CN111580401B - 一种基于vr技术的半实物兼容性智能家居控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于VR技术的半实物兼容性智能家居控制系统，属于智能家居技术领域。本发明为了解决当前智能家居存没有将现实和虚拟进行深度融合，实物没有结合VR技术进行设计，导致当前智能家居存在兼容性不好以及受场地限制、用户体验较差的问题。技术要点：本地PC用于提供虚拟场景，HTC Vive VR设备用于将虚拟场景转化为虚拟现实；客户端操作用户界面通过云服务器、云路由器对控制器进行远程控制实现对家居的相关设备进行操作；客户端操作用户界面还通过云服务器、云路由器对控制器进行远程控制，通过控制器对本地PC的虚拟家居场景进行远程控制；客户可通过外网访问网页端进行对实物及虚拟家居场景进行操作。具有绿色舒适、兼容性强、可先觉体验的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于VR技术的智能家居控制系统，属于智能家居技术领域。
背景技术
随着时代的发展和科技的进步，智能家居已经开始从概念转变为现实，市面上也有智能家居的产品陆续出现。但是这些产品都存在一个问题——兼容性，某一家公司开发的系统只能应用于自家的产品，导致功能单一、碎片化严重，缺少一种能够适用于任何带协议的智能家居产品的智能家居系统。
目前虽然有很多智能家居的开发，但是由于整套系统设备成本较高，一方面难以验证方案可行性，另一方面受场地等实际条件限制，无法让用户得到完整的体验感，使得智能家居真正融入人们的生活还有很长的路要走，而目前还没有较好的解决方案。
虚拟现实系统(Virtual Reality System，简称VR是近年来出现的图形图像领域的高新技术，也被称为灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三度空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物。现有的一些智能家居系统可通过手机进行操作，比较方便，但是其仿真程度比较低下。
文献号为CN205809569U的现有技术公开了一种基于VR技术的智能家居系统，包括VR系统和家庭设备，所述VR系统包括头戴显示器、电脑和动作捕捉设备，所述电脑存储有包括家庭设备信息在内的房子的立体场景，所述电脑与家庭设备连接，所述头戴显示器用于显示虚拟场景，所述动作捕捉设备用于感应用户的动作情况，所述电脑用于接收动作捕捉设备获取的人体现实动作信息，并将相应的虚拟现实图像发送至头戴显示器上，并将动作命令信息传递给家庭设备进行工作。
文献号为CN208207534U的现有技术公开了一种基于虚拟显示技术的智能家电控制系统，所述智能家电控制系统包括：虚拟显示设备，与实际家电设备通信，被配置为生成并向用户呈现与实际家电设备相对应的虚拟家电设备；以及采集装置，佩戴于用户头部，被配置为采集人脑针对虚拟家电设备产生的脑电波信号，并基于该脑电波信号生成虚拟操作指令，并将虚拟操作指令发送至虚拟显示设备；其中，虚拟显示设备还被配置为将虚拟操作指令映射成实际操作指令以控制对应的实际家电设备。用户无需靠近和接触智能家电，即可对智能家电进行控制，便利了智能家电与用户进行有效交互沟通。
从上述现有技术可看出，对虚拟部分的控制没有具体说明，在虚拟现实部分中对虚拟对象的控制十分有限，前智能家居没有将现实和虚拟进行深度融合，即实物没有结合VR技术进行设计导致二者兼容性不好，致使用户体验较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：
本发明为了解决当前智能家居存在没有将现实和虚拟进行深度融合，实物没有结合VR技术进行设计，导致当前智能家居存在兼容性不好以及受场地限制、用户体验较差的问题。
本发明要解决上述技术问题采用的技术方案为：
一种基于VR技术的半实物兼容性智能家居控制系统，所述系统包括至少一个电控柜、一个触控面板(人机界面，现场)、一台包括仿真模块和通讯模块的本地PC、一台包括云端数据库的云服务器、客户端(网页界面)、一套HTC Vive VR设备；
