一种智能家居系统及其控制方法与流程

本发明涉及智能家居技术领域，尤其是一种智能家居系统及其控制方法。

背景技术：

智能家居通过物联网技术将家中的各种设备（如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、影音服务器、影柜系统、网络家电等）连接到一起，提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，提供全方位的信息交互功能，甚至为各种能源费用节约资金。

在智能家居系统中，智能家电控制、智能灯光控制和电动窗帘控制是最实用最基本的家居控制功能，现有技术对上述控制功能的研究多集中在智能化控制方面，如智能家电的集中控制和远程控制，又如电动窗帘的定时控制和远程控制，对于家庭中用电能耗较多的空调和电动窗帘结合应用没有进行相关智能节能技术的研究。

其实，在智能家居系统中，电动窗帘的变化会明显影响空调的运行，如夏天用户电动控制窗帘打开一部分，室外部分太阳光就会进入室内，使室内温度急剧上升，又如外窗室外侧太阳光光照强度或温度发生较大变化，也会造成室内空气温度发生较大波动。而现有的空调多根据室内空气温度和设定温度进行调节，且室内空气温度根据设置在空调进风口处的温度传感器采集得出，在室内空间较大的房间，由于太阳光进入室内会造成室内空气温度分布短时间内极不均匀，此时空调采集的室内空气温度与实际的室内平均空气温度并不相同，且短时间内不会明显快速上升，这会造成空调制冷控制存在滞后性，使用户感觉较热。此时用户通常会通过降低设定温度来减少热感觉，但是用户并不确定设定温度的具体调低量，不确定自己所需的恒温空间，只是根据冷热感来调节温度，即感觉热时调低设定温度，感觉冷时调高设定温度。由于设定温度调低量过多，会感觉较冷，又将设定温度调高，反反复复会造成短时间内室内温度忽高忽低，用户感觉忽冷忽热，舒适性体验差。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的缺陷，提供了一种智能家居系统及其控制方法，根据室内调节温度所需的实际制冷量或制热量来控制空调的运行，并使室内空气温度快速处于预设空气温度范围和短时间内分布均匀，解决了现有空调对外界环境发生较大变化时反应滞后的问题，使用户不会感觉忽冷忽热，提高了空调的舒适性。

为此，本发明采用如下的技术方案：一种智能家居系统，包括安装在外墙上的电动卷帘、空调、检测装置和智能家居控制器，所述电动卷帘包括卷帘、电动装置和卷帘位置检测装置，所述卷帘位置检测装置用于检测卷帘的实时位置，所述智能家居控制器分别与电动装置、卷帘位置检测装置、空调、检测装置电连接，所述检测装置包括安装在外墙室外侧的照度传感器、室外空气温度传感器和室内空气温度传感器，所述照度传感器用于检测电动卷帘室外侧的太阳光辐射强度，所述室外空气温度传感器用于检测外墙室外侧的空气温度，所述室内空气温度传感器用于检测外墙室内侧的空气温度，所述智能家居控制器用于根据电动卷帘室外侧的太阳光辐射强度、外墙室外侧的空气温度和外墙室内侧的空气温度来控制空调的运行。

进一步地，所述智能家居控制器包括获取模块、第一计算模块和第二计算模块、确定模块、第一控制模块和第二控制模块；

所述获取模块用于获取空调当前的运行模式、空调的预设目标调节温度、空调采集的室内空气温度、电动卷帘的实时位置、电动卷帘室外侧的太阳光辐射强度、外墙室外侧的空气温度和外墙室内侧的空气温度；

所述第一计算模块用于根据电动卷帘的实时位置和预设外窗尺寸来分别计算外窗遮阳面积和外窗未遮阳面积；

所述第二计算模块用于根据外窗遮阳面积、外窗未遮阳面积、预设室内房间体积、预设外窗遮阳系数、预设卷帘遮阳系数、电动卷帘室外侧的太阳光辐射强度、外墙室外侧的空气温度、外墙室内侧的空气温度、第一预设时间和预设运行功率计算公式来计算空调预估运行功率；

