智能家居感知控制系统（精选九篇）
智能家居感知控制系统 篇1
近年来,随着经济的迅速增长,农业的基础研究和应用技术正日益受到广泛重视,农业温室基础设施发展迅速,但是在自动监控方面仍存在着诸多问题。大多数温室大棚采用的都是人工管理模式,种植产品单一,在环境管理上也并未形成完备优势。相应地,智能温室环境感知系统却可以获取人工管理中精细易忽略或未能感知到的环境指数变化,而且将其作为调整温室环境各项指数的标准,从而优质发挥其理想控制实效作用。
基于此,本文即通过有针对性地将光照强度传感器、温湿度传感器、CO2浓度传感器整合在一个系统中,该系统能够对温室大棚内影响作物生长速度的重点关键项因素进行全程监控,同时还可对监测项数据提供显示和传送功能,另外也附配有报警提示,从而升级改进农业生产过程。
1 系统方案设计
温室中,光照强度、温湿度、CO2浓度对农作物的生长呈现有多方面影响,本次设计主要致力于将提高农作物的质量和产量、同时也要一并减少人力资源作为研发目的,也就是在对温室环境进行检测监控中来调节温室环境,使各项指数更适合作物生长。研究成果具体用于完善温度、湿度、光照度以及CO2浓度检测技术,从而全面满足对温室大棚建设的智能需要。概括来讲,就是采用STC15F2K60S2单片机作为主控芯片,驱动温湿度传感器AM2302、光照强度传感器GY-30和CO2浓度传感器MH-Z14检测数据,在2.2TFT屏上显示数据和报警。
2 系统硬件电路设计
本设计用于温室大棚环境指数检测、监控和报警。硬件电路通过STC15F2K60S2单片机将各种传感器集成到一个系统中来获得各种功能实现,主要电路组成有温湿度检测电路、光照强度检测电路、CO2浓度检测电路、显示电路、报警电路、按键电路、电源电路和无线传输电路。系统硬件设计构成如图1所示。由图1可知,电路设计中各组成部分的运行原理过程可做如下阐释分述。
2.1 主控芯片电路设计
设计中,采用的STC15F2K60S2芯片是高速、可靠、抗干扰强的新一代单时钟单片机,而且运行速度较快。这是由宏晶科技生产的51单片机,工作电压在3.8~5.5V之间。晶振采用12MHz频率。在实际应用时,晶振电路中的电容需要和晶振的大小实现匹配。滤波旁路电容则是置于主控芯片的旁边,用来过滤清除最后的干扰纹波。
2.2 电源电路设计
本文电源设计部分是直接连入220V的交流电,对电源的研发包括2个部分:交流电转直流和直流电源的处理。
其中,交流转直流电部分是单端反激式电源电路,单端反激开关电源采用了稳定性良好的双环路反馈控制系统,可以通过开关电源的PWM(脉冲宽度调制器)迅速调整脉冲占空比,从而在每一个周期内对前一个周期的输出电压和初级线圈充磁峰值电流进行有效调节,达到稳定输出电压的目的。对应电路实现如图2所示。
电源电路根据系统的不同要求输出2个电压电路,分别为输出5 V稳压电路和3.3 V稳压电路。交流电压经过处理得到5 V稳压直流电,再从5 V电压中得到3.3 V电压提供给主控单元电路。
2.3 温湿度检测电路设计
温湿度传感器芯片以单总线输出数据传到主控单元,并经由程序化后,再发送到显示屏来展现最终结果,该过程是以AM2302为核心完成主体电路设计。其工作电压为3.3~6 V,配置有单线制串行接口,主要应用于数字模块采集技术和温湿度传感技术中。设计电路如图3所示。
2.4 光照强度检测电路设计
光照强度的测量是通过核心芯片GY-30来构建设计方案。GY-30采用总线的方式而与单片机之间实现串行通信,工作电压为3~5 V,并且配有内置照度数字转换器,可直接输出光照强度数字。该测量电路如图4所示。
2.5 CO2浓度检测电路设计
MH-Z14A二氧化碳气体传感器利用非色散红外(NDIR)原理对温室内的CO2浓度进行检测。该芯片工作电压为4~6 V,并提供有3种输出方式:模拟电压输出、PWM波形输出和UART输出。MH-Z14A内置温度传感器用于温度补偿。实际电路如图5所示。
2.6 无线传输电路设计
采集到的环境各项指数需要通过无线传输模块传送到接收室,完成无线传输的芯片是NRF24L01。该芯片工作电压为1.9~3.6 V,其传输速率可达2Mbps,传输速度非常快。NRF24L01可以和各种型号的单片机配合使用,软件编程简单便捷。具体电路如图6所示。
3 系统软件设计
系统研发时,软件设计包括2部分:发送端设计和接收端设计。其中,发送端为重点设计模块,不仅能够定制支持传感器数据的采集、处理和显示,而且通过无线模块传输,还具有报警功能。接收端则是规划完成无线接收及显示功能。
3.1 发送端程序设计
当发送端初始化运行结束后,单片机将驱动CO2浓度传感器、温湿度传感器、光照强度传感器采集数据,并将计算后的数据反馈给单片机进行处理。系统采集到数据会产生一个中断信号,从而转入LCD的初始化设置。单片机处理后的数据就会发送到TFT显示屏,还会经由无线传输模块发出。用于发射的模块在经过初始化后,则会接收到单片机发来的数据并存入数组tx_buf,NRF24L01模块接收后发送该数组内的数据。并且在判断数据超出范围后即会发出报警。发送端的软件程序流程如图7所示。
3.2 接收端程序设计
接收端程序设计主要是NRF24L01无线传输的接收,系统初始化配置NRF24L01信道工作频率2.4 GHz,发射速率为1 MHz。接收模块进入接收数据的状态,通过读取状态寄存器来判断是否接收到数据。如果未接收到数据,显示屏显示预设的固定值;如果已接收到,则显示正在接收的数据。无线接收程序流程如图8所示。
4 结束语
在本设计中,使用传感器检测温室大棚内的温湿度、光照强度和CO2浓度,并通过无线传输传送数据,再运用显示屏执行结果展示。整个过程即是依据目标任务提出了具体的设计方案并集结了一系列硬、软件关键技术,从而最终实现了温室环境系统的有效监测。不仅做到了环境数据的直观显示,而且同时配有蜂鸣器报警系统,因而本次功能设计可以成功应用于温室大棚的智能检测。
参考文献
[1]沈勇,蒋文雄,段勇.基于NRF24L01的通用无线通信模块设计[J].电子设计工程,2013,21(18):84-86.
