一种基于KNX总线协议的智能家居逻辑控制方法及系统

1.一种基于KNX总线协议的智能家居逻辑控制方法，其特征在于，首先，按设定的需求对家居设备进行分组，基于KNX总线协议对分组后的家居设备进行家居设备地址、家居设备群组地址及家居设备的初始状态进行设置；然后，通过上位机以家居设备的群组地址的报文形式发送控制命令传送至KNX总线上，逻辑控制器从KNX总线上接收控制命令，并对控制命令进行基于组合逻辑运算和时序逻辑运算的解析和判断；最后，逻辑控制器将合乎控制逻辑的命令按照时序以群组地址的报文发送至KNX总线上，实现对智能家居的智能控制；
所述组合逻辑运算是检验发送至分组后的家居设备的控制命令是否会引起不同设备之间的逻辑冲突，若存在冲突，则逻辑控制器暂停控制命令的发送，并发出询问请求；若不存在冲突，则逻辑控制器将当前控制命令继续进行时序逻辑运算；
所述时序逻辑运算是指判断控制命令中所包含的多个设备的操作命令之间是否存在时序逻辑，若存在时序逻辑，则逻辑控制器依据时序逻辑将群组地址的报文分解成多个单独报文依次 发送每个家居设备控制命令；若不存在时序逻辑，则逻辑控制器将控制命令的群组地址的报文标记位修改为有效家居设备控制命令标志位后，上传至KNX总线；
所述家居设备群组地址的标记位初始状态设置为1，有效家居设备控制命令的群组地址的标志位为0。
2.一种基于KNX总线协议的智能家居逻辑控制系统，其特征在于，采用权利要求1所述的基于KNX总线协议的智能家居逻辑控制方法，包括上位机、KNX总线、KNX电源、无线发射器及逻辑控制器，所述上位机、KNX电源、无线发射器及逻辑控制器均与KNX总线相连，家居设备的控制端与KNX总线。
3.根据权利要求2所述的基于KNX总线协议的智能家居逻辑控制系统，其特征在于，所述家居设备包括照明设备、传感设备、通风设备、空调设备、影音设备及安防设备。

一种基于KNX总线协议的智能家居逻辑控制方法及系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及智能家居系统领域，特别涉及一种基于KNX总线协议的智能家居逻辑控制方法及系统。\n背景技术\n[0002] 1999年5月，欧洲三大总线协议EIB、BatiBus和EHSA合并成立了Konnex协会，提出了KNX(Konnex)总线协议。该协议以EIB为基础，兼顾了BatiBus和EHSA的物理层规范，并吸收了BatiBus和EHSA中配置模式等优点，提供了家庭、楼宇自动化的完整解决方案。KNX于\n2007年被批准为中国标准GB/Z 20965。不同性能、不同厂家生产的产品可以实现互操作，而且通过了严格的质量控制和第三方的KNX认证，这样就进一步保证了产品质量。KNX总线协议为智能家居产品提供了丰富的扩展形式和标准接口。\n[0003] 尽管智能家居属于当前的热门产业并吸引了大量的投资者和研发人员，但实际上KNX总线协议的发展仍处于起步阶段。主要原因在于不少智能家居厂商转型自传统的家电厂商、通信设备厂商等，这些厂商在投入智能家居后，依旧沿用了各自在以前领域的相关标准，彼此间难以兼容，无法满足针对智能家居产品的高效、简单、实用等要求。\n[0004] 群组控制是KNX总线协议中所支持的一种操作模式，即通过某个群组命令发出群组报文，同时实现对相关设备的整体操作。而在实际的智能家居环境中，群组操作涉及到多个设备操作，协议本身无法对操作的合理性进行有效判断，而用户在发出命令时也有可能出现考虑不充分的情况，从而使群组命令与当前条件或预置的情景模式等存在冲突，如用户在远程离家模式下误触发了门禁解锁命令、在缺水状态启动了加热水命令等，这些问题都需要系统具有高效灵敏的逻辑判断和推理能力，使用户获得更贴心安全的智能家居体验。\n发明内容\n[0005] 本发明提出一种基于KNX总线协议的智能家居逻辑控制方法及系统，通过基于KNX总线协议对群组控制命令进行优化控制，克服现有技术中的家居设备控制命令存在逻辑矛盾或时序冲突引起的家居设备控制失效，甚至造成家居设备的损坏的问题。