一种基于物联网家居的分布式系统设计方法

摘要

本发明公开了家用智能化领域的一种基于物联网家居的分布式系统设计方法包括以下步骤：步骤1，搭建基于物联网家居的分布式系统硬件终端设备；步骤2，设计基于物联网家居的分布式系统控制流程；步骤3，获取终端目标多源环境动态数据；步骤4，训练和优化智能危险预警模型；步骤5，针对用户需求对家居分布式系统进行配置，匹配相应的控制系统来满足需求和提高系统安全可靠度。针对智能家居危险预警问题，本发明提出了一种以物联网为基础的家居智能控制方法，提供一种分布式单元系统组网的家居智能控制方法，同时为了获得更加可靠的预警传播信号。

说明书

技术领域

本发明属于家用智能化领域，具体是一种基于物联网家居的分布式系统设计方法。

背景技术

随着生活水平的不断提高，电力早已进入千家万户，成为人们生活和生产中不可或缺的能量来源，电力的重要性不言而喻。用户用电线路交错复杂、用电量庞大，常常出现重量繁多的故障，还易发生短路、过载，进而引起火灾、触电等事故，同时，用户用电的用电负荷、用电量、电压、电流、使用状态及频率、线路故障、设备故障、火灾等数据难以实时监控并反馈，给用户的生活、生命、财产造成了严重威胁和损失。传统的电力监测手段为用电监测模块，只能测量用户用电电量，尚不能有效进行用电信息大数据的采集，尚不能有效排除漏电用电器，尚不能对线路短路/过载引起的火灾进行实时监测，不能及时排除安全隐患。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是一种基于物联网家居的分布式系统设计方法对线路短路/过载引起的火灾进行实时监测。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于物联网家居的分布式系统设计方法，包括搭载物联网家居的分布式系统硬件终端设备，通过家居结构对家居执行件进行端点式分布，随后获取执行件多源环境动态数据，建立对多源环境执行件的独立控制系统，并设计隐马尔可夫模型和单位时间内通过不同环境执行件的电压来实现对危险隐患准确预警判断。

采用上述方案后实现了以下有益效果：1、相对于传统的家居分布，本技术方案中引入物联网技术，将家用电器的运行情况作为环境突发情况的“晴雨表”，将传统的家用器具进行功能的拓展，以实现危险隐患的监控和报警。

2、相对于进行危险隐患监控和报警的现有技术，本技术方案利用单位时间内通过的电压进行预警操作，实现了初期预警。

3、相对于保险丝等初期预警防护方案，本技术方案中引入多源环境执行件的独立控制系统，避免了防护过程中区域或整体断电，不影响如指纹防盗门或其他执行件的正常运行，实现单独的执行件断电和警报。

4、相对于实现执行件断电和报警的现有技术，本技术方案利用通过家居结构对家居执行件进行端点式分布，随后获取执行件多源环境动态数据(数据获得的方式一般利用传感器传递电流信号，随后通过转换器将电信号转化为数字信号后经过蓝牙或其他输出模块传递至云端)，从而检测并诊断电路的运行情况，以规避和预警因电路故障引发的火灾。

进一步，包括以下步骤：

步骤1，搭建基于物联网家居的分布式系统硬件终端设备；

步骤2，设计基于物联网家居的分布式控制流程；

步骤3，获取终端目标多源环境动态数据；采集终端传感器数据，以分布式系统设计方案动态滚动式获取数据；

步骤4，训练和优化智能危险预警模型；

步骤5，针对用户需求对家居分布式系统进行配置，匹配控制系统来满足需求和提高系统安全可靠度。

进一步，步骤1中基于物联网家居的分布式系统硬件终端设备包括：智能终端感测系统、自动化险情处理系统、物联网无线传输系统、云平台存储处理系统和移动端智能管理系统。

进一步，搭建基于物联网家居的分布式系统硬件终端设备包括智能终端感测系统包括传感器和STM32单片机，自动化险情处理系统包括灭火系统、应急系统、安全系统、电源系统、通风系统、广播系统和智能车系统，物联网无线传输系统包括NB-IoT通信模块，云平台存储处理系统包括物联网云平台和独立的云计算网关服务器，移动端智能管理系统包括手机移动端控制系统。

进一步，物联网家居的分布式控制流程包括根据传感器得到实时环境参数、单元系统的上线信号和CPU内存占用比率，平均地将运算任务和存储任务分担到各个单元系统中，保证数据的持久化程度和运算速度，利用云平台对各类数据作数据清洗和预测分析，同时针对服务器所得结果发布预警信息，并将预测结果与下一时刻真实结果对比纠正。