电控柜包含断路器、交流接触器、风扇、电表、24V电源(供电端220V降压得到)、控制器、云路由器、电流互感器及端子排；
220V交流电引出线路经过电流互感器接入电表，经过总断路器后接到端子排，再由端子排依次并接风扇、交流接触器、24V电源、控制器，总断路器分接负载断路器和插座断路器，24V电源为云路由器供电，云路由器与控制器通信，24V电源、负载断路器和插座断路器均通过端子排为智能家居内的作为实物部分的若干现场外设供电，路由器与智能家居内的触控面板通过网络连接；
所述本地PC和一套HTC Vive VR设备用于虚拟仿真，本地PC用于提供虚拟场景(虚拟家居场景)，HTC Vive VR设备用于将虚拟场景转化为虚拟现实；
客户端操作用户界面通过云服务器、云路由器对控制器进行远程控制，通过控制器实现对家居的相关设备进行操作；客户端操作用户界面还通过云服务器、云路由器对控制器进行远程控制，通过控制器对本地PC的虚拟家居场景进行远程控制；
客户端操作管理界面通过电控柜中的云服务器、云路由器对控制器进行远程监控，以进行维修报警；客户端操作用户界面还通过电控柜中的云服务器、云路由器对本地PC的虚拟场景进行远程监控，以进行维修报警；
通过OPC协议将若干现场外设(硬件设备)和虚拟家居场景信息存储至本地PC的MSSQL数据库中，通过云服务器将数据库信息上传到云端，客户可通过外网访问网页端进行对实物及虚拟家居场景进行操作。
进一步地，将若干现场外设(实物部分)和控制器采用总线相连(增加美观性和简洁性)，并采取DALI通讯协议或Modbus通讯协议(能满足不同品牌智能家居产品之间的兼容性，并实现绿色、节能的能耗管理系统)；
由unity 3D引擎呈现虚拟智能家居场景，通过OPC协议和MSSQL数据库实现控制器对虚拟对象的控制；在控制现场实物设备及虚拟对象的基础上，通过OPC协议与设备通信，并将获取的数据存储于MSSQL数据库；通过云路由器将数据库信息上传到云端，建立Web网页端及app端，用户除可使用触摸屏操作外亦可通过远程操作；
所述DALI通讯是通过网关与控制器的关联，控制所属灯的开关、调光及调光时间，通过主从式结构将信号将指令传输；Modbus通讯，是通过网关与控制器的关联，进而控制下层所属的部件，Modbus通讯协议可以查询信号中的功能代码并控制下层设备所需执行的功能，并可附加任务信息；
在通过OPC协议将若干现场外设(硬件设备)和虚拟家居场景信息存储至本地PC的MSSQL数据库的过程中，通过L-Web管理控制器数据点，并通过OPC协议将数据点信息存储到MSSQL数据库；利用云路由器搭建隧道，连接云服务器，基于MSSQL数据库进行网页及app端开发，在移动端实现情景模式、监控管理、故障报修的高级功能。
进一步地，所述虚拟智能家居场景，其房屋及家具静态模型由软件Sketch UP创建并添加材质贴图，以FBX文件格式导入unity 3D引擎；控制器与虚拟对象的通讯，是以本地MSSQL数据库作为中间桥梁：使用OPC协议实现控制器与MSSQL数据库的双向通讯，即将控制器虚拟数据点与数据库内数据相对应；在unity 3D中挂载C#脚本，编写连接语句读取或修改数据库内数据，以对应虚拟对象状态，从而实现所述实际控制器与虚拟对象的双向通讯。
进一步地，虚拟现实(VR)通过unity 3D引擎及包括手柄、定位器、头盔的HTC Vive设备实现；在unity 3D中载入插件Steam VR，并配置好HTC Vive设备，使用Steam VR插件工具完成用户在虚拟场景中观察、行走、瞬移、触碰操作，实现虚拟场景到虚拟现实的转换。
进一步地，虚拟场景中的灯光系统通过unity 3d的光源(light)实现；环境光选用区域光(area light)进行烘焙，为环境添加光照贴图(light)模拟实际环境；照明灯光用点光源(point light)或聚光灯光源(spot light)，其中聚光灯光源主要用于台灯/壁灯，以本地MSSQL数据库数据作为光源参数，用于显示/隐藏、亮度、颜色，通过OPC协议实现触摸屏、网页端等对灯光的控制；虚拟场景内添加开关模型，挂载编写好的C#脚本，以VR手柄触碰可通过碰撞触发修改数据库数据控制灯光，实现在虚拟场景内的直接控制。
