产品进行控制。

语音输入单元和语音输出单元在整个***中作为交互层，交互层是用户与***的交互入口，主要是各种语音输入输出设备，包括智能音箱、无线麦克风、鹅颈麦克风、对讲机、功放和音箱等。

语音处理单元包括语音识别功能、语义理解功能以及语音合成功能，语音识别和语义理解提供语音到文字以及形成结构化文本的能力，语音合成将***给予用户的反馈以自然语言的形式播放出来。根据用户不同的需求，***定位到需要连接的子***或现场设备，并路由到对应的通信驱动，由通信驱动框架最终完成同子***或现场设备的访问。***还包含时间计划引擎、历史记录引擎、报警引擎、逻辑运算库等基础服务组件。

所述状态展示模块，用于展示环境参数和资源数据；环境参数包括室内光线强度、室外光线强度、室内温度、室外温度、室内湿度、室外湿度、大气压强、PM2.5含量；资源数据包括各种室内电器设备的运行状态。例如监控摄像头是否处于打开的状态，冰箱是否处于正常工作状态；还可以显示一些故障通知信息；状态展示模块可以使用液晶显示面板并固定在墙面上，也可以采用小型投影灯映射在墙面上；上述环境参数和资源数据会定时进行更新，更新时间周期设置为10分钟。

本发明还包括中控***，用于实现对所有智能家居产品的管理和控制，其包括基础测试子***、智能家居产品管理子***、模式控制子***和***设置子***；中控***可以植入移动终端、电脑终端上。

基础测试子***用于对智能家居产品进行测试和自诊断，对于故障问题进行记录，生成故障报告；基础测试可以人为设置定时测试，定时周期设置为一个月；例如设置测试条件：包括测试变量、测试变量的类型、测试变量的值，设置测试流程：包括设置电源保护、初始化结果列表、配置直流电源输入电压和限流电流、打开电源输出、回读采集卡电压和电流。

智能家居产品管理子***，提供了每个智能家居产品对应的控制参数口径，用户可通过语音交互模块、移动终端、电脑终端调整控制参数口径的数值或状态值，实现不同的功能，来满足需求。例如电子窗帘的控制：关闭窗帘、打开25％、打开50％、打开75％、关闭窗帘；照明灯的控制：客厅每个照明灯的开闭状态、次卧每个照明灯的开闭状态、主卧每个照明灯的开闭状态、卫生间每个照明灯的开闭状态；空调的控制：空调的温度、空调的风向、空调的转速、空调的模式状态、空调的定时参数。

模式控制子***，用于生成在所控制状态下的多种应用场景，应用场景对于不同的模式，可由中控***初始设置生成，也可由根据用户个性化的进行参数设置；比如用户准备睡觉，可以说出“进入睡眠模式”，***会关闭照明，控制空调的风量，关闭窗户。

***设置子***，用于对用户的权限、网络参数、手动或者自动切换、智能家居产品的增加与删除进行管理。

本发明还包括远程登录***，其用于进行身份认证，实现远程控制；具体地，人们在回家的图中即可通过手机端登录验证，通过手机操作空调的开启，电饭煲启动等，同时通过手机也可以查看室内的状态信息数据和智能资源的数据。

在门禁处进行个人生物信息的再次认证，门锁开启，人们进入到室内；人们进入室内后，状态展示模块会展示环境参数和资源数据，用户以此为依据对语音交互单元发出语音指令，通过无线通信方式与云服务器连接，智能家居产品管理子***和模式控制子***处理语音指令，再通过无线通信方式向各个智能家居产品下发指令，以实现控制。

一种智慧家居控制***的控制方法，包括以下步骤：

S1：采集环境参数。

具体地，所述环境参数包括室内光线强度、室外光线强度、室内温度、室外温度、室内湿度、室外湿度。

S2：根据上一时刻环境参数和当前时刻环境参数进行融合计算，得到输出参数。

S3：测量室内电器设备的功率。

具体地，步骤三中，测量室内电器设备的功率时，以等时间间隔测量室内电器设备的功率P_t，如果|P_t-P_t-1|<0.5％，则视为该室内电器设备的功率保持不变；如果|P_t-P_t-1|≥0.5％，则计算前面10个时间点的平均功率P_av，且|P_t-P_av|<0.5％，则该室内电器设备的功率保持不变；如果|P_t-P_t-1|≥0.5％，且|P_t-P_av|≥0.5％，则将P_t作为该室内电器设备的功率；其中P_t为室内电器设备的当前功率，P_t-1为室内电器设备上一个时间点的功率。