有益效果：在正式使用该系统之前，需要对各单元系统作初始条件配置，根据用户需求设置智能终端传感器的种类和搭配组合，并在目标单元区域内配置一个主控制器，负责多源环境的数据采集和数据处理；多个副控制器，只负责协助主控制器数据处理。此外，自动化险情处理系统用于对常规险情的处理，精细化险情处理方式规范，建立安全系统体系。设置定义传感器元系统在云平台的认证，利用物联网无线传输系统建立智能终端感测系统和云平台存储处理系统的联系，进而匹配对应的预警模型，然后在移动端智能管理系统中自定义数据特征类型，也便于用户查询和抽取数据。

进一步，步骤3中还包括采集终端传感器数据，基于分布式系统设计方案动态滚动式获取数据，单元目标区域的主控制器内的数据存储设置阈值，当单元目标区域的主控制器内的数据存储超过阈值，将通过NB-IoT无线传输模块向副控制器发出“超载”信号，主控制器的早期数据信息滚动式迁移到副控制器，为主控制器腾出新的内存空间；对单元目标区域的主控制器的数据处理内存设置阈值，当单元目标区域的主控制器的数据处理内存占用超过阈值时，通过NB-IoT无线传输模块向副控制器发出“过载”信号，主控制器的后续数据处理信号发送到副控制器以均衡控制器的运算量，使整个单元系统控制器达到运算速度最高时的占用内存比。

进一步，步骤4中训练和优化智能危险预警模型连接有云平台存储处理系统，云平台存储处理系统包括用于缓存的历史数据存储库、用于管理的解决方案匹配库和用于调用数据信息的机器学习更新库，根据不同的信号源和场景类别确定不同单元系统预警标准。

有益效果：针对多种危险环境制定解决方案，在未监测前系统预先存设有一个场景发生时各参数的历史数据存储库，该存储库不需有较大的内存量，只需将智能终端感测系统和自动化险情处理系统所发的反馈信号缓存在云平台。在险情发生前，若发现所监测的环境参数在一段时间内快速变化，其变化率达到了历史数据存储库中危险参数变化匹配范围内，即可判定为对应的险情种类，同时根据危险预警模型，预测下一时间段的参数值，并在下一时间段与实际参数值作比较，训练和优化危险预警模型。而云平台的服务器会自动匹配存储在系统中的方案措施，进而将命令下传至自动化险情处理控制模块，同时记录此次的数据供平台系统进行机器学习，以便匹配更优的解决方案和更精确的判定标准。

进一步，步骤5中控制系统包括自动化险情处理系统，所述自动化险情处理控制系统包括灭火系统、应急系统、安全系统、电源系统、通风系统、广播系统和智能车系统，自动化险情处理控制系统针对服务器端下发的指令做出相应的解决措施包括：

灭火系统用于在火情即将发生及发生状态下打开灭火器阀门，向指定危险源点发射灭火物质；灭火系统安装有无线传输模块，用于接收上层指令启动和关闭和发出下行实时数据，实现物联交互，而且灭火系统的灭火器包含二氧化碳灭火器、卤代烷灭火器和干粉灭火器，在系统判定为对应的火情危险源种类时，精准选择灭火器使用；

应急系统用于在云平台发出险情通告5分钟后未收到人工响应时，向当地消防组织发送实时短信；

安全系统包括单独控制门禁的开关，在正常情况下由管理者下放许可给指定用户方可进入，而在危险紧急情况下会对外面前来救援而未获得许可的人员自动开门以辅助救援；

电源系统用于实时监测室内用电电压和功率。

有益效果：安全系统是单独控制门禁的开关，在正常情况下由管理者下放许可给指定用户方可进入，而在危险紧急情况下会对外面前来救援而未获得许可的人员自动开门以辅助救援，避免耽误救援时间，扩大险情范围；

电源系统用于实时监测室内用电电压和功率，在用电异常的情况时提醒管理员注意，实现用电预警。我们采用非接触式电压传感器获得室内用电箱内的电压值，利用电生磁的原理，电流越大，磁场强度越强，进而实现对线路的测量，杜绝了接触测量电压方式可能导致的短路隐患，适应于更加复杂的测量环境；

通风系统用于在室内空气质量较差的情况下接收来自云平台的指令，打开窗户和换气扇进行通风。此外，云平台还可以结合当天实时的天气预报信息，如海上大风蓝色预警、大风蓝色预警、暴雪红色预警、暴雨黄色预警等，对门窗进行关闭和二次确认，避免因人为疏忽而导致雨雪等进入室内造成文件、器材的损害；