进一步地，虚拟场景的家电或家具控制如下：所述家电冰箱，将本地MSSQL数据库数据作为冰箱状态参数，在unity 3d内为冰箱门模型添加位置变化的动画(animation)表示打开和闭合，并分别设置动画触发器(Trigger)，挂载编写好的脚本，本地数据库数据(即冰箱状态参数)为某一值时触发对应触发器(Trigger)，从而控制冰箱门开/关，同时显示/隐藏冰箱内点光源表示灯的亮灭，可通过触摸屏、网页端控制。为模型添加碰撞触发脚本，以VR手柄触碰时修改数据库数据，实现在虚拟场景内的直接控制。
进一步地，虚拟场景中的空调系统为：在unity 3d内搭建空调及空调面板模型，空调面板模型含有升降温度、模式调整等按钮；编写C#程序，建立接近实际的温度模型并设定初始室温及模式、风速、设定温度，对应按钮被按下即VR手柄触碰时相应参数改变，从而调整当前室温随时间变化，将温度参数显示在空调面板，并存储到数据库以同步显示在触摸屏及网页端，亦可从触摸屏及网页端控制空调系统；所述相应参数包括设定温度、风速、模式。
进一步地，所述虚拟场景的新风系统为：在unity 3d内搭建新风面板模型，面板模型含有开关按钮；编写C#程序，建立接近实际的新风模型，设定初始二氧化碳浓度，按钮按下，新风系统开启时二氧化碳浓度随时间降低并最后趋于一稳定值；再次按下按钮，新风系统关闭，二氧化碳浓度随时间升高并最后趋于另一稳定值；浓度参数显示在新风面板，并存储到数据库以同步显示在触摸屏及网页端，亦可从触摸屏及网页端新风系统。
进一步地，所述虚拟场景中的太阳能发电系统为，首先在C#程序建立太阳能发电模型，设定天气、时间、季节等参数，在场景运行界面添加按钮分别配置天气、时间、季节；不同天气参数值对应不同天气(如阴天、晴天等)，不同天气参数值为某一值时修改当前天空盒(Skybox)为对应材质(阴天、晴天等)；时间参数则控制白天/黑夜，优先级高于天气，由此用户在佩戴VR头盔后可直观感受到不同时间天气时的环境区别；在C#内根据参数根据公式实时计算出当前太阳能发电功率和总发电量，并存储至数据库，用于显示于触摸屏和网页端，L-VIS触摸屏上还可显示发电功率曲线。
进一步地，所述系统还包括能耗管理系统，能耗管理系统分为实物部分及虚拟部分：实物部分以台达多功能电表测得系统总功率和能耗，通过OPC存储到数据库，并显示在触摸屏及网页；虚拟场景部分则建立数学模型，以各耗电器件当前运行状态对应一个功率值存至数据库，在数据库进行求和以及随时间积分，得到的总功率和功耗显示至触摸屏和网页端。
本发明具有以下有益技术效果：
本发明在虚拟部分中对虚拟对象进行多种控制，同时将现实和虚拟进行深度融合，实物部分结合VR技术进行深度设计极大提高二者兼容性不好，增强用户体验。本发明较好地解决解决了智能家居存在的兼容性差及受场地限制的两个问题。本发明支持多种协议并能够在数据库和软件网页中应用，同时可在受实际条件限制的情况下让用户以VR设备进行沉浸式体验。
本发明内容是利用实物结合VR技术设计一套现代绿色智能住宅的智能化控制系统，为用户提供一套绿色舒适、兼容性强、可先觉体验的智能家居方案，同时为智能家居开发商提供一种以虚拟场景为主体的智能家居系统调试方案。实物部分采用总线连接的方式，将各执行器和控制设备采用总线相连，通过DALI、Modbus及其他通讯协议控制各电器。虚拟部分则由unity 3D引擎呈现虚拟智能家居场景，通过OPC协议和MSSQL数据库实现控制器对虚拟对象的控制。在控制现场实物设备及虚拟对象的基础上，通过OPC协议与设备通信，并将获取的数据存储于MSSQL数据库。此外，通过云路由器将数据库信息上传到云端，建立Web网页端，用户除可使用触摸屏操作外亦可通过Web端远程操作。
附图说明
图1是本发明实现的智能家居功能图智能家居功能图；
图2是本发明的系统结构框图；
图3是本发明实物部分的电控柜布局图；图3中，1表示总断路器，2表示插座断路器，3表示负载断路器，4表示电流接触器，5表示电表，6表示24V电源，7表示云路由器，8表示控制器，9、10、11、12表示端子排，13表示电流互感器；