智能家居感知控制系统 篇2
作者： 慧聪网 发布时间：2010-02-09 08:25:03 来源：RFID中国网 关键词： 智能交通 RFID 无线射频识别 研讨会 文档：
技术文档 | 技术原理 | 软件 | 产品资料 | 方案案例 | 智能卡
分享到 :
2009年11月3日，2009第四届中国无线射频识别(RFID)技术发展国际研讨会在上海隆重召开。研讨会按照领域分为四个分论坛，分别是：RFID技术&制造信息化技术融合发展论坛、RFID技术&物流供应链技术与发展论坛、RFID技术&智能交通信息技术与应用论坛和RFID技术、测试与标准论坛。各行业、领域专家、学者、商界精英针对不同领域出现的不同热点和问题组织产、学、研、企共同探讨解决 RFID的行业面临的共性问题，继续推动RFID技术应用，分论坛可说是本次会议的升华篇章。记者发现，在此次分论坛中，参加RFID技术&智能交通信息技术与应用论坛的人数相对较多。据了解，当初报名的时候，有80%的人选择了参加RFID技术&智能交通信息技术与应用论坛，而且这一论坛一直持续到11月5日的早上，可以想见RFID技术在智能交通领域发展的重要性和被关注程度。
论坛伊始，中国交通运输协会信息专业委员会副主任、清华大学教授史其信、国务院发展研究中心陈宝国博士和科技部高技术研究发展中心陈智立分别在本次论坛上做了精彩的致辞。
史其信指出RFID具有车辆通信、自动识别、定位、远距离监控等功能，在移动车辆的识别和管理系统方面有着非常广泛的应用。关于RFID在我国智能交通领域的应用，现在又出现了一个新的概念，即RFID从工具型应用向资源型应用的转变，本次论坛就是要从战略上、战术上和技术上讨论与这个概念相关的问题。
陈宝国阐述了《蓝皮书》的有关精神，指出智能交通领域RFID应用发展要突破技术攻关、工程应用研究、RFID在交通运输推广的一系列应用关键技术，培养同时具有交通运输专业和RFID专业背景的人才，努力取得核心技术的知识自主权。本次论坛必定会促进RFID在智能交通领域的跨越式发展，推动 RFID在智能交通领域的模式创新，推进智能交通的结构调整。
陈智立指出，交通是国民经济的基础和命脉，交通发展的水平是一个国家整体实力和科技水平的重要标志。促进交通的现代化、信息化和智能化是国家发展战略的重要任务。我国政府对此给予了高度重视。对于RFID在我国智能交通领域的发展，科技部也做出了一些战略部署和安排。陈智立希望本次论坛能迸发出 RFID与智能交通的新的思路、理念和创新的想法，从而使RFID与智能交通更紧密地融合，推动智能交通的发展，带动RFID的发展。
演讲节选
致辞结束之后，国家射频识别产业化(上海)基地的副主任冀京秋女士做了开篇的演讲报告，题为“RFID产业化发展及战略联盟”。
冀京秋主要给与会者介绍了国家(上海)RFID产业基地的发展情况、上海RFID产业的发展情况以及中国RFID产业技术创新联盟的情况。
2006年的8月8日，国家科技部正式批准在上海张江高科技园区建设一个国家射频识别产业化基地。当时基地建设有一个总体目标：汇聚RFID研发和产业化的力量，实现RFID产业的集成创新和规模化发展，成为国家主导的RFID技术研发基地和生产基地。基地推动的重点是芯片、标签、读写器和中间件等产品，其产业规模不断扩大。另外，基地打造了几个为RFID技术及产业发展做支撑的公共服务平台，促进RFID更快的发展。而对于整个上海RFID产业来说，其RFID市场已经形成产业链环境。冀京秋尤其提到了2010年世博会的门票项目，这是继二代身份证之后中国的又一个较大规模的对于RFID产品的应用，其规模达几千万张，销售的预计人数在8000万人次左右。世博会的门票让上海的RFID制造封装企业拿到了一份大的订单，对产业发展是一个非常大的推动作用。从整体的应用来说，上海在探讨RFID的应用模式实现从闭环到开环的转变，也就是RFID应用从工具型到资源型的转变，冀京秋希望在车辆的平台上能先走出这一步。最后，她谈到中国RFID产业技术创新联盟，这个创新联盟是一个合作形式的联盟，大家为了共同的目标(融合RFID的应用和技术，以RFID的应用技术创新为基础，全面推动中国RFID的发展)来发挥优势，积极合作，共同发展。清华大学交通研究所史其信教授做了题为“‘车联网’打造智能交通平台”的演讲报告。史其信教授的演讲主要包括两方面的内容。一是无线射频识别(RFID)成为服务ITS重要的信息技术;二是汽车数字化标准信源是实现“车联网”的重要技术条件。
ITS(智能交通)是将先进的传感器技术、通信技术、数据处理技术、网络技术、自动控制技术、信息发布技术等有机地运用于整个交通运输管理体系而建立起的一种实时的、准确的、高效的交通运输综合管理和控制系统。“车-路”信息系统一直是智能交通发展的重点领域。在国际上，美国的IVHS、日本的 VICS等系统通过车辆和道路之间建立有效的信息通信，实现智能交通的管理和信息服务。RFID技术近年来在物流与供应链管理领域以及交通运输领域智能化管理中得到了应用，如智能公交定位管理和信号优先、智能停车场管理、车辆类型及流量信息采集、路桥电子不停车收费、高速公路多义性路径识别及车辆速度计算分析等方面取得了一定的应用成效。
谈到“车联网”的时候，史其信教授向与会者介绍了“车联网”和汽车数字化标准信源技术的概念和两者之间的关系，“车联网”是指装载在车辆上的电子标签通过无线射频等识别技术，实现在信息网络平台上对所有车辆的属性信息和静、动态信息进行提取和有效利用，并根据不同的功能需求对所有车辆的运行状态进行有效的监管和提供综合服务。汽车数字化标准信源技术是基于RFID开发的涉车信息资源的应用技术，该项目是由国家公安部组织研发，经国家科技部认证后列为2007年“国家科技支撑计划”重点专项中进行的应用示范工程(项目编号为2008BAF31B00)。汽车数字化标准信源技术的开发将推进“车联网”和RFID产业化进程。
最后，史其信教授说到，国家一直将RFID技术应用作为产业化推进，虽然资助了一些项目，也取得了相关的应用效果，但一直没有找到我国实现RFID产业化的方向。公安部组织实施的《汽车数字化标准信源系统世博会区域性应用研究》项目，对“涉车信息资源”的开发和应用，不仅是实现道路交通管理信息化、现代化的关键，也为智能交通系统关于涉车管理提供车辆信息与应用的数据平台，可在公安、交通、城建等领域实现40多项社会服务功能。汽车数字化标准信源技术研发和示范应用，可望成为我国RFID技术应用实现产业化的良好契机。交通部科学研究院信息技术研究室李海峰博士做了题为“交通运输领域RFID技术应用需求分析”的演讲报告。他的演讲包括四方面的内容：交通运输领域RFID技术应用研究的背景、发展现状、应用需求分析、问题与建议。
目前，国民经济持续高速发展(中国是2008年世界GDP前3强国家)、城市化进程加速、交通运输基础设施逐步完善、运输管理与服务受到更多的关注、运输工具(汽车)增长迅速等等，使交通运输领域RFID技术的应用研究成为必然。在2006年发布的《白皮书》里提到的RFID的优先应用领域里就有交通领域。而《蓝皮书》里也把交通运输领域里的涉车管理服务列在其中，可见其重要性。冀京秋之前提到了中国射频识别(RFID)产业技术创新联盟，其联盟以工作小组作为实际项目运作的主体，其中涉车应用工作小组第一个成立并已经先期开展研发工作。
2009年8月，交通运输部下发了关于征求对《关于推动公路水路交通运输行业IC卡和RFID技术应用的指导意见(征求意见稿)》的意见的通知。通知指出：IC卡和RFID技术是自动识别与信息采集领域的关键技术，也是国家大力引导和推进的信息化新技术，其应用有助于交通运输管理部门、运输和物流企业实现对人、货、车、船等的有效管理，提升交通运输管理和服务的水平，具有广泛的行业应用前景。谈到交通运输领域RFID的应用案例，目前是以ETC、公交一卡通、铁路车号自动识别、集装箱的管理等较为突出。交通领域RFID技术的应用在未来重点解决的问题为高速公路路径识别、高速公路全国联网电子不停车收费、集装箱管理信息化示范工程和现代物流信息化管理服务平台。
最后，李海峰博士对交通领域RFID技术的应用做了一个总结：交通运输行业必将成为RFID技术应用的重点领域;RFID技术的应用特别是汽车数字化标准信源(“电子车牌”)技术的提出将给交通运输行业的管理和服务带来革命性的变革;RFID在交通运输行业的应用环境已经基本成熟，应用需求非常迫切。交通运输行业急需应用RFID技术来提高全行业管理和服务水平;加强具有“完全自主知识产权”的RFID相关产品核心技术、应用体系框架、公共服务平台、标准规范等方面的研究工作;重点推动开展涉车工程应用，争取未来中国率先在全世界实现“汽车电子车牌”;积极推动RFID技术与智能交通，智能交通与物联网之间关系的研究。北京标准信源科技有限公司总裁徐基仁做了题为“RFID技术在智能交通领域应用前景分析”的演讲报告。报告包括五方面的内容。一是响应市场的呼唤，RFID技术早已进入了智能交通领域;二是ITS对RFID的邀请，智能交通系统的发展需要RFID技术;三是RFID技术对智能交通的亲密拥抱，RFID应用技术发展的必然趋势;四是加入“人与物和谐共舞”的新体系，RFID技术是连接智能交通与“物联网”的桥梁;五是我们应该做什么，在多维度背景下构建我们的智能交通系统。徐总谈到，《蓝皮书》总结了我国政府关于RFID技术政策(白皮书)发布以来RFID发展的情况，提出了下一步发展的方向和政策建议。其中对 RFID应用领域作出了规划，将我国RFID应用领域划分为“涉人”“涉物”“涉车”三大领域。“涉车应用”作为了一个专门的领域，并进行了具体应用细节的规划。而“涉车应用”领域的各环节与智能交通系统紧密相连、息息相关。同时，国家公安部在给科技部对“蓝皮书的征求意见稿”的回函中明确提出：在基本完成二代身份证的发行工作后，公安部今后在RFID技术应用上的重点将转向对车辆身份的识别和管理方面。科技部和公安部在2008年设立了一个RFID在智能交通领域应用的科技支撑重点专项——“汽车数字化标准信源的区域性应用示范项目”。汽车数字化标准信源系统的科学原理就是用基于射频识别(RFID)技术的电子标签作介质，为被标识汽车建立起以身份特征信息为核心的、终身的、可靠的、唯一对应的“电子镜像”。依托RFID等系列信息技术手段，将这一“电子镜像”真实、可靠、完整地映射到应用系统的数字化信息平台上。通过对运行于这一信息平台上的“电子镜像”的监管服务，支持或实现对活动在实景现场的被标识汽车的物理实体的监管、服务。