所述确定模块用于根据预设的空调预估运行功率与空调运行参数的对应关系确定所述空调预估运行功率所对应的空调运行参数；

所述第一控制模块用于控制所述空调以所述空调预估运行功率对应的空调运行参数运行；

所述第二控制模块用于控制空调根据预设的目标调节温度对室内空气温度进行调节。

进一步地，所述预设运行功率计算公式为：

q=q1+q2+q3；

q1=s1×f×sc2×sc1+s2×f×sc1；

q2=k1×(t1-t2)×k×g；

q3=-cm(t4-t3)/s；

q-空调预估运行功率；

q1-太阳光透过外窗和卷帘进入室内的辐射热量；

q2-室内外温差传热；

q3-室内空气温度在第一预设时间内从当前空调检测的室内空气温度调整至空调的预设目标调节温度所需的运行功率；

s1-外窗遮阳面积,s2-外窗未遮阳面积,sc1-预设外窗遮阳系数,sc2-预设卷帘遮阳系数,sc1-预设外窗遮阳系数,sc2-预设卷帘遮阳系数,f-电动卷帘室外侧的太阳光辐射强度；

k1-外窗传热系数，t1-外墙室外侧的空气温度,t2-外墙室内侧的空气温度，k-外窗宽度,g-外窗高度，c-空气的比热容，m-室内空气的质量，根据预设室内房间体积和空气密度计算得出，t3-当前时刻空调检测的室内空气温度，t4-预设的目标调节温度，s-第一预设时间。

本发明还采用如下的技术方案：一种智能家居系统的控制方法，包括以下步骤：

s1、每隔第一间隔时间获取空调当前的运行模式、空调的预设目标调节温度、空调检测的室内空气温度、电动卷帘的实时位置、电动卷帘室外侧的太阳光辐射强度、外墙室外侧的空气温度和外墙室内侧的空气温度，其中，所述第一间隔时间对应有多个间隔时间段，所述间隔时间段包括第一间隔时间段和第二间隔时间段；

s2、在当前时间处于任一间隔时间段的起始时刻时，根据电动卷帘的实时位置和预设外窗尺寸计算外窗遮阳面积和外窗未遮阳面积；

s3、根据外窗遮阳面积、外窗未遮阳面积、预设室内房间体积、预设外窗遮阳系数、预设卷帘遮阳系数、电动卷帘室外侧的太阳光辐射强度、外墙室外侧的空气温度、外墙室内侧的空气温度和预设运行功率计算公式来计算空调预估运行功率；

s4、根据预设的空调预估运行功率与空调运行参数的对应关系确定所述空调预估运行功率所对应的空调运行参数；

s5、控制所述空调以所述空调预估运行功率所对应的空调运行参数运行第一预设时间；

s6、在空调以所述空调预估运行功率所对应的空调运行参数运行第一预设时间后，控制空调根据预设的目标调节温度对室内空气温度进行调节第二预设时间。

进一步地，所述预设运行功率计算公式为：

q=q1+q2+q3；

q1=s1×f×sc2×sc1+s2×f×sc1；

q2=k1×(t1-t2)×k×g；

q3=-cm(t4-t3)/s；

q-空调预估运行功率；

q1-太阳光透过外窗和卷帘进入室内的辐射热量；

q2-室内外温差传热；

q3-室内空气温度在第一预设时间内从当前空调检测的室内空气温度调整至空调的预设目标调节温度所需的运行功率；

s1-外窗遮阳面积,s2-外窗未遮阳面积,sc1-预设外窗遮阳系数,sc2-预设卷帘遮阳系数,sc1-预设外窗遮阳系数,sc2-预设卷帘遮阳系数,f-电动卷帘室外侧的太阳光辐射强度；

k1-外窗传热系数，t1-外墙室外侧的空气温度,t2-外墙室内侧的空气温度，k-外窗宽度,g-外窗高度，c-空气的比热容，m-室内空气的质量，t3-第一间隔时间段的起始时刻空调检测的空气温度，t4-预设的目标调节温度（第一间隔时间段的末尾时刻期望的室内空气温度），s-第一预设时间。

本发明具有的有益效果是：

（1）根据电动卷帘的实时位置、室外空气温度、室内空气温度和空调预设的目标调节温度来计算空调调节室内温度所需的实际制冷量或制热量，并控制空调以所述制冷量或制热量对应的运行参数快速运行一段时间，使室内空气温度快速处于预设空气温度范围和短时间内分布均匀，解决了现有空调对外界环境发生较大变化时反应滞后的问题，使用户不会感觉忽冷忽热，提高了空调的舒适性；

（2）根据室内实际制冷或制热的需要量，在间隔时间段内通过控制空调以固定运行参数运行和以变化运行参数运行相结合的方式使室内空气温度快速处于预设空气温度范围，在使空调的变频压缩机频繁变化频率的时间大大减少，进一步延长了空调变频压缩机的寿命。