图4为本发明实物部分的电控柜接线图，其中，图4-a是本发明实物部分的电控柜接线图Part1(220V交流电引出线路经过电流互感器接入电表，经过总断路器后接到端子排，再由端子排依次并接风扇、交流接触器、24V电源、控制器，总断路器分接负载断路器和插座断路器，24V电源为云路由器供电，云路由器与控制器通信)，图4-b是本发明实物部分的电控柜接线图Part2(接到端子排的220V交流电并接到控制器、插座断路器和负载断路器)；
图5为本发明实物部分的现场接线图，图5-a是本发明实物部分的现场接线图Part1(220V交流电经过插座断路器后接到端子，由端子并接2个插座)，图5-b是本发明实物部分的现场接线图Part2(220V交流电经过负载断路器后接到端子，由端子并接2个DALI灯具的供电口；控制器的DALI端口接到端子，由端子并接2个DALI灯具的DALI信号口及DALI多功能传感器的信号口)，图5-c是本发明实物部分的现场接线图Part3(220V交流电经过负载断路器后接到端子，火线和零线由端子分别接到DALI继电器的电源口和普通灯具的一端，同时火零地三线分别接到窗帘电机的供电口；DALI继电器的另一个电源口和普通灯具的另一端连接；由控制器引出的DALI信号线从端子接到DALI继电器的DALI信号口；控制器的输出口DO1和DO2接到端子，再由端子分别接到窗帘电机的正转信号线和反转信号线)，图5-d是本发明实物部分的现场接线图Part4(220V交流电经过负载断路器后接到端子，火线和零线由端子分别接到空调面板的供电口；24V电源输出接到端子，由端子分接到LSTAT触摸屏和LVIS触摸面板；控制器引出的Modubus信号线经过端子并接到空调面板和DALI触摸屏的Modbus信号口；云路由器由网线接到LVIS触摸面板)。
图6是本发明的虚实联调流程示意图；
图7是本发明虚拟场景部分系统数学模型示意图。
具体实施方式
给合附图1至7对本发明所述的一种基于VR技术的半实物兼容性智能家居控制系统的实现进行如下阐述：
本发明方案利用实物结合VR技术设计一套现代绿色智能住宅的智能化控制系统，为用户提供一套绿色舒适、兼容性强、可先觉体验的智能家居方案，同时为智能家居开发商提供一种以虚拟场景为主体的智能家居系统调试方案。该方案中包括：至少一个电控柜(包含控制器、云路由器、电表、电流互感器及若干断路器和端子等)、一个触控面板(人机界面)、若干现场外设、一台本地PC(包括仿真模块、通讯模块等)、一台云服务器(包括云端数据库)、网页界面、一套HTC Vive VR设备。实物部分采用总线连接的方式，将各执行器和控制设备采用总线相连，通过DALI、Modbus及其他通讯协议控制各电器。虚拟部分则由unity3D引擎呈现虚拟智能家居场景，通过OPC协议和MSSQL数据库实现控制器对虚拟对象的控制。在控制现场实物设备及虚拟对象的基础上，通过OPC协议与设备通信，并将获取的数据存储于MSSQL数据库。此外，通过云路由器将数据库信息上传到云端，建立Web网页端及app端，用户除可使用触摸屏操作外亦可通过远程操作。
虚拟部分使用虚拟现实技术，搭建可用实物控制器(图2中的，实虚共用一个，)进行控制的虚拟智能家居场景，并在虚拟场景中实现灯光、家电、空调、新风、太阳能发电、能耗等系统的控制和运行，用户可使用一套HTC Vive VR设备(HTC VIVE头盔及手柄)进行沉浸式体验；
所述DALI通讯是通过网关与控制器的关联，控制所属灯的开关、调光及调光时间等控制信息，通过主从式结构将信号将指令传输。Modbus通讯，是通过网关与控制器的关联，进而控制下层所属的部件。Modbus通讯协议可以查询信号中的功能代码并控制下层设备所需执行的功能，并可以附加任务信息。DALI通讯主要用于灯光亮度、窗帘开合的控制，Modbus通讯主要用于空调系统、和能耗管理。
所述OPC协议是指为了给工业控制系统应用程序之间的通信建立一个接口标准，在工业控制设备与控制软件之间建立统一的数据存取规范。它提供了一种标准数据访问机制，解决了控制器与其数据库的数据交换问题，可以在各个应用之间提供透明的数据访问。