徐总在谈到“人与物和谐共舞”的新体系的时候，笔者感到耳目一新。徐总讲这是一个以“物联网”为代表的新体系，是人类为迎接“知识文明”的到来而正在构建的创造财富的新体系。这个体系将邀请“物”也平等而能动地参与到人类创造文明的活动中来，通过“人”与“物”在这个体系中的和谐互动，进而实现 “人”与“自然”的和谐互动，共存共荣，创造出更多更新的财富。“物联网”就是这个新体系中的一个重要组成部份，是这一新体系的一个代表。最后，徐总提出可以乘人类“物联网”创新活动的东风，在多维度背景下构建起我们的智能交通系统。将我们对智能交通系统的创新活动放置到类似“物联网”这样的多维度背景下来进行，在研究“ITS”与“RFID”、与“物联网”、与“互联网”的互动关系中寻求构造智能交通系统的新技术路径。
2009年11月5日，公安部第三研究所在浦东张江基地主办了“2009第四届中国无线射频识别(RFID)技术发展国际研讨会暨展览会”的“RFID技术&智能交通信息技术与应用”分论坛活动，这是11月4日分论坛的一个延续，胡传平所长、高鹏副所长、刘晓京所长助理、黄银龙主任等出席了此次分论坛活动，来自RFID和智能交通信息化技术领域的政府官员、专家学者、行业精英等80余名代表参加了此次活动。与会代表在论坛期间观摩了公安部第三研究所“汽车数字化标准信源系统”研发成果的演示，演示由北京标准信源科技有限公司的总裁徐基仁讲解，与会者围绕RFID技术和智能交通信息化技术的创新、融合、应用、发展中的相关问题进行了交流和讨论。
基于蓝牙的可穿戴式智能感知系统 篇3
关键词：蓝牙技术,可穿戴式,智能感知
0 引言
近年来,可穿戴设备作为刚刚兴起的热门产物,已然成为炙手可热的物品,现有的谷歌眼镜、i Watch、智能服饰等,一经出现,无一不令人向往。该类设备可以为用户提供个性化、专属化的智能服务,可长时间使用,随时监测。到了2016年,全球的智能穿戴设备的市场规模已经达到了60亿美金,发展前景不可估量。
随着科技的不断发展,人们的生活水平和质量都有了大幅度的提高,人们对健康的重视更是日趋强烈,越来越多的人迫切的希望能够不影响日常生活的前提下,随时随地了解自身的健康状态和周边的环境质量。但是通常情况下,能过检测身体的设备不便携,了解环境状况的方式比较单一,测量范围多大,无法针对个体的周边环境进行实时测量,其准确性会大幅度的降低。
在本项目中,我们设计了一个基于蓝牙的可穿戴式智能感应系统,利用多种传感器来监测人体生理信息及周边环境质量,通过蓝牙传输数据到移动智能终端(手机等),最后将结果以可视化的形式反馈给用户。
1 系统设计
系统开发流程图如图1所示,本系统分为两个部分,即可穿戴式智能感知系统和基于Android平台的数据显示与处理系统,两部分通过蓝牙模块进行数据传输。首先通过各个传感器模块采集数据,然后将数据发送到可穿戴式智能感知系统的中央处理器上,中央处理器首先对数据进行处理,然后将处理好的数据打包发送到蓝牙模块,蓝牙模块将数据通过无线传输的方式发送给移动智能终端,搭载了Android平台的移动智能终端将获取到的数据加以处理,将结果显示在应用层上。本系统具备以下几个特点:
(1)便捷性:本系统采用将多种传感器集成在一起的方式,使穿戴系统的体积大大减小,减少用户在身体不同部位携带传感器的不便。硬件与软件采用蓝牙传输数据的方式,可以进行短距离的数据传输,极大的提高了本穿戴系统的便捷性。
(2)可交互性:本系统通过移动智能终端进行人机交互,软件部分基于Android平台,Android平台的广泛使用以及智能手机的普及,使得本系统具有广泛性和良好的交互性,设计较为人性化。
(3)可扩展性:本系统的核心是基于51单片机的多传感器数据获取系统,各个传感器之间相对独立,与移动智能终端构成了星型总线连接的局部传感器网络,因此可以很便捷的通过增加传感器的方法实现功能模块的添加,软件部分各个模块采用可复用的编程思想,只需调用相应接口即可实现扩展。
2 系统实现
2.1 硬件实现
2.1.1 总体框图(51单片机)
系统单片机采用的是一种增强型的51单片机(STC12C5A60S2),其与STC89C52引脚完全兼容,此外,其自带8路10位AD接口,为我们的设计提供很大便利。
如图2所示,为本项目总体系统框图。
2.1.2 传感器模块
本系统采用的心率传感器(Pulse Sensor)是一款用于脉搏心率测量的光电反射式模拟传感器,可将其放于手机或耳垂等处,通过导线可将采集到的模拟信号传输给单片机,用来转化为数字信号。再通过一定的计算得出用户心率值,可以显示在LCD液晶屏上,也可以将脉搏波形通过蓝牙传输到移动终端,可视化显示波形。空气中,当烟灰或室内灰尘等空气中的粉尘处于安全值之上时,可以利用PM2.5传感器测量并且发出警报。该传感器是利用粉尘散射的光射入光接收元件作为电压输出,放在空气中客实时测量,并且使用无污染。接收到的数据会通过蓝牙传送到手机端,监测到污染时会发出警报。
2.1.3 蓝牙模块(XM-15B)
当采用蓝牙方式传递数据时,单片机将数据采集完毕后,会通过串口传递给蓝牙模块,蓝牙模块通过蓝牙2.1协议将数据传递进行无线传输,发送到移动智能终端上。
本系统采用XM-15B蓝牙串口模块进行功能实现,该模块如图3所示。
XM-15B蓝牙串口模块支持主从一体,方便修改,宽电压支持,3.3/5v均可。我们利用一个USB转TTL模块来配置蓝牙模块。设置该模块为从机,波特率:115200,0,1。设置成功后,将蓝牙模块与单片机相连,连接电源和地,RXD和TXD交叉相连。上电后,主机侧(手机)与蓝牙从机配对,手机端便可以显示蓝牙接收端的数据,并绘制心率波形。
2.2 软件实现
本系统的软件部分是基于Android平台的可穿戴式智能感知系统的客户端,采用Java编程实现,后台采用Bmob云平台提供的No SQL数据库存储数据和进行数据交换。本部分包括Android客户端框架、传感器调用和蓝牙模块调用三部分,系统实现的功能模块图如图4所示。
系统软件模块包括五个部分,分别是系统登录、数据采集、数据处理、保存数据和显示信息,其中系统登录部分主要考虑到系统的安全性,具有用户注册、登录以及密码找回的功能;数据采集部分通过蓝牙接收各个传感器采集到的数据,或者通过用户键入个人信息的方式进行收集;数据处理部分主要将采集到的数据与标准数值进行对比,判断用户所处环境以及用户自身身体状况是否有异常现象;保存数据功能实现了根据用户的个人需求,将身体状况数据保存到数据库中,便于比较、分析身体素质变化;显示信息的功能包括以波形图显示动态变化的数据(例如:心率)以及显示普通的数值信息。整个软件部分通过蓝牙获取到由硬件监测到的数据,然后通过处理后再Android端显示,并将监测到的数据写入云数据库中。
3 结论
本设计将传感器、物联网技术和移动智能终端技术融合在一起,实现了一个基于蓝牙的可穿戴式智能感知系统,该系统目前已经集成有温湿度传感器、心率传感器(Pulse Sensor)、PM2.5传感器(GP2Y1051AU0F),采用可扩展式设计,可以很容易的通过增加传感器个数实现功能的扩展。系统首先通过硬件部分的传感器系统的中央处理器(51单片机)进行处理后,通过蓝牙模块(XM-15B),以无线方式发送给移动智能终端,然后由运行在终端上的APP(Android系统下)对数据进行处理和显示,同时将用户数据存储在云数据库中,以便后期数据分析和提取。经过测试,系统运行情况良好,各项数据采集实时、准确,信息处理较为接近真实情况。本系统不仅可以通过增加传感器个数来实现单个系统的扩展,还可以通过多个系统组成一个无线数据信息网络,每一个移动智能终端都是一个节点,当数据采集到的时候,通过APP可以向更高层节点或中央处理单元发送信息,实现自组网。本论文给出的系统建成后,不仅对人类生理健康数据监测分析提供了充足的数据,同时也为疾病的预防做出了贡献,其中的环境监测部分,对于实时预报天气等均有很大帮助。本设计将是未来可穿戴系统的发展方向。
参考文献
[1]Reto Meier,《Android 4高级编程》(第三版),清华大学出版社,2013年4月.