附图说明

图1为本实施例中智能家居系统的第一结构示意图。

图2为本实施例中智能家居系统的第二结构示意图。

图3为智能家居控制器与各部件的硬件连接示意图。

附图标记说明：1-照度传感器，2-室外空气温度传感器，3-电动装置，4-卷帘，5-底梁，6-距离传感器，7-外墙，8-室内空气温度传感器，9-空调，10-外窗，11-智能家居控制器，12-窗台。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合说明书附图对本发明做进一步的详细阐述。

参见图1至图3，本实施例提供了一种智能家居系统，包括安装在外墙上的电动卷帘、空调9、检测装置和智能家居控制器11，所述电动卷帘包括卷帘4、电动装置3和卷帘位置检测装置，可安装在外窗室外侧，也可以安装在外窗室内侧，还可安装在外窗内（电动卷帘安装在外窗内时，无需安装在外墙上），所述电动装置与卷帘的上部固定连接，用于收起与展开卷帘，其中，电动装置最好连接有操控装置，所述操控装置用于用户手动控制电动装置使卷帘收起或展开，所述卷帘位置检测装置用于检测卷帘的实时位置，可采用现有技术中的检测装置，所述智能家居控制器11分别与电动装置、卷帘位置检测装置、空调、检测装置电连接，用于获取卷帘位置检测装置发送的信息、空调发送的信息和检测装置检测的信息，还用于分别控制电动装置和空调的工作。

所述检测装置包括安装在外墙室外侧的照度传感器1、安装在外墙室外侧的室外空气温度传感器2和安装在外墙室内侧的室内空气温度传感器8，所述照度传感器1用于检测电动卷帘室外侧的太阳光辐射强度，所述室外空气温度传感器2用于检测外墙室外侧的空气温度，所述室内空气温度传感器8用于检测外墙室内侧的空气温度，所述智能家居控制器11用于根据电动卷帘室外侧的太阳光辐射强度、外墙室外侧的空气温度和外墙室内侧的空气温度来控制空调的运行。

所述智能家居控制器包括获取模块、第一计算模块和第二计算模块、确定模块、第一控制模块和第二控制模块。

所述获取模块用于获取空调当前的运行模式、空调的预设目标调节温度、空调采集的室内空气温度、电动卷帘的实时位置、电动卷帘室外侧的太阳光辐射强度、外墙室外侧的空气温度和外墙室内侧的空气温度，其中，空调当前的运行模式和空调的预设目标调节温度由用户设定，空调运行模式可包括制冷模式和制热模式，空调采集的室内空气温度由安装在进风口出的温度传感器检查得出。

具体地，所述获取模块最好每隔第一间隔时间获取上述数据，第一间隔时间最好为3min～15min，例如，系统在上午9：00启动后，获取模块每隔5min获取数据，即分别在9:00:00，9:05:00，9:10:00，9:15:00，9:20:00，9:25:00等时刻获取数据，在之后的5min时间用于控制空调的运行。

所述第一计算模块用于根据电动卷帘的实时位置和预设外窗尺寸来分别计算外窗遮阳面积和外窗未遮阳面积。

具体地，所述预设外窗尺寸包括外窗宽度k和外窗高度g，所述外窗遮阳面积s1=(g-h)*k；所述外窗未遮阳面积s2=h*k，h为卷帘底部至窗台的距离，如图2所示。

所述第二计算模块用于根据外窗遮阳面积、外窗未遮阳面积、预设室内房间体积、预设外窗遮阳系数、预设卷帘遮阳系数、预设外窗传热系数、电动卷帘室外侧的太阳光辐射强度、外墙室外侧的空气温度、外墙室内侧的空气温度、第一预设时间和预设运行功率计算公式来计算空调预估运行功率（夏季为制冷功率，冬季为制热功率），其中，所述预设运行功率计算公式为：

q=q1+q2+q3；

q1=s1×f×sc2×sc1+s2×f×sc1；

q2=k1×(t1-t2)×k×g；

q3=-cm(t4-t3)/s；

q-空调预估运行功率；

q1-太阳光透过外窗和卷帘进入室内的辐射热量；

q2-室内外温差传热；

q3-室内空气温度在第一预设时间内从当前空调检测的室内空气温度调整至空调的预设目标调节温度所需的运行功率；

s1-外窗遮阳面积,s2-外窗未遮阳面积,sc1-预设外窗遮阳系数,sc2-预设卷帘遮阳系数,sc1-预设外窗遮阳系数,sc2-预设卷帘遮阳系数,f-电动卷帘室外侧的太阳光辐射强度；

k1-外窗传热系数，t1-外墙室外侧的空气温度,t2-外墙室内侧的空气温度，k-外窗宽度,g-外窗高度，c-空气的比热容，m-室内空气的质量，根据预设室内房间体积和空气密度计算得出，t3-当前时刻空调检测的室内空气温度，t4-预设的目标调节温度（空调从当前时刻开始运行第一预设时间后的期望室内空气温度），s-第一预设时间。

