智能家居环境控制系统的制作方法

本发明涉及智能家居领域，具体涉及智能家居环境控制系统。

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系统有机地结合在一起，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。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供智能家居环境控制系统。

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控制系统，包括传感装置、温度调节设备、风流调节设备、环境控制装置，其中传感装置、温度调节设备、风流调节设备皆与环境控制装置连接；所述传感装置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环境控制装置；所述的环境控制装置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风流调节设备的运行；

所述传感装置包括多个传感器节点、汇聚节点，网络拓扑构建时从传感器节点中选取出簇头并进行分簇；簇头被配置为将簇内传感器节点采集的室内环境数据汇总并发送至汇聚节点；汇聚节点被配置为将各簇头汇总的室内环境数据发送至环境控制装置；簇内各传感器节点若与簇头距离不超过设定的通信距离阈值，则直接与簇头通信；若与簇头距离超过设定的通信距离阈值，传感器节点选择距离簇头较近的邻居传感器节点进行通信。

在一种能够实现的方式中，所述的环境控制装置包括数据处理单元、第一控制单元、第二控制单元，其中第一控制单元、第二控制单元的输入端皆与数据处理单元连接，第一控制单元的输出端与温度调节设备连接，第二控制单元的输出端与风流调节设备连接。

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风流调节设备的运行，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是本发明一个实施例的智能家居环境控制系统结构示意框图；

图2是本发明一个实施例的环境控制装置的结构示意框图。

附图标记：

传感装置1、温度调节设备2、风流调节设备3、环境控制装置4、数据处理单元10、第一控制单元20、第二控制单元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控制系统结构示意框图。参见图1，本实施例提供的智能家居环境控制系统包括传感装置1、温度调节设备2、风流调节设备3、环境控制装置4，其中传感装置1、温度调节设备2、风流调节设备3皆与环境控制装置4连接。

其中，传感装置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环境控制装置4。所述传感装置1包括多个传感器节点、汇聚节点，网络拓扑构建时从传感器节点中选取出簇头并进行分簇；簇头被配置为将簇内传感器节点采集的室内环境数据汇总并发送至汇聚节点；汇聚节点被配置为将各簇头汇总的室内环境数据发送至环境控制装置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/或风流传感器。

环境控制装置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和风流调节设备3的运行。

在一种能够实施的方式中，如图2所示，环境控制装置4包括数据处理单元10、第一控制单元20、第二控制单元30，其中第一控制单元20、第二控制单元30的输入端皆与数据处理单元10连接，第一控制单元20的输出端与温度调节设备2连接，第二控制单元30的输出端与风流调节设备3连接。

数据处理单元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单元20、第二控制单元30，进而由第一控制单元20、第二控制单元30控制温度调节设备2和风流调节设备3的运行。

可选地，根据比较的结果生成控制指令，例如，当传感装置1采集的室内温度超过预设的数据阈值上限时，数据处理单元10向第一控制单元20发送调低温度的控制指令，并向第二控制单元30发送启动送风的控制指令，进而第一控制单元20根据控制指令控制温度调节设备2进行冷源提供，第二控制单元30根据控制指令控制风流调节设备3输送风，从而将室内温度控制在适宜的范围内。而当传感装置1采集的室内温度低于预设的数据阈值下限时，数据处理单元10向第一控制单元20发送调高温度的控制指令，并向第二控制单元30发送关闭送风的控制指令，进而第一控制单元20根据控制指令控制温度调节设备2进行热源提供，第二控制单元30根据控制指令控制风流调节设备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，第一控制单元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，第一控制单元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，风流调节设备3为通风装置，第二控制单元30通过控制风流调节设备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风流调节设备的运行，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，选举出簇头的方法为，为所有传感器节点选取一个0到1之间的随机数，如果这个随机数小于预先设定的一个门限值，则该传感器节点被选为簇头，如果选举出来的两个簇头距离较近，则其中剩余能量高的传感器节点会作为簇头。所有传感器节点当选过一轮簇头后，整个网络开始新的一轮分簇。

在一种能够实现的方式中，传感器节点选择距离簇头较近的邻居传感器节点进行通信，具体为：

(1)在距离簇头较近的邻居传感器节点中，选择符合下列路径条件的邻居传感器节点作为备选通信节点，归入备选通信节点集合：

式中，oi表示传感器节点i的对应簇头，ij表示传感器节点i的距离簇头较近的邻居传感器节点中第j个邻居传感器节点；为所述第j个邻居传感器节点与簇头oi的距离，dσ为所述设定的通信距离阈值，ni为传感器节点i的距离簇头较近的邻居传感器节点数量；

