本发明涉及智能家居领域，具体涉及一种基于WSN技术的智能家居系统。
背景技术：
随着人们对家居舒适健康要求的提高，智能家居的概念逐渐被提出和接纳，智能家居一般是利用先进的计算机网络通讯技术、综合布线技术和人体工程学原理，融合个性需求，将与家居生活有关的各个子系统有机地结合在一起，通过综合智能控制和管理，实现全新的家居生活体验，目前家庭生活中制冷供暖是一件大事，对人们的生活舒适性有重大影响，然而制冷供暖需要根据人体的感受实时进行调节，普通的集体供暖和空调制冷具有很大的局限性，不能及时进行温度调节。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提供一种基于WSN技术的智能家居系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了一种基于WSN技术的智能家居系统，包括环境监测子系统、温度调节器、风流调节器、环境控制中心，其中环境监测子系统、温度调节器、风流调节器皆与环境控制中心连接；所述环境监测子系统用于对室内环境进行实时监测，采集室内环境数据并发送至环境控制中心；所述的环境控制中心用于对接收的室内环境数据进行分析处理，生成相应的控制指令，并根据控制指令控制温度调节器和风流调节器的运行；所述环境监测子系统包括多个传感器节点、基站，基站和多个传感器节点一同构建成用于感知和采集室内环境数据的无线传感器网络，传感器节点采集的室内环境数据最终传送到基站，进而由基站将接收到的室内环境数据传送到环境控制中心。
优选地，所述的环境控制中心包括数据处理模块、温度控制模块、风流控制模块，其中温度控制模块、风流控制模块的输入端皆与数据处理模块连接，温度控制模块的输出端与温度调节器连接、风流控制模块的输出端与风流调节器连接。
本发明的有益效果为：利用无线传感器网络技术进行室内环境数据采集，避免了布线的麻烦，智能快捷；通过对采集到的室内环境数据进行分析处理，根据室内环境数据控制温度调节器和风流调节器的运行，实现家居温度和空气流通性的调节，让人在回到家时就可以享受舒适的环境，结构简单，实用性强。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明一个实施例的智能家居系统结构示意框图；
图2是本发明一个实施例的环境控制中心的结构示意框图。
附图标记：
环境监测子系统1、温度调节器2、风流调节器3、环境控制中心4、数据处理模块10、温度控制模块20、风流控制模块30。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1，本实施例提供的智能家居系统，包括环境监测子系统1、温度调节器2、风流调节器3、环境控制中心4，其中环境监测子系统1、温度调节器2、风流调节器3皆与环境控制中心4连接。
环境监测子系统1用于对室内环境进行实时监测，采集室内环境数据并发送至环境控制中心4。环境监测子系统1包括多个传感器节点、基站，基站和多个传感器节点一同构建成用于感知和采集室内环境数据的无线传感器网络，传感器节点采集的室内环境数据最终传送到基站，进而由基站将接收到的室内环境数据传送到环境控制中心4。本实施例利用无线传感器网络技术进行室内环境数据采集，避免了布线，实施简单。
其中，各传感器节点划分成多个簇，从而构建分簇的无线传感器网络，其中每个簇包括一个主要簇首和一个辅助簇首，主要簇首用于聚合簇内传感器节点采集的室内环境数据，辅助簇首用于接收主要簇首发送的聚合的室内环境数据，并将接收的聚合的室内环境数据通过多跳路由的方式发送至基站。
其中，传感器节点包括数据采集模块、数据分析处理模块以及数据通信模块；数据采集模块由传感器与模数转换器完成，数据分析处理模块由微处理器与存储器完成，数据通信模块由无线收发器完成。其中，传感器为温度传感器和/或风流传感器。