具体地，对于室内房间而言，其热量变化由太阳光进入室内的太阳辐射热量、室内外温差传热和室内空气温度调整和室内通风换热等引起的，由于空调开启时，用户一般不会大幅度开启外窗通风，室内通风换热引起的热量损失可以忽略不计，在第二间隔时间段可进行调整，因此，室内房间热量变化主要由太阳辐射热量、室内外温差传热和室内空气温度调整这三个因素引起的，在本实施例中，创新性地将空调调整温度分为两个阶段进行，第一阶段根据室内房间的实际热量变化控制空调以所述实际热量变化匹配的运行参数快速运行第一预设时间，第二阶段根据预设的目标调节温度对室内空气温度进行调节以调整第一阶段空调运行造成的室内房间的空气温度的细小偏差。

需要说明的是，预设外窗遮阳系数、预设卷帘遮阳系数和预设外窗传热系数可根据外窗和卷帘厂家提供的检测报告确定。

所述确定模块用于根据预设的空调预估运行功率与空调运行参数的对应关系确定所述空调预估运行功率所对应的空调运行参数，其中，所述空调运行参数包括空调风机的风量和/或冷冻水的流量，预设的空调预估运行功率与空调运行参数的对应关系即可通过大量的试验得出，即通过在空调上安装冷量表采集空调制冷功率和安装热量表采集空调制热功率，并通过调节不同空调运行参数和获取相应的空调制冷功率来建立空调预估运行功率与空调运行参数的对应关系，也可采用现有技术中已有的空调预估运行功率与空调运行参数的对应关系。

所述第一控制模块用于控制所述空调以所述空调预估运行功率对应的空调运行参数运行第一预设时间，即空调以固定运行参数运行第一预设时间，所述第一预设时间小于第一间隔时间。

所述第二控制模块用于控制空调根据预设的目标调节温度对室内空气温度进行调节，即采用空调现有的根据预设的目标调节温度和空调实时检测的室内空气温度的调节技术，该阶段空调运行参数在该阶段会不断变化以适应当前的室内空气温度。

为了更好地检测卷帘的实时位置，所述卷帘4包括底梁5，所述卷帘位置检测装置包括安装在窗台上且位于底梁正下方的距离传感器和检测控制模块，所述距离传感器6用于实时检测底梁至窗台的距离，所述检测控制模块与控制装置连接，用于将底梁至窗台的距离发送至控制装置。

在上述智能家居系统的基础上，本实施例还提供了一种智能家居系统的控制方法，包括以下步骤：

s1、每隔第一间隔时间获取空调当前的运行模式、空调的预设目标调节温、空调检测的室内空气温度、电动卷帘的实时位置、电动卷帘室外侧的太阳光辐射强度、外墙室外侧的空气温度和外墙室内侧的空气温度，其中，所述第一间隔时间对应有多个间隔时间段，所述间隔时间段包括第一间隔时间段和第二间隔时间段。

具体地，所述第一间隔时间最好为3min～15min，第一间隔时间对应有多个间隔时间段，即相邻间隔时间点之间的时间段，例如，系统在上午9：00启动后，每隔5min获取上述数据，即分别在9:00:00，9:05:00，9:10:00，9:15:00，9:20:00等间隔时间点获取数据，在9:00:00～9:04:59，9:05:00～9:09:59，9:10:00～9:14:59，9:15:00～9:19:59等间隔时间段控制空调的运行，其中，所述第一间隔时间包括第一预设时间和第二预设时间，所述间隔时间段包括第一间隔时间段和第二间隔时间段，第一间隔时间段的时长为第一预设时间，第二间隔时间段的时长为第二预设时间，如在9:05:00～9:09:59间隔时间段，第一间隔时间段为9:05:00～9:07:59，对应的第一预设时间为180s，第二间隔时间段为9:08:00～9:09:59，对应的第二预设时间为120s。