所述数据层，可通过L-Web管理控制器数据点，并通过OPC协议将数据点信息存储到MSSQL数据库。利用云路由器搭建隧道，连接云服务器，基于MSSQL数据库进行网页及app端开发，在移动端实现情景模式、监控管理、故障报修等更加高级的功能。
所述虚拟智能家居场景，其房屋及家具静态模型由软件Sketch UP创建并添加材质贴图，以FBX文件格式导入unity 3D引擎。
所述实际控制器与虚拟对象的通讯，是以本地MSSQL数据库作为中间桥梁：使用OPC协议实现控制器与MSSQL数据库的双向通讯，即将控制器虚拟数据点与数据库内数据相对应；在unity 3D中挂载C#脚本，编写连接语句读取或修改数据库内数据，以对应虚拟对象状态，从而实现所述实际控制器与虚拟对象的双向通讯。
所述虚拟现实(VR)技术，通过unity 3D引擎及HTC Vive设备(包括手柄、定位器、头盔等)实现。在unity 3D中载入插件Steam VR，并配置好HTC Vive设备，即可使用SteamVR插件工具完成用户在虚拟场景中观察、行走、瞬移、触碰等操作，实现虚拟场景到虚拟现实的转换。
所述虚拟场景灯光系统，通过unity 3d的光源(light)实现。环境光选用区域光(area light)进行烘焙，为环境添加光照贴图(light)模拟实际环境。照明灯光用点光源(point light)或聚光灯光源(spot light)，其中聚光灯光源主要用于台灯/壁灯，以本地MSSQL数据库数据作为光源参数，如显示/隐藏、亮度、颜色等，通过OPC协议实现触摸屏、网页端等对灯光的控制。虚拟场景内添加开关模型，挂载编写好的C#脚本，以VR手柄触碰可通过碰撞触发修改数据库数据控制灯光，实现在虚拟场景内的直接控制。
所述虚拟场景家电和家具控制，以冰箱为例，将本地MSSQL数据库数据作为冰箱状态参数，在unity 3d内为冰箱门模型添加位置变化的动画(animation)表示打开和闭合，并分别设置动画触发器(Trigger)，挂载编写好的脚本，本地数据库数据(即冰箱状态参数)为某一值时触发对应触发器(Trigger)，从而控制冰箱门开/关，同时显示/隐藏冰箱内点光源表示灯的亮灭，可通过触摸屏、网页端控制。为模型添加碰撞触发脚本，以VR手柄触碰时修改数据库数据，实现在虚拟场景内的直接控制。
所述虚拟场景空调系统，在unity 3d内搭建空调及空调面板模型，空调面板模型含有升降温度、模式调整等按钮。编写C#程序，建立接近实际的温度模型并设定初始室温及其他参数，对应按钮被按下(VR手柄触碰)时相应参数(设定温度、风速、模式等)改变，从而调整当前室温随时间变化，将温度参数显示在空调面板，并存储到数据库以同步显示在触摸屏及网页端，亦可从触摸屏及网页端控制空调系统。
所述虚拟场景新风系统，在unity 3d内搭建新风面板模型，面板模型含有开关按钮。编写C#程序，建立接近实际的新风模型，设定初始二氧化碳浓度，按钮按下，新风系统开启时二氧化碳浓度随时间降低并最后趋于一稳定值；再次按下按钮，新风系统关闭，二氧化碳浓度随时间升高并最后趋于另一稳定值。浓度参数显示在新风面板，并存储到数据库以同步显示在触摸屏及网页端，亦可从触摸屏及网页端新风系统。
所述虚拟场景太阳能发电系统，首先在C#程序建立太阳能发电模型，设定天气、时间、季节等参数，在场景运行界面添加按钮分别配置天气、时间、季节。不同天气参数值对应不同天气，如阴天、晴天等，为某一值时修改当前天空盒(Skybox)为对应材质(阴天、晴天等)；时间参数则控制白天/黑夜，优先级高于天气，由此用户在佩戴VR头盔后可直观感受到不同时间天气时的环境区别。在C#内根据参数根据公式实时计算出当前太阳能发电功率和总发电量，并存储至数据库，用于显示在触摸屏和网页端，L-VIS触摸屏上还可显示发电功率曲线。
所述能耗管理系统，分为实物部分及虚拟部分：实物部分以台达多功能电表测得系统总功率和能耗，通过OPC存储到数据库，并显示在触摸屏及网页；虚拟场景部分则建立数学模型，以各耗电器件当前运行状态对应一个功率值存至数据库，在数据库进行求和以及随时间积分的计算，将得到的总功率和功耗显示至触摸屏和网页端。
