一种无线开关控制方法及其控制系统

1.一种无线开关控制系统，其特征在于，包括：无线射频标签、无线射频移动终端、控制服务器和开关设备；所述无线射频标签保存有系统内唯一的ID号，该ID号与实际开关设备之间存在逻辑映射关系；所述无线射频移动终端通过无线感应方式读取无线射频标签的信息，并通过网络或专线连接后台的控制服务器；所述控制服务器接收来自移动终端的开关控制请求和命令，按照预设的开关控制逻辑驱动开关设备；所述开关设备接收控制服务器的命令，执行实际的设备开启和关闭操作；
所述控制服务器包括：标签管理模块、用户管理及认证鉴权模块、开关控制模块、计费模块、数据存储模块和管理模块；所述标签管理模块负责无线射频标签ID分配、保存无线射频标签ID的物理位置信息，以及保存无线射频标签ID与开关设备之间的逻辑映射，支持根据无线射频标签ID查找所对应的开关设备；所述用户管理及认证鉴权模块，负责用户帐号管理，以及对用户身份的认证和鉴权；所述开关控制模块，负责保存开关操作模式、执行开关控制逻辑、驱动开关设备；所述计费模块，负责在收到开关控制模块的计费指令时执行计费操作；所述管理模块，用于管理员对用户帐号、无线射频标签ID、逻辑映射、开关操作模式和计费费率进行配置管理。
2.根据权利要求1所述的无线开关控制系统，其特征在于，所述无线射频标签ID与开关设备之间的逻辑映射是一对一映射、一对多映射或多对一映射，所述一对一映射为一个无线射频标签对应一个开关设备，所述一对多映射为一个无线射频标签对应多个开关设备，所述多对一映射为多个无线射频标签对应一个开关设备。
3.权利要求1所述的无线开关控制系统，其特征在于，所述控制服务器与所述开关设备集成在一起。

一种无线开关控制方法及其控制系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种无线控制技术，特别是涉及一种面向无线射频移动终端的开关控制方法及其控制系统。\n背景技术\n[0002] 公共场所的照明、空调、风扇等设备通常是耗电大户，由于缺乏灵活准确的能耗控制和管理手段，常常时很多没人或人很少的地方设备满负荷运转，而很需要用电的地方设备又难以及时开启；此外，公共场所的开关设备往往缺乏有效监管，导致人为损坏率很高，比如：课室的照明开关、风扇开关常常因为操作非常频繁、以及有些学生不按规则操作，其控制面板容易损坏，影响教学和自习。日常用的开关主要分为传统的按键/旋钮开关、人体感应式开关、无线遥控开关等几类，基本原理大都是利用面板上的按钮产生控制信号，来控制设备的电流通、断和大小。按键/旋钮开关的不足主要包括以下几方面：\n[0003] （1）容易被人为损坏：按键/旋钮开关的操作面板采用机械或电子结构，公共场合（如：课时、办公楼等）的开关在缺乏监管的情况下，容易由于不当操作而损坏。\n[0004] （2）部署成本较高：按键/旋钮开关的成本主要包括开关本身购置成本、开关面板布线的线材成本和施工成本等。开关面板的部署位置越多、部署位置与控制设备之间的距离越远，则部署成本越高。\n[0005] （3）改变现有的开关面板部署位置比较困难：如果要改变按键/旋钮开关的部署位置，通常需要重新布线；布暗线很麻烦，布明线又影响美观。\n[0006] 人体感应式开关主要借助人体的某些特征，如：红外感应、声音感知、指纹特征识别、人脸识别等实现开关控制功能，其存在的不足包括：\n[0007] （1）使用成本高：需要附加专用的感应设备，比如红外感应模块、声音感应、指纹识别模块、虹膜识别模块、人脸识别模块等，设备购置成本较高，部署时需要布设电源线和专用信号线；\n[0008] （2）控制不够灵活：比较复杂一些的设备，比如需要调速的风扇、需要调级的空调等，难以用感应的方式进行调解和控制；\n[0009] 利用手机进行远程遥控的开关系统，即用户在自己的手机上运行相关软件，对远程设备的开关实施控制，这种控制方式的不足在于：\n[0010] （1）操作较繁琐：对于用户不熟悉的公共场合的设备，仅依靠手机自身的浏览功能和搜索功能查找要控制的设备，其操作步骤比较繁琐、容易出错、用户体验不够好；\n[0011] （2）存在安全隐患：如果系统允许不在场的用户对现场开关进行远程控制，容易造成安全管理方面的隐患。