一種基于智能插座的智能家居系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于智能插座的智能家居系統(tǒng)，其特征在于：以分層式結構設計和模塊化設計為原則，將系統(tǒng)分成監(jiān)控層、組織管理層、代理層和功能層，所述功能層由復數(shù)個功能外設構成，負責實現(xiàn)智能家居系統(tǒng)的具體功能；所述代理層由復數(shù)個智能插座構成，負責控制和管理所述功能外設；所述組織管理層由家庭網(wǎng)關構成，負責組織和管理各個智能插座和功能外設；所述監(jiān)控層由監(jiān)控終端構成，提供一個人性化的操控界面控制和管理所述功能外設。本發(fā)明引入多元化節(jié)能措施，提高節(jié)能效率；采用分層式結構設計，易于標準化；采用模塊化設計，用戶可以根據(jù)需求進行個性化安裝；實現(xiàn)功能外設零配置下的即插即用，用戶可以隨時增添、刪除或升級功能外設。
【專利說明】一種基于智能插座的智能家居系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及智能家居系統(tǒng)構建【技術領域】，特別是一種基于智能插座的智能家居系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]多Agent系統(tǒng)(mult1-Agent system, MAS)是分布式人工智能中一個重要的研究方向，雖然目前對MAS的研究總體上來說還處于發(fā)展的初步階段，離真正的實用化還有一定的距離，但卻為其它領域的應用如智能家居系統(tǒng)設計和實現(xiàn)提供了新的思路和方法。在基于多Agent的智能家居系統(tǒng)中，個體Agent不但能按自己的運行規(guī)律運作，而且能夠通過一定方式與外界交流與協(xié)作。而由多Agent組成的MAS團體，由不同個體Agent通過協(xié)作實現(xiàn)團體任務。團體的組織是一種松散的結構，個體的加入和退出較為靈活自由，因此非常適合用來建立智能家居系統(tǒng)模型。
[0003]智能家居網(wǎng)絡的拓撲結構由內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)構成，內(nèi)網(wǎng)是家庭內(nèi)部的功能外設與家庭網(wǎng)關組建成的家庭網(wǎng)絡，外網(wǎng)指互聯(lián)網(wǎng)(Internet)。家庭網(wǎng)絡作為智能家居系統(tǒng)的核心，組建方式多種多樣，目前市場上智能家居系統(tǒng)不是分層式結構，功能外設通過有線或無線與家庭網(wǎng)關直接相連，增加家庭網(wǎng)關和系統(tǒng)結構的復雜度。此外，現(xiàn)有智能家居系統(tǒng)的家庭網(wǎng)絡開放性差，難以實現(xiàn)功能外設的即插即用，系統(tǒng)結構較為固定。
[0004]家居的智能化增加家庭整體能耗，許多用電設備沒有及時關掉或長時間處于待機狀態(tài)，造成能源的浪費。現(xiàn)有智能家居系統(tǒng)的節(jié)能措施主要以自動化控制為主，如燈光感應控制功能，人來燈亮，人走燈滅，這類節(jié)能措施功能單一、效果一般。實時反饋機制被普遍認為是一種有效的節(jié)能方式，如專利號為201120459673公開的基于物聯(lián)網(wǎng)的智能節(jié)能系統(tǒng)提供了一種將實時計量和實時控制二者結合起來，達到節(jié)約能耗的方法，但是此類系統(tǒng)獨立，還沒很好地融合到智能家居系統(tǒng)中。
[0005]綜上，現(xiàn)有智能家居系統(tǒng)存在以下問題:
1、不能實現(xiàn)功能外設的即插即用，不便用戶增添、刪除或升級功能外設；
2、系統(tǒng)結構復雜、固定，不易標準化，且安裝完后不易改動，靈活度不高；
3、節(jié)能措施單一，不夠節(jié)能環(huán)保。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于智能插座的智能家居系統(tǒng)，該方案不僅巧妙引入多元化節(jié)能措施，實現(xiàn)功能外設零配置下的即插即用，而且系統(tǒng)結構簡單靈活，有良好的擴展性。