广播系统是向室内的人员语音播报室内预警判定结果，发布险情具体发生位置和紧急处理措施，并利用智能车系统将播报信息传输至附近室内的智能车系统，进而扩大信息通知半径，在第一现场迅速放大通知信号，为险情预警提供有力保障支撑；

智能车系统是包含现场终端小车和远程终端操作界面。小车用于自主巡逻监测环境信息寻找危险源，并且可以通过物联网技术接收广播信号和发送广播信号至临近室内的智能车系统。在智能车电源获取方面，我们采用无线自主充电，省去了插座与插头的联系，方便智能车充电。此外，远程终端操作界面用于远程控制小车，小车解除自主巡逻模式后，转换为远程遥控模式，用户控制小车的移动获取室内的图像信息辅助管理者判断。

电源系统用于实时监测室内用电电压和功率，在用电异常的情况时提醒管理员注意，实现用电预警。我们采用非接触式电压传感器获得室内用电箱内的电压值，利用电生磁的原理，电流越大，磁场强度越强，进而实现对线路的测量，杜绝了接触测量电压方式可能导致的短路隐患，适应于更加复杂的测量环境；

通风系统用于在室内空气质量较差的情况下接收来自云平台的指令，打开窗户和换气扇进行通风。此外，云平台还可以结合当天实时的天气预报信息，如海上大风蓝色预警、大风蓝色预警、暴雪红色预警、暴雨黄色预警等，对门窗进行关闭和二次确认，避免因人为疏忽而导致雨雪等进入室内造成文件、器材的损害；

广播系统是向室内的人员语音播报室内预警判定结果，发布险情具体发生位置和紧急处理措施，并利用智能车系统将播报信息传输至附近室内的智能车系统，进而扩大信息通知半径，在第一现场迅速放大通知信号，为险情预警提供有力保障支撑；

智能车系统是包含现场终端小车和远程终端操作界面。小车用于自主巡逻监测环境信息寻找危险源，并且可以通过物联网技术接收广播信号和发送广播信号至临近室内的智能车系统。此外，远程终端操作界面用于远程控制小车，小车解除自主巡逻模式后，转换为远程遥控模式，用户控制小车的移动获取室内的图像信息辅助管理者判断。

小车在按预定的巡逻模式中检测到危险信号源,小车退出预定巡逻模式，结合监测到的环境信息指标，对各种信号源进行优先级排序，小车按优先顺序，对某一具体危险源信号进行追踪。小车根据沿途采集和记录的该信号的数据以及位置信息，计算出寻找危险源的运动轨迹。从而找到危险源，再对危险源位置进行记录和标记，并对该位置进行预处理，以减缓危险源信号的传播。

分布式系统中所有关联设备各节点能够实时地互通互联，起到互相协助运行，尽最大可能实现个单元系统的高效运行和高可用性。正常情况下，系统根据订阅主题类型、数据分发形式以及用户需求关系，有针对性地提供危险预警监测服务；在即将发生险情时，本系统根据算法预测模型，提前预测风险，提高系统可靠度，判断类型后再通过自动化险情处理控制系统完成对险情的初步处理，并最终将预警信号发送给移动端智能管理系统。本发明提出的方法易于实现，具有成本低，可靠性高，安全系数高，具有多机互联的优点，最大限度地发挥了分布式系统的优势。

附图说明

图1为本发明实施例的流程图；

图2为获取终端目标多源环境动态数据的运行逻辑图；

图3为各子系统之间的信号交互。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

实施例基本如附图1所示：一种基于物联网家居的分布式系统设计方法包括搭载物联网家居的分布式系统硬件终端设备，通过家居结构对家居执行件进行端点式分布，随后获取执行件多源环境动态数据，建立对多源环境执行件的独立控制系统，并设计隐马尔可夫模型和单位时间内通过不同环境执行件的电压来实现对危险隐患准确预警判断。

还包括以下步骤：

步骤1，搭建基于物联网家居的分布式系统硬件终端设备，分布式系统硬件终端设备包括：智能终端感测系统、自动化险情处理系统、物联网无线传输系统、云平台存储处理系统和移动端智能管理系统，步骤1中搭建基于物联网家居的分布式系统硬件终端设备包括智能终端感测系统包括传感器和STM32单片机，自动化险情处理系统包括灭火系统、应急系统、安全系统、电源系统、通风系统、广播系统和智能车系统，物联网无线传输系统包括NB-IoT通信模块，云平台存储处理系统包括物联网云平台和独立的云计算网关服务器，移动端智能管理系统包括手机移动端控制系统。