s2、在当前时间处于任一间隔时间段的起始时刻时，根据电动卷帘的实时位置和预设外窗尺寸计算外窗遮阳面积和外窗未遮阳面积。

具体地，任一间隔时间段的起始时刻也是第一间隔时间段的起始时刻，如在9:05:00～9:09:59这一间隔时间段，第一间隔时间段为9:05:00～9:07:59，第二间隔时间段为9:08:00～9:09:59，9:05:00为这一间隔时间段和第一间隔时间段的起始时刻，所述预设外窗尺寸包括外窗宽度k和外窗高度g，所述外窗遮阳面积s1=(g-h)*k；所述外窗未遮阳面积s2=h*k，h为卷帘底部至窗台的距离，如图2所示。

s3、根据外窗遮阳面积、外窗未遮阳面积、预设室内房间体积、预设外窗遮阳系数、预设卷帘遮阳系数、电动卷帘室外侧的太阳光辐射强度、外墙室外侧的空气温度、外墙室内侧的空气温度和预设运行功率计算公式来计算空调预估运行功率其中，所述预设运行功率计算公式为：

q=q1+q2+q3;

q1=s1×f×sc2×sc1+s2×f×sc1；

q2=k1×(t1-t2)×k×g；

q3=-cm(t4-t3)/s；

q-空调预估运行功率，数值为正对应空调制冷模式，数值为负对应空调制热模式；

q1-太阳光透过外窗和卷帘进入室内的辐射热量；

q2-室内外温差传热；

q3-室内空气温度在第一预设时间内从当前空调检测的室内空气温度调整至空调的预设目标调节温度所需的运行功率；

s1-外窗遮阳面积,s2-外窗未遮阳面积,sc1-预设外窗遮阳系数,sc2-预设卷帘遮阳系数,sc1-预设外窗遮阳系数,sc2-预设卷帘遮阳系数,f-电动卷帘室外侧的太阳光辐射强度；

k1-外窗传热系数，t1-外墙室外侧的空气温度,t2-外墙室内侧的空气温度，k-外窗宽度,g-外窗高度；

c-空气的比热容，m-室内空气的质量，根据预设室内房间体积和空气密度计算得出，

t3-第一间隔时间段的起始时刻空调检测的空气温度；

t4-预设的目标调节温度（第一间隔时间段的末尾时刻期望的室内空气温度）；

s-第一预设时间。

具体地，对于室内房间而言，其热量变化由太阳光进入室内的太阳辐射热量、室内外温差传热和室内空气温度调整和室内通风换热等组成，由于空调开启时，用户一般不会大幅度开启外窗通风，室内通风换热引起的热量损失较小，可以忽略不计，在第二间隔时间段可进行调整，因此，室内房间热量变化主要由太阳辐射热量、室内外温差传热和室内空气温度调整这三个因素引起的，在本实施例中，创新性地将空调调整温度分为两个阶段进行，第一阶段根据室内房间的实际热量变化控制空调以所述实际热量变化匹配的运行参数快速运行第一预设时间，第二阶段根据预设的目标调节温度对室内空气温度进行调节以调整第一阶段空调运行造成的室内房间的空气温度的细小偏差。需要说明的是，预设外窗遮阳系数、预设卷帘遮阳系数和预设外窗传热系数可根据外窗和卷帘厂家提供的检测报告确定。

s4、根据预设的空调预估运行功率与空调运行参数的对应关系确定所述空调预估运行功率所对应的空调运行参数。

具体地，所述空调运行参数包括空调风机的风量和/或冷冻水的流量，预设的空调预估运行功率与空调运行参数的对应关系即可通过大量的试验得出，即通过在空调上安装冷量表采集空调制冷功率和安装热量表采集空调制热功率，并通过调节不同空调运行参数和获取相应的空调运行功率来建立空调预估运行功率与空调运行参数的对应关系，也可采用现有技术中已有的空调预估运行功率与空调运行参数的对应关系。

s5、控制所述空调以所述空调预估运行功率所对应的空调运行参数运行第一预设时间，即控制所述空调在第一间隔时间段内以所述空调预估运行功率所对应的空调运行参数运行，该时间段空调以固定运行参数运行。

s6、在空调以所述空调预估运行功率所对应的空调运行参数运行第一预设时间后，控制空调根据预设的目标调节温度对室内空气温度进行调节第二预设时间，即控制空调在第二间隔时间段内根据预设的目标调节温度对室内空气温度进行调节，该时间段空调以变化运行参数运行，即采用现有的空调控制技术。

本发明的保护范围并不局限于上述描述，任何在本发明的启示下的其它形式产品，不论在形状或结构上作任何改变，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均在本发明的保护范围之内。