\n[0012] 目前，随着移动通信终端快速普及，内置无线射频标签识别功能的手机迅速增加，基于无线射频技术(RFID、NFC)的物联网应用蓬勃发展，这些新型技术和设备的出现为公共场所耗能设备的精确控制提供了可能。\n发明内容\n[0013] 本发明的首要目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种无线开关控制方法，该方法控制灵活，控制精度高。\n[0014] 本发明的另一目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种实现无线开关控制方法的无线开关控制系统，该系统成本低，故障率低。\n[0015] 本发明的首要目的通过以下技术方案实现：一种无线开关控制方法，包括以下步骤：\n[0016] 步骤1、无线射频移动终端感应并识别到无线射频标签，用户通过无线射频移动终端输入开关控制请求及命令;\n[0017] 步骤2、无线射频移动终端经由无线通信网络发送所述开关控制请求及命令到控制服务器；\n[0018] 步骤3、控制服务器验证所述开关控制请求及命令，驱动与无线射频移动终端所感应到的无线射频标签存在逻辑映射的开关设备断开或闭合。\n[0019] 所述步骤3包括以下步骤：\n[0020] S1、所述控制服务器根据开关控制请求中的无线射频移动终端的标识信息和无线射频标签的标识信息，验证用户身份以及对无线射频标签所对应的开关设备的操作权限；\n[0021] S2、若用户具有操作权限，则控制服务器提取与无线射频标签具有逻辑映射的开关设备的开关操作模式，发送给无线射频移动终端；\n[0022] S3、无线射频移动终端根据接收到的所述开关操作模式，生成并在屏幕上显示虚拟的开关操作界面；\n[0023] S4、无线射频移动终端根据用户的操作生成开关控制命令，发送给控制服务器；\n[0024] S5、控制服务器根据开关控制命令驱动开关设备断开或闭合。\n[0025] 对开关设备进行操作时，控制服务器允许开启计费模块计算使用费，所述计费模块的计费过程包括以下步骤：\n[0026] C1、开关设备闭合时，计费模块开始计费；\n[0027] C2、实时查询用户的余额是大于还是等于零；当开关设备断开前且余额等于零时，计费模块向控制服务器发出余额为零的通知，并且控制服务器驱动开关设备断开；当开关设备断开时，余额大于或等于零时，则运行下一步；\n[0028] C3、终止计费并计算使用费。\n[0029] 所述步骤S3中无线射频移动终端可以缓存收到的开关使用模式，并允许用户针对该使用模式预先设定开关控制命令，当无线射频移动终端感应到该类型无线射频标签时，跳过步骤S1～S3，直接执行步骤S4和步骤S5。\n[0030] 所述步骤3中，所述控制服务器允许根据预设的延迟参数，在收到开关控制命令后，延迟一段时间后再按次序驱动开关设备执行开启或关闭动作。\n[0031] 本发明的另一目的通过以下技术方案实现：一种实现无线开关控制方法的无线开关控制系统，包括：无线射频标签、无线射频移动终端、控制服务器和开关设备；所述无线射频标签保存有系统内唯一的ID号，该ID号与实际开关设备之间存在逻辑映射关系；所述无线射频移动终端通过无线感应方式读取无线射频标签的信息，并通过网络或专线连接后台的控制服务器；所述控制服务器接收来自移动终端的开关控制请求和命令，按照预设的开关控制逻辑驱动开关设备；所述开关设备接收控制服务器的命令，执行实际的设备开启和关闭操作。\n[0032] 所述控制服务器包括：标签管理模块、用户管理及认证鉴权模块、开关控制模块、计费模块、数据存储模块和管理模块；所述标签管理模块负责无线射频标签ID分配、保存无线射频标签ID的物理位置信息，以及保存无线射频标签ID与开关设备之间的逻辑映射，支持根据无线射频标签ID查找所对应的开关设备；所述用户管理及认证鉴权模块，负责用户帐号管理，以及对用户身份的认证和鉴权；所述开关控制模块，负责保存开关操作模式、执行开关控制逻辑、驱动开关设备；所述计费模块，负责在收到开关控制模块的计费指令时执行计费操作；所述管理模块，允许管理员对用户帐号、无线射频标签ID、逻辑映射、开关操作模式、计费费率进行配置管理。