环境控制中心4用于对接收的室内环境数据进行分析处理，生成相应的控制指令，并根据控制指令控制温度调节器2和风流调节器3的运行。
可选地，如图2所示，环境控制中心4包括数据处理模块10、温度控制模块20、风流控制模块30，其中温度控制模块20、风流控制模块30的输入端皆与数据处理模块10连接，温度控制模块20的输出端与温度调节器2连接、风流控制模块30的输出端与风流调节器3连接。
数据处理模块10对接收的室内环境数据进行分析处理，将接收的室内环境数据与预设的指标进行比较，根据比较的结果生成控制指令，并将控制指令发送至温度控制模块20、风流控制模块30，进而由温度控制模块20、风流控制模块30控制温度调节器2和风流调节器3的运行。
可选地，根据比较的结果生成控制指令，例如，当环境监测子系统1采集的室内温度超过预设的数据阈值上限时，数据处理模块10向温度控制模块20发送调低温度的控制指令，并向风流控制模块30发送启动送风的控制指令，进而温度控制模块20根据控制指令控制温度调节器2进行冷源提供，风流控制模块30根据控制指令控制风流调节器3输送风，从而将室内温度控制在适宜的范围内。而当环境监测子系统1采集的室内温度低于预设的数据阈值下限时，数据处理模块10向温度控制模块20发送调高温度的控制指令，并向风流控制模块30发送关闭送风的控制指令，进而温度控制模块20根据控制指令控制温度调节器2进行热源提供，风流控制模块30根据控制指令控制风流调节器3不再进行送风操作。
可选地，温度调节器2连接地源热泵，地源热泵提供热源及冷源，温度控制模块20可根据控制指令控制温度调节器2调节地源热泵提供热源或者冷源，从而将室内温度控制在适宜的范围内。
在另一个可选的方式中，温度调节器2为空调，温度控制模块20可根据控制指令控制温度调节器2输送冷源或热源。
可选地，风流调节器3为通风装置，风流控制模块30通过控制风流调节器3的启闭来实现通风或者不通风。
本发明上述实施例利用无线传感器网络技术进行室内环境数据采集，避免了布线的麻烦，智能快捷；通过对采集到的室内环境数据进行分析处理，根据室内环境数据控制温度调节器和风流调节器的运行，实现家居温度和空气流通性的调节，让人在回到家时就可以享受舒适的环境，结构简单，实用性强。
在一个实施例中，各传感器节点通过分簇路由协议划分成多个簇，具体为：
(1)室内环境监测区域内的每个传感器节点接收基站广播的“hello”数据包，确定自身到基站的距离，并记录接收到基站广播的“hello”数据包的时间，所述的“hello”数据包包括由基站设定的各传感器节点接收“hello”数据包的理论时间；
(2)每一轮的主要簇首选举开始时，每个传感器节点i随机生成一个介于0到1之间的随机数，并设定阈值Ui，若生成的随机数小于阈值Ui，则该传感器节点i成为工作节点，并立刻加入工作节点集；
(3)工作节点向工作节点集中的其余工作节点广播节点信息，其中节点信息包括自身ID号；
(4)当工作节点接收到其余工作节点的节点信息后，若工作节点α位于工作节点β的感知范围内，则工作节点α加入到工作节点β的邻居节点集中；
(5)工作节点的邻居节点集中，位置权值最大的工作节点当选为主要簇首并向其余传感器节点广播当选信息，未当选主要簇首的工作节点成为成员节点并加入到最近的主要簇首；
(6)睡眠节点接收到所述的广播当选信息后被激活，并加入到最近的主要簇首，分簇完成后，主要簇首在其簇内的成员节点中选择一个成员节点作为辅助簇首。
在一种可选的方式中，主要簇首的当前剩余能量低于其簇内成员节点的平均剩余能量时，主要簇首促使其簇内的所有成员节点重新选举位置权值最大的成员节点作为新的主要簇首。
本实施例提出了一种新的分簇路由协议，该协议中通过选取主要簇首和辅助簇首共同来承担室内环境数据的聚合和转发任务，能够降低主要簇首的能耗以及主要簇首轮换的频率，实现能耗分散，进而延长网络的生存时间。