[2]Greg Milette Adam Stroud著,《Android传感器高级编程》,清华大学出版社,2013年12月.
[3]余锡存.单片机原理与接口技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2006年.
[4]冯育长.单片机系统设计与实例分析[M].西安:西安电子科技大学出版社,2007年.
[5]王国辉.单片机C语言[M].北京:电子工业出版社,2007年.
普适计算中的定位感知系统 篇4
2.1系统模型体系结构
??下面一种我们自行设计的定位感知系统模型具有如下特点：
◇实现了最小功能的简单定位感知系统模型;
◇将定位系统与位置系统结合在一个体系结构中;
◇在不考虑误差的情况下，能够利用三角计算实时确定对象的二维位置及行动方向;
◇系统能够积极主动为用户提供信息服务;
??图2是这一模型的简单体系结构图。
??定位系统是本模型的重点之一，系统利用它来精确定位每一个对象。这里采用的是改进的Bat系统，每一个室内用户都携带两个手掌大小的无线设备Bat。这种小器件配有一个蜂鸣器，能够发射超声波脉冲;在室内的天花板上安装有传感器，能够接收超声波脉冲，并能测量超声波脉冲信号的到达时间(TOA);传感器随即将TOA数据通过WLAN传送给控制处理器，控制处理器通过这些数据测量出用户的`三维位置信息。基于这一思想，我们考虑这样一个实验环境：一个矩形的大厅，用户在大厅内活动，厅内安置各种智能服务设备，如报时器、报警器、语音提示器、摄像机等;但也应有一些障碍设备，比如带电的按钮、高温禁区等。每个用户的双肩都装有两个Bat，能够发射超声波信号，在大厅天花板的4个角落各安置一个超声波接收器。考虑到接收器的接收能力以及误差的因素，大厅的长与宽应在一个限度以内，如图3所示。
??在二维位置及方向的测量中，我们选择离对象最近的两个超声波接收器所接收的距离信息，不妨设A1、A2离同一用户肩上同一BatB1较近，测得距离分别为L1、L2，A1与A2相距L3，平面坐标如图4所示。
??由图4可知，B1点的坐标可由三角公式算出：
??x=(L12+L32-L22)/2L3y2=L22-x2
??于是得出BatB1的坐标位置(x，y)，同理可以算出另一BatB2的位置，由B1与B2的动态位置信息即可以测出对象的行动方向。定位系统获得这些位置信息后，立即向系统控制中心传送。
??系统控制中心是整个系统的控制管理中心，它负责将位置信息或者对象集信息向事务处理中心传送，将位置信息向位置系统传送。它必须能够实时处理大量的各种信息，并进行分析检测。
??事务处理中心是整个系统的服务发送者与处理单元。它通过接收系统控制中心传来的各种信息，或者响应用户的服务请求，或者主动向用户广播各种有用信息，比如语音提示、智能报警等。
??通信环境为所有部件的信息传送提供支持，在这里我们采用的是WLAN技术，这是符合网络未来发展趋势的一种有效的技术。对于协议类型，我们暂时考虑使用802.11系列协议中的一种。
??位置系统也是本模型的重点，它的功能是实时获取特定位置的对象集信息，并将信息向系统控制中心传送。模型中我们采用了一种移动代理(MobileClient)技术，其核心思想是：为大厅内的每一个用户配备一个用户代理，用户通过代理与本地其它对象，包括其它用户和一些设备，通过通信环境部件进行交互。当位置系统获得系统控制中心传送的用户位置信息后，立即启用其用户代理。此用户代理随着与这一位置的WLAN单元进行交互，从而来确定用户所在位置的对象集信息P，其功能用映射关系表示为：(WLAN单元)=P。
2.2模拟实验的可能误差分析
??考虑到普适计算所要实现的功能，应用本模型所进行的模拟实验必须达到相当的精确度才能满足准确定位的要求。在上面提到的模拟实验环境中，可能影响定位结果的误差因素一般有：实验环境、时钟频率、超声波的反射等。
??实验环境误差的产生主要是由于超声波的易被干扰性。影响的主要因素是噪声的干扰，它导致超声波信号之间的碰撞。这种噪声同系统具有相同的频率，从而对实验中的超
声波信号产生干扰或碰撞，导致正确信号的消散或是反射的产生。这些可能的噪声有收音机的无线波、钥匙的碰撞声或者击掌声等。解决的办法是将环境进一步智能化，如将收音机的功能融入系统中，不需人的接收;取消利用钥匙来开关门等。
??时钟频率误差是在石英钟之间同步产生的，每个超声波接收器都利用时钟与其它接收器同步，才能测量它们与Bat之间的距离。这种误差的大小与距离呈线性关系：距离越远，误差越大。我们可以通过多次实验对误差进行测量，进而对误差定性，尽量减小误差大小。
??反射误差是实验中可能遇见的最主要的误差。它主要因为超声波信号在发射途中碰上其它物体而导致反射的产生，从而将错误信号传送至接收器导致错误结果。这种误差与距离并非线性关系，因而无法定性;但我们可以根据测量的数据排除一些错误信息。它们与正常数据相差太大，主要是因为它们经过多次反射或不在接收器的接收范围内。改进的办法是，除了增强接收器的接收强度外，还可以将Bat置于用户头顶或者调整接收器的角度来减少反射的产生。
2.3模型的总结
??本模型在将定位系统与位置系统结合的基础上，提出了一种普适计算中定位感知系统的雏形，并实现了系统所要求的最小功能。在以后的工作中，我们将进一步完善模型中的功能部件，并对实验中的误差因素做进一步检测。
结语
智能家居感知控制系统 篇5
1 系统体系结构概述
从系统体系结构的角度看, 基于智能视频分析技术的态势感知和预警系统的根本属性是软硬件相结合的一体化系统, 其核心技术通过不同的功能体现出来。该系统的主要功能是管理和处置突发的异常事件, 为指挥人员提供处理依据。
2 系统功能设计
2.1 前端嵌入式软件
2.1.1 检测目标
以智能视频分析设备为立足点, 当目标出现入侵、滞留、越界等与预先设置规则不符的情况时, 可将目标状态和相应的轨迹呈现出来, 并将报警信息传送到态势管理终端。
2.1.2 跟踪目标
当态势管理终端接收到目标信息后, 可通过全景监控设备锁定目标, 跟踪其运动情况, 全方位显示跟踪轨迹, 最后以特写的形式呈现目标细节, 并将跟踪资料传送到态势管理终端。
2.1.3 检测人群密度
通过全景监控设备观测和分析人群密度, 以不同颜色的标注区分分析结果, 使视界范围内的密度分布情况直观地显现出来, 并将密度信息和现场地图传送到态势管理终端。
2.1.4 估计人群动向
将全景监控设备作为工具检测和评估人群动向, 根据人群层次的不同映射其动向信息和地图网格, 并将人群动向信息传送到态势管理终端。
2.1.5 统计人群流量
将出入口的监控设备作为工具, 系统地统计人群数量和通过速度, 并通过视频图像直观地叠加采集到的信息。同时, 还可以将人群的流动方向、流量等数据映射于地图网格上, 将人群流量信息传送到态势管理终端。
2.1.6 拼接全景视频
以3 路高清视频为立足点, 通过对其的无缝拼接直观显现人群密度的具体分布信息, 使其完整地呈现在大场景的视频图像中, 并将拼接视频传送到态势管理终端。
2.2 上位机软件
2.2.1 现场信息融合
现场信息融合大致可以分为以下3 个方面: (1) 分类存储从现场传回的信息; (1) 融合处理传输的信息; (3) 直观地展示融合处理后的信息。所接入的信息类型大致包括设备信息、视频信息、视频图像和气象环境参数4 种。
2.2.2 设备管控
该功能主要是通过设置接入系统的设备参数、智能预警规则、工作模式来获取现场信息。
2.2.3 态势生成和全景展示
该功能的主要目的是实现一体化态势数据的生成, 将现场态势数字化模型与各类现场信息相结合, 将相关信息以图层的方式叠加显示在现场场景图上, 从而呈现事件的整体发展态势。
3 关键技术
3.1 关键态势智能分析
该技术立足于嵌入式方法, 以现场采集的视频数据为立足点, 通过对数据的分析、处理自动检测目标信息, 并传达报警指示的视频信息和报警信息。对于不同的图像处理板, 所嵌入的图像处理算法也存在一定的差异性, 因此, 不同设备的关键态势智能分析功能不相同。
3.2 态势的预测预警
该技术主要立足于各类群体性事件突发现场的特征、事件发展规律、事件主要影响因素等, 以此为依据分析事件的发展态势, 并利用分析结果建立关键态势的预测预警模型。建立起的模型可在锁定关键目标, 待其达到一定条件后实施预警操作。除此之外, 还可标示事件的辐射范围, 显示受影响的目标。
3.3 现场态势的生成与全景呈现
采取的现场信息具有分布散乱、形式多样、数据量较大等特点。要想将其呈现出来, 实施必要的控制, 就要在数据融合的基础上, 从以下3 个方面入手: (1) 划分场景地图, 设定网格大小; (2) 生成各类映射关系, 并将其储存在数据库中; (3) 设置相应的态势图浏览控制方式, 控制态势图操作, 逐步实现人性化的交互控制, 以促进局部态势的选定、相关数据的综合显示和态势交互处理等功能的实现。
4 结束语
综上所述, 基于智能视频分析技术的态势感知和预警系统在武警、公安应对异常突发事件工作中有较大的应用价值。在具体的应用过程中, 应用这项技术不仅可以保护相关人员的安全, 还能将被动式的安全防卫工作转化为主动式的, 优化升级传统的视频监控系统, 不断提高相关人员面对突发事件的应急处置能力。
摘要：武警、公安处理异常突发事件的概率比较大, 所以, 提高相关部门和人员的应急处置能力至关重要。在处理异常突发事件的过程中, 不仅要及时获取目标类型、运动情况、方位等特征数据, 为事件的处理提供依据, 还要融合处理多模式数据, 将处理结果直观地展现在指挥人员面前。简要分析了基于智能视频分析技术的态势感知和预警系统, 以期为日后突发事件的应急处置提供参考。
关键词：智能视频,分析技术,态势感知,预警系统
参考文献
[1]李少华.智能视频分析技术应用及发展[J].中国公共安全, 2014 (01) :161-165.