\n[0033] 所述逻辑映射可以是一对一映射、一对多映射或多对一映射，所述一对一映射为一个无线射频标签对应一个开关设备，所述一对多映射为一个无线射频标签对应多个开关设备，所述多对一映射为多个无线射频标签对应一个开关设备。\n[0034] 所述控制服务器可以与所述开关设备可以集成在一起。\n[0035] 本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：\n[0036] （1）用低成本的无线射频标签，结合越来越普及的无线射频移动终端，构成虚拟开关操作面板，实现传统开关的控制功能，成本大为降低且耐用；无线射频标签本身寿命接近无限，且不存在机械故障；无源的无线射频标签不需要外接电源，降低了设备成本和部署成本，还可以根据需要随时改变部署位置，适合于开关位置经常变动的场合；利用移动通信终端通过无线网络连接控制服务器、控制实际的开关设备，省去了为传统开关布设控制线的麻烦。\n[0037] （2）开关操作界面显示在无线射频移动终端上，可以利用软件模拟任意类型的开关操作界面，实现开关面板的低成本更新和升级、支持个性化的开关操作界面；相比之下，传统的开关要针对每一种新面板重新开模具，成本高昂。\n[0038] （3）利用感应无线射频标签的方式启动无线射频移动终端上的开关操作界面，比用户手工查找和调出操作界面，更为方便快捷。\n[0039] （4）用户可以针对同一类型的无线射频标签预设开关控制命令，从而进一步省去操作开关界面的步骤，更为快捷；比如：对简单的灯光控制，只有开和关两个动作；用户可对这类开关预设开关控制命令，使用时将无线射频移动终端靠近无线射频标签，即可切换灯光的开、闭状态。\n[0040] （5）控制服务器实现用户身份认证和鉴权，并完成计费操作，适合于公共场合设备的管理控制；计费操作可以精确到每个单独的用户。\n[0041] 本发明的优点主要包括：\n[0042] （1）省去了普通的开关操作面板，减少了布线成本、降低了开关购置成本；\n[0043] （2）降低了开关出现故障的几率；\n[0044] （3）避免了手指接触开关导致的病菌传播，特别适合公共场合，比如：课时、写字楼、医院、电影院、展会等。\n[0045] （4）统一管理，管理人员统一授予各个开关的使用权限到具体的移动终端、具体的时段；\n[0046] （5）设备开启的时长、级别、功率大小等参数可以在中央进行集中控制，容易做非常细致的耗能开支计算；\n[0047] （6）准确计费：相比传统的感应开关，本系统可以精确到何人使用、何处使用、何时开启、何时关闭、该收多少费用，这种精准计费的方式有利于形成节能降耗的机制；\n[0048] （7）简化操作，控制精度高：以前一个用户要分别打开灯、风扇、空调；离开的时候又要逐一关闭，现在只要感应一下，由后台的服务器自动计算相关附属设备及影响范围，自动按照顺序开启一些列设备，这对于越来越复杂的设备环境下，简化用户的操作、做到精确化节能控制。\n[0049] （8）适用范围广：（a）适用场所包括：教学楼、课室、写字楼、图书馆、博物馆、展览厅、候机厅、候车室、酒店、餐厅、购物商场、公园、游乐场、浴室、洗手间；（b）受控设备包括：\n照明、门禁、空调、风扇、抽风机、投影仪、电脑、电子显示屏、储物柜、电动窗/窗帘。\n[0050] （9）可以减少开关面板的布线及维护成本、降低因机械故障或人为破坏而损坏的几率、增加开关面板布设的便利性和灵活性、对无线射频移动终端进行精确定位及计费，从而增强开关使用的安全性和可管理性；开关系统控制的灵活性高，并且节能环保。\n附图说明\n[0051] 图1为系统工作原理示意图。\n[0052] 图2为无线射频标签示意图。\n[0053] 图3为开关操作步骤示意图。\n[0054] 图4为简化的开关操作步骤示意图。\n[0055] 图5为集成了控制服务器功能的开关控制设备示意图。\n具体实施方式\n[0056] 实施例一、教学楼中的课室照明和风扇开关控制系统的实施例及相关附图。