专利名称：智能家居实训系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及智能家居领域，特别涉及一种智能家居实训系统。
背景技术：
楼宇控制类专业教育近年来发展迅速，该专业人才的培养需要相关的实验实训装 置。现有的楼宇控制技术实验实训装置分为两类，一种是专项实验台，如安防设备、消防设 备或者视频监控中的一种或几种集成在一个实训操作台上，配有专用报警控制器，学生可 以练习设备的检测与专用报警控制器的信号连接与设置；另一类采用网格板或挂件的形 式，学生可以练习不同标准设备的布线方法，验证不同功能的实现。智能家居控制作为楼宇控制技术的重要范例，被广泛应用在楼宇控制课程教学 中，而现有的教学仪器设备对楼宇控制技术的内容多是用标准开关量和模拟量进行模拟。现有楼宇控制(智能家居)实训系统是将通用设备集中到一块或几块操作面板上 模拟真实系统工作过程，其设备连接方式与实际应用系统连接方式有一定差别，由此带来 的缺陷有连接方式固定，系统功能扩展不便，系统控制结果演示不够直观，实验方式与演 示功能较单一，实训内容比较局限，不具有系统设计的训练内容等等。这一类实训系统比较 适合高职高专以及相关从业人员进行认识实习和操作实训，培养现场操作工程师。对于楼控专业本科生，及自动化类楼控方向的本科生来讲，上述楼宇控制实训系 统是不能满足要求的。因为除了设备认识和接线操作，本科生需要通过实训培养更多的综 合能力，如选择不同楼宇控制器进行控制系统设计、功能定制和软件实现方面的能力，多 控制器的组合设计能力等。现有的楼宇控制实训系统重操作、轻设计，不便于扩展定制，难 以满足这种需求。
实用新型内容(一)要解决的技术问题本实用新型要解决的技术问题是提供一种智能家居实训系统，以解决现有楼宇控 制实训系统重操作、轻设计，不能扩展应用、实验方式与演示功能较单一以及实训内容比较 局限等缺陷。
实用新型内容为此，本实用新型提供的一种智能家居实训系统，用于控制家居系统，包括供电管理模块，用于给所述家居系统的家电提供电源；环境控制模块，用于采集所述家居系统的不同位置的环境参数，然后根据设置的 环境参考参数，控制所述家居系统的影响环境参数的家电的运行；所述环境参数包括光 照度、温度、湿度和有害气体浓度；家电控制模块，用于对所述家居系统的家电的使用状态进行控制；安全管理模块，用于对所述家居系统的家居安全信号进行检测和报警；系统管理与实训操作模块，与所述供电管理模块、环境控制模块、家电控制模块和安全管理模块相连接，用于控制所述供电管理模块、环境控制模块、家电控制模块和安全管 理模块中的任一或任意组合在实训状态和演示状态之间进行转换；且在实训状态下为操作 者提供信号接口和操作模块。所述供电管理模块包括供电控制单元，用于控制太阳能电池单元和/或蓄电池单元给所述家居系统提 供电源，当太阳能供电功率不足时控制太阳能电源和市电进行切换；太阳能电池单元，用于把太阳能转换为电能；蓄电池单元，用于存储并管理由太阳能转换得到的电能。所述供电管理模块的供电方式包括太阳能电池、蓄电池、市电中的任一种或任意组合。所述环境控制模块包括采集单元，用于检测并采集所述家居系统的不同位置的环境参数；环境控制单元，用于根据所述环境参数和设置的理想环境参数，控制所述家居系 统中影响环境参数的家电的运行。所述家电控制模块包括终端单元，用于和用户进行人机交互，给家电控制单元发出指令；家电控制单元，用于根据所述终端单元发出的指令对家电进行控制。其中所述终端单元以遥控设备或移动设备的形式对家电的使用状态进行控制。所述安全管理模块包括门禁控制与管理单元，用于所述家居系统的门禁控制。安防报警与监控单元，用于对未经授权闯入所述家居系统的人员进行限制管理， 对家居安全信号进行检测和报警。