\n[0006] 一种基于KNX总线协议的智能家居逻辑控制方法，首先，按设定的需求对家居设备进行分组，基于KNX总线协议对分组后的家居设备进行家居设备地址、家居设备群组地址及家居设备的初始状态进行设置；然后，通过上位机以家居设备的群组地址的报文形式发送控制命令传送至KNX总线上，逻辑控制器从KNX总线上接收控制命令，并对控制命令进行基于组合逻辑运算和时序逻辑运算的解析和判断；最后，逻辑控制器将合乎控制逻辑的命令按照时序以群组地址的报文发送至KNX总线上，实现对智能家居的智能控制；\n[0007] 【根据用户的功能需求将接入系统的设备划分为不同群组，划分方式既可以围绕照明、传感、通风等常用功能进行划分，也可以针对某一特定功能将两个或两个以上设备划分至同一群组。每个设备和群组具有唯一的物理地址。当用户需控制多个设备来实现某项功能，可通过控制开关发出群组命令，一次性启动多个相关设备，对用户操作进行了极大简化。若某个设备在多项功能中扮演的不同角色，则该设备可能同时分入多个群组。】[0008] 所述组合逻辑运算是检验发送至分组后的家居设备的控制命令是否会引起不同设备之间的逻辑冲突，若存在冲突，则逻辑控制器暂停控制命令的发送，并发出询问请求；\n若不存在冲突，则逻辑控制器将当前控制命令继续进行时序逻辑运算；\n[0009] 所述时序逻辑运算是指判断控制命令中所包含的多个设备的操作命令之间是否存在时序逻辑，若存在时序逻辑，则逻辑控制器依据时序逻辑将群组地址的报文分解成多个单独报文依发送每个家居设备控制命令；若不存在时序逻辑，则逻辑控制器将控制命令的群组地址的报文标记位修改为有效家居设备控制命令标志位后，上传至KNX总线。\n[0010] 所述家居设备群组地址的标记位初始状态设置为1，有效家居设备控制命令的群组地址的标志位为0。\n[0011] 【由于合法群组地址的标记位为0，标志位为1的命令将不被对应设备识别，从而避免命令仅被逻辑控制器识别，而不会被群组设备直接接收。】\n[0012] 一种基于KNX总线协议的智能家居逻辑控制系统，采用所述的基于KNX总线协议的智能家居逻辑控制方法，包括上位机、KNX总线、KNX电源、无线发射器及逻辑控制器，所述上位机、KNX电源、无线发射器及逻辑控制器均与KNX总线相连，家居设备的控制端与KNX总线。\n[0013] 所述家居设备包括照明设备、传感设备、通风设备、空调设备、影音设备及安防设备。\n[0014] 有益效果\n[0015] 本发明提出了一种基于KNX总线协议的智能家居逻辑控制方法及系统，该方法首先按设定的需求对家居设备进行分组，基于KNX总线协议对分组后的家居设备进行家居设备地址、家居设备群组地址及家居设备的初始状态进行设置；然后，通过上位机以家居设备的群组地址的报文形式发送控制命令传送至KNX总线上，逻辑控制器从KNX总线上接收控制命令，并对控制命令进行基于组合逻辑运算和时序逻辑运算的解析和判断；最后，逻辑控制器将合乎控制逻辑的命令按照时序以群组地址的报文发送至KNX总线上，实现对智能家居的智能控制；\n[0016] 以常规的KNX总线协议为基础，所实施的组合逻辑校验以及时序逻辑推理均可通过逻辑电路或可编程逻辑控制器统一实现，该系统实现了对系统控制命令的组合逻辑校验以及时序逻辑推理，提升了智能家居系统的智能化水平，保证了智能家居操作的可靠性和准确性。尽管具体的逻辑运算并不属于该发明的保护范围，但本发明为智能家居逻辑控制模式提供了丰富的扩展空间，将对智能家居控制系统的研发及应用产生重要影响。\n附图说明\n[0017] 图1为基于KNX协议的智能家居逻辑控制系统结构图；\n[0018] 图2为KNX协议原始群组地址格式；\n[0019] 图3为修改标记位后的群组地址格式；\n[0020] 图4为单个设备地址格式。\n具体实施方式\n[0021] 下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。\n[0022] 一种基于KNX总线协议的智能家居逻辑控制方法，首先，按设定的需求对家居设备进行分组，基于KNX总线协议对分组后的家居设备进行家居设备地址、家居设备群组地址及家居设备的初始状态进行设置；然后，通过上位机以家居设备的群组地址的报文形式发送控制命令传送至KNX总线上，逻辑控制器从KNX总线上接收控制命令，并对控制命令进行基于组合逻辑运算和时序逻辑运算的解析和判断；最后，逻辑控制器将合乎控制逻辑的命令按照时序以群组地址的报文发送至KNX总线上，实现对智能家居的智能控制；\n[0023] 所述组合逻辑运算是检验发送至分组后的家居设备的控制命令是否会引起不同设备之间的逻辑冲突，若存在冲突，则逻辑控制器暂停控制命令的发送，并发出询问请求；\n若不存在冲突，则逻辑控制器将当前控制命令继续进行时序逻辑运算；\n[0024] 所述时序逻辑运算是指判断控制命令中所包含的多个设备的操作命令之间是否存在时序逻辑，若存在时序逻辑，则逻辑控制器依据时序逻辑将群组地址的报文分解成多个单独报文依发送每个家居设备控制命令；若不存在时序逻辑，则逻辑控制器将控制命令的群组地址的报文标记位修改为有效家居设备控制命令标志位后，上传至KNX总线。