CN101958819A - 一种基于因特网的智能车载家居监控系统及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于因特网的智能车载家居监控系统及其工作方法，系统主要包括无线传感器网络、无线AP、带有摄像头的智能小车、数据存储处理服务器、Internet及用户终端。用户可以通过Internet远程查看小车当前位置、控制小车的运动、查看家庭环境信息，并通过车载摄像头查看小车当前位置室内的状况，进行实时视频监视。系统能够根据当前环境信息自主调节家居设施工作状态，实现环保节能。
Description
技术领域
本发明涉及一种家居监控器系统，具体是一种采用无线传感器网络，利用车载无线传感器，实时巡检家居环境信息，并实时调节家居设施工作状态的基于Internet可视远控的智能车载家居监控系统及其工作方法。
背景技术
随着信息处理、现代通信、传感器等高新技术的不断发展及社会对“低碳节能”生活方式的热切需求，基于新型计算机处理技术的“绿色智能家居”受到广泛关注，被认为是优化人居环境、提高生活品质的重要途径。本发明以满足上述需求为目标，面向家居环境，设计并实现一个可实时巡检家居环境信息、自主调节家居设施工作状态、支持基于Internet远程操纵的可视化智能车载家居监控器。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种采用无线传感器网络、嵌入式系统、RFID及多媒体技术构建的智能车载家居监控系统，该系统可实时巡检家居环境信息、自主调节家居设施工作状态、支持基于Internet远程操纵。此外，本发明还提供该系统的工作方法。
本发明所述的基于因特网的智能车载家居监控系统，其主要包括：
无线AP：家庭无线传感器网络的网关，提供Internet无线接入口；
RFID标签：在家居地面铺设RFID标签；上述RFID标签在地面最好按正方形铺设，铺设的间距为3倍RFID读卡器检测范围的1/ 
；
智能小车：小车上装载RFID定位及Internet远程控制系统；
家庭无线传感器网络：由网络中的传感器采集家居环境信息，将采集到的数据发送到智能小车上，同时连接并传递控制信号给家居设施；
数据存储处理服务器：存储并处理家居环境信息，为上层应用提供数据服务；
用户终端：进行视频监控的终端，其通过Internet连接数据存储处理服务器及无线AP，查看家居环境信息、控制智能小车进行巡检。
上述智能小车主要由安装在车体上的以下部件组成：
Arm9开发板：智能小车的网关，以web方式为用户提供小车控制及视频监控服务；
摄像头：获得视频数据；
sink传感器节点：无线传感器网络的汇聚节点，无线传感器网络采集到的数据最终将全部经过这个节点发送给Arm9开发板。
小车运动控制MCU1：控制智能小车运动；
电子罗盘：采集智能小车的方向信息；
RFID读卡器：读取地面上的RFID标签，为智能小车定位服务；
小车定位MCU2：控制RFID读卡器及电子罗盘，提供智能小车的位置信息。
此外，本发明还提供了一种基于因特网的智能车载家居监控系统的工作方法，其硬件构成包括无线AP、智能小车、家庭无线传感器网络、数据存储处理服务器，其工作步骤为：
1）数据存储处理服务器通过Internet查询家庭无线传感器网络中当前环境数据并求取平均值；
2）与数据存储处理服务器中设定的阈值比较，做出相应控制；
3）数据存储处理服务器将控制命令通过Internet发送给智能小车，经由智能小车转发到家庭无线传感器网络中，经家庭无线传感器网络传输控制信号给家居设施进行控制；
4）家居设施做出响应，工作状态改变。
本发明的工作原理是：家庭无线传感器网络采集环境数据并发送到智能小车上，小车通过无线网络将数据发送到数据存储及处理服务器。系统通过查询最近的环境信息并自主调节家电的工作状态。家庭无线传感器网络接入Internet，用户通过Internet远程查看智能小车当前位置、控制小车的运动、查看家庭环境信息，并通过车载摄像头查看智能小车当前位置室内的状况，进行实时监控。
本发明的有益效果是：其能够通过Internet远程实时巡检家居环境信息，进行视频监控，系统利用实时环境数据对家居设施进行自主调节，达到节能环保的目的。
附图说明
图1 系统场景结构图，
图2 智能小车结构图，
图3a是智能小车上搭载的RFID读卡器的布置图，
图3b是一长方形房间直角坐标系示意图，
图3c智能小车参数说明图，
图4 系统数据流图，
图5智能小车定位图，
图6 智能小车控制器、无线传感器sink节点及Arm开发板连接图，
图7 RFID标签铺设图，
图8 光照调节电路图。
具体实施方式
1、系统场景
图1是系统场景结构图，主要由办公室和家庭两个环境组成。家庭环境由以下几个部分组成：无线AP、带有摄像头的智能小车、Sun SPOT无线传感器网络、可以执行照明控制的数据存储处理服务器。办公室环境由一个接入Internet的用户终端及用户组成。各组成功能如下：
AP：家庭网络的无线网关，为家庭中其他设施接入Internet服务。
智能小车：小车上装载RFID定位系统，能够被用户远程控制，为用户提供家居环境巡检、视频监控的服务。 Sun SPOT传感器网络：采集家居环境信息，并根据环境信息自主控制家居设施（如照明设施）的工作，实现节能。 数据存储处理服务器：存储并处理家居环境信息，为上层应用提供数据服务。 用户终端：用户登入系统，查看家居环境信息、控制小车进行巡检、进行视频监控的终端。
2、智能小车的结构
图2是智能小车的结构图，其组成如下：带无线网卡的Arm9开发板、摄像头、作为sink节点的Sun Spot传感器、小车运动控制MCU1、小车定位MCU2、3个RFID读卡器、电子罗盘和小车车体，其中：