[0007]本發(fā)明采用以下方案實現(xiàn):一種基于智能插座的智能家居系統(tǒng)，其特征在于:以分層式結構設計和模塊化設計為原則，將系統(tǒng)分成監(jiān)控層、組織管理層、代理層和功能層，所述功能層由復數(shù)個功能外設構成，負責實現(xiàn)智能家居系統(tǒng)的具體功能；所述代理層由復數(shù)個智能插座構成，負責控制和管理所述功能外設；所述組織管理層由家庭網(wǎng)關構成，負責組織和管理各個智能插座和功能外設；所述監(jiān)控層由監(jiān)控終端構成，提供一個人性化的操控界面控制和管理所述功能外設，為實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能外設提供途徑。
[0008]在本發(fā)明一實施例中，所述智能插座為帶數(shù)據(jù)交互和網(wǎng)絡通信功能的智能插座。
[0009]在本發(fā)明一實施例中，所述帶數(shù)據(jù)交互和網(wǎng)絡通信功能的智能插座包括一嵌入式處理器，所述嵌入式處理器連接一電能計量模塊、一開關電源、一繼電器陣列、一數(shù)據(jù)交互接口、一無線網(wǎng)絡通信模塊和一顯示屏，市電輸入通過所述電能計量模塊連接到所述開關電源和繼電器陣列。
[0010]在本發(fā)明一實施例中，所述功能外設通過所述數(shù)據(jù)交互接口與所述智能插座通 ?目。
[0011]在本發(fā)明一實施例中，所述智能插座的電能計量模塊和繼電器陣列，實現(xiàn)電能計量實時反饋、用電設備待機檢測和遠程實時控制的多元化節(jié)能措施。
[0012]在本發(fā)明一實施例中，所述家庭網(wǎng)關采用MAS技術組織和管理各個功能外設。
[0013]在本發(fā)明一實施例中，所述監(jiān)控終端是Windows、Linux、Android或iOS上的應用程序。
[0014]在本發(fā)明一實施例中，所述智能插座采用統(tǒng)一的協(xié)議與所述家庭網(wǎng)關通信。
[0015]在本發(fā)明一實施例中，所述智能插座上的功能外設能夠隨意的插拔，配合所述家庭網(wǎng)關，實現(xiàn)所述功能外設零配置的即插即用。
[0016]本發(fā)明的有益效果是，引入多元化節(jié)能措施，提高節(jié)能效率，符合國家提倡的節(jié)能減排；采用分層式結構設計，系統(tǒng)結構松散耦合、功能分明，易于標準化；采用模塊化設計，用戶可以根據(jù)需求選擇功能外設進行個性化安裝，節(jié)約成本；實現(xiàn)功能外設零配置下的即插即用，用戶可以隨時增添、刪除或升級功能外設，提高用戶體驗和智能家居系統(tǒng)的靈活性。
[0017]為使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下將通過具體實施例和相關附圖，對本發(fā)明作進一步詳細說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)框架圖。
[0019]圖2是本發(fā)明中智能插座的系統(tǒng)框架圖。
[0020]圖3是本發(fā)明功能外設與家庭網(wǎng)關交互時序圖。
[0021]圖4是本發(fā)明一實施例的應用框架圖。
【具體實施方式】
[0022]如圖1所示，本發(fā)明提供一種基于智能插座的智能家居系統(tǒng)，以分層式結構設計和模塊化設計為原則，將系統(tǒng)分成監(jiān)控層、組織管理層、代理層和功能層，所述功能層由復數(shù)個功能外設構成，所述功能外設負責實現(xiàn)智能家居系統(tǒng)的具體功能；所述代理層由復數(shù)個智能插座構成，所述智能插座負責控制和管理智能插座上的功能外設；所述組織管理層由家庭網(wǎng)關構成，所述家庭網(wǎng)關負責組織和管理各個智能插座和智能插座上的功能外設，并為各種監(jiān)控終端提供服務，還提供操控界面，方便用戶控制和管理各個功能外設；所述監(jiān)控層由監(jiān)控終端構成，所述監(jiān)控終端提供一個人性化的操控界面控制和管理智能家居系統(tǒng)內(nèi)的功能外設，為實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能外設(家庭設備)提供途徑。
[0023]本發(fā)明所述的智能家居系統(tǒng)以家庭網(wǎng)關為中心，智能插座為基本單元，結合無線通信方式構建出家庭網(wǎng)絡的主干網(wǎng)；在此主干網(wǎng)的基礎上，根據(jù)需要增添一些功能外設，以實現(xiàn)更復雜的功能，從而構建出完整的家庭網(wǎng)絡；最后，監(jiān)控終端通過家庭網(wǎng)關控制和管理系統(tǒng)的各個設備。