其中所述安防报警与监控单元包括玻璃破碎报警单元、烟感报警单元、红外报警 单元及视频监控单元中的一种或几种；所述门禁控制与管理单元包括读卡器、指纹采集和 可视对讲。所述系统管理与实训操作模块包括实训操作单元，用于提供实训操作功能。当所述智能家居实训系统的各个模块处 于实训状态时，为实训操作者提供信号接口和操作界面；系统管理单元，与所述供电控制单元、环境控制单元、家电控制单元以及安全控制 单元相连接，用于控制所述供电控制单元、环境控制单元、家电控制单元、安全控制单元在 实训状态和演示状态之间任意切换。演示状态是指家居系统中全部传感器及LED灯，各种家电设备都接入到上述各 模块相应控制单元，在系统管理单元预装程序管理下协同工作，全面展示家居系统应具备 的功能及工作过程。实训状态是指向参与实训设计的操作者全部或部分开放传感器输入接口，以及 LED灯和各种家电的控制接口，由操作者选择传感器、执行器，与自行选定的单片机、PLC等 控制器相连接，完成智能家居实训系统的设计、连接与调试工作。(三)有益效果上述技术方案具有如下有益效果通过给智能家居实训系统的各个模块设置总控制单元和各自的控制单元，使得智能家居实训系统的各个模块能够方便的在实训状态和演 示状态之间切换；且本实训系统预留多个接口，使得学生可以灵活配置智能家居实训系统 的接线和功能，给予学生全方位的锻炼；另外本实用新型智能家居实训系统的控制对象为 真实家居设备，演示效果直观，具有现场感，且成本低廉。
图1是本实用新型智能家居实训系统实施例一结构示意图；图2是本实用新型智能家居实训系统实施例二结构示意图；图3是图2中的系统管理与实训操作模块结构示意图。其中，1 供电管理模块；2 环境控制模块；3 家电控制模块；4 安全管理模块； 5 系统管理与实训操作模块；11 供电控制单元；12 太阳能电池单元；13 蓄电池单元； 21 采集单元；22 环境控制单元；31 终端单元；32 家电控制单元；41 门禁控制与管理单 元；42 安防报警与监控单元；51 实训操作单元；52 系统管理单元。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细描述。以下 实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。如图1所示，为本实用新型智能家居实训系统实施例一结构示意图，本实施例智 能家居实训系统用于控制家居系统，其中家居系统为一处居所及其室内传感器、控制器和 所有家电的统称。本实用新型包括供电管理模块1、环境控制模块2、家电控制模块3、安 全管理模块4及系统管理与实训操作模块5。其中供电管理模块1用于给家居系统的家电提供供电电源，可在太阳能和市电之 间切换；环境控制模块2用于采集家居系统的不同位置的环境参数，然后根据设置的理想 环境参数，控制家居系统中影响环境参数的家电的运行；该环境参数包括室内光照度、温 度、湿度和有害气体浓度等；家电控制模块3用于对家居系统的家用电器的使用状态进行 控制；安全管理模块4用于对所述家居系统的家居安全信号进行检测和报警；系统管理与 实训操作模块5与供电管理模块1、环境控制模块2、家电控制模块3和安全管理模块4相 连接，用于控制供电管理模块1、环境控制模块2、家电控制模块3和安全管理模块4中的任 一或任意组合在实训状态和演示状态之间进行转换；还用于当供电管理模块1、环境控制 模块2、家电控制模块3以及安全管理模块4处于演示状态时控制这四个模块协调工作，当 该四个模块处于实训状态时，为实训操作者提供所需检测与控制信号接口。其中演示状态 是指家居系统中全部传感器，LED灯和各种家电设备都接入到上述各模块相应控制单元， 即接入供电管理模块1、环境控制模块2、家电控制模块3以及安全管理模块4的控制单元， 在系统管理单元预装程序管理下协同工作，全面展示家居系统应具备的功能及工作过程。