[2]陈阳, 蒋飞.基于智能视频分析技术的态势感知与预警系统[J].兵工自动化, 2013, 33 (07) :39-43.
[3]韩秋平, 万和平.智能视频分析技术在电力行业的应用与发展[J].中国安防, 2015 (06) :27-30.
智能家居感知控制系统 篇6
一、系统概述
通过在校园部署物联网节点, 获取校园内各重点区域视频、安保、环境、GPS定位等多种信息, 实时上传至中心平台与政府应急指挥平台, 并同步推送到手机、平板电脑、PC等多种终端。一方面用于政府相关部门加强对学校的安全管理, 另一方面也便于家长了解学校信息, 加强安全监督。
二、系统功能及特点
2.1系统功能
该系统主要实现了以下三个方面的功能:1、校内安全全面监控;2、校园信息随时查看;3、教育资源充分共享。
2.2系统特点
该系统的特点为“一点获取、两个平台、多屏展示”。一点获取:是指通过部署在校园内各个重要地点, 如主要出入口、教室、操场、微机室、活动室等的物联网节点采集的信息 (包括视频信息、环境信息、GPS定位信息等) , 统一进行IP数据打包, 并实时传回中心;两个平台:是指“政府应急指挥平台”和“智慧校园感知管理系统平台”。智慧校园感知管理平台通过开放的API接口, 实现两个平台的数据共享;多屏展示:是指学校的各种信息如安全信息、教学信息可依据权限同步推送至用户手机、PC以及平板电脑等多种终端。
三、技术方案
校园智能感知管理系统是以物联网、移动互联网技术为依托, 建立开放的、创新的、协作的、智能的综合信息服务平台, 全面感知校园的各种信息, 实现校园的安全、开放式管理。1整体架构。该系统基于物联网架构设计, 主要由信息采集子系统、网络传输子系统、数据中心子系统以及客户端子系统四部分组成, 这四个平面的紧密耦合保证了前端信息在系统中的安全、快速、无障碍流转, 而管理平台所提供开放的API接口向下屏蔽了负载的硬件细节, 可在应用层面与现有的应急联动系统融为一体, 为应急救援与处置提供支撑。2、信息采集子系统。由部署于校园各个重要地点 (如主要出入口、微机室、活动室等) 的物联网节点和相应的传感器组成, 主要实现各种校园信息 (如音视频信息、环境信息、GPS定位信息等) 的感知, 并将非机构化的音视频数据与结构化的传感器数据统一IP编码, 实时发送至后端云平台。3、网络传输子系统。系统可综合利用多种网络 (3G、4G、WLAN、固网等) 传输, 采用大量先进的传输技术 (如带宽感知算法、无线自适应传输算法、基于SSL VPN的加密算法等) , 实现数据安全、可靠的传输。4、数据中心子系统。数据中心子系统主要包括硬件平台与软件管理平台两部分, 硬件平台基于计算机集群技术构建的云计算中心;软件管理平台主要实现数据管理、存储以及数据推送服务, 可通过开放的API与政府应急指挥中心无缝融合, 该软件管理平台主要由存储层、数据层、系统管理层以及数据应用层四层组成, 其中存储层包括数据库系统与存储节点管理系统;数据层包括数据接收、解析、存储与转发;系统管理层包括用户/单位注册管理、设备资源注册管理、文档安全访问控制管理模块;数据应用层主要包括数据分析、处理、显示以及开发的API接口。5、客户端子系统。客户端子系统分为应急客户端、教学客户端、管理客户端以及家长客户端四类, 应急客户端主要是与政府应急指挥平台相连的客户端系统, 可实现校园应急信息的同步推送;教学客户端主要实现教学资源的共享如课件共享、班班通等功能;管理客户端主要是给教育管理机构使用, 便于及时了解学校的教学情况;家长客户端主要是提供给家长使用, 便于家长共同监督学校的教学与安保工作。所有客户端系统均提供手机、平板电脑以及PC版本。
四、结语
该系统方案的实施与运营将大大提高校园安保、教学管理水平, 方便家长及时了解校园的信息, 强化政府主管部门对学校安全的管理。
参考文献
[1]陈平刘臻;智慧校园的物联网基础架构研究;武汉大学学报 (理学版) ;2012年S1期
[2]刘丽;物联网技术在校园安全管理系统中的应用;吉林省教育学院学报 (上旬) ;2012年12期
物联网中的智能感知 篇7
关键词：物联网,无线传感器网络,智能家居
近年来物联网飞快发展, 在各个国家都得到了高度的重视。而随着物联网的发展, 物联网技术被应用于各个领域, 与民生最为密切的应当属智能家居系统。智能家居系统就是通过互联网和物联网使家庭实现智能化、自动化。给用户带来轻松、愉悦、便捷的生活环境。随着物联网技术的革新和发展, 成本逐渐降低, 智能家居系统将得到更多用户的支持使用, 智能家居将有更加广泛的商业市场。
所谓智能家居, 顾名思义就是家庭实现智能化、自动化。“智能家居”是以家庭住宅为单位, 利用先进的互联网络、电气自动化技术、RFID、ZIGBEE、无线电技术, 将家庭设备有机的结合在一起, 通过网络来管理家中设备和实时监控家中情况的系统, “智能家居”集系统服务和控制管理于一体, 以此来为人们提供优质舒适、高效节能、健康环保居住环境, 让人们更好的享受生活。
智能家居系统一般由以下几个部分组成:1.智能灯光控制系统;2.智能家电控制系统;3.智能监控系统;4.智能安全报警系统;5.访问控制系统;6智能家居网关子系统。
1 智能家居系统总体功能
1) 安防监控:包括各种报警探测器的讯息采集, 开关门报警等如无线门磁、无线紧急按钮、无线红外动作探测器、无线煤气探测、无线火警探测等, 并完成与住宅小区物业管理和110报警的联网。
2) 家电控制:利用计算机、移动电话、PDA通过高速宽带接入Internet, 并对灯具、窗帘、空调、冰箱、电视、洗衣机等家用电器进行远程控制、定时控制。
3) 家居商务和办公:实现网上购物、网上商务联系、视频会议。
基于Internet的电子商务使每天的工作事务变得更加容易和简单。网上娱乐同样简单方便。如家庭影院、无线视频传输系统、在线视频点播、交互式电子游戏等, 在智能家居中, 你可以和家庭成员或其它游戏爱好者一起通过计算机、电视、甚至可以用PDA在线玩各种网络游戏。
4) 背景音乐:在居室的任何一间房里, 包括厨房、卫生间和阳台, 均安装背景音乐线, 通过多个音源, 可以让每个房间都听到美妙的背景音乐。
5) 家庭医疗保健和监护:利用Internet, 实现家庭的远程医疗和监护。Internet在智能家居医疗保健中的作用有很大的潜力, 不仅助您身心更加健康, 而且会降低医疗保健成本。每天, 你都可以在家中将测量的血压、体温、脉搏、葡萄糖含量等参数传递给医疗保健专家, 并和医疗保健专家在线咨询和讨论, 省去了许多在医院排队等候的麻烦。而对于家有老人和孩子的家庭, 配备求助系统 (按键) , 保障家人的健康和安全。
6) 智能抄表:具有功能完善的三表 (水、电、煤气) 远程传送收费系统。
7) 讯息服务:通过Internet可在任何时间任何地点获得和交换讯息, 讯息传输可以以多种形式, 从静态文本、图形到动态的音频、视频讯息。同时, Internet改变了人们的通讯交流方式, 使人们能通过文本、图形、多媒体迅速地沟通讯息。E-mail、短讯息、聊天室等通讯方式对生活产生了很大影响;在旅行中父母可使用聊天工具和视频会议工具保持和孩子联系。在智能家居中, 您还可以用手提电话或PDA通过无线网络收发E-mail, 接受最新的股市行情。
8) 网络教育。网络教学将课堂带进了家庭, 可帮助老师巩固课程, 激发孩子们的好奇心。现在学校和家长通过家居中的基于Internet的教育工具可以合作得更加紧密, 并在家庭和课堂之间建立了桥梁。
2 智能家居给生活带来了很多便利
1) 省费用:不需要时, 家中能源消耗设备可以自动关闭, 这样可以降低您的生活费用。
2) 用方便:智能化系统提供远程遥控接口, 在您外出时, 还可以通过电话或上网来调整和控制家电设备。