步骤2，设计基于物联网家居的分布式控制流程；物联网家居的分布式控制流程包括根据传感器得到实时环境参数、单元系统的上线信号和CPU内存占用比率，平均地将运算任务和存储任务分担到各个单元系统中，保证数据的持久化程度和运算速度，利用云平台对各类数据作数据清洗和预测分析，同时针对服务器所得结果发布预警信息，并将预测结果与下一时刻真实结果对比纠正。

请参考图2和附图3，步骤3，获取终端目标多源环境动态数据；采集终端传感器数据，以分布式系统设计方案动态滚动式获取数据；还包括采集终端传感器数据，基于分布式系统设计方案动态滚动式获取数据，单元目标区域的主控制器内的数据存储设置阈值，当单元目标区域的主控制器内的数据存储超过阈值，将通过NB-IoT无线传输模块向副控制器发出“超载”信号，主控制器的早期数据信息滚动式迁移到副控制器，为主控制器腾出新的内存空间；对单元目标区域的主控制器的数据处理内存设置阈值，当单元目标区域的主控制器的数据处理内存占用超过阈值时，通过NB-IoT无线传输模块向副控制器发出“过载”信号，主控制器的后续数据处理信号发送到副控制器以均衡控制器的运算量，使整个单元系统控制器达到运算速度最高时的占用内存比。

步骤4，训练和优化智能危险预警模型；训练和优化智能危险预警模型连接有云平台存储处理系统，云平台存储处理系统包括用于缓存的历史数据存储库、用于管理的解决方案匹配库和用于调用数据信息的机器学习更新库，根据不同的信号源和场景类别确定不同单元系统预警标准。

步骤5，针对用户需求对家居分布式系统进行配置，匹配控制系统来满足需求和提高系统安全可靠度，控制系统包括自动化险情处理系统，所述自动化险情处理控制系统包括灭火系统、应急系统、安全系统、电源系统、通风系统、广播系统和智能车系统，自动化险情处理控制系统针对服务器端下发的指令做出相应的解决措施包括：

灭火系统用于在火情即将发生及发生状态下打开灭火器阀门，向指定危险源点发射灭火物质；灭火系统安装有无线传输模块，用于接收上层指令启动和关闭和发出下行实时数据，实现物联交互，而且灭火系统的灭火器包含二氧化碳灭火器、卤代烷灭火器和干粉灭火器，在系统判定为对应的火情危险源种类时，精准选择灭火器使用；

应急系统用于在云平台发出险情通告5分钟后未收到人工响应时，向当地消防组织发送实时短信；

安全系统包括单独控制门禁的开关，在正常情况下由管理者下放许可给指定用户方可进入，而在危险紧急情况下会对外面前来救援而未获得许可的人员自动开门以辅助救援；

电源系统用于实时监测室内用电电压和功率，在用电异常的情况时提醒管理员注意，实现用电预警。我们采用非接触式电压传感器获得室内用电箱内的电压值，利用电生磁的原理，电流越大，磁场强度越强，进而实现对线路的测量，杜绝了接触测量电压方式可能导致的短路隐患，适应于更加复杂的测量环境；

通风系统用于在室内空气质量较差的情况下接收来自云平台的指令，打开窗户和换气扇进行通风。此外，云平台还可以结合当天实时的天气预报信息，如海上大风蓝色预警、大风蓝色预警、暴雪红色预警、暴雨黄色预警等，对门窗进行关闭和二次确认，避免因人为疏忽而导致雨雪等进入室内造成文件、器材的损害；

广播系统是向室内的人员语音播报室内预警判定结果，发布险情具体发生位置和紧急处理措施，并利用智能车系统将播报信息传输至附近室内的智能车系统，进而扩大信息通知半径，在第一现场迅速放大通知信号，为险情预警提供有力保障支撑；

智能车系统是包含现场终端小车和远程终端操作界面。小车用于自主巡逻监测环境信息寻找危险源，并且可以通过物联网技术接收广播信号和发送广播信号至临近室内的智能车系统。在智能车电源获取方面，我们采用无线自主充电，省去了插座与插头的联系，方便智能车充电。此外，远程终端操作界面用于远程控制小车，小车解除自主巡逻模式后，转换为远程遥控模式，用户控制小车的移动获取室内的图像信息辅助管理者判断。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。