基于云计算的智能楼宇控制系统

时间:2020-03-07 来源: 国际新闻

基于云计算的智能楼宇控制系统?

这篇文章最初是我写的,可以从《知网》上看到。转载表明原地

摘要:针对建筑系统控制功能单一、无法深入挖掘用户行为数据的普遍情况,提出了一种基于云计算的智能建筑控制系统。该系统利用云服务器存储环境数据,并进行深度挖掘,生成基于用户行为习惯的控制方案,通过互联网发送给客户端。云计算的高效、智能、跨平台等优势得以发挥,极大地提高了智能建筑系统的水平,极大地改善了人们的生活。

0 Introduction

随着我国城市化的发展,城市化和智能化水平进一步提高,市场上出现了大量的智能建筑解决方案。这些智能建筑解决方案一般具有网络化、信息化和便捷化的特点,可以方便用户收集和管理各种复杂的信息,满足现代信息社会的基本要求。然而,这些智能建筑解决方案大多仍然停留在简单的控制功能上,无法对用户行为数据进行深入挖掘,无法充分发挥智能建筑的智能性。本文提出了一种基于云计算的智能建筑控制系统,能够根据用户行为实现对建筑的智能控制,具有安全、方便、智能、高效的特点,能够真正发挥智能建筑的智能。

1 system

系统总体方案设计该系统包括数据采集模块、智能网关模块、云服务器模块和客户端模块。整体结构如图1所示。数据采集模块通过串口将数据包发送给智能网关模块,智能网关模块通过互联网将数据包发送给云服务器,云服务器存储信息并生成方案给客户端。

系统的布局相对简单。协调节点安装在建筑中心附近,通过串口连接到智能网关模块,维护和控制整个Zigbee网络,缩短通信距离,降低传输功率。建筑物的每个部分都配备有路由器节点,路由器节点与该部分的终端节点设备进行通信。终端节点可以根据用户需求进行个性化和匹配。

图1主要结构原理示意图?

2系统实现

这篇文章最初是我写的,可以从《知网》上看到。转载表明原地

数据采集模块包括终端节点、协调器节点和路由器节点。终端节点收集大楼内的各种数据,协调器建立并维护一个Zigbee网络来管理网络中的其他节点,路由器实现其他节点的消息转发功能。ZigBee三级树形无线传感器?缬尚髌鹘诘恪⒙酚善鹘诘愫椭斩私诘阕槌桑钩墒莶杉?榈耐绻羌堋?

本模块中的环境信息采集传感器包括温度传感器、湿度传感器、照度传感器、土壤传感器、距离传感器、烟雾传感器、PM2.5传感器和人体红外传感器。设备控制器包括灯光控制器、插座控制器、窗帘控制器、空气净化器控制器、加湿器控制器、音乐控制器、声光报警设备、空调、计算机和电视机的紫蜂至红外信号控制模块等。

数据采集模块的三个节点都是德州仪器公司的CC2530芯片。具体的内部结构如图2所示。CC2530芯片具有丰富的端口,可以同时控制多个设备,具有良好的扩展性。CC2530芯片与附近的传感器或设备控制器通信并传输信息,通过无线数据包传输多个传感器或设备控制器的信息,以减少室内无线信号辐射。

智能网关模块实现网络层以上的网络互联。基于TCP/IP协议的套接字编程实现协调器串口数据的网络传输,并通过WiFi路由器向网络转发数据。智能网关模块可以在具有不同通信协议、数据格式甚至不同体系结构的两个系统之间使用。

2.2智能网关模块

智能网关模块实现网络层以上的网络互联。基于TCP/IP协议的套接字编程实现协调器串口数据的网络传输,并通过WiFi路由器向网络转发数据。智能网关模块可以在具有不同通信协议、数据格式甚至不同体系结构的两个系统之间使用。

智能网关建立统一的数据平台

智能网关实现从传感网络到通信网络的协议转换,统一封装协议适配层传输的标准格式数据,将广域接入层发送的数据解封装为标准格式数据,实现命令分析,然后将数据转换为传感层协议可识别的信号和控制命令。