实施例：
以下结合附图对本发明的技术方案进行完整、清晰的描述，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实现所述功能，分别面向管理员及用户。面向用户提供：人性化调节(照明、窗帘、空调、新风等)，为用户提供智能、舒适、现代化的智能生活体验，其中窗帘为实物，照明、空调、新风均包含实物和虚拟部分；能耗监控，包括太阳能发电、电器能耗的监测和计算，实现绿色节能，其中太阳能发电为虚拟部分，电器能耗包含实物和虚拟部分；智能化控制(现场开关、触控面板、远程界面)，用户在现场、触摸屏或移动端均可进行操作，其中现场开关分为实物开关和虚拟场景开关，触控面板为实物，远程界面包含app端及网页端；个性化定制，用户可自行定制一键场景和定时开关，满足个人不同偏好和需求，均包括实物和虚拟部分。面向管理员：状态信息，管理员可以管理员账号登陆管理界面，实时监测设备状态；维修报表，用户发现设备故障后可通过用户界面上报故障信息，管理员可在管理界面处理维修报表。
如图2所示，本发明的系统结构如图，底层受控对象分为实物和虚拟部分，其中虚拟部分以unity 3D场景配合HTC Vive设备的方式呈现。底层实物设备与控制器通过Modbus协议和DALI协议进行通讯或以I/O口进行控制，虚拟仿真以MSSQL数据库为桥梁通过OPC协议与控制器通讯。控制器内数据点通过OPC协议存储至本地数据库，由云路由器创建安全隧道传至云端服务器以及与触摸屏通讯，用dreamweaver cs5软件编写asp脚本制作网页或app实现移动端控制。
如图3所示，本发明的电控柜布局图，布局共分三层，最上面一层依次为断路器、电磁继电器、电表和24V电源；中间层为控制器和云路由器；最底层为端子排和电流互感器。
如图4所示，为电控柜接线图。线路由220V交流电引出，经过电流互感器接入电表，用以监控能耗信息；经过总断路器后，依次并接风扇、电表、24V电源、控制器，最后分接负载断路器和插座断路器。24V电源给云路由器和24V负载供电。图4-a中包括：总断路器(QF1)、指示灯(L1、L2)、电流接触器(KM1)、风扇(Fan)、电表(Wh1)、24V电源(PS)、云路由器(Router)；图4-b包含：控制器(CN)、负载和插座断路器(QF2、QF3)。
如图5所示，为现场接线图。供电线与通讯线分开走线，供电线包含220V供电与24V供电。通讯线包含DALI通讯和Modbus通讯。如图所示，通讯线供电线均为总线结构，使用快速分接器进行连接。220V负载设备包含空调面板、灯具、窗帘、插座，24V负载设备包含LVIS触摸面板和LSTAT触摸屏；DALI通讯设备包含DALI协议灯具、DALI多功能传感器和DALI继电器，Modbus通讯设备包含LSTAT触摸屏和空调面板。图5-a包含：插座(XS1、XS2)；图5-b包含：DALI灯具(DALI Driver)、DALI多功能传感器(Multisensor)；图5-c包含：DALI继电器(RM3)、窗帘电机(Curtain Motor)、灯具(H1)；图5-d包含：空调面板(Temperature controlpanel)、LSTAT触摸屏(LSTAT)、LVIS触摸面板(LVIS)。
如图6所示，本发明的虚实联动流程如图，以本地MSSQL数据库作为中间桥梁，使用OPC协议实现控制器与MSSQL数据库的双向通讯，即将控制器虚拟数据点与数据库内数据相对应；在unity 3D中挂载C#脚本，编写连接语句读取或修改数据库内数据，以对应虚拟对象状态，从而实现所述实际控制器与虚拟对象的双向通讯。在unity场景的基础上配合HTCVive头盔、手柄及定位器，将虚拟场景转变为虚拟现实，以实现身临其境的智能家居体验。
