基于协议融合多网互通的智能家居管控系统的制作方法

本发明属于智能家居管控系统，具体涉及基于协议融合多网互通的智能家居管控系统。

背景技术：

1、随着智能化时代的到来，智能家居走进了千家万户，智能家居管控系统通过集成家庭设备的自动化和互联来提高家庭的便利性、安全性和能效。这些系统通常包括照明、温度控制、安全系统、音视频设备等的控制。用户可以通过智能手机、平板电脑或其他设备远程控制这些设备，或通过自动化设置来操作，方便快捷。

2、然而，智能家居管控系统也存在一些不足。最显著的问题之一是在多协议和多网络方面的限制。许多智能家居设备使用不同的通信协议和标准(如wi-fi、zigbee、z-wave等)，导致设备间的兼容性问题。

3、并且，在场景化控制方面也存在不足。现有技术在应对一些基本的自动化场景(如离家模式或归家模式)已经相对成熟，但在创建更复杂、个性化的场景时，用户可能会遇到限制。这包括对环境变化的响应不够灵活，如根据室内活动或外部天气条件调整设备设置。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于协议融合多网互通的智能家居管控系统，用于解决现有技术中多协议设备的兼容性不够、室内对使用场景的变化响应得不够灵活的技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、基于协议融合多网互通的智能家居管控系统，包括传感器模块、协议融合模块、网络互通模块、控制规划模块和统一控制服务器；

4、传感器模块用于采集在家居环境中的用户行为信息、家电性能信息、环境数据信息和能源负荷信息，并将采集到的信息发送至控制规划模块；其中，用户行为信息包括用户日均居住时长、用户日均居住时间段的数量和用户电器使用频率；家电性能信息包括电器能效等级、电器功率、启闭电流和故障频率；环境数据信息包括室内环境温湿度、室内空气质量指数和室内环境光照强度；能源负荷信息包括当前电价信息；

5、协议融合模块用于转换、处理和转发家居内部网络数据；用于定义传感器设备地址映射表；协议融合模块包括数据缓存机、数据接收机、协议转换机和数据发送机；数据缓存机用于缓存中间数据，供协议转换机和数据发送机读取；数据接收机用于接收来自网络互通模块的外部网络数据，和接收来自内部网络的所有设备数据，转存到数据缓存机中，并在协议融合模块内广播协议转换信号；协议转换机用于将来自数据接收机的待转换数据进行处理，产生协议无关数据并暂存到数据缓存机中，最终发送给数据发送机，在协议融合模块内广播协议转换完毕信号；数据发送机用于根据协议无关数据中的网络地址，将协议无关数据发送到需要的设备中；

6、网络互通模块用于家居内部网络数据和外部网络的联通；网络互通模块是家居内部网络与外部网络的联通的方式，在外部网络数据发送到网络互通模块时，设定网络互通模块的的消息格式，网络互通模块向协议融合模块发送消息，告知协议融合模块；

7、控制规划模块用于对家居环境中的用户行为信息、家电性能信息、环境数据信息和能源负荷信息分别进行分析，生成多种使用信号，用于控制规划模块生成智能家居的控制策略；并将控制策略发送到统一控制服务器；

8、统一控制服务器用于对家居环境中的智能家居进行控制调节，在不同的控制策略指导下，具有不同的使用场景和调节方式。

9、协议融合模块的具体工作步骤：

10、步骤一：设置传感器模块传感器设备地址表；

11、步骤二：数据接收机接收来自网络互通模块的外部网络数据，即协议相关数据，并存储到数据缓存机中；

12、步骤三：协议转换机对需转换的数据进行协议转换，将不同协议的数据转换为协议无关数据，并存储到数据缓存机中，用于在内部网络中流通；

13、步骤四：数据发送机读取数据缓存机中的协议无关数据，根据协议无关数据的网络地址，将协议无关数据发送到需要的设备中，完成不同协议数据的转换及转发。

14、进一步地，传感器设备地址表如下：

15、 序列 地址项目 说明 1 devices id 供操作的设备号，标识设备，具有唯一性 2 mac address 传感器设备标识符，唯一且随设备固定，不可变 3 dni device name identifier，设备名称标识 4 net addres 传感器设备内部网络通信地址，加入网络后分配