实训状态是指向参与实训设计的操作者全部或部分开放传感器输入接口，以及 LED灯和各种家电设备的控制接口，由操作者选择传感器、执行器，与自行选定的单片机、 PLC等控制器相连接，完成智能家居实训系统的设计、连接与调试工作。如图2所示，为本实用新型智能家居实训系统实施例二结构示意图，本实施例的 智能家居实训系统的各个模块都拥有各自的控制单元，本实施例的任何一个控制单元都可以根据实际需要单独控制家居系统的相应子系统。其中，供电管理模块1包括供电控制单元11、太阳能电池单元12、蓄电池单元13。 供电管理模块1体现绿色能源的概念。其中供电控制单元11用于控制太阳能电池单元12，蓄电池单元13，并在太阳能供 电功率不足时实现太阳能供电与市电切换功能；太阳能电池单元12将太阳能转换为电能， 为室内灯，包括LED冷光源系统，监控设备以及功率小的小家电设备供电。蓄电池单元用于 存储转换自太阳能的电能并将其转化为220V标准电源。本实施例的家居环境控制模块2包括采集单元21和环境控制单元22、其中采 集单元21包括多个传感器，布设在家居系统室内，全面检测家居系统室内不同位置的光照 度、温度、湿度以及空气质量参数；环境控制单元22则根据采集到的环境参数和用户设定 存储的理想环境参数，控制影响环境参数的家电的运行。影响环境参数的家电包括LED冷 光源照明系统、空调、加湿器、臭氧机和电动窗等。用户可自行设定期望的理想环境参数， 环境控制单元22根据实际环境参数和理想环境参数的差值大小，控制空调的温度、工作模 式，加湿器和臭氧机的启动停止，LED冷光源照明系统照明强度，以及电动窗的调整，保证家 居系统室内的光照度、温湿度等环境参数使人能感觉到安全舒适。比如采集单元21采集到 的温度比预先设定的理想温度值高，则环境控制单元22就会控制与温度相关的空调、百 叶窗等家电，使得空调的温度降低，百叶窗的开启程度根据季节调大或调小。本实施例的环 境控制单元22还可以配备带触摸屏的人机界面LCD，用户可以方便的通过其触摸屏设置理 想环境参数等。以光照度参数为例，用户可以根据需要选择照明模式，包括阅读、休闲、睡眠等不 同模式。采集单元21检测并采集到家居系统室内的光照度数据后，环境控制单元22根据 该光照度数据自动控制调节百叶窗的启闭角度以及室内照明强度，以实现光照度控制。还 可以通过设置满足一些特定的假日或外出需求，如当家居系统室内长时间无人时，定时开 启家居系统的某些位置的照明等。家电控制模块3包括终端单元31和家电控制单元32。家电控制单元32根据用 户发出的指令控制家电的使用状态，包括家电的启停，以及部分功能状态，比如空调的“通 风” “制冷” “风力调节”等各种功能状态；终端单元31可以是一个遥控设备，供用户在家时 使用；也可以是一个移动设备，当用户不在室内时，可通过手机实现对家居系统中各家用电 器进行统一控制。安全管理模块4包括门禁控制与管理单元41和安防报警与监控单元42。其中 门禁控制与管理单元41由读卡器、指纹采集器、门禁控制器和可视对讲等组成，实现对进 出入家居系统的人员进行限制管理，只有具备相应权限或取得系统管理员认可的人才可以 合法进出家居系统。安防报警与监控单元42包括玻璃破碎报警单元、烟感报警单元、红外 报警单元及视频监控单元中的一种或几种，以及独立的安防服务器和控制操作台。玻璃破 碎报警单元检测到有玻璃破碎信号时则报警，防止非法进入者由玻璃窗进入；烟感报警单 元检测火灾或其他事件造成的空气中的烟雾浓度，在烟雾浓度达到一定阈值时发出火灾报 警信号；红外报警单元通过红外感应方式监视家居系统内人体活动信号，如果在安防报警 与视频监控单元42设定工作状态为布防时感应到人体活动信号，则发出非法闯入报警信 号，也可以用于辅助监视家居系统中生活能力障碍人士的情况，等等。