\n[0025] 所述家居设备群组地址的标记位初始状态设置为1，有效家居设备控制命令的群组地址的标志位为0。\n[0026] 一种基于KNX总线协议的智能家居逻辑控制系统，如图1所示，采用所述的基于KNX总线协议的智能家居逻辑控制方法，包括上位机、KNX总线、KNX电源、无线发射器及逻辑控制器，所述上位机、KNX电源、无线发射器及逻辑控制器均与KNX总线相连，家居设备的控制端与KNX总线。\n[0027] 所述家居设备包括照明设备、传感设备、通风设备、空调设备、影音设备及安防设备。\n[0028] 在智能家居的实际应用中，一项功能的实现可能需要对多台设备进行操作。因而以不同功能为核心将多种设备进行群组划分并以群组为单位进行控制是一种简便高效的智能家居控制方式，简单来说将家庭影音系统，照明系统、通风系统等作为不同群组进行控制，在具体条件下也可以根据用户特定需求将两个或两个以上设备组合起来形成群组。以下对本发明的具体实施方式进行介绍：\n[0029] 1、首先对图1所示的智能家居控制系统进行布局连接。本发明中不同的智能家居设备主要通过双绞线接入KNX总线。原则上KNX总线也支持电缆，但电缆在传输信号过程中易受到谐波干扰。对于具有无线接口的设备，可通过无线发射器接入。而在设备数量较多的情况下，则根据设备所在区域分别接入不同线路，各线路最终通过线路耦合器接入KNX总线。每条线路配置有单独的KNX电源，由此保证在一条线路断电的情况下其他线路仍可正常工作。\n[0030] 2、在系统启动阶段，上位机通过KNX总线将初始化数据写入智能家居设备的控制器，主要包括设备地址及初始状态信息。同时还将根据系统的功能需求进行群组划分，例如将灯光系统、通风系统等分别划分为不同群组。每个群组将被将赋予唯一的群组地址。标准的群组地址格式如图2所示，其中第一个字符为标记位，任一可被对应群组设备接收的群组地址需满足标记位为0。每个群组与特定的智能开关相对应，智能开关收到用户命令后将发出带有目标群组地址的控制报文，从而实现对属于特定群组的多个设备进行控制。而本发明中，通过上位机将各智能开关对应的目标群组地址标记位设置为1，如图3所示。用户还将在上位机中编辑系统内部的逻辑关系和运行规则，并通过KNX总线将其写入逻辑控制器的内存。\n[0031] 3、当用户通过智能开关发出启动群组设备的命令后，智能开关将通过群组地址对相关设备发出控制报文，其格式如图3所示。根据KNX总线规则，具有该地址的报文将在总线媒介中进行广播，所有接入KNX总线的设备都可以检测到该报文。但由于其标记位被修改，该报文并不会对应的目标群组设备识别。而本发明中所设计的逻辑控制器除外，将通过其通信接口捕捉该报文，读取报文中的控制数据并将其存入逻辑控制器的内存空间。\n[0032] 4、根据报文中所确立的控制对象及控制参数进行组合逻辑校验，确定报文所涉及的多个操作事件不会与系统状态或相关设置进行冲突。由于设备可能存在不同状态，如音量级别、风力级别、智能加热级别等，在逻辑上则对应于多维的逻辑状态，逻辑校验的方法也将存在差异，但从相关领域发展现状来看，均可通过一定的逻辑电路进行实现。本发明并不针对组合逻辑校验方法进行深入研究，且具体校验方法并不属于本发明的保护范围，仅针对这种智能家居逻辑校验的模式进行保护。\n[0033] 以下对一种简单的组逻辑校验方法进行介绍。假定系统共有N个控制设备，而用户已对当前系统状态进行M项相关设置，第i项设置所对应的设备状态向量为：\n[0034] Ai＝(ai1,ai2,…aiN)i＝1,2,…,M\n[0035] 其中，若第i项设置要求第j个设备为开启状态，则aij＝1；若要求为关闭，则aij＝\n0；若对第j个设备无明确要求，开启或关闭亦可，则aij＝-1。类似，对群组操作完成后的设备状态空间进行定义，表示为B＝(b1,b2,…bN)，其中，bj表示操作完成后第j个设备达到状态，取值含义与aij一致。