一种高效服务的智能家居系统技术方案

本发明专利技术涉及一种高效服务的智能家居系统，在“云架构”的基础上结合软硬件设备，搭建一个人与家庭环境信息快捷交互的智能家居系统，在指定的居住环境内设定需要采集环境信息的路由节点，这些路由节点与汇聚节点以轮询控制系统的方式组网并进行无线数据传输，汇聚节点连接到电脑端的端口上，通过搭建的串口助手读取节点内的数据并将其上传至“云端”，在“云端”搭建所需要的数据库以及web服务，最后设置一个手机应用软件获取“云端”数据实现用户与前端设备的交互。在该系统中，用户可以串口助手获取布置在家庭内所有路由节点的详细信息，且用户在办公区域内可以通过电脑进入搭建好的网页观察家庭环境信息，也可以不受时间地址的限制通过手机及时了解家庭环境信息，该智能家居系统实现了用户可以多渠道快捷方便观测家庭环境信息的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种高效服务的智能家居系统
本专利技术涉及一种高效服务的智能家居系统，是在“云架构”的基础上搭建一个智能家居系统以实现对家庭居住环境的信息采集及监控，属无线传感器网络领域。
技术介绍
随着5G时代的到来，我国社会发展将从信息时代跨度到智能时代，智能家居作为智能时代的重要生活标志，其广泛实现将标志着我国正式进入智能时代。另一方面，我国在智能家居方面还存在着巨大的经济效益，智能生活的发展也能有效推动我国经济社会的发展。智能家居系统作为实现智能家居生活的关键技术，其简捷快速搭建是广泛实现智能家居的重要途径。在现有的智能家居系统中，其路由节点携带能源有限，节点续航能力差，且关键环境信息的不能得到及时传输，网络不具有传输不同优先级信息的能力。在智能家居系统中，如果感知层内的节点续航能力较差或者能耗较大，这无疑是增加了每个智能家居用户的家庭开销成本；另一方面，现有的网络不能将关于用户居家安全问题的环境信息与一般信息进行有效区分，比如：家庭的温湿度与家庭的煤气浓度就处于两个优先级，煤气浓度应该及时准确的传输给家庭住户。所以，智能家居系统的发展需要解决网络节点能耗过高的问题以及不能传输不同优先级信息的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有智能家居系统的存在问题，专利技术一种利用硬件cc2538cb和软件TinyOS操作系统搭建系统的感知层，在电脑端使用Python软件搭建系统的传输层，在“云端”搭建系统的支撑层，在手机端设置一个APP作为应用层，通过四层结构搭建一个可以高效低功耗监控家庭居住环境的智能家居系统。具体是先依家庭环境信息的重要程度对其区分优先级并按照优先级传输这些信息；该智能家居系统主要包含四个模块，第一个模块是采集家庭环境信息数据的感知层，第二个模块是将数据上传的传输层，第三个模块是基于“云端”服务器对数据以及用户信息进行管理的支撑层，第四个模块是将环境信息呈现给用户的应用层；让用户在任何地方通过手机及时获取准确的家庭环境信息。本专利技术搭建智能家居系统具体操作步骤是：首先在家庭居住房间内布置一定数量的路由节点，这些路由节点主要负责采集环境信息并根据所采集的信息重要程度区分为不同的优先级节点，所有的路由节点由cc2538cb芯片和传感器组成，再在区域内设置一个由cc20538cb芯片组成的汇聚节点负责接收路由节点采集到的信息，汇聚节点接入路由节点的方式是基于完全服务和门限服务的两级轮询控制系统；其次将汇聚节点与电脑端口连接，在电脑端通过读取串口数据，并获取汇聚节点接收到的环境信息并将其上传到“云端”数据库中；然后在“云端”服务器创建web服务，将接收到的环境信息上传到web网页中，并建立一个用于用户管理的数据库以及web网页；其不在物理硬件上搭建支撑层，在“云端”构建数据库以及服务器以实现对无线传感器网路中感知层与应用层的交互。本专利技术在感知层中，利用分簇算法将感知层内动态的网络变为相对固定的簇结构，在簇内设置各个节点的服务顺序以实现规定的轮询系统。在该轮询系统中，有两种不同优先级的路由节点，高优先级路由节点传输重要数据，比如：红外检测以及煤气含量等重要数据，低优先级路由节点传输一般数据，比如：家里温度和湿度等信息。低优先级路由节点采用的传输服务规则是门限控制策略，高优先级路由节点采用的服务规则是完全控制策略。按照一般家庭的居住环境设置高优先级路由节点的个数是2个，分别采集红外数据以及煤气含量，低优先级路由节点的个数是N个，分别采集家庭内每个房间的温湿度，低优先级节点接受服务后就轮询服务高优先级节点，所有高优先级节点传输完后按次序由下一个低优先级节点接受服务。路由节点在等待传输的过程中，整个节点状态处于低功耗模式，在接到汇聚节点的信标帧命令后才开始采集数据。本专利技术利用python搭建智能家居系统的传输层。该传输层的主要功能是读取汇聚节点内的环境数据并将其传输至“云端”数据库。传输层的设计是基于python开发的一个串口助手，该串口助手不仅具有电脑端口传输设置的功能还具有连接“云端”的功能。其功能实现是，将汇聚节点连接至电脑端口，通过对串口助手中端口接收数据的端口号、波特率等参数设置读取节点内的存储信息，然后再由串口助手连接“云端”数据库实现对其的读写操作，最后，利用正则表达式提取环境信息并将其上传至“云端”数据库。本专利技术在“云端”构建智能家居系统的支撑层。该支撑层的特点是不依赖于物理硬件，不需要人员进行专门的设备维护和维修。