当授权用户通过门禁控制与管理单元41正常进入家居后，安防报警与视频监控单元42自动转换工作模式，屏蔽 红外报警单元等活动信号报警并停止对家居内部进行视频监控。安防报警与视频监控单元 42具有单独的安防数据服务器和控制操作台，能够使安全管理模块4脱离家居系统中其它 的模块而独立运行。系统管理与实训操作模块5用于控制供电管理模块1、环境控制模块2、家电控制 模块3和安全管理模块4中的任一或任意组合在实训状态和演示状态之间进行转换；还能 够提供信号扩展接口和操作界面。本实施例的系统管理与实训操作模块5包括实训操作单 元51和系统管理单元52，其中实训操作单元51用于提供实训操作功能，其提供的操作界 面上包括信号输入区511、工作指示区512、定制实验接口区513以及演示实验区514。其 中信号输入区511设置有多路转接端子，供电管理模块1、环境控制模块2、家电控制模块 3、安全管理模块4和系统管理与实训操作模块5的信号均从信号输入区511接入实训操作 单元51 ；工作指示区512用于动态显示上述各模块控制信号的状态；定制实验接口区513 包括各种扩展接口，可以根据实际情况和实训需要接入各种控制器或新增家电设备；演示 实验区514包括对应于智能家居实训系统的各个模块的切换开关，当某个模块对应的开关 处于闭合状态时，该模块处于演示状态，此时该模块对应的功能受到系统管理单元52的控 制，为使用者演示完整的智能家居控制系统功能，并显示各单元的检测参数、控制参数和控 制逻辑关系。当某个模块对应的开关处于断开状态时，该模块处于实训状态；此时该模块对 应所有信号输入输出接线端子开放，学生可以根据实训要求和实际情况自由设置各信号与 控制单元的连线方式和接入关系，也可以为各个模块选择不同的控制器(如PLC，DDC等)， 取代智能家居实训系统提供的控制器，完成系统设计，认知不同的控制器带来的不同的控 制效果。系统管理单元52为智能家居实训系统的总控制单元，操作控制单元52与供电控 制单元11、环境控制单元22、家电控制单元32以及安全管理单元42相连接，当智能家居实 训系统的各个模块处于演示状态时，操作控制单元52可以控制供电控制单元11、环境控制 单元22、家电控制单元32和安全管理单元协调工作。当智能家居实训系统的各个模块处 于实训状态时，系统管理单元52可以为供电控制单元11、环境控制单元22、家电控制单元 32和安全管理单元42中的任意一个或多个单元定制信号连接方式和控制逻辑；使得任一 模块都可以在实训状态和演示状态之间自由转换。本实用新型的供电管理模块、环境控制模块、家电控制模块、安全管理模块以及操 作控制模块之间用以太网互联，同时也支持其它数据总线连接到以太网的连接方式。本实用新型提供的技术方案，通过给智能家居实训系统的各个模块设置总控制单 元和各自的控制单元，使得智能家居实训系统的各个模块能够方便的在实训状态和演示状 态之间切换；且预留多个接口，使得学生可以灵活配置智能家居实训系统的接线和功能，给 予学生全方位的锻炼；另外本实用新型智能家居实训系统的控制对象为真实家居设备，演 示效果直观，具有现场感，且成本低廉。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技 术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改 进和变型也应视为本实用新型的保护范围。