\n[0057] 教学楼作为教学公共设施，其课室的照明和风扇开关使用频度非常高，因此非常容易损坏。学生和老师经常会遇到课室照明开关或风扇开关损坏，影响上课或自习。\n[0058] 本发明基于当前无线射频技术和移动互联网技术的快速发展，提出一种新的面向无线射频移动终端的开关控制方法及系统，可以提高开关使用寿命，减少开关故障。\n[0059] 如图1所示，本发明所述系统包括无线射频标签、无线射频移动终端、控制服务器和开关设备，无线射频标签与开关设备之间存在逻辑映射（如图1中虚线所示），无线射频移动终端与无线射频标签通过相互感应进行通信。\n[0060] 所述无线射频移动终端具有无线射频标签识别单元，用于在有效感应范围内感应并识别无线射频标签、读取其中的标识信息；所述无线射频移动终端通过无线通信网络与控制服务器进行通信；所述控制服务器包括标签定位模块、认证及授权模块、开关控制模块、计费模块、数据存储模块和管理模块；所述无线射频移动终端用于保存用户预先设置的命令，供业务处理模块读取并执行。\n[0061] 如图2所示，本发明充当开关出发装置的无线射频标签包括天线和芯片两部分组成，其厚度可以很薄，印刷在不干胶上，也可以封装在塑料片中。标签尺寸的大小主要取决于其天线的大小，天线越大，感知距离越远；反之，天线越小，感知距离越近。\n[0062] 该无线射频标签成本低廉、构造简单，可以粘贴在塑料或有机玻璃板上，安装的时候无需布线，也可以直接固定在课室内的门口的墙壁上，代替传统的按键或旋钮开关。\n[0063] 本发明的使用步骤包括：\n[0064] （1）无线射频移动终端接近无线射频标签的有效识别范围，并识别该无线射频标签、获取无线射频标签信息（如图3中的步骤1）；\n[0065] （2）无线射频移动终端发送开关控制请求到控制服务器（图3中步骤2）；该请求包含获取到的无线射频标签信息和无线射频移动终端自身的标识信息；\n[0066] （3）控制服务器根据收到的开关控制请求，对该请求进行认证和鉴权（图3中步骤\n3）；主要判定：（i）无线射频标签是否合法，是否对应了可控制的开关设备；（ii）发出请求的终端是否合法，是否具备了控制所述无线射频标签的权限；\n[0067] （4）控制服务器在认证和鉴权通过之后，将无线射频标签对应的开关设备操作模式信息返回无线射频移动终端（图3步骤4）；\n[0068] （5）无线射频移动终端根据收到的开关设备操作模式信息，生成相应的开关操作界面，并在屏幕上显示，接收用户输入（图3步骤5）；\n[0069] （6）无线射频移动终端根据用户输入，生成开关控制命令，发送给控制服务器（图3步骤6）；\n[0070] （7）控制服务器根据收到的开关控制命令，驱动开关设备，产生开关动作（图3步骤7），所述动作包括：开启或关闭课室的灯光、调节风扇的风力大小等。\n[0071] （8）控制服务器允许根据收到的开关控制命令，启动或停止计费操作；计费操作为可选操作，是否计费由管理人员在后台进行配置；具体计费过程包括以下步骤：\n[0072] S1、开关设备闭合时，计费模块开始计费；\n[0073] S2、实时查询用户的余额是大于还是等于零；当开关设备断开前且余额等于零时，计费模块向控制服务器发出余额为零的通知，并且控制服务器驱动开关设备断开；当开关设备断开时，余额大于或等于零时，则运行下一步；\n[0074] S3、终止计费并计算使用费总额。\n[0075] 教学楼的课室管理人员通过控制服务器的管理模块对开关设备的控制权限、开关设备的使用模式、无线射频标签的空间位置、无线射频标签与开关设备之间的逻辑映射以及计费模块的计费规则和费率进行配置和管理。\n[0076] 无线射频标签与开关设备之间的逻辑映射关系由管理人员通过管理模块进行配置和管理，并将该逻辑映射保存在控制服务器上；该逻辑映射可以是一对一映射、一对多映射和多对一映射：\n[0077] （1）所述一对一的逻辑映射，即单个无线射频标签对应单个开关设备，即当前者被移动终端识别后，发出的开关操作命令只作用于后者，比如：一个布置于课室门口墙壁上的无线射频标签A，通过一对一映射，对应于该课室的灯光控制开关；另一个无线射频标签B，则对应于课室的风扇控制开关。