[发明专利]基于物联网的智能家居雾霾环境实验教学系统

摘要

本发明公开了基于物联网的智能家居雾霾环境实验教学系统，包括雾霾环境模拟系统、家居房间、家居设备、房间环境传感器终端模块、房间环境网关模块、房间环境控制模块、数据处理中心、手持终端、视频演示系统、实验指导系统和学生实验箱；雾霾环境模拟系统包括雾霾发生装置、模拟太阳光发生装置、造风发生装置、造雨发生装置、雾霾环境模拟空间、雾霾环境传感器终端模块、雾霾环境网关模块、雾霾环境控制模块。本发明通过模拟真实雾霾环境及体现真实智能家居的智能控制，有利于学生真实感受和学习掌握智能家居控制与物联网技术的原理，提高学生的学习主动性和学习效率。系统还可用于智能家居实验研究，提供了院校服务经济社会发展的能力。

主权项

1.基于物联网的智能家居雾霾环境实验教学系统，其特征在于，包括雾霾环境模拟系统、家居房间、家居设备、房间环境传感器终端模块、房间环境网关模块、房间环境控制模块、数据处理中心、手持终端、视频演示系统、实验指导系统和学生实验箱；所述雾霾环境模拟系统包括雾霾发生装置、模拟太阳光发生装置、造风发生装置、造雨发生装置、雾霾环境模拟空间、雾霾环境传感器终端模块、雾霾环境网关模块、雾霾环境控制模块；所述雾霾发生装置包括雾霾发生器和雾霾发生控制器；所述模拟太阳光发生装置包括太阳模拟器和太阳模拟控制器；所述造风发生装置包括造风发生器和造风控制器；所述造雨发生装置包括造雨发生器和造雨控制器；所述家居房间包括家居地面、上隔墙、下隔墙、左隔墙、右隔墙和家居屋顶，所述右隔墙设置有一扇门，所述上隔墙设置有一个窗户，在所述门和窗户为关闭状态下，所述家居地面、上隔墙、下隔墙、左隔墙、右隔墙和家居屋顶形成封闭空间；所述家居设备包括加湿器、空调器、排气扇、空气净化器、报警器、LED灯、电动窗户和电动窗帘；所述雾霾环境模拟空间紧邻所述家居房间，所述雾霾环境模拟空间由空间地面、左外隔墙、上外隔墙、中隔墙、下外隔墙、右隔墙、上隔墙和空间屋顶形成密闭空间；所述家居房间设置在雾霾环境模拟空间内，所述上外隔墙与上隔墙的距离为1～2m，所述下外隔墙与下隔墙的距离为1～2m，所述左外隔墙与左隔墙的距离为1～2m，所述中隔墙与右隔墙的距离为1～2m，所述所述雾霾环境模拟空间的层高高于家居屋顶1～2m；所述雾霾发生器安装在雾霾环境模拟空间并向所述雾霾环境模拟空间输送雾霾，所述太阳模拟器安装在雾霾环境模拟空间并向所述家居房间照射模拟太阳光，所述造风发生器安装在雾霾环境模拟空间并向所述雾霾环境模拟空间送风，所述造雨发生器安装在雾霾环境模拟空间并向所述雾霾环境模拟空间送雨；所述雾霾环境传感器终端模块，用于采集所述雾霾环境模拟空间内的多个模拟空间环境数据，所述多个模拟空间环境数据包括PM2.5数据、PM10数据、风速数据、风向数据、雨量数据、光照度数据和色温数据；所述雾霾环境网关模块与所述雾霾环境传感器终端模块进行通信，用于接收雾霾环境传感器终端模块上报的霾环境功能单元并在所带屏幕上实时显示，将所述多个模拟空间环境数据转换为预设通信协议类型的模拟空间环境数据包发送到所述数据处理中心，同时向所述雾霾环境控制模块转发所述数据处理中心传来的模拟空间告警指令和模拟空间控制指令；所述雾霾环境控制模块与所述雾霾环境网关模块进行通信，用于接收所述雾霾环境网关模块转发的所述模拟空间控制指令，并根据所述模拟空间控制指令调用与所述模拟空间控制指令对应的雾霾环境功能单元执行相应操作，以及将每个雾霾环境功能单元的操作结果返回至雾霾环境网关模块，所述雾霾环境控制模块包括多个雾霾环境功能单元，所述多个雾霾环境功能单元包括：雾霾发生控制器、太阳模拟控制器、造风控制器和造雨控制器；所述房间环境传感器终端模块，用于采集所述家居房间内的多个房间环境数据，所述多个房间环境数据包括PM2.5数据、PM10数据、风速数据、风向数据、光照度数据