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权利要求1.一种智能家居实训系统，用于控制家居系统，其特征在于，包括 供电管理模块，用于给所述家居系统的家电提供电源；环境控制模块，用于采集所述家居系统的不同位置的环境参数，然后根据设置的环境 参考参数，控制所述家居系统的影响环境参数的家电的运行；家电控制模块，用于对所述家居系统的家电的使用状态进行控制； 安全管理模块，用于对所述家居系统的家居安全信号进行检测和报警； 系统管理与实训操作模块，与所述供电管理模块、环境控制模块、家电控制模块和安全 管理模块相连接，用于控制所述供电管理模块、环境控制模块、家电控制模块和安全管理模 块中的任一或任意组合在实训状态和演示状态之间进行转换；且在实训状态下为操作者提 供信号接口和操作模块。
2.如权利要求1所述的智能家居实训系统，其特征在于，所述供电管理模块包括供电控制单元，用于控制太阳能电池单元和/或蓄电池单元给所述家居系统提供电 源，当太阳能供电功率不足时控制太阳能电源与市电进行切换； 太阳能电池单元，用于将太阳能转换为电能； 蓄电池单元，用于存储并管理由太阳能转换得到的电能。
3.如权利要求2所述的智能家居实训系统，其特征在于，所述供电管理模块的供电方 式包括太阳能电池、蓄电池、市电的任一种或任意组合。
4.如权利要求1所述的智能家居实训系统，其特征在于，所述环境控制模块包括 采集单元，用于检测并采集所述家居系统的不同位置的环境参数；环境控制单元，用于根据所述环境参数和设置的理想环境参数，控制所述家居系统中 影响环境参数的家电的运行。
5.如权利要求1所述的智能家居实训系统，其特征在于，所述家电控制模块包括 终端单元，用于和用户进行人机交互，给家电控制单元发出指令；家电控制单元，用于根据终端单元发出的指令对家电进行控制。
6.如权利要求5所述的智能家居实训系统，其特征在于，所述终端单元以遥控设备或 移动设备的形式对家电的使用状态进行控制。
7.如权利要求1所述的智能家居实训系统，其特征在于，所述安全管理模块包括 门禁控制与管理单元，用于所述家居系统的门禁控制；安防报警与监控单元，用于对未经授权闯入所述家居系统的人员进行限制管理，对家 居安全信号进行检测和报警。
8.如权利要求7所述的智能家居实训系统，其特征在于，所述安防报警与监控单元包 括玻璃破碎报警单元、烟感报警单元、红外报警单元及视频监控单元中的一种或几种；所述 门禁控制与管理单元包括读卡器、指纹采集和可视对讲。
9.如权利要求1-8所述任一的智能家居实训系统，其特征在于，所述系统管理与实训 操作模块包括实训操作单元，用于提供实训操作功能，当所述智能家居实训系统的各个模块处于实 训状态时，为实训操作者提供信号接口和操作界面；系统管理单元，与所述供电控制单元、环境控制单元、家电控制单元以及安全控制单元 相连接，用于控制所述供电控制单元、环境控制单元、家电控制单元、安全控制单元在实训状态和演示状态之间任意切换。
专利摘要本实用新型公开了一种智能家居实训系统，用于控制家居系统，包括供电管理模块，用于给所述家居系统的家电提供电源；环境控制模块，用于采集所述家居系统的不同位置的环境参数，然后根据设置的环境参考参数，控制所述家居系统的影响环境参数的家电的运行；家电控制模块，用于对所述家居系统的家电的使用状态进行控制；安全管理模块，用于对所述家居系统的家居安全信号进行检测和报警；系统管理与实训操作模块，与所述供电管理模块、环境控制模块、家电控制模块和安全管理模块相连接，用于控制所述供电管理模块、环境控制模块、家电控制模块和安全管理模块中的任一或任意组合在实训状态和演示状态之间进行转换。
文档编号G09B9/00GK201853380SQ20102025195
公开日2011年6月1日 申请日期2010年6月29日 优先权日2010年6月29日
发明者史运涛, 宋浩, 徐继宁, 胡敦利 申请人:北方工业大学