如图7所示，本发明虚拟场景包含如图所示太阳能发电、新风系统、空调系统、能耗系统的数学模型。太阳能发电包括季节、天气、时间参数，各参数可通过unity 3D界面进行配置，通过计算公式P＝S×W×T×C，得出当前太阳能发电功率，其中S为季节参数、W为天气参数、T为时间参数、C为一个常数。新风系统包括室内二氧化碳浓度、时间、通风参数，通风参数可在虚拟现实场景中通过按钮配置，时间参数则是虚拟现实场景的运行时间，根据公式c'＝c+F×ΔT，得出当前室内CO2浓度，其中c为上一时间段CO2浓度，c’为当前浓度，F为通风参数，通风开启为正，关闭为负，ΔT为时间间隔，并且当浓度达到上限1200/下限100时将停止上升/下降。空调系统模型与新风系统相似，但是多了风速、模式的参数，根据公式t'＝t+s×m×S×ΔT计算当前室温，其中t’和t分别为当前和上一时间段室温，s为风速，m为模式，S为设定温度参数(高于室温为正，低于室温为负)，ΔT为时间间隔。能耗模型包括设备状态、设备功率和时间参数，公式：
其中p为单个电器功率，s为电器运行状态，P为总耗电功率；
其中P为总耗电功率，t和t’分别为当前及前一阶段时间，W为总能耗。
Claims (9)
1.一种基于VR技术的半实物兼容性智能家居控制系统，其特征在于，所述系统包括至少一个电控柜、一个触控面板、一台包括仿真模块和通讯模块的本地PC、一台包括云端数据库的云服务器、客户端、一套HTC Vive VR设备；
电控柜包含断路器、交流接触器、风扇、电表、24V电源、控制器、云路由器、电流互感器及端子排；
220V交流电引出线路经过电流互感器接入电表，经过总断路器后接到端子排，再由端子排依次并接风扇、交流接触器、24V电源、控制器，总断路器分接负载断路器和插座断路器，24V电源为云路由器供电，云路由器与控制器通信，24V电源、负载断路器和插座断路器均通过端子排为智能家居内的作为实物部分的若干现场外设供电，路由器与智能家居内的触控面板通过网络连接；
所述本地PC和一套HTC Vive VR设备用于虚拟仿真，本地PC用于提供虚拟场景，HTCVive VR设备用于将虚拟场景转化为虚拟现实；虚拟现实通过unity 3D引擎及包括手柄、定位器、头盔的HTC Vive设备实现；在unity 3D中载入插件Steam VR，并配置好HTC Vive设备，使用Steam VR插件工具完成用户在虚拟场景中观察、行走、瞬移、触碰操作，实现虚拟场景到虚拟现实的转换；
客户端操作用户界面通过云服务器对控制器进行远程控制，通过控制器实现对家居的相关设备进行操作；客户端操作用户界面还通过云服务器对控制器进行远程控制，通过控制器对本地PC的虚拟家居场景进行远程控制；
客户端操作管理界面通过电控柜中的云服务器对控制器进行远程监控，以进行维修报警；客户端操作用户界面还通过电控柜中的云服务器对本地PC的虚拟场景进行远程监控，以进行维修报警；
通过OPC协议将若干现场外设和虚拟家居场景信息存储至本地PC的MSSQL数据库中，通过云服务器将数据库信息上传到云端，客户可通过外网访问网页端进行对实物及虚拟家居场景进行操作。
2.根据权利要求1所述的一种基于VR技术的半实物兼容性智能家居控制系统，其特征在于：
将若干现场外设和控制器采用总线相连，并采取DALI通讯协议或Modbus通讯协议；
由unity 3D引擎呈现虚拟智能家居场景，通过OPC协议和MSSQL数据库实现控制器对虚拟对象的控制；在控制现场实物设备及虚拟对象的基础上，通过OPC协议与设备通信，并将获取的数据存储于MSSQL数据库；通过云路由器将数据库信息上传到云端，建立Web网页端及app端，用户除可使用触摸屏操作外亦可通过远程操作；
所述DALI通讯是通过网关与控制器的关联，控制所属灯的开关、调光及调光时间，通过主从式结构将信号或指令进行传输；Modbus通讯，是通过网关与控制器的关联，进而控制下层所属的部件，Modbus通讯协议可以查询信号中的功能代码并控制下层设备所需执行的功能，并可附加任务信息；
在通过OPC协议将若干现场外设和虚拟家居场景信息存储至本地PC的MSSQL数据库的过程中，通过L-Web管理控制器数据点，并通过OPC协议将数据点信息存储到MSSQL数据库；利用云路由器搭建隧道，连接云服务器，基于MSSQL数据库进行网页及app端开发，在移动端实现情景模式、监控管理、故障报修的功能。