3) 全性高:套家庭智能化系统在紧急情况时可以防御坏人侵入并及时报警, 有效保证您的家居安全。
4) 变生活方式:你可以在家办公, 在家炒股、炒汇、做期货以及进行远程会议、在家购物、在家培训等。
智能家居最基本的目标, 也是唯一的目的就是为人们提供一个舒适安全、高效便捷的生活环境。对智能家居产品来说, 其核心是以实用为主, 去掉那些华而不实, 只能作为摆设的功能, 产品必须以实用性、易用性和人性化为主。
应根据用户对智能家居功能的需求来设计智能家居系统, 整合以下几个最实用的家居控制功能:包括电动窗帘控制、防盗报警、门禁对讲、煤气泄露警报、智能家电控制、智能灯光控制等, 同时还可以拓展诸如三表抄送、视频点播、点歌祝福等服务增值功能。对很多个性化智能家居的控制方式很丰富多样, 比如:本地控制、遥控控制、集中控制、手机远程控制、感应控制、网络控制、定时控制等等, 其本意是让人们摆脱繁琐的事务, 提高效率, 如果操作过程和程序设置过于繁琐, 就很容易让用户产生排斥心理。所以在对智能家居的设计时一定要充分考虑到用户体验, 注重操作的便利化和直观性, 最好能采用图形图像化的控制界面, 让操作所见即所得。
整个家居的各个智能化子系统应能24小时运转, 所以系统的安全性、可靠性和容错能力必须予以高度重视。对各个子系统, 以电源、系统备份等方面采取相应的容错措施, 最好对一些重要系统采取备份电源, 以便能在突发断电情况下还能保证系统正常安全使用。而且质量高、性能良好, 具备应付各种复杂环境变化的能力。
总而言之, 智能家居正如初升的朝阳, 在我国这还算是新兴行业, 其市场价值巨大, 现在很多公司致力于智能家居的开发, 势必掀起人们改变生活方式的热潮, 会有越来越多的家庭构建智能。舒适和高效的家居。智能家居也必将成为物联网时代下的一大高产产业, 它所蕴含的巨大市场潜力, 预示着智能家居行业前途一片光明, 充满机遇和挑战。
参考文献
[1]张福生.物联网开启全新生活的智能时代[M].山西:山西人民出版社, 2010.
智能建筑缔造可感知的空间 篇8
而随着信息技术的发展, 一个好的建筑除了要能够提供良好的遮蔽, 保护居住者不受外界的干扰外, 还必须能适时的交换室内与室外的气体和信息。为了能提供更好的生活质量, 并适时反应居住者的需求, 智能建筑的概念便应用而生了。
智能建筑是社会信息化的产物, 大量高新技术竞相在此应用, 网络通信、智能小区、智能安保、综合布线、环境控制这些已不陌生。在未来的信息高速公路上, 诸如增强现实这些最前沿的技术也会得到应用, 从而向人们提供安全、高效、便捷、节能、环保、健康的建筑环境。
在现代化城市中, 人们建设了越来越多的智能建筑, 以及具备了智能建筑特点的现代化居住小区。如何将这些独立的建筑群有机联系起来, 更大地发挥它们的功能和作用, 进而将整个城市推向现代化、信息化和智能化, 已成为智能建筑未来发展的方向。
场景1
智能小区
你是否经常为独自留在家中的老人和小孩的安全感到担忧?是否为小区内的盗窃现象感到无计可施?有了智能小区的帮助, 这些问题统统能够解决。
在社会信息化进程日益发展的今天, 人们对住宅的关注已不仅仅局限于居室面积、周边自然环境、交通等方面, 而是把更多的兴趣和注意力放在与外界沟通、信息服务、安全防范、物业管理等方面。
在智能化的小区里, 通常会设立计算机自动化管理中心, 物业管理可通过计算机远程控制来实现;水、电、气、热等自动计量、收费, 居民足不出户就可以完成原本琐碎又耗时的事情;住宅小区实行安全防范自动化监控管理, 当发生火灾、有害气体泄漏等意外时会实行自动报警;住宅设置紧急呼叫系统, 当有人求救时, 可通过电话线发送求救信号至信息管理中心, 家中只留有老人和儿童时也大可放心。而智能小区的这些应用, 很多都是通过物联网的技术实现的。
通过物联网的技术, 可将小区的保安中心与管理中心合建为智能中心 (含消防控制中心) 。智能中心内设置了各类系统主机及控制设备, 通过计算机内的多媒体中文系统、报警软件、数据库软件操作及测试软件, 即可对小区内的控制器、传感器进行统一注册、统一管理。
此外, 真正意义上的智能小区中的单个住宅, 还应该安装智能家居, 这样智能小区的功能才得以有效运用, 对大型社区来说, 智能小区是智能家居运行的基础平台。
场景2
布线管理
当你正在网上传送一份重要文件时突然出现网络故障, 文件丢失了, 顿时令人感到束手无策。诸如此类的事情总是给我们的工作带来极大困扰, 如果能够随时了解网络状态, 并对网络故障及时进行修复, 这样的意外就不会发生了。
随着结构化布线工程的普及和布线灵活性的不断提高, 用户变更网络连接或跳接的频率也在提高, 而布线系统是影响网络故障的重要原因。椐调查, 60%～70%的网络故障是由于跳线的不明确, 进而导致整个网络的瘫痪。那么, 如何能通过有效的办法实现网络布线的实时管理, 使网管人员有一个清晰的网络维护工作界面呢?这就需要有综合布线管理。
结构化布线智能管理系统, 能够自动检查和监视通信机房、设备间内跳线面板和交叉连接的变化。智能建筑设计时, 在标准机柜里设有电子配线架及其硬件设备扫描仪, 用来扫描网络配线架端口状态设备。安装在机柜中的管理系统可以同时管理多个端口, 配线架上所有端口的移动、增加、改变在机房主机上一目了然。网络管理人员只需按动一个按钮就可以得到状态跟踪报告记录, 并能辅助技术人员进行跳线管理。
今天, 智能建筑的写字楼、大厦、大学校园、政府部门甚至住宅小区中的绝大多数语音、数据、图像的传输, 都是在结构化布线系统的基础架构上实现的。综合布线系统犹如智能建筑内的一条高速公路, 而各类系统犹如高速公路上跑的车。我们可在土建阶段将连接自动化系统的线缆综合布线于建筑物内, 当楼内需要安装或增设系统时, 就完全可以根据当时的需要进行了。只要有了“高速公路”, 想跑什么“车”, 那就变得非常简单了。
场景3
环境控制
夏日的酷暑、冬日的严寒常常令人无法忍受, 若长期使用空调又会使室内的空气质量下降。如何才能既享受夏日的清凉与冬日的温暖, 又保持良好的室内空气呢?有了智能建筑, 这一切都将成为现实, 智能建筑可为楼内人群提供非常稳定的舒适环境。
楼宇管理自动化系统 (BAS) 是将建筑物内的电力、照明、空调、给排水、消防、运输、保安、车库管理设备或系统, 以集中监视、控制和管理为目的而构成的综合系统。通过对建筑内的各种设备实施综合自动化监控与管理, 可为业主提供安全、舒适、便捷高效的工作与生活环境。当整个系统和其中的各种设备处在最佳的工作状态时, 即保证了系统运行的经济性和管理的现代化、信息化、智能化。
无论楼外的气候是多么的寒冷或是炎热, 智能建筑都能通过BAS, 及时地自动地将楼内温度调节到适宜的程度, 使楼内人群在非常舒适的环境内活动, 提高工作效率。
由于使用了集中空调系统, 这就要求建筑的门窗不能向楼外敞开, 所以, 智能建筑属于密闭型建筑。在密闭的建筑物内, 楼内空气与楼外大气不能通过门窗任意交换, 往往成为传播疾病的媒介。国外甚至把引致居住者头痛、精神萎靡不振、频繁生病的大楼称为患有“楼宇综合病”的大厦。因此, 如何保证楼内空气质量的合格, 就成为BAS中的一个不可忽视的工作。
BAS安装了置换空气的设备, 定期将楼内污染空气排出一部分, 同时, 将楼外的新鲜空气输入一部分, 以改善楼内空气的新鲜程度。新鲜的大气中除了有足够的氧气以外, 还含有较多的对人体健康有益的空气负离子;当楼外大气也有一定污染时, 进气口也要有过滤设备以除去楼外空气中的污染成分。
场景4
增强现实
穿梭在高大的建筑群中, 你是否想知道这些建筑的来历、用途以及内部构成呢?来到圆明园遗址公园, 你惊奇的发现, “大水法”被破坏前的原貌竟然呈现在眼前。是的, 你不用怀疑自己的眼神, 在智能建筑中融入“增强现实”技术之后, 这一切都将成为现实。