[0024]本發(fā)明中，功能層通過代理層與組織管理層交互，降低家庭網(wǎng)關與功能外設之間的依賴性，減少家庭網(wǎng)關和系統(tǒng)結構的復雜度；采用模塊化設計，用戶可以根據(jù)需求選擇功能外設進行個性化安裝，提高系統(tǒng)結構的靈活性；智能插座采用統(tǒng)一的標準協(xié)議與家庭網(wǎng)關通信，智能插座的數(shù)量可以隨意的增加和撤除，提高系統(tǒng)結構的靈活性；智能插座上的功能外設可以隨意的插拔，配合相應的家庭網(wǎng)關，實現(xiàn)功能外設零配置的即插即用；智能插座上有電能計量模塊和繼電器陣列，實現(xiàn)電能計量實時反饋、用電設備待機檢測和遠程實時控制的多元化節(jié)能措施。
[0025]所述家庭網(wǎng)關采用MAS技術組織和管理各個功能外設，一個功能外設對應一個Agent,通過Agent組織和管理各個智能插座和功能外設,采用MAS技術能很好地實現(xiàn)智能家居系統(tǒng)的模塊化設計和功能外設的即插即用，使所構建的智能家居系統(tǒng)具有良好的開放性和擴展性。
[0026]所述智能插座采用統(tǒng)一的標準協(xié)議與所述家庭網(wǎng)關通信，智能插座的數(shù)量可以隨意的增加和撤除，提高系統(tǒng)結構的靈活性；所述智能插座上的功能外設能夠隨意的插拔，配合所述相應的家庭網(wǎng)關，實現(xiàn)所述功能外設零配置的即插即用。
[0027]優(yōu)選的，所述智能插座為帶數(shù)據(jù)交互和網(wǎng)絡通信功能的智能插座，如圖2所示，所述帶數(shù)據(jù)交互和網(wǎng)絡通信功能的智能插座包括一嵌入式處理器，所述嵌入式處理器連接一電能計量模塊、一開關電源、一繼電器陣列、一數(shù)據(jù)交互接口、一無線網(wǎng)絡通信模塊和一顯示屏，市電輸入通過所述電能計量模塊連接到所述開關電源和繼電器陣列，繼電器陣列用于控制插座上插孔的通斷；所述功能外設通過所述數(shù)據(jù)交互接口與所述智能插座通信；所述智能插座的電能計量模塊和繼電器陣列，實現(xiàn)電能計量實時反饋、用電設備待機檢測和遠程實時控制的多元化節(jié)能措施。因此智能插座一方面負責控制和管理智能插座上的功能外設，屏蔽了功能外設特定的接口類型與通信協(xié)議，起到代理作用；另一方面智能插座實現(xiàn)電能計量實時反饋、用電設備待機檢測和遠程實時控制的多元化節(jié)能措施。
[0028]所述功能外設零配置下的即插即用，功能外設與家庭網(wǎng)關之間的交互需要符合一定協(xié)議，符合此規(guī)范的功能外設可以實現(xiàn)零配置下的即插即用。如圖3所示，其中功能外設剛插入插座，發(fā)送入網(wǎng)注冊請求，家庭網(wǎng)關檢測為合法設備后，授權上報設備描述信息，最后完成注冊。設備描述信息包括設備屬性(產(chǎn)品名稱、型號、廠商名稱、標識號等)、動作列表(動作名稱、參數(shù)、動作返回值等)和狀態(tài)列表(狀態(tài)名稱、數(shù)據(jù)類型、有效值范圍等)等，家庭網(wǎng)關解析設備描述信息并生成相應的控制界面。用戶操作控制界面，家庭網(wǎng)關會發(fā)出指定設備的動作指令，功能外設執(zhí)行動作指令并返回狀態(tài)報告。若功能外設的狀態(tài)發(fā)生變化時，會主動向家庭網(wǎng)關發(fā)送事件報告，功能外設還會定時地發(fā)送心跳包，保證家庭網(wǎng)關與功能外設的連接。
[0029]所述功能外設負責實現(xiàn)智能家居的具體功能，每個功能外設通過數(shù)據(jù)交互接口與智能插座進行交互。如家居照明系統(tǒng)中，用燈光集中控制器控制燈光的工作狀態(tài)；環(huán)境控制系統(tǒng)中，用環(huán)境傳感設備采集一些環(huán)境參數(shù)，家庭網(wǎng)關根據(jù)這些參數(shù)聯(lián)動其它子系統(tǒng)使家庭環(huán)境達到一個理想狀態(tài)；家電控制系統(tǒng)中，用學習型紅外設備控制能受紅外遙控器控制的設備，或者直接通過數(shù)據(jù)交互接口控制帶指定接口的家電設備。
[0030]所述監(jiān)控終端是Windows、Linux、Android或iOS等平臺上的應用程序。用戶通過監(jiān)控終端可以方便的查看電量使用情況，查看和控制智能插座上插孔的通斷狀態(tài)，如果有外插一些功能外設，則相應設備的控制界面就會顯示出來。
[0031]為了讓本領域一般技術人員更好的理解本發(fā)明的系統(tǒng)結構，以下結合本發(fā)明的系統(tǒng)框架圖以及圖4說明本發(fā)明的控制原理。
[0032]所述家庭網(wǎng)關負責組織和管理各個智能插座和插座上的功能外設，并為各種監(jiān)控終端提供服務，還提供操控界面。
