專利名稱：基于物聯網技術的實時互動智能終端控制系統的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于物聯網控制技術領域，尤其涉及一種基于物聯網技術的實時互動智能終端控制系統。
背景技術：
進入21世紀，節能減碳和提升能源效率成為全世界的共識。在此背景下，智能電網成為全球電力行業應對未來挑戰的共同選擇。2007年美國總統奧巴馬確立了智能電網的國家戰略地位，2009年國家電網公司也提出了建設堅強智能電網的計劃。同時，物聯網技術被看作信息領域的一次重大變革，自2009年以來，美國、歐盟和日本等都將之上升為國家戰略，而且我國“十二五”規劃也將物聯網作為國家5大戰略性新興產業之一。物聯網技術將進一步推動智能電網的實現，如電網與用戶間的智能互動。智能電網和物聯網技術相互滲透、深度融合和廣泛應用，將進一步促進節能減排，提升電網信息化、自動化和互動化的水平。電力消耗的實時可視化會讓用戶明白消費，提高用電信息的知情權，將影響人們用電習慣，從粗放型轉化為集約型用電方式，引導人們進入低碳、和諧和智能的用電新時代。實時可視化需要實時測量和提供帶時標的參數等技術保障，然而目前智能終端可視化實時程度低，不能提供高標準實時的用電信息。智能電網最大特征就是互動化，然而目前的智能家居系統大多以單個家庭為單位，缺乏與電力公司的有效溝通，無法適應智能電網背景下的交互式通信、需求側管理和實時電價等方面的要求。因此推出一種與電網智能互動的智能終端勢在必行。目前智能終端控制家居設備是單一控制方式，聯動控制程度不高。設備相互之間沒有形成通信和互動。物聯網的核心就是物與物之間的信息交互和友好互動。借助物聯網技術可以很好地實現智能家居內的各種設備相互通訊和聯動，即不需要用戶參與指揮，它們將按照自身狀態和聯動模式可靠地互動運行。這將實現全方位的互動，從而給用戶帶來最大程度的高效、節能、舒適與安全。傳統的智能家居終端要實現所有計算控制和人機交互，直接與智能家居網交互，這樣不能確保控制的可靠性，同時也限制了整個家居系統功能的擴展和升級。為了提高可靠性，目前智能家居終端的信息獲取以及指令下達，都通過后臺服務系統進行中轉，而不是直接與用戶戶內網絡(HAN)交互。因此，智能家居終端只用于信息的轉發和相關協議間的轉換，不能直接對控制信息進行響應，事務處理能力較差，同時響應速度慢，實時性差。可見，目前的智能終端還不能很好地兼顧事務處理的可靠性和實時性。隨著智能電網的發展，用戶希望智能家居能結合智能電網，能更經濟和舒適地用電。這就要對采集的用電信息進行全面科學的分析，同時若能統計學習用戶習慣，結合兩者分析的結果即時向用戶顯示，科學指導用戶的用電行為。這不僅可以改變用戶的用電模式，降低用戶的用電成本，而且還可以提高用戶的用電舒適度和自動化程度。目前，智能終端沒有結合專家分析和用戶習慣，而是根據預定程序進行指導用戶，科學性不強同時自動化程度不高。目前新家居設備接入系統需要進行復雜的用戶干預配置過程，擴展性不強，不能實現即插即用。在UPnP關鍵技術的支撐下，各種智能家居設備可以自動、無需任何配置地接入系統。這個過程是全自動的，因此使用者無須進行任何干涉，能極大提高系統的可擴展性。隨著智能電網和物聯網技術的高速發展，以及用戶居住理念的變化與提升，人們越來越追求生活細節的簡單化和智能化，希望在智能終端中植入智能化程序，享受“一鍵0K”式的簡單操作模式。用戶不僅對家居的自動化和信息化程度要求越來越高，而且對家用設備控制的靈活性以及對外部信息獲取的方便性提出來更高的要求。綜上所述，目前智能終端可視化實時程度低，缺乏同電力公司的互動以及家居設備之間的互動。并且不能兼顧事物處理的實時性和可靠性，家居系統的擴展性和靈活性不強。同時結合專家分析和用戶習慣來科學指導用電行為等方面幾乎是空白研究。然而，用戶對智能終端的可擴展性、靈活性及易用性提出的要求卻越來越高。因此，設計一種實時互動智能終端來實現實時可視化和全方位互動將具有十分重要的意義。