16、进一步地，协议相关数据帧由协议头、网络地址、数据长度、数据和pc校验码构成；

17、协议头用来识别数据使用的协议类型，预设协议头为0x5001，表示zigbee协议数据；预设协议头为0x5002，表示z-wave协议数据；预设协议头为0x5003，表示bluetooth协议数据；预设协议头为0x5004，表示wifi协议数据等。预设协议头可由协议融合模块扩展，当写入更多协议的驱动，可设置更多预设协议头，用于协议转换机识别和处理，此字段长度为2字节；

18、网络地址为传感器设备内部网络通信地址，用于内部网络路由寻址，便于数据发送到指定网络地址的设备中，此字段长度为1字节；

19、数据长度用于标识数据区的长度，此字段的长度为2字节；

20、数据用于存放需要进行传输的数据，为包含了不同协议的原始数据的数据帧，此字段为可变长度，长度范围为0-2048字节；

21、pc码用于进行pc校验，校验数据接收是否正确，此字段长度为1字节。

22、协议融合模块协议转换机存在多种工作状态，各种状态定义如下：stby、fifo、get_src、send_tar。

23、进一步地，状态转移条件如下：

24、状态1：stby，默认情况下处于此种状态，此时协议转换机待机，代表无协议转换任务；

25、当协议转换机接收到数据接收机发送的协议转换信号，此时协议转换机状态从stby状态转移到fifo状态；

26、状态2：fifo，在此种状态下，协议转换机读取数据缓存机中的数据帧，判断数据帧的前两个字节，即协议头；

27、当读取到的协议头为设定的有效协议头，表示收到的数据帧需要进行协议转换，协议转换机状态从fifo状态转移到get_src状态；当读取到的协议头不为设定的有效协议头，协议转换机状态从fifo状态转移到stby状态；

28、状态3：get_src，在此种状态下，协议转换机继续读取数据缓存机中的数据帧，进行pc(parity check)校验，若校验成功，识别数据帧中net addres，确定数据帧需要转发到的目的地址；

29、当识别到的net addres符合设备地址表的定义，即网络地址有效时，协议转换机状态从get_src状态转移到send_tar状态；当识别到net addres不符合设备地址表的定义，协议转换机状态从get_src状态转移到send_tar状态；

30、状态4：send_tar，在此种状态下，协议转换机将数据缓存机中的数据帧进行处理，生成协议无关数据帧，发送至数据缓存机，并向数据发送机发送转换完毕信号；

31、当数据发送至数据缓存机完毕或数据发送出错，协议转换机状态从send_tar状态转移到stby状态。

32、进一步地，协议无关数据生成方法步骤如下：

33、协议转换机读取协议相关数据帧的数据长度字段，用于设定协议无关数据帧的数据区大小；

34、接下来，读取协议相关数据帧的数据字段，由于协议相关数据帧的数据字段中存储不同协议的原始数据的数据帧，首先进行解析，判断原始数据使用的协议栈，只取数据字段，通过先入先出队列输出到协议无关数据帧的数据字段，构造协议无关数据帧，并发送到数据缓存机。

35、进一步地，协议无关数据帧结构包括起始标志、数据长度、数据载荷、校验和和结束标志；起始标志字段用于标识数据帧的开始，数据长度字段用于表示数据载荷的大小，数据载荷字段用于包含实际要传输的数据，校验和字段用于校验数据帧的传输错误，以及防止篡改，结束标志字段用于标识数据帧的结束。

36、控制规划模块对用户行为信息、家电性能信息、环境数据信息和能源负荷信息分析的具体步骤：

37、步骤一：获取家居环境下的用户行为信息，将其中的用户日均居住时长、用户日均居住时间段的数量、和用户电器使用频率分别标记为a、c和e，分析得到家居模式评估因子s；