在“云端”首先搭建数据库，在数据库中建立需要用到的表格，第一个表格是用来管理用户信息，其余表格是用来存放每个路由节点采集到的环境信息；其次，在“云端”建立web服务，其主要包含有两个目的，第一个目的是用来管理用户信息，将由前端传来的用户信息进行核实和注册，第二个目的是将存放在数据库中的环境信息传给手机端。本专利技术在手机端构建智能家居系统的应用层。现代生活中，手机已成为人们不可缺少的应用工具，为了满足人们快捷方便观察数据的需求，将该智能家居系统的应用层建立在手机端，通过开发一个手机应用将环境信息友好的呈现给用户。在该手机应用中，主要有两个功能，第一个对用户进行管理，第二个环境信息展现。由于手机应用访问的是“云端”公网IP，其数据传输不受时间地点的限制，极大的增强了该网络的实用性和便利性。智能家居系统的功能性较强，对硬件设备和软件的要求较高，其中感知层的基础硬件设备是最重要的，其主要负责采集环境信息，如果信息采集失败则整个智能家居系统就不再起任何作用。保障感知层的有效运行是整个智能家居系统的关键，其中又要求节点的长时间续航，这要求感知层需要一种高效省能的媒体接入控制方式。另一方面，由于感知层与传输层使用了大量物理硬件，如果支撑层再使用硬件就会增加网络的运营成本，引入“云端”服务器不仅节省成本还可以减少人员进行专门的硬件维护。随着人们对手机的依赖，智能家居系统在应用层的开发也应随着时代的潮流将其设置在手机端，这样可以友好地将环境信息呈现给用户，用户的使用方式会更加简单，使用范围也会更广，对智能家居系统的发展有着至关重要的意义。附图说明图1是区分优先级的无线传感器网络体系四层结构图。图2是路由节点传输顺序图图3是路由节点运行流程图。图4是串口助手结构图。图5是手机应用数据流程图。图6是手机应用界面图。具体实施方式结合附图对本专利技术的实施方式进行详细的说明，具体如下述方式来进行实现。实施例1：高效服务的智能家居系统的具体实施方法主要包含有四个层次，其结构图如图1所示。在四层结构中，底层是感知层，本专利技术利用TinyOS操作系统和cc2538cb单片机构建智能家居系统的感知层。感知层作为整个智能家居系统的核心层和基础层，其良好的性能决定着智能家居系统的实用性。TinyOS操作系统是由UniversityofCalifornia,Berkeley针对WSN特点设计的专用系统。与其它操作系统相比，TinyOS是一个具有低功耗、小体积以及事件驱动模式等特点的开源轻量级操作系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效服务的智能家居系统，其特征在于利用硬件cc2538cb和软件TinyOS操作系统搭建系统的感知层，在电脑端使用Python软件搭建系统的传输层，在“云端”搭建系统的支撑层，在手机端设置一个APP作为应用层，通过四层结构搭建一个高效低功耗监控家庭居住环境的智能家居系统，具体是：先依家庭环境信息的重要程度对其区分优先级并按照优先级传输这些信息；该智能家居系统主要包含四个模块，第一个模块是采集家庭环境信息数据的感知层，第二个模块是将数据上传的传输层，第三个模块是基于“云端”服务器对数据以及用户信息进行管理的支撑层，第四个模块是将环境信息呈现给用户的应用层；让用户在任何地方通过手机及时获取准确的家庭环境信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种高效服务的智能家居系统，其特征在于利用硬件cc2538cb和软件TinyOS操作系统搭建系统的感知层，在电脑端使用Python软件搭建系统的传输层，在“云端”搭建系统的支撑层，在手机端设置一个APP作为应用层，通过四层结构搭建一个高效低功耗监控家庭居住环境的智能家居系统，具体是：先依家庭环境信息的重要程度对其区分优先级并按照优先级传输这些信息；该智能家居系统主要包含四个模块，第一个模块是采集家庭环境信息数据的感知层，第二个模块是将数据上传的传输层，第三个模块是基于“云端”服务器对数据以及用户信息进行管理的支撑层，第四个模块是将环境信息呈现给用户的应用层；让用户在任何地方通过手机及时获取准确的家庭环境信息。


2.根据权利要求1所述的高效服务的智能家居系统，其特征是搭建智能家居系统具体步骤是：首先在家庭居住房间内布置一定数量的路由节点，这些路由节点主要负责采集环境信息并根据所采集的信息重要程度区分为不同的优先级节点，所有的路由节点由cc2538cb芯片和传感器组成，再在区域内设置一个由cc20538cb芯片组成的汇聚节点负责接收路由节点采集到的信息，汇聚节点接入路由节点的方式是基于完全服务和门限服务的两级轮询控制系统；其次将汇聚节点与电脑端口连接，在电脑端通过读取串口数据，并获取汇聚节点接收到的环境信息并将其上传到“云端”数据库中；然后在“云端”服务器创建web服务，将接收到的环境信息上传到web网页中，并建立一个用于用户管理的数据库以及web网页；其不在物理硬件上搭建支撑层，在“云端”构建数据库以及服务器以实现对无线传感器网路中感知层与应用层的交互。


3.根据权利要求1所述的高效服务的智能家居系统，其特征是...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志军，刘征，杨晨，闫斌，
申请(专利权)人：杨志军，
类型：发明
国别省市：云南;53