發明內容本實用新型的目的在于，提供一種基于物聯網技術的實時互動智能終端控制系統來實現實時可視化和全方位互動，同時兼顧事務處理的實時性和可靠性，解決現有智能終端存在的問題。為了實現上述目的，本實用新型提出的技術方案是，一種基于物聯網技術的實時互動智能終端控制系統，其特征是所述系統包括ZigBee主協調模塊、接口模塊和中央處理模塊；所述ZigBee主協調模塊和接口模塊分別與中央處理模塊相連；所述ZigBee主協調模塊通過無線方式與ZigBee終端節點相連,所述ZigBee終端節點為物聯網設備；所述接口模塊包括RS485接口、以太網接口和移動通信接口 ；所述RS485接口與智能電表相連；所述移動通信接口與移動通信網相連。本實用新型提供的系統實現了實時可視化和全方位互動，同時兼顧事務處理的實時性和可靠性。
圖1是基于物聯網技術的實時互動智能終端控制系統結構圖；圖2是本實用新型的實時數據庫技術的數據結構圖。圖3是本實用新型的離線和在線決策流程圖。圖4是本實用新型的認證和匹配服務模塊中的映射表形成流程圖。圖5是云計算后臺服務系統生成用戶模式的流程圖。圖6是本實用新型的物聯網設備間互動流程圖。
具體實施方式
[0023]
以下結合附圖，對優選實施例作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本實用新型的范圍及其應用。本實用新型是基于物聯網和云計算技術來實現智能用電實時互動的功能。物聯網包含感知層、網絡層和應用層。而智能終端在物聯網中連接著傳感網絡層和傳輸網絡層，實現數據采集以及向網絡層通信的設備。它負擔著數據采集、事務處理、加密和傳輸等多種功能。應用層就是建立云計算平臺，實現統一的數據中心和服務中心。云計算技術為實時互動智能終端平臺提供高計算能力、海量存儲能力、智能數據挖掘能力、分析能力和消息統一管控能力。物聯網的支撐技術包括了 RFID (射頻識別)、WSN/ZigBee (無線傳感網絡)、傳感器、智能服務等四種技術。RFID是一種非接觸式自動識別技術，可以快速讀寫和長期跟蹤管理，在智能識別領域有著非常好的發展前景，這可用于智能插座以自動識別普通家電的身份和屬性；以短距、低功耗為特點的ZigBee協議使得搭建無處不在的網絡成為可能；微型傳感器技術拉近了人與自然世界的距離；智能服務技術則為發展物聯網的應用提供了服務內容。根據物聯網的三層結構組成和四大支撐技術，以及結合智能電網特征和用戶的要求設計出智能終端控制系統的組成框圖，如圖1所示為本實施例的基于物聯網技術的實時互動智能終端控制系統。其包括實時存儲刷新模塊、專家系統模塊、事務處理模塊、ZigBee主協調模塊、ZigBee/UPnP協議轉化模塊、認證與匹配服務模塊、接口模塊和中央處理模塊。實時存儲刷新模塊、專家系統模塊、事務處理模塊、ZigBee主協調模塊、ZigBee/UPnP協議轉化模塊、認證與匹配服務模塊和接口模塊分別與中央處理模塊相連。ZigBee主協調模塊、ZigBee/UPnP協議轉化模塊和認證與匹配服務模塊順次相連。ZigBee主協調模塊通過無線方式與ZigBee終端節點相連，所述ZigBee終端節點為物聯網設備。本實用新型的實時互動智能終端控制系統還廣義地包括云計算后臺服務系統。實時存儲刷新模塊，硬件包括RAM與ROM存儲器、硬盤和RTC實時時鐘芯片。軟件采用實時數據庫技術，以更好的解決數據的存取速度、實時事務的優先調度和故障恢復問題。該模塊首先快速存儲物聯網設備的實時運行狀態和用電信息，然后綁定時鐘參數，這過程中做必要的數據刷新，從而提供各類帶有時標的信息。進一步地，由于存儲實時運行狀態數據要求快速寫入，因此將實時運行數據先快速寫入存儲器，然后將歷史數據轉存至硬盤。硬盤價格便宜，存儲容量大，而且在斷電時它所存放的信息也不丟失，可以長久保存。更進一步地，要將信息分門別類地寫到各個RAM區段中。將RAM區域劃分為電量信息、電價信息、物聯網設備運行信息、分布式電源以及儲能裝置運行狀態信息和控制信息等地址段。同時，時鐘RTC還為存儲提供時間參數，并對信息綁定時鐘參數，即將時間參數寫入到信息數據段中。考慮到全網同步的重要性，可支持遠程校準時鐘，以保證全網時間的同步。這過程中做必要的數據刷新，從而可實時地提供各類帶有時標的信息。表I給出了帶時標實時電量信息的存儲格式，物聯網設備ID編號(全網中該編號唯一，以確保可準確表征全網的物聯網設備)，而將時間參數信息以十六進制方式寫入數據代碼的時標段內。數據段為該時間段內電量信息、電價信息、物聯網設備運行信息、分布式電源以及儲能裝置運行狀態信息和控制信息等。[0031]