38、步骤二：将家居模式评估因子s与家居模式阈值进行比较，当s大于家居模式阈值，生成主动家居使用信号；当s小于家居模式阈值，生成被动家居使用信号；

39、步骤三：获取家居环境下的家电性能信息，将其中的电器能效等级、电器功率、启闭电流和故障频率分别标记为a、b、c和d，分析得到电器效能评估因子t；

40、步骤四：将电器效能评估因子t与电器效能阈值进行比较，当t大于电器效能阈值，生成高效稳定电器使用信号；当t小于电器效能阈值，低效不稳定电器使用信号；

41、步骤五：获取家居环境下的环境数据信息，将其中的室内环境温湿度、室内空气质量指数、和室内环境光照强度分别标记为y、h、a和l，分析得到室内环境评估因子v；

42、步骤六：将室内环境评估因子v与室内环境阈值进行比较，当v大于室内环境阈值，生成舒适宜居环境信号；当v小于室内环境阈值，生成待改善室内环境信号；

43、步骤七：从当地电网获取家居环境下的能源负荷信息，在每天的高峰用电时刻，生成高成本能源使用信号，表明需要优化家居设备的使用策略，以降低费用；在每天的低谷用电时刻，生成低成本能源使用信号。

44、智能家居管控策略生成的具体步骤如下：

45、控制规划模块在各信号生成后，调取由用户行为信息、家电性能信息、环境数据信息和电源负荷信息生成的信号，通过不同方面的信号组合，生成针对不同应用环境的智能家居控制策略，发送到统一控制服务器，用于实施控制策略，例如：

46、策略1：调取到主动家居使用信号、高效稳定电器使用信号和舒适宜居环境信号，统一控制服务器将会根据预设参数自动调节室内温度、照明和音乐等，创造出舒适且高效节能的居住环境，具体策略如，统一控制服务器根据用户的活动模式自动调整电器的适用，在用户做饭时预热厨具或在休息时间自动降低音响音量等；

47、策略2：调取到主动家居使用信号、低成本能源使用信号和待改善室内环境信号，统一控制服务器将会积极使用高耗能设备，用于改善室内环境质量；

48、策略3：调取到被动家居使用信号、高效稳定电器使用信号和舒适宜居环境信号，统一控制服务器将会着重于维持默认低能耗状态，根据用户的活动模式，在大多数情况下切换到节能模式，减少能源消耗，并保持室内环境宜居。

49、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

50、1、本发明通过对基于协议融合互通的智能家居管控系统的设计和实现，提供了一个高效、智能的家居管理解决方案；传感器模块负责收集包括用户行为、家电性能、环境数据和能源负荷的多维度信息；涵盖了家庭成员的生活习惯，还包括了家用电器的性能状态和室内外的环境条件，为智能家居管控系统提供了全面的信息基础；能源负荷信息的收集对于优化能源使用尤其关键，有助于在不同的电价时段实现成本效益最大化。

51、2、本发明通过协议融合模块处理并转换不同协议的家居内部网络数据，实现了设备间的无缝连接；模块通过定义传感器设备地址映射表，将接收到的各类数据进行有效整合和转换，确保了数据流在家居内部网络中的高效传输；同时，网络互通模块则保障了家居内部网络与外部网络的顺畅联接，允许外部信息和控制命令的接入，这对于远程控制和外部数据集成至关重要。这些模块的协同工作，使得智能家居系统能够处理来自不同来源和格式的数据，提高了系统的灵活性和可扩展性。

52、3、本发明通过控制规划模块收集到的信息生成智能家居的控制策略。这些策略考虑了用户的生活习惯、家电的能效等级以及室内环境的变化，确保了家居自动化系统既能满足用户的个性化需求，又能在节能和安全方面发挥最大的作用。最后，统一控制服务器根据这些控制策略对家居环境进行智能调节，实现了各种使用场景下的高效能源管理和环境优化。通过这种智能化的控制策略，该系统不仅提升了居家生活的舒适度和便利性，还有助于节约能源消耗和降低生活成本。