电器设备在工作状态下，其功率是不断变动的，如果以其实际功率作为后续运算的基础，则需要进行大量计算，增加运算负担；本发明中，以等时间间隔对电器设备的功率进行采样，当电器设备的功率波动不大时，例如当前采样时间的的功率与上一个采样时间的功率之差在0.5％以内，则认为功率无变化；即使近期两个采样时间点的功率之差大于0.5％，也不单纯的以当前采样时间点的功率作为该电器设备的功率，还要考虑近期十个采样点的平均值；因为后续的计算会依赖该基础数据，上述技术手段的目的在于尽可能少的改变电器设备的功率测量值，以减少后续的计算量。

S4：其根据输出参数和各室内电器设备的功率生成用于控制各室内电器设备的指令。

具体地，步骤二中，对光线强度进行融合计算时，N_L＝R_L*(1-a_L)+X_L*a_L+Y_L*b_L，其中N_L为光线强度的输出参数，R_L为上一时刻的室内光线强度，X_L为当前时刻的室内光线强度，a_L为室内光线参数，b_L为室外光线参数，Y_L为当前时刻的室外光线强度；步骤四中根据光线强度的输出参数和照明灯的功率生成指令时，

其中T_L为电子窗帘的开度指令，T_N为开启N个照明灯的指令，L_L为电子窗帘的当前开度，L_s为电子窗帘的最大开度，c为开度调整系数，N_s为室内标准光线强度,B为单个照明灯可增加的光线强度，P为单个照明灯的功率，P_s为照明灯最大可用功率，P_L为达到室内标准光线强度时所需的照明灯功率。

用户对光线强度的感受不仅在于当前的室内光线强度，上一刻的室内光线强度以及室外光线强度均会对用户产生影响，所述光线强度的输出参数就是融合了上述影响因子的情况下产生的，能够最大程度的接近用户的真实感受，也可以通过改变室内光线参数和室外光线参数，对不同的用户进行适应性调整。

控制室内光线强度时分为三种场景，如果室外较为明亮时，可以控制窗帘的开度完成对室内光线强度的控制；如果控制电子窗帘的开度不能够达到室内标准光线强度，则可增加照明灯数量，但照明灯的总功率不能超过照明灯最大可用功率。

具体地，步骤二中，对温度进行融合计算时，N_T＝P_T*(1-a_T)+X_T*a_T+Y_T*b_T，其中N_T为温度的输出参数，P_T为上一时刻的室内温度，X_T为当前时刻的室内温度，a_T为室内温度参数，b_T为室外温度参数，Y_T为当前时刻的室外温度；步骤四中根据温度的输出参数、空调的功率和换气扇的功率生成指令时，

其中T_F为换气扇的启停指令，T_A为空调的启停指令，P_A为空调的功率，P_F为换气扇的功率，P_AF为空调和换气扇的最大功率，OFF表示关闭，ON表示开启，N_TS为室内标准温度。

用户对温度的感受不仅在于当前的室内温度，上一刻的室内温度以及室外温度均会对用户产生影响，所述温度的输出参数就是融合了上述影响因子的情况下产生的，能够最大程度的接近用户的真实感受，也可以通过改变室内温度参数和室外温度参数，对不同的用户进行适应性调整。

控制室内温度时，如果室内温度大于室内标准温度，需要降温，此时如果室外温度比较低，可以充分利用室外的低温，开启换气扇，关闭空调，以节约电能；但如果室外温度同样较高，则需要关闭换气扇，开启空调，避免冷气泄露。

具体地，步骤二中，对湿度进行融合计算时，N_M＝P_M*(1-a_M)+X_M*a_M+Y_M*b_M，其中N_M为湿度的输出参数，P_M为上一时刻的室内湿度，X_M为当前时刻的室内湿度，a_M为室内湿度参数，b_M为室外湿度参数，Y_M为当前时刻的室外湿度；步骤四中根据湿度的输出参数、空调的功率、换气扇的功率生成指令时，

其中T_F为换气扇的启停指令，T_A为空调的启停指令，P_A为空调的功率，P_F为换气扇的功率，P_AF为空调和换气扇的最大功率，OFF表示关闭，ON表示开启，N_MS为室内标准湿度。

用户对湿度的感受不仅在于当前的室内湿度，上一刻的室内湿度以及室外湿度均会对用户产生影响，所述湿度的输出参数就是融合了上述影响因子的情况下产生的，能够最大程度的接近用户的真实感受，也可以通过改变室内湿度参数和室外湿度参数，对不同的用户进行适应性调整。

控制室内湿度时，如果室内湿度大于室内标准湿度，需要排湿，此时如果室外湿度比较低，可以开启换气扇，关闭空调，以节约电能；但如果室外湿度同样较高，则需要关闭换气扇，开启空调，启动空调的排湿功能，避免室外湿气进入室内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种智慧家居控制***，其特征在于，包括：