\n[0078] （2）所述一对多逻辑映射，即单个无线射频标签对应多个开关设备，前者被识别后发出的开关操作命令同时作用于多个开关设备，比如：一个布置在教学楼某层楼值班室的无线射频标签，通过一对多的逻辑映射，对应于该层楼的所有课室的照明开关，使值班人员可以一次性开启或关闭该层楼的所有课室灯光。\n[0079] （3）所述多对一逻辑映射，即多个无线射频标签对应于一个开关设备，前者中任何一个被识别后发出的操作命令都作用于后者，比如：课室的前门和后门的墙壁上各设一个无线射频标签，两个无线射频标签通过多对一逻辑映射，对应于该课室的照明开关；学生和老师可以选择其中任何一个无线射频标签启动或关闭该课室的照明。\n[0080] 所述控制服务器允许根据管理人员预设的延迟参数，在收到来自终端的开关控制命令后，延迟一段时间后再执行动作。比如：教学楼值班人员晚上离开值班室之前，利用自己的无线射频移动终端读取设在值班室的无线射频标签，发出关闭走廊照明设备的控制命令，并预设2分钟的延迟时间，该延迟时间足够值班人员从值班室走到大楼门口。\n[0081] 当连续操作同类型的开关设备时，无线射频移动终端允许把收到的开关使用模式信息缓存在本地的数据存储单元，从而不必反复向控制服务器请求同样的开关使用模式信息，以提高效率。\n[0082] 比如：对教学楼里面的属于同一类型的照明开关、采用同样的操作面板和操作方式，则其无线射频标签ID可以统一以A001开头，终端在检测到类似无线射频标签后，可以直接利用之前缓存的A001类型的开关操作模式信息而无需每次向控制服务器查询。则此时的操作步骤简化为如图4所示：\n[0083] （1）无线射频移动终端接近无线射频标签的有效识别范围，并识别该无线射频标签、获取无线射频标签信息（如图4中的步骤1）；\n[0084] （2）无线射频移动终端从本地的数据存储单元中检索是否有缓存该无线射频标签的使用模式信息，如果有则从本地提取开关使用模式信息，并生成相应的开关操作界面，接收用户输入（如图4中的步骤2）；\n[0085] （3）无线射频移动终端根据用户输入，生成开关控制命令，发送给控制服务器（图4步骤3）；\n[0086] （4）控制服务器根据收到的开关控制命令，对该控制命令进行认证和鉴权（图4中步骤4）；主要判定：（i）无线射频标签是否合法，是否对应了可控制的开关设备；（ii）识别号所代表的终端是否合法，是否具备了控制所述无线射频标签的权限；\n[0087] （5）控制服务器在认证和鉴权通过之后，驱动开关设备，产生开关动作（图4步骤\n5），所述动作包括：开启或关闭课室的灯光、调节风扇的风力大小等。\n[0088] （6）控制服务器根据收到的开关控制命令，启动或停止计费操作；计费操作为可选操作，是否计费由管理人员在后台进行配置。\n[0089] 所述控制服务器可以与所述开关设备集成，集成了控制服务器功能的开关设备及应用系统结构示意图如图5所示。\n[0090] 实施例二、实验室的照明及空调控制\n[0091] 现有的实验室照明及空调控制不够灵活，不论人多还是人少，往往都全部开启，容易造成能耗浪费；而采用基于本发明的实验室开关控制系统，可以有效解决这一问题。\n[0092] 基于本发明的实验室开关控制系统，其系统构成和操作方法类似于实施例一。不同之处在于无线射频标签被布置在每个人的座位上，这些无线射频标签被设置成仅与覆盖当事人自己座位的照明及空调设备构成逻辑映射关系。相比传统的开关布设方式，采用无线射频标签可以免去布线的麻烦。\n[0093] 当事人进入或离开时，无需操作配电箱的总开关，而是只需要用自己持有的无线射频移动终端识别自己座位上的无线射频标签，向控制服务器发出开启命令或关闭命令。\n当两个人的座位相邻而共享照明及空调设备、导致发出的开关命令有重叠或有矛盾的时候，由控制服务器统一负责进行协调，避免产生控制命令的冲突。\n[0094] 上述控制系统可以有效的、个性化的解决实验室灯光及空调控制问题。\n[0095] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。