3.根据权利要求2所述的一种基于VR技术的半实物兼容性智能家居控制系统，其特征在于：所述虚拟智能家居场景，其房屋及家具静态模型由软件Sketch UP创建并添加材质贴图，以FBX文件格式导入unity 3D引擎；
控制器与虚拟对象的通讯，是以本地MSSQL数据库作为中间桥梁：使用OPC协议实现控制器与MSSQL数据库的双向通讯，即将控制器虚拟数据点与数据库内数据相对应；在unity3D中挂载C#脚本，编写连接语句读取或修改数据库内数据，以对应虚拟对象状态，从而实现控制器与虚拟对象的双向通讯。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于VR技术的半实物兼容性智能家居控制系统，其特征在于：虚拟场景中的灯光系统通过unity 3D的光源实现；环境光选用区域光进行烘焙，为环境添加光照贴图模拟实际环境；照明灯光用点光源或聚光灯光源，其中聚光灯光源主要用于台灯/壁灯，以本地MSSQL数据库数据作为光源参数，用于显示/隐藏、亮度、颜色，通过OPC协议实现触摸屏、网页端对灯光的控制；虚拟场景内添加开关模型，挂载编写好的C#脚本，以VR手柄触碰可通过碰撞触发修改数据库数据控制灯光，实现在虚拟场景内的直接控制。
5.根据权利要求4所述的一种基于VR技术的半实物兼容性智能家居控制系统，其特征在于：虚拟场景的家电冰箱控制如下：所述家电冰箱，将本地MSSQL数据库数据作为冰箱状态参数，在unity 3D内为冰箱门模型添加位置变化的动画表示打开和闭合，并分别设置动画触发器，挂载编写好的脚本，本地数据库数据为某一值时触发对应触发器，从而控制冰箱门开/关，同时显示/隐藏冰箱内点光源表示灯的亮灭，可通过触摸屏、网页端控制；为模型添加碰撞触发脚本，以VR手柄触碰时修改数据库数据，实现在虚拟场景内的直接控制。
6.根据权利要求1或2所述的一种基于VR技术的半实物兼容性智能家居控制系统，其特征在于：虚拟场景中的空调系统为：在unity 3D内搭建空调及空调面板模型，空调面板模型含有升降温度、模式调整按钮；编写C#程序，建立接近实际的温度模型并设定初始室温及模式、风速、设定温度，对应按钮被按下即VR手柄触碰时相应参数改变，从而调整当前室温随时间变化，将温度参数显示在空调面板，并存储到数据库以同步显示在触摸屏及网页端，亦可从触摸屏及网页端控制空调系统；所述相应参数包括设定温度、风速、模式。
7.根据权利要求1或2所述的一种基于VR技术的半实物兼容性智能家居控制系统，其特征在于：所述虚拟场景的新风系统为：在unity 3D内搭建新风面板模型，面板模型含有开关按钮；编写C#程序，建立接近实际的新风模型，设定初始二氧化碳浓度，按钮按下，新风系统开启时二氧化碳浓度随时间降低并最后趋于一稳定值；再次按下按钮，新风系统关闭，二氧化碳浓度随时间升高并最后趋于另一稳定值；浓度参数显示在新风面板，并存储到数据库以同步显示在触摸屏及网页端，亦可从触摸屏及网页端控制新风系统。
8.根据权利要求1或2所述的一种基于VR技术的半实物兼容性智能家居控制系统，其特征在于：所述虚拟场景中的太阳能发电系统为，首先在C#程序建立太阳能发电模型，设定天气、时间、季节等参数，在场景运行界面添加按钮分别配置天气、时间、季节；不同天气参数值对应不同天气，不同天气参数值为某一值时修改当前天空盒为对应材质；时间参数则控制白天/黑夜，优先级高于天气，由此用户在佩戴VR头盔后可直观感受到不同时间天气时的环境区别；在C#内根据参数实时计算出当前太阳能发电功率和总发电量，并存储至数据库，用于显示于触摸屏和网页端，L-VIS触摸屏上还可显示发电功率曲线。
9.根据权利要求1或2所述的一种基于VR技术的半实物兼容性智能家居控制系统，其特征在于：所述系统还包括能耗管理系统，能耗管理系统分为实物部分及虚拟部分：实物部分以多功能电表测得系统总功率和能耗，通过OPC存储到数据库，并显示在触摸屏及网页；虚拟场景部分，以各耗电器件当前运行状态对应一个功率值存至数据库，在数据库进行求和以及随时间积分，得到的总功率和功耗显示至触摸屏和网页端。
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