和色温数据；所述房间环境网关模块与所述房间环境传感器终端模块进行通信，用于接收房间环境传感器终端模块上报的所述多个房间环境数据并在所带屏幕上实时显示，将所述多个房间环境数据转换为预设通信协议类型的房间环境数据包发送到所述数据处理中心，同时向所述房间环境控制模块转发所述数据处理中心传来的房间告警指令和房间控制指令；所述房间环境控制模块与所述房间环境网关模块进行通信，用于接收所述房间环境网关模块转发的所述房间控制指令和房间告警指令，并根据所述房间控制指令和房间告警指令调用与所述房间控制指令和房间告警指令对应的房间环境功能单元执行相应操作，以及将每个房间环境功能单元的操作结果返回至房间环境网关模块，其中，所述房间环境控制模块包括多个房间环境功能单元，所述多个房间环境功能单元包括：LED灯控制器、门启闭控制器、窗户启闭控制器、加湿器控制器、空调控制器、排气扇控制器、空气净化器控制器和报警控制器；所述数据处理中心与所述雾霾环境网关模块和房间环境网关模块进行通信，用于接收所述雾霾环境网关模块转发的所述模拟空间环境数据包和所述房间环境网关模块转发的所述房间环境数据包，通过对所述模拟空间数据包和房间环境数据包进行解析以获取所述模拟空间环境数据和房间环境数据，对所述模拟空间环境数据和房间环境数据进行分析，根据分析结果向所述雾霾环境网关模块和房间环境网关模块发出对应的模拟空间告警指令、模拟空间控制指令、房间告警指令和房间控制指令；所述手持终端与所述雾霾环境网关模块和房间环境网关模块进行通信，用于接收所述雾霾环境网关模块转发的模拟空间告警指令、模拟空间控制指令和房间环境网关模块转发的房间告警指令和房间控制指令，并根据所述模拟空间告警指令、模拟空间控制指令、房间告警指令和房间控制指令发送对应的控制指令到对应的所述雾霾环境网关模块或房间环境网关模块；所述视频演示系统与所述雾霾环境网关模块和房间环境网关模块相连，用于根据所述雾霾环境网关模块和房间环境网关模块转发的对应的所述模拟空间告警指令、模拟空间控制指令、房间告警指令和房间控制指令向学生提供所雾霾环境模拟系统、雾霾发生装置、模拟太阳光发生装置、造风发生装置、造雨发生装置、雾霾环境模拟空间、雾霾环境传感器终端模块、雾霾环境网关模块、雾霾环境控制模块、家居房间、家居设备、房间环境传感器终端模块、房间环境网关模块、房间环境控制模块、手持终端的性能指标的音频解说、工作过程和工作效果的视频展示，以及提供与所述雾霾环境模拟系统、雾霾发生装置、模拟太阳光发生装置、造风发生装置、造雨发生装置、雾霾环境模拟空间、雾霾环境传感器终端模块、雾霾环境网关模块、雾霾环境控制模块、家居房间、家居设备、房间环境传感器终端模块、房间环境网关模块、房间环境控制模块、手持终端的工作相关的体验控制应用程序，用户通过选择并执行所述体验控制应用程序学习所述智能家居雾霾环境实验教学系统的各个功能；所述实验指导系统与所述雾霾环境网关模块、房间环境网关模块相连，用于提供所述雾霾环境模拟系统、雾霾发生装置、模拟太阳光发生装置、造风发生装置、造雨发生装置、雾霾环境模拟空间、雾霾环境传感器终端模块、雾霾环境网关模块、雾霾环境控制模块、家居房间、家居设备、房间环境传感器终端模块、房间环境网关模块、房间环境控制模块、手持终端的理论原理和相关专业知识进行视频和文本教学，并且，所述实验指导系统用于根据学生选择的开发模块，向所述学生提供与选择的开发模块对应的学习内容，其中，所述开发模块包括所述雾霾环境传感器终端模块、雾霾环境网关模块、雾霾环境控制模块、房间环境传感器终端模块、房间环境网关模块、房间环境控制模块、手持终端中的一种或多种，所述实验指导系统安装于每个学生的计算机上；所述学生实验箱用于学生体验开发测试所述传雾霾环境传感器终端模块、雾霾环境网关模块、雾霾环境控制模块、房间环境传感器终端模块、房间环境网关模块、房间环境控制模块。