(2)传感器节点在备选通信节点集合中选择当前剩余能量最大的邻居传感器节点进行通信。

其中，位于传感器节点i通信范围内的其他传感器节点称之为传感器节点i的邻居传感器节点。

本实施例设定了传感器节点与簇头间的通信路由机制，该通信路由机制中，通过距离确定传感器节点是否与簇头直接通信，能够保障传感器节点采集的室内环境数据可靠稳定地发送至簇头。其中创新性地设定了路径条件，使得与簇头距离超过设定的通信距离阈值时的传感器节点在选择下一跳时，能够避免选择距离簇头较远的下一跳，从而能够有效减少室内环境数据传输时延，同时减少在多跳传输时由于数据流干扰造成的室内环境数据包丢失现象的发生率。

在一种能够实现的方式中，在室内环境数据传输过程中，传感器节点周期性地计算和更新自身的可用缓存变化程度，同时将更新后的可用缓存变化程度发送至上一跳的传感器节点；传感器节点实时监测与其通信的邻居传感器节点，当发现该邻居传感器节点的可用缓存变化程度超过设定的变化程度阈值时，在自己的备选通信节点集合内的其他邻居传感器节点中，传感器节点重新选择当前剩余能量最大的邻居传感器节点进行通信；其中，设定初始时可用缓存变化程度为0，所述可用缓存变化程度的计算公式为：

式中，μi(t)表示传感器节点i在当前周期t时刻计算的可用缓存变化程度，li(t)为传感器节点i在当前周期t时刻时自身缓存空间中的室内环境数据包队列长度，li(t-δt)传感器节点i在上一周期t时刻时自身缓存空间中的室内环境数据包队列长度，δt为周期间隔时间，li,max为传感器节点i的初始缓存大小；为可用缓存变化程度影响因子，当传感器节点i的下一跳传感器节点的可用缓存变化程度超过设定的变化程度阈值时，否则为传感器节点i的下一跳传感器节点与对应簇头的距离，dσ为所述设定的通信距离阈值；为设定的判断取值函数，当时，当时，

本实施例设定了传感器节点到簇头的路径维护机制，其中设定了可用缓存变化程度的计算公式，该可用缓存变化程度能够较好地反映下一跳传感器节点到簇头之间路径的拥塞程度。由于一个传感器节点的剩余缓存空间过小或者有大量室内环境数据包到达时，传感器节点处理室内环境数据包的压力将急剧增大，室内环境数据包将积压在传感器节点的缓存空间中，造成一定的拥塞现象。本实施例通过可用缓存变化程度来充当衡量这一现象严重程度的指标，当传感器节点发现所通信的邻居传感器节点的可用缓存变化程度超过设定的变化程度阈值时，进行下一跳节点的重新选择，能够有效降低室内环境数据包缓存数量过多的传感器节点的处理压力，平衡各传感器节点的负载，有效降低因室内环境数据缓存过多而丢包的概率，进而提高室内环境数据传输的可靠性。

在一种能够实现的方式中，簇头与汇聚节点之间的距离未超过预设的距离下限时，簇头直接与汇聚节点通信；簇头与汇聚节点之间的距离超过预设的距离下限时，簇头通过多跳路由的方式将室内环境数据发送至汇聚节点，其中在距离汇聚节点更近的邻居簇头中，簇头选择权值最大的邻居簇头作为下一跳；

设定权值的计算公式为：

式中，qab为簇头a的第b个距离汇聚节点更近的邻居簇头的权值，μ；为所述设定的变化程度阈值，μb(t)为所述第b个距离汇聚节点更近的邻居簇头的当前可用缓存变化程度，d(b,o)为所述第b个距离汇聚节点更近的邻居簇头到汇聚节点的距离，dmin为所述设定的距离下限，d(a,o)为簇头a到汇聚节点的距离；λ1、λ2为设定的权重系数。

本实施例基于可用缓存变化程度和距离因素，创造性地设定了权值的计算公式，并相应提出了簇头到汇聚节点的通信路由机制，该路由机制中，簇头与汇聚节点之间的距离超过预设的距离下限时，簇头选择权值最大的邻居簇头作为下一跳，有利于提高室内环境数据传输的可靠性，且能够尽量缩短室内环境数据传输路径的总长度，节省室内环境数据传输的成本。

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。