“增强现实”技术, 可以通过移动设备将数字信息与现实世界有机地融合在一起。当你把手机或其他移动设备对准一个商店、饭店或者某个地标建筑时, 和这个地点相关的信息, 如营业时间、游客评价或者地址方位等, 就会随着手机上图像的流动而逐一显示出来。
L INK增强现实系统使用网络摄像头、智能手机或其他设备捕捉现实世界的图像, 然后在显示器显示的3D图像上添加文本、链接或其他物体。采用这种类型的应用, 只需用一个联网设备的相机对准一幢大楼或者地标建筑, 然后便可在的屏幕上接收到关于这个地点的有帮助的信息。
此外, 在古迹复原和数字化文化遗产保护工作方面, 应用增强现实技术可将文化古迹的信息以增强现实的方式提供给参观者, 用户不仅可以通过高清视频眼镜 (HMD) 看到古迹的文字解说, 还能看到遗址上残缺部分的虚拟重构。当人们在浏览、参观古迹的同时, 通过增强现实技术可以接收到途经建筑的相关资料, 以及观看展品的相关数据资料。在市政建设规划领域, 同样可以采用增强现实技术将规划效果与真实场景相叠加, 以直接获得规划的效果。
智能家居感知控制系统 篇9
随着互联网和物联网的迅猛发展,通信技术和传感器技术的广泛地应用,情景感知服务在这样的背景下产生并极大地改善人们生活的新型服务方式。情景感知又称为上下文感知,源于普适计算研究[1],它是通过传感器或者无线通讯等其他相关技术使计算机设备、PDA、智能手机感知到当前的情景,并通过这些设备对环境信息的处理,主动为用户提供可靠的、合适的服务[2]。智能空间是嵌入了计算、信息设备和传感器装置的工作或者生活空间,具有便捷和通用的交互接口,为了支持人们方便地获得计算机系统的服务[3]。智能空间主要应用于智能家庭、智能教室、智能办公室等[4]。由于智能空间技术的快速发展为情景感知服务提供了必要的环境基础,所以可以为人提供透明性的情景感知服务。智能移动平台主要是苹果公司开发的IOS智能手机系统、Google公司开发的Android智能手机系统、微软公司开发的Windows Phone智能手机系统等的统称[5]。
目前,在智能空间的情景感知技术越来越受到人们的广泛关注,如智能家庭[6]、智能教室[7]等,但是没有讨论在移动平台中智能空间服务系统框架下情景感知的推理、提供服务的内容。本文是建立在智能空间基础上,讨论了在移动平台中智能空间中情景感知的系统模型和规则推理、提供情景感知服务的内容,对其关键技术进行了讨论,并通过一个具体的实例对实验数据进行了分析。
1 情景感知系统模型
1.1 情景感知计算
情景感知计算[8]可以有效地利用智能空间环境中的情景信息给用户提供任务相关的信息和服务,无论他们在哪里。情景感知计算可以发现和使用情景信息的优点,如位置信息、时间、用户的活动状况等,特别适用于移动计算。总的来说,情景感知计算主要通过传感器技术获取用户的环境信息,通过情景模型中决策系统的处理与识别,这里主要包括情景通过传感器的直接获取或者情景推理,来为用户提供服务支持。作为一种计算形态,情景感知具有适应性、前瞻性、及时性、情景敏感性等特征[9]。
1.2 情景感知体系结构
在移动平台中,将情景感知服务框架置于资源环境之上,包括情景感知传感器采集层、情景感知推理层、情景感知数据库、情景感知访问层、情景感知服务层。其体系结构如图1所示。
情景感知传感器采集层负责对智能空间中用户周围的环境进行收集和捕获,主要有传感器和情景感知预处理器组成。情景感知预处理器主要通过传感器捕获的周围环境数据进行预处理,处理成上层可以识别的数据格式,并为上层处理数据提供支持。
情景感知数据库主要由情景感知推理引擎所使用的关系数据库、规则库、服务数据库所组成的。系统所使用的推理规则和提供服务时服务数据库都存储在这里。关系数据库是将具体数值向抽象数据转化时所使用的映射表。
情景感知推理层主要负责通过情景数据进行推理的工作,是整个系统的核心。本层主要由接收情景信息、推理器、调用控制器这三个模块构成。当预处理后的情景值传到本层后,情景感知推理层通过调用情景感知数据库的规则,推理出用户现有的状态或者是将要发生的状态,通过调用控制器来给用户提供最合适的服务。
情景感知访问层为用户提供了两种不同的服务方式,由查询方式(主动方式)、推送方式(被动方式)组成。在查询方式中通过根据智能空间中周围环境值的变化在为用户提供服务,在推送方式中主要系统内部的实时监听器来判断服务数据库中的服务数据与用户周围环境变化来为用户推送实时的服务。
情景感知服务层主要向用户提供各种所需要的业务。业务服务可以是Web service,也可以是生活中的实体服务,如实时提醒、建议服务、路线服务等。
2 情景感知系统的关键技术
2.1 情景感知信息采集
在移动平台中智能空间的环境信息主要通过移动设备自带的传感器来采集的,如通讯模块采集网络信息、GPS模块采集地理位置信息、陀螺仪采集用户的状态等。采集后的信息通过预处理转化成系统可以识别的数据格式(为上层提过一个数据采集接口)以数据流的信息传送给情景感知推理层进行数据推理。见表1为信息采集预处理表。在此预处理表中UserID表示用户的ID标识、Time为采集时间、GPSData表示为用户的地理位置信息、Gyroscope为陀螺仪参数为了表示用户的状态、WIFIData为网络数据等。
2.2 情景推理
因为在智能空间中,用户的状态是复杂多变的,并不能通过传感器采集的环境信息直接得到用户的状态,所以要通过推理器来完成用户状态的推理。
定义1 将情景推理中对象在对应的情景环境中的取值定义为一个三元组:CV=<O,C,V>,其中,各元组的定义如下:
(1) O指的是对象(Object),是对具体事物的抽象。
(2) C指的是对于对象的情景信息,一般对于一个对象包含一个或多个情景信息.情景信息集合C={cxt1,cxt2,…,cxtn}(n≥1)。
(3) V指的是情景信息所对应的值,其中值集合V={v1,v2,…,vn}(n≥1)。
对于情景信息C和情景信息值V的映射关系f为,v=f(V)。对于O、C指的是本体,对于V的取值可以是本体或者是一些具体的数值等。
定义2 将情景推理中对象与对象直接的关系定义为一个三元组:CR=<O,R,O>,其中,各元组的定义如下:
(1) O指的是对象(Object),是对具体事物的抽象。
(2) R指的是对象与对象直接的关系(Relation),这里的R为本体。
定义3 定义情景感知推理规则为A⇒S,其中:
(1) ⇒为推出运算,是一个二元运算:A⇒S表示原子条件集A推出原子结果条件集S。
(2) A指的是原子条件集,A由至少一个的原子事件en构成的,即A(en)={e1∩e2∩…∩en}(n≥1)。对于任意A,存在CV∈A。
(3) S指的是结果条件集,S是由一个原子事情en构成的,即S(en)={en}(n≥1)。对于任意S,存在CR∉S。
对于原子条件集A可能由CV和CR共同组成,但是必须包含CV;结果条件集只能由CV组成。
在智能空间中情景感知推理步骤总结如下:
Step1 传感器采集智能空间的情景环境数据。
Step2 将情景环境数据预处理成固定格式的数值输入情景信息缓存中。
Step3 将情景信息缓存中的具体环境数据输入到情景感知数据库中的关系数据库中,通过关系数据库将具体的环境数据转化成抽象数据。
Step4 将得到的抽象数据输入到推理器中,通过调用规则库进行查找和匹配运算推理出用户的现有状态或将要发生的状态。
Step5 将推理结果输入到调用控制器中,为用户提供服务做准备。
注:在Step3中,如用户所处的地理位置为经度为11.25,纬度为45.33,高度34.0,此地理位置的实际位置为101教室,要将此具体数据转化为ClassRoon101(101教室)。
2.3 情景服务调用