其中，阈值Ui的设定公式为：
式中，e为设定的主要簇首个数占传感器节点个数百分比的期望值，b为当前轮数，Φ为在前轮中未当选过主要簇首的传感器节点集合，Qi为传感器节点i的当前剩余能量，Qmin为设定的最小能量值，x为设定的比例阈值，f(Qi-Qmin,x)为设定的比较取值函数，当Qi-Qmin≥x时，f(Qi-Qmin,x)＝1，当Qi-Qmin<x时，f(Qi-Qmin,x)＝0.5。
本实施例基于传统的LEACH分簇路由协议，创造性地设定了主要簇首的竞选方式，其中在阈值的计算公式中考虑了能量因素，使得生成的随机数大于阈值的传感器节点才能参与到主要簇首的竞争，限制了传感器节点当选为主要簇首的次数，同时降低了剩余能量过小的传感器节点当选为主要簇首的概率，有利于保证主要簇首的工作时间，同时降低传感器节点的能耗速率，避免传感器节点过早死亡，因此本实施例基于上述的分簇路由协议选举主要簇首和辅助簇首，能够提高无线传感器网络的稳定性，从而极大提高了室内环境数据采集和传输的可靠性。
在一个实施例中，所述位置权值的计算公式为：
式中，Tj表示工作节点j的位置权值，/(j,sink)为工作节点j到基站的距离，/max为所有传感器节点到基站的距离中的最大值，/min为所有传感器节点到基站的距离中的最小值；dj为工作节点j收到基站“hello”数据包的时间，为由基站设定的工作节点j收到基站“hello”数据包的理论时间。
相对于现有技术直接选择当前剩余能量最大的作为簇首，本实施例创造性地选取位置权值最大的传感器节点作为主要簇首，其中创造性地设计了位置权值的计算公式，根据传感器节点接收基站数据包的实际信号强度与理论信号强度的差别设计了用于距离的加权系数，使得计算出的位置权值更精确地衡量传感器节点的位置优势。
本实施例根据位置优势因素来选择主要簇首，能够使得距离基站更近的工作节点具有更大概率成为主要簇首，从而降低室内环境数据传输至基站的能耗，节约智能家居系统的在室内环境数据收集方面的通信成本。
在一个实施例中，辅助簇首将接收的聚合的室内环境数据通过多跳路由的方式发送至基站，具体为：
(1)当辅助簇首与基站的距离小于或等于设定的最大距离阈值时，辅助簇首的室内环境数据以单跳通信的形式直接传输至基站；
(2)当辅助簇首与基站的距离大于设定的最大距离阈值时，辅助簇首在其一跳邻居节点集内选择当前剩余能量最大的作为中继节点，以完成室内环境数据的传输。
本实施例根据辅助簇首与基站的距离设定了相应的最佳中继路由方案。
在一个实施例中，主要簇首在其簇内的成员节点中选择一个成员节点作为辅助簇首，具体包括：
(1)主要簇首按照下列公式计算其簇内成员节点的选择概率：
式中，Vk表示主要簇首a的成员节点k的选择概率，Qk为成员节点k的当前剩余能量，为主要簇首a的簇内成员节点的平均能量，/(a,sink)为主要簇首a到基站的距离，/(k,a)为成员节点k到其主要簇首a的距离，/(k,sink)为成员节点k到基站的距离，dk为成员节点k收到基站“hello”数据包的时间，为由基站设定的成员节点k收到基站“hello”数据包的理论时间，m为设定的权重系数；
(2)主要簇首将选择概率最大的成员节点作为辅助簇首。
本实施例根据能量以及位置因素创造性地设计了选择概率的计算公式，并从中引入了根据传感器节点接收基站数据包的实际信号强度与理论信号强度的差别设计的用于距离的加权系数，使得选择概率能够更精确地衡量成员节点的位置优势和能量优势；本实施例将选择概率最大的成员节点作为辅助簇首，能够为主要簇首选择最佳的辅助簇首用于承担转发室内环境数据的任务，降低了网络中主要簇首与辅助簇首之间的通信能耗，节约了智能家居系统在室内环境数据收集方面的通信成本。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。