传感器模块，其用于采集环境参数；

数据融合模块，其根据上一时刻环境参数和当前时刻环境参数进行融合计算，得到输出参数；

功率测量模块，其测量室内电器设备的功率；

指令生成模块，其根据输出参数和各室内电器设备的功率生成用于控制各室内电器设备的指令；

语音交互模块，其包括用于采集用户的语音信号的语音输入单元、用于对语音信号进行处理的语音处理单元和用于发出提示信息和回应信息的语音输出单元；

状态展示模块，其用于展示环境参数和资源数据。

2.根据权利要求1所述的智慧家居控制***，其特征在于：所述传感器模块包括光线传感器、温度传感器、湿度传感器；所述室内电器设备包括摄像头、智能门锁、照明灯、冰箱、电饭锅、影音设备、电子窗帘、空调、换气扇、加湿器。

3.一种如权利要求1或2所述的智慧家居控制***的控制方法，包括以下步骤：

步骤一：采集环境参数；

步骤二：根据上一时刻环境参数和当前时刻环境参数进行融合计算，得到输出参数；

步骤三：测量室内电器设备的功率；

步骤四：其根据输出参数和各室内电器设备的功率生成用于控制各室内电器设备的指令。

4.根据权利要求3所述的智慧家居控制***的控制方法，其特征在于：所述环境参数包括室内光线强度、室外光线强度、室内温度、室外温度、室内湿度、室外湿度。

5.根据权利要求4所述的智慧家居控制***的控制方法，其特征在于：步骤二中，对光线强度进行融合计算时，N_L＝R_L*(1-a_L)+X_L*a_L+Y_L*b_L，其中N_L为光线强度的输出参数，R_L为上一时刻的室内光线强度，X_L为当前时刻的室内光线强度，a_L为室内光线参数，b_L为室外光线参数，Y_L为当前时刻的室外光线强度；步骤四中根据光线强度的输出参数和照明灯的功率生成指令时，

其中T_L为电子窗帘的开度指令，T_N为开启N个照明灯的指令，L_L为电子窗帘的当前开度，L_s为电子窗帘的最大开度，c为开度调整系数，N_s为室内标准光线强度，B为单个照明灯可增加的光线强度，P为单个照明灯的功率，P_s为照明灯最大可用功率，P_L为达到室内标准光线强度时所需的照明灯功率。

6.根据权利要求4所述的智慧家居控制***的控制方法，其特征在于：步骤二中，对温度进行融合计算时，N_T＝P_T*(1-a_T)+X_T*a_T+Y_T*b_T，其中N_T为温度的输出参数，P_T为上一时刻的室内温度，X_T为当前时刻的室内温度，a_T为室内温度参数，b_T为室外温度参数，Y_T为当前时刻的室外温度；步骤四中根据温度的输出参数、空调的功率和换气扇的功率生成指令时，

其中T_F为换气扇的启停指令，T_A为空调的启停指令，P_A为空调的功率，P_F为换气扇的功率，P_AF为空调和换气扇的最大功率，OFF表示关闭，ON表示开启，N_TS为室内标准温度。

7.根据权利要求4所述的智慧家居控制***的控制方法，其特征在于：步骤二中，对湿度进行融合计算时，N_M＝P_M*(1-a_M)+X_M*a_M+Y_M*b_M，其中N_M为湿度的输出参数，P_M为上一时刻的室内湿度，X_M为当前时刻的室内湿度，a_M为室内湿度参数，b_M为室外湿度参数，Y_M为当前时刻的室外湿度；步骤四中根据湿度的输出参数、空调的功率、换气扇的功率生成指令时，

其中T_F为换气扇的启停指令，T_A为空调的启停指令，P_A为空调的功率，P_F为换气扇的功率，P_AF为空调和换气扇的最大功率，OFF表示关闭，ON表示开启，N_MS为室内标准湿度。

8.根据权利要求3所述的智慧家居控制***的控制方法，其特征在于：步骤三中，测量室内电器设备的功率时，以等时间间隔测量室内电器设备的功率P_t，如果|P_t-P_t-1|＜0.5％，则视为该室内电器设备的功率保持不变；如果|P_t-P_t-1|≥0.5％，则计算前面10个时间点的平均功率P_av，且|P_t-P_av|＜0.5％，则该室内电器设备的功率保持不变；如果|P_t-P_t-1|≥0.5％，且|P_t-P_av|≥0.5％，则将P_t作为该室内电器设备的功率；其中P_t为室内电器设备的当前功率，P_t-1为室内电器设备上一个时间点的功率。

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