当通过环境信息推理出用户目前的状态和将要发送的状态时,情景感知系统会通过调用控制器来为用户选择最为合适的服务。当然,在服务层与调用控制器之间增加了访问层,主要选择通过查询方式或是推送方式为用户提供服务,这样的好处就是不仅当用户位置或状态发生变化时可以为用户提供服务,当用户为静默方式时,访问层的轮询器也可以知道用户现在应该做什么样的事情来为之提供服务。
定义4 服务信息是一个六元组,为了标识情景感知服务信息,即SF=<ID,User,STime,ETime,Position,Service>,其中:
(1) ID指的是服务内容的编号。
(2) User指的是用户的ID。
(3) STime指的是服务内容的开始时间。
(4) ETime指的是服务内容的结束时间。
(5) Position指的是服务发送的地理位置信息。其中可以是Position=<AbstractPosition>,位置是一个抽象地址;也可以Position=<Lo,La,H>,位置是一个具体位置信息,其中Lo代表经度,La代表纬度,H代表高度。
(6) Service指的是服务内容,它是由一个或者多个服务而构成的。Service={ser1,ser2,…,sern}(n≥1)。
在智能空间中情景感知提供服务算法如下:
算法1 提供服务算法
输入:情景感知推理结果
输出:为用户提供的服务集合
主要步骤:
1.情景感知推理器将推理结果输入调用控制器;
2.for(访问层轮询器得到推理结果){
3.if(用户状态主动变化) //主动方式
4. {
5. 使用“查询方式”将推理结果再次输入到调用控制器;
6. 调用控制器通过推理结果查询服务数据库得到即时的服务;
7. Return 服务集合;
8.}
9.else //被动方式
10.{
11. 调用控制器调用前一段时间的推理结果;
12. 调用控制器通过推理结果查询服务数据库得到提供给用户的服务;
13. Return 以“推送方式”提供服务集合;
14.}
15.}
3 应用实例及其分析
本节将通过一个智能校园的例子,来说明为在校学生提供情景感知服务的应用。通过学生手持的移动设备来感知校园周围环境并为学生提供上课提醒、教室空/满状态查询、路线规划等情景感知服务。
3.1 系统建立
本系统使用的移动平台为Google公司的Android 2.3移动平台,关系数据库主要放在Android平台提供的SQLite数据库中。为了有良好的扩展性,规则库和服务数据库都以XML形式配置在系统中,为了便于添加新的服务和规则。环境信息都是通过智能手机自带的传感器采集得到的。
在本系统中,智能校园本体模型中一共建立了265条规则,106项服务,基本覆盖了智能校园所必须的实体。如一个学生的位置在教室,现在的时间为上课时间,此教室的电脑的状态为开着,可以推断出学生现在的状态在上课。推理规则在XML的定义如表2所示。
规则中<If>和</If>之间的为推理条件,<Then>和</Then>之间的为推理结果。
在对规则的推理过程中,要为系统提供冲突检测机制。由于在制定规则的过程中,规则为抽象数据类型,在实际的数据向抽象数据转化中,会有些数据在转化成抽象数据中,发生一些冲突。如对表2的规则进行解析时,会发生冲突的情况,如图2所示。通过图2可以看出对于一个学生A在Classroom101可以推出学生在教室,时间8:34可以推出现在为上课时间,但是Classroom107教室的电脑状态为开可以推出教室中的电脑为开着。通过这几条规则也可以推出学生在上课。换言之,Classroom107的电脑状态为开和学生A在Classroom101中,就可以推出学生在上课,这显然是错误的。
为了解决这类问题,在实际数据采集后,加入数据比较机制来解决此类问题。如,对与此条规则,不但推理过程要符合XML文件中的推理规则,而且还要比较实际数据中的人和地点的地理位置信息,当两个地理位置信息相同时,才可以得到最后的推理结果。此外,也可以通过人为的修改冲突规则解决此类问题。
在移动平台提供的服务数据库,也是通过XML文件配置完成的,例如在早上8点到早上10点的时间段内,应该为用户A在101上课提供的上课提醒服务的XML定义如表3所示。
3.2 结果分析
通过对本系统的265条规则、106项服务进行验证,该实验结果表明推理规则能够达到预期的目的,并能为用户提供正确的服务。选取两条推理规则结果演示如图3所示。
利用智能校园系统的案例分别对推理正确率和推理时间方面进行验证,由于只有在推理正确的基础上才可以得到可靠的服务,而且如果推理正确便可以得到可靠的服务。对于系统要提供及时的服务,推理时间也是一个非常重要的指标。
对于推理正确率来说,设推理规则总数为Total,得到的推理正确数为Correct,推理正确率为
对于规则推理时间来说,分别计算从规则总量Total为50,100,150,200,250条中推导出一条正确规则所用的时间,如图4所示。通过实验数据可以看出虽然随着规则总量不断的提供,推理时间也在提高,但是仍然控制在毫秒级别,对提供即时的服务是可以接受的。在智能校园环境中所有的即时服务都控制在秒级别,而规则推理控制在毫秒基别是完全可以满足用户需求的。
4 结 语
情景感知服务以快速、即时、个性的方式改善人们的生活,并且必将成为人们未来生活不可缺少的部分。本文对基于移动平台中对智能空间的情景感知服务进行了基于推理规则的、提供及时可靠服务的研究,并通过在智能校园中的情景感知系统为用户提供可靠服务的案例,从实验数据中可以很好地进行规则推理和为用户提供即时的情景感知服务。此外,虽然规则推导正确率可以达到100%,但有些规则是通过人为的修改而完善的,下一步要使系统可以完全、自动地避免逻辑错误的发生。
参考文献
[1]Weiser M.The Computer for the 21st Century[J].Science America,1991,265(3):94-104.
[2]Anind K Dey.Understanding and using context[J].Personal and Ubiq-uitous Computing,2001(5):20-34.
[3]Wang Xiaohang,Dong Jinsong,Chin C Y,et al.Semantic Space:AnInfrastructure for Smart Spaces[J].IEEE Pervasive Computing,2004,3(3):32-39.
[4]徐光祐,史元春,谢伟凯.普适计算[J].计算机学报,2003(9):1042-1050.
[5]Chakravarty Amiya K,Werner Adrian S.Telecom service provider por-tal:Revenue sharing and outsourcing[J].European Journal of Opera-tional Research,2011,215(1):289-300.
[6]种玉珍,吴晓,倪红波,等.上下文推理技术在智能家庭中的研究与应用[J].计算机工程,2009(7).
[7]Mike Tissenbaum,James D Slotta.A new framework for smart classroomresearch:Co-designing curriculum,research and technology[C].CSCL,2009:91-93.
[8]童恩栋.物联网情景感知技术研究[J].计算机科学,2011,38(4):9-16.
【智能家居感知控制系统】相关文章：
家居智能系统08-12
智能家居控制系统07-28
智能家居控制系统05-16
新型智能家居控制系统04-16
智能家居控制系统研究08-16
智能家居系统讲解07-28
智能家居安全系统06-04
数字智能家居系统07-04
智能家居系统策划方案05-18
智能家居系统设计方案05-22