\n[0036] 定义一种特殊的逻辑运算符⊕，其计算规则如下：\n[0037] 1⊕1＝1；1⊕0＝0；1⊕-1＝1；\n[0038] 0⊕0＝1；0⊕-1＝0；-1⊕-1＝1。\n[0039] 为了确保系统中不同控制命令之间不存在冲突，需满足如下条件：\n[0040] A1⊕A2⊕…⊕An⊕B＝(1,1,…,1)\n[0041] 若以上条件不满足，则表示该群组操作与系统当前状态或相关设置存在冲突，系统将提示用户对相关控制命令进行进一步确认。\n[0042] 5、根据时间优先级对群组操作的实施步骤进行时序逻辑推理，时间优先级较高的操作将被优先执行。定义一种特殊符号＞，假定第t项操作比第s项操作优先级更高，则表示为：\n[0043] t＞s\n[0044] 若逻辑控制器的内存空间中存在s1,s2,s3,t1,t2,t3六项操作，且满足如下关系：\n[0045] t1＞t2＞t3\n[0046] s3＞t1\n[0047] s1＞s2＞s3\n[0048] 根据以上关系进行时序逻辑推理，可得到6项操作的时间优先级为：\n[0049] s1＞s2＞s3＞t1＞t2＞t3\n[0050] 则意味着六项操作的执行顺序为s1,s2,s3,t1,t2,t3。以上属于较简单的逻辑推理运算，而在逻辑关系较多的情况下，可通过可编程的逻辑电路完成。同样，逻辑推理运算的具体实现涉及较多的算法及电路设计内容，不列为该专利保护范围，仅针对智能家居系统中的逻辑推理模式进行保护。若多项操作不存在优先级高低，则对其进行随机排序。\n[0051] 6、通过时序逻辑推理后，若所有操作之间均不存在优先级高低，则将群组地址修改为正常地址后直接发出即可。若存在，则将群组地址拆分为单个设备地址。单个设备物理地址如图4所示，其格式如下：区【4bit】-线【4bit】-总线设备【1byte】。根据时间优先级的排序结果向不同设备依次发送操作命令，确保在必要情况下依次启动不同设备。\n[0052] 实施例一：\n[0053] 用户通过智能开关发出启动家庭影音系统的命令后，对应的智能开关将发出面向家庭影音系统启动命令的报文，所涉及设备包括话筒、屏幕、调音台、均衡器、功放、音箱。对于普通基于KNX总线的智能家居控制系统而言，以上设备均可从总线介质中同时监听到启动信号。\n[0054] 在本发明所公开的系统中，该群组命令首先将被逻辑控制器捕获，逻辑控制器的通信接口将解析该命令，并将其存入内存空间。首先进行组合逻辑校验，确认该命令是否与系统设置或其他设备冲突。不妨设该群组命令对应的逻辑向量为B＝(1,1,1,1,1,1,-1,…-\n1)。B向量前六项为1值，分别对应于该群组命令所需启动的六个设备，而之后的-1值，则表示该群组命令对其它设备无直接要求，可仅取B向量前六位进行运算，即改写为：B＝(1,1,\n1,1,1,1)。而系统中其它设置所对应的设备状态空间为Ai，i∈[1,N]。同样取前5位进行运算。若任意Ai的前五位均为1或-1，则有：A1⊕A2⊕…⊕An⊕B＝(1,1,1,1,1)。若存在某个Ai在其前五位有0值存在，不妨假设为第4位表示音响设备状态，某项系统设置已将其状态赋值为0，即Ai＝(1,1,1,0,1)。这在实际情况中，可能对应于音响启动，而实际环境已预设为静音状态。这种情况下，静音状态将与音响启动出现冲突。通过逻辑运算后可得：A1⊕A2⊕…⊕An⊕B＝(1,1,1,0,1)，无法满足以上所提出的逻辑条件，该情况下系统将发出信息征询用户意见。若不存在相关的组合逻辑冲突，则完成组合逻辑校验后，进一步实施时序逻辑校验。\n[0055] 影音系统各种设备对电源反应灵敏，为避免多个设备同时启动所引起的冲击电流以及信号的正常传输，电源影音系统的不同设备一般遵循由前级至后级的启动顺序。不同设备满足如下逻辑关系：\n[0056] 话筒，屏幕＞调音台\n[0057] 均衡器＞功放\n[0058] 调音台＞均衡器\n[0059] 功放＞音响\n[0060] 对其进行时序逻辑运算后，可得到所有设备的启动顺序为：\n[0061] 话筒，屏幕＞调音台＞均衡器＞功放＞音箱\n[0062] 其中话筒和屏幕两者并无明确的时序逻辑关系，其启动顺序将随机确定。\n[0063] 最后，逻辑控制器将时序逻辑运算结果存入内存空间，并向通信接口发出运算结束信号。通信接口将从内存空间读取运算结果，依次向系统中的各设备发出启动命令，各设备的启动间隔可设定某个默认值，如1s，也可根据特殊情况采用上位机进行更改。