[0033]優(yōu)選的，采用ARM9嵌入式處理器、嵌入式Linux平臺、Qt圖形界面開發(fā)工具庫、嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite3、W1-FI無線通信方式，設計一個智能家居系統(tǒng)的家庭網(wǎng)關。為實現(xiàn)智能家居系統(tǒng)的模塊化設計和功能外設的即插即用，采用MAS技術分別設計核心Agent、協(xié)調管理Agent、移動Agent和設備Agent，并按照分級管理的方式組織整個模型。Agent按照功能和角色分為三大類，一類是完成具體功能的，如設備Agent和用戶Agent ;—類是專門負責進行控制、管理和任務協(xié)調的核心Agent ;還有一類是輔助核心Agent管理設備Agent的協(xié)調管理Agent。
[0034]所述智能插座是一種帶數(shù)據(jù)交互和網(wǎng)絡通信功能的智能插座，包括一嵌入式處理器、一電能計量模塊、一開關電源、一繼電器陣列、一數(shù)據(jù)交互接口、一無線網(wǎng)絡通信模塊和一顯示屏，市電輸入通過所述電能計量模塊連接到所述開關電源和繼電器陣列。
[0035]優(yōu)選的，電能計量電路以電能計量轉換芯片ADE7755為核心，實現(xiàn)對線路上用電設備的耗電測量，此外采用閾值自適應技術實現(xiàn)用電設備待機狀態(tài)的檢測。
[0036]優(yōu)選的，繼電器陣列采用控制電壓為5V的直流電磁繼電器，用三極管作驅動。當處理器輸出高電平時，三極管飽和導通，繼電器通電吸合，負載與市電的連接斷開；反之負載電器上電工作。
[0037]優(yōu)選的，無線網(wǎng)絡通信模塊選擇W1-FI無線通信方式，一方面是W1-FI技術已經(jīng)很成熟，具有速度快、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，另一方面是現(xiàn)在有很多W1-FI的上網(wǎng)設備，如智能手機、電腦、智能電視等，因此W1-FI在家庭內(nèi)部幾乎是必備。
[0038]優(yōu)選的，數(shù)據(jù)交互接口主要用來與智能設備之間的數(shù)據(jù)交互，為實現(xiàn)智能外設的即插即用，以USB接口為主?？紤]到可能存在其他類型的接口設備，因此也會提供UART等接口。
[0039]優(yōu)選的，顯示屏是一觸摸顯示屏，用于輸入和顯示簡單信息。
[0040]優(yōu)選的，嵌入式處理器選擇stm32fl07，它采用cortex_m3內(nèi)核，內(nèi)置USB-0TG、多個定時器、以太網(wǎng)控制器、多路UART接口等，可以符合該智能插座的要求。
[0041]所述功能外設負責實現(xiàn)智能家居的具體功能，每個功能外設通過數(shù)據(jù)交互接口與智能插座進行交互，數(shù)據(jù)交互接口可以為USB接口、UART等接口。功能外設可以為學習型紅外設備、燈光集中控制器、環(huán)境傳感設備、門窗控制設備以及報警設備等。
[0042]優(yōu)選的，功能外設之一學習型紅外設備，紅外學習的原理是保存紅外波形信息，而不用去理會其編碼的構成和含義。紅外學習的過程可以表述為，通過單片機的外部中斷采集這些高低電平，將這些信息作為波形信息的一種形式保存下來。當需要控制家電的時候，按照保存的波形信息還原成二進制脈沖，再經(jīng)高頻載波調制后發(fā)射出去，從而達到控制家電的目的。
[0043]優(yōu)選的，功能外設之一環(huán)境傳感設備，該設備采集室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)(溫度、濕度、煙霧等)，把采集到的參數(shù)通過數(shù)據(jù)交互接口傳到智能插座上。
[0044]優(yōu)選的，功能外設之一燈光集中控制器，燈光集中控制器由兩個子設備組成，一個是與智能插座相連的控制設備，一個是與燈光相連的執(zhí)行設備，二者通過無線的方式進行通信；控制設備負責與智能插座交互并將信息通過無線方式傳給執(zhí)行設備。執(zhí)行設備除了控制燈光的開與關，還要解決單火取電問題，即從市電取出5V供給單片機和無線模塊使用。
[0045]所述監(jiān)控終端提供一個人性化的操控界面控制和管理家庭內(nèi)的功能外設，為實現(xiàn)遠程監(jiān)控家庭設備提供途徑，監(jiān)控終端可以是Windows、Linux、Android或iOS等平臺上的
應用程序。
[0046]優(yōu)選的，在Android平臺上，采用JAVA語言，結合相應的API框架、TCP/IP協(xié)議和XML可擴展標記語言開發(fā)一套監(jiān)控終端軟件。