物聯網設備ID編號I時標段I數據段表I帶時標實時電量信息的存儲格式本實施例所采用實時數據庫技術的數據結構是由數據庫文件頭、對象、雙對象句柄數組以及位圖頁表組成。頭信息是內存數據庫文件的控制信息，位于起始地址；對象句柄組是一個地址數組，存儲的是每個對象在共享內存中的相對地址，這2個數組互為備份；系統通過頁表在用戶存儲區內進行內存塊的申請和釋放。圖2給出了本實時數據庫的數據結構。圖2中，Head為巾貞頭部，固定為OxFF。Root為對象句柄組，是一個地址數組，存儲的是每個對象在共享內存中的相對地址,這2個數組互為備份。Dev_Kind為ZigBee設備種類,例如:0x00表示電燈,0x01表示電風扇，等等。Dev_Id為ZigBee設備在該種類中的序號，取值從0X00到OxFF。Dev_state為設備狀態類型:0x00為dead巾貞,表示設備不可用:0x01為alive中貞，表示設備可用；0x02為start巾貞,表示設備工作狀態；0x03為設備ready巾貞,表示設備初始信息己經發送完畢；0x04為設備close幀，表示設備關閉狀態Tail為巾貞尾，固定為OxFA。專家系統模塊包括專家系統、用戶訪問接口和升級接口。專家系統中的知識庫含有大量的智能用電領域專家水平的知`識與經驗，通過專家系統程序進行推理和判斷，來模擬人類專家的決策過程。實現對事務優先級排序、科學控制物聯網設備、物聯網設備間友好聯動、科學指導用戶用電等復雜問題給出專家水平的結果。用戶訪問接口，用于匹配知識庫數據以及調用專家系統分析結果。升級接口用于同云計算后臺服務系統通信，在線升級專家系統中的知識庫與完善專家系統程序，以提聞其決策能力及準確性。專家系統主要由知識庫、數據庫和推理機3部分組成。其中知識庫和推理機是核心部分。知識庫，用于存放智能家居控制領域的專門知識。本實施例的知識庫的知識一部分是書本知識，但主要是在長期實踐中逐漸積累起來的經驗性知識。知識庫采用產生式規則的組織結構。考慮到在智能控制的條件多樣性和變化性，結論單一和較為固定。將結論置于首列，將與結論匹配的條件置于尾列。這種結構易于匹配事實，也易于更新控制機理的條件。本實施例的知識庫的組織結構見表2以控制電動窗開啟為例說明。
權利要求1.一種基于物聯網技術的實時互動智能終端控制系統，其特征是所述系統包括ZigBee主協調模塊、接口模塊和中央處理模塊； 所述ZigBee主協調模塊和接口模塊分別與中央處理模塊相連； 所述ZigBee主協調模塊通過無線方式與ZigBee終端節點相連,所述ZigBee終端節點為物聯網設備； 所述接口模塊包括RS485接口、以太網接口和移動通信接口 ；所述RS485接口與智能電表相連；所述移動通信接口與移動通信網相連。
專利摘要本實用新型公開了物聯網控制技術領域中的一種基于物聯網技術的實時互動智能終端控制系統。包括實時存儲刷新模塊、專家系統模塊、事務處理模塊、ZigBee主協調模塊、ZigBee/UPnP協議轉化模塊、認證與匹配服務模塊、接口模塊和中央處理模塊；實時存儲刷新模塊、專家系統模塊、事務處理模塊、ZigBee主協調模塊、ZigBee/UPnP協議轉化模塊、認證與匹配服務模塊和接口模塊分別與中央處理模塊相連；ZigBee主協調模塊、ZigBee/UPnP協議轉化模塊和認證與匹配服務模塊順次相連。本實用新型提供的系統實現了實時可視化和全方位互動，同時兼顧事務處理的實時性和可靠性。
文檔編號H04W84/18GK202995383SQ20122028025
公開日2013年6月12日 申請日期2012年6月14日 優先權日2012年6月14日
發明者陳亮, 曹尚, 王雨, 王輝云, 劉艷 申請人:華北電力大學(保定)