此外,智能网关具有异构网络互通的能力,因为智能网关的接入不可避免地需要跨域通信,需要完善的寻址技术来保证所有节点的信息都能被准确定位和查询。

综上所述,智能网关在本系统中主要完成了三项任务:一是采集传感器节点的数据;其次,进行数据协议转换;然后,协议转换后的数据被快速发送到互联网。此外,智能网关具有相应的管理和控制能力。

2.3 cloud server module

cloud server采用Hadoop架构进行开发设计,利用数据存储、数据管理和数据挖掘技术分析和挖掘智能家居系统的环境信息、历史信息和用户行为信息,从而预测用户行为,生成宜居智能建筑控制方案。数据通过互联网从智能网关模块传输到云服务器,云服务器对数据进行处理,然后通过互联网将处理后的数据传输到客户端,从而实现更高层次的智能楼宇管理。图3是系统数据挖掘和控制流程的示意图。

数据采集模块中各传感器采集的实时环境数据全部传输到智能网关模块进行信息采集和整合。这些汇总数据通过互联网上传到云服务器的数据库进行存储,如流程a所示。数据库对数据进行预处理并构建数据仓库,如流程b所示。云服务器使用频繁模式挖掘算法、关联规则挖掘算法和决策树算法对数据仓库中的数据进行进一步分析和预测,如流程c所示。云服务器将获得用户行为的预测数据,并结合系统的室内紫蜂网络布局,生成最佳控制方案,如流程D所示.生成的控制方案将通过互联网传输回智能网关模块,智能网关模块将生成特定的控制命令,并通过串口传输到协调器节点,以控制各种设备,如流程E所示.例如,系统可以判断某个用户的工作时间,提前20分钟将空调和加湿器打开到合适的温度和湿度,控制窗帘打开或关闭,用户到办公室后打开灯,用户离开后依次关闭灯、空调和加湿器照明设备。

云端服务器对用户的日常行为习惯进行数据挖掘,形成符合用户行为习惯的智能楼宇控制方案。用户可以选择将适合其工作或生活的个性化数据预先存储在云服务器中。相应的算法将数据挖掘结果与健康生活或工作数据相结合进行微调,以生成用户最佳的健康生活或工作管理指导方案。通过该算法,一些控制信息被逐渐改变,以使用户逐渐适应更健康的生活或工作习惯,并改变不良行为。

图3系统数据挖掘和控制流程图

2.4客户端模块

客户端模块大致分为手机客户端和电脑客户端。客户端模块通过互联网连接到云服务器,获取数据采集模块的数据和云服务器针对用户行为习惯定制的解决方案。

客户端可以实时访问环境感知信息和视频数据,控制各种设备控制器,实现智能门禁、智能安防、智能浇水、智能窗帘等。

?客户可以使用微信、应用或网页来访问和登录该系统。登录后,首先验证用户身份,确认安全后进入系统主控制页面进行功能模式选择和设置。客户端模式如下:

(1)自动模式,系统通过用户设置或系统预定义的参数阈值进行自动控制。用户可以查看当前的环境状态和设备控制信息

(3)专家模式:该模式基于云计算,利用数据挖掘算法计算和挖掘用户行为数据,并根据用户行为习惯生成一系列控制参数,如用户对空气温湿度、光照强度等环境的个性化要求。这是一个真正用户拥有的个性化智能建筑控件,用户可以在这种模式下发现一些隐藏的行为习惯。

3 System Test

通过该系统,用户可以自动或手动方式实现环境信息的实时采集和建筑的联动控制,也可以采用专家模式生成的智能建筑控制方案。网页端的操作如图4所示。手机应用程序操作图如图5所示。

本系统包含的传感器包括温度传感器、湿度传感器、照度传感器、土壤传感器、距离传感器、PM2.5传感器和人体红外传感器。包括的设备控制器有灯光控制器、插座控制器、窗帘控制器和空气净化器控制器。

图4网页结束操作图

Figure 5 Mobile APP Operation Chart

4 Conclusion

本文设计并实现的基于云计算的智能楼宇控制系统经过测试,能够很好地满足项目的预期要求。实现了对楼宇监控系统的控制和用户行为数据的深度挖掘,生成了一套基于用户习惯的合理智能楼宇控制方案。该系统具有功能强大、功耗低、成本低、安全性好、布局灵活、操作简单等特点,在现代建筑环境中具有良好的应用前景。

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