[0047]為了體現(xiàn)本發(fā)明的有益效果，以下結合本實施例說明本發(fā)明的操作過程。
[0048]當打開用戶的監(jiān)控界面，可以查看用電設備的工作狀態(tài)，可遠程關閉處于待機狀態(tài)的用電設備，也可以查看用電設備最近一段時間的用電情況，引導用戶節(jié)約能源。系統(tǒng)可以根據(jù)用戶需要進行個性化安裝，當需要采集環(huán)境參數(shù)時，可將環(huán)境傳感設備插到智能插座上時，該設備會自動注冊到該智能家居系統(tǒng)中，并在監(jiān)控界面上顯示相關的環(huán)境參數(shù)。拔掉設備后，該設備自動從該智能家居系統(tǒng)中卸載，同時監(jiān)控界面去除該設備的監(jiān)控界面。若現(xiàn)有智能插座不能滿足較多外設時，可以隨意再增加一個智能插座，只要對該智能插座簡單配置即可加入家庭網(wǎng)絡中。
[0049]上列較佳實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種基于智能插座的智能家居系統(tǒng)，其特征在于:以分層式結構設計和模塊化設計為原則，將系統(tǒng)分成監(jiān)控層、組織管理層、代理層和功能層，所述功能層由復數(shù)個功能外設構成，負責實現(xiàn)智能家居系統(tǒng)的具體功能；所述代理層由復數(shù)個智能插座構成，負責控制和管理所述功能外設；所述組織管理層由家庭網(wǎng)關構成，負責組織和管理各個智能插座和功能外設；所述監(jiān)控層由監(jiān)控終端構成，提供一個人性化的操控界面控制和管理所述功能外設，為實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能外設提供途徑。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于智能插座的智能家居系統(tǒng)，其特征在于:所述智能插座為帶數(shù)據(jù)交互和網(wǎng)絡通信功能的智能插座。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種基于智能插座的智能家居系統(tǒng)，其特征在于:所述帶數(shù)據(jù)交互和網(wǎng)絡通信功能的智能插座包括一嵌入式處理器，所述嵌入式處理器連接一電能計量模塊、一開關電源、一繼電器陣列、一數(shù)據(jù)交互接口、一無線網(wǎng)絡通信模塊和一顯示屏，市電輸入通過所述電能計量模塊連接到所述開關電源和繼電器陣列。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種基于智能插座的智能家居系統(tǒng)，其特征在于:所述功能外設通過所述數(shù)據(jù)交互接口與所述智能插座通信。
5.根據(jù)權利要求3所述的一種基于智能插座的智能家居系統(tǒng)，其特征在于:所述智能插座的電能計量模塊和繼電器陣列，實現(xiàn)電能計量實時反饋、用電設備待機檢測和遠程實時控制的多元化節(jié)能措施。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種基于智能插座的智能家居系統(tǒng)，其特征在于:所述家庭網(wǎng)關采用MAS技術組織和管理各個功能外設。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種基于智能插座的智能家居系統(tǒng)，其特征在于:所述監(jiān)控終端是Windows、Linux、Android或iOS上的應用程序。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種基于智能插座的智能家居系統(tǒng)，其特征在于:所述智能插座采用統(tǒng)一的協(xié)議與所述家庭網(wǎng)關通信。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種基于智能插座的智能家居系統(tǒng)，其特征在于:所述智能插座上的功能外設能夠隨意的插拔，配合所述家庭網(wǎng)關，實現(xiàn)所述功能外設零配置的即插即用。
【文檔編號】H04L12/28GK103763164SQ201410052786
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年2月17日 優(yōu)先權日:2014年2月17日
【發(fā)明者】程樹英, 蘇詩薦, 章杰, 林培杰, 賴松林 申請人:福州大學