1）Arm9开发板：即Arm嵌入式开发板，其是智能小车的核心，智能小车的网关，以网页方式为用户提供小车控制及视频监控服务。
2）摄像头：获得视频数据。
3）sink传感器节点：无线传感器网络的汇聚节点，无线传感器网络采集到的数据最终将全部经过这个节点发送给Arm9开发板。
4）小车运动控制MCU1：控制小车运动。
5）电子罗盘：采集小车的方向信息。
6）RFID读卡器：读取地面上的RFID标签，为小车定位服务。
7）小车定位MCU2：控制RFID读卡器及电子罗盘，提供小车的位置信息。 各部分采用的硬件平台如下：
Arm9开发板：mini2440，linux2.6.28内核， 摄像头：友善之臂提供的CAM130摄像头模块，
sink传感器节点：Sun SPOT无线传感器，Java虚拟机平台，
MCU1及MCU2：AT89S52，
电子罗盘：arduino公司的CMPS03电子罗盘模块，
RFID读卡器：易火眼公司的yhy502a RFID模块。
3、智能车载家居监控器系统的构建
上述智能车载家居监控器系统的构建包括以下部分：
1）小车定位：小车上的RFID读卡器识别地面铺设的标签，配合电子罗盘，计算出小车当前坐标，其具体步骤是：
小车定位MCU2检测当前是否能够读到RFID标签，将读到的RFID标签号及电子罗盘数据通过串口发送给Arm9开发板；
Arm9开发板根据当前读到的RFID标签及罗盘方向计算出小车位置，其具体过程如下：
如图3a，将小车上搭载的RFID读卡器按天线位置从左到右依次标记为1号、2号、4号。RFID读卡器读到标签的情况可以分为以下4类：1号读卡器读到标签、2号读卡器读到标签、4号读卡器读到标签、1号和4号读卡器同时读到标签。以一个长方形房间为例，将房间的两个垂直墙作为直角坐标系的x轴和y轴，如图3b所示。
若1号RFID读卡器读到标签，则小车坐标计算方法如下所示：
Car_xoffset=xoffset-(CenterD/cos(CarD))*cos(270+D-CarD)
Car_yoffest=yoffest- (CenterD/cos(CarD)*sin(270+D-CarD)
其中，Car_xoffset、Car_yoffest为小车x方向和y方向上的坐标，xoffset、yoffest为所读到的RFID标签的坐标，CenterD为小车中心到2号RFID读卡器天线中心的距离，CarD为3个RFID对小车中心张角的一半，D为y轴的负方向沿顺时针方向到小车角度，小车角度由电子罗盘读数减去电子罗盘指向y轴负方向时的读数得到（上述各角度均以角度制记），如图3c所示。
若2号RFID读卡器读到标签，则
Car_xoffset=xoffset-CenterD*cos(270+D)
Car_yoffest=yoffest- CenterD*sin(270+D)
若4号RFID读卡器读到标签，则
Car_xoffset=xoffset-(CenterD/cos(CarD))*cos(270+D+CarD)
Car_yoffest=yoffest- (CenterD/cos(CarD)*sin(270+D+CarD)
若1号和4号RFID读卡器同时读到标签，则参照2号读卡器读到标签的情况将两个标签坐标求平均值后，如下计算：
Car_xoffset=（xoffset1+xoffset4）/2-CenterD*cos(270+D)
Car_yoffest= (yoffest1+yoffset4)/2- CenterD*sin(270+D)
其中xoffset1，yoffset1是1号读卡器读到的标签的x方向及y方向坐标，xoffset4，yoffset4是4号读卡器读到的标签的x方向及y方向坐标。
2）视频监控：利用mjpeg-streamer这一开源软件，提供视频流服务。
3）家居设施自主调节：分析数据库中采集到的环境信息，根据当前环境状况自主调节家居设施工作状态，光照调节的具体步骤是：
31）查询最近一段时间内的环境光照值，并求取平均；
32）若超出设定的阈值，向光照控制器发送降低光照的命令，若低于设定的阈值，向光照控制器发送增强光照的命。
图4是系统数据流图。传感器网络采集家庭环境信息，是在sink节点上通过串口1将数据发送给Arm开发板。Arm开发板接收串口2上的RFID读卡器读到的标签信息及电子罗盘数据从而计算出当前小车的位置。此外，Arm开发板还会对环境信息进行缓存，并将环境信息发送给网络数据库。用户通过Internet登录到Arm开发板控制小车的运动并查看视频及环境数据。系统会根据传感器网络最近采集的数据对家庭设备进行自主调控（如灯光调节）。
智能小车定位电路如图5所示，包括 RFID读卡器、电子罗盘与MCU2电路连接图，3个RFID读卡器检测地面铺设的RFID标签，并将检测到的标签号发送给Arm开发板，配合电子罗盘的方位数据计算出小车当前位置。RFID数据及电子罗盘数据均通过IIC通信方式将数据发送给MCU2。
图6是小车控制器、无线传感器sink节点及Arm开发板连接图。用户通过web方式利用将小车控制命令发送给Arm9开发板，再通过串口发送给无线传感器sink节点。根据用户的命令，传感器sink节点向小车控制MCU发送控制信号，控制小车运动。
地面RFID标签按正方形铺设，如图7所示。铺设的间距为3倍RFID读卡器检测范围的1/。在本系统中，RFID读卡器的检测范围约为读卡器天线的边长。定位过程如下：RFID读卡器检测地面铺设的RFID标签，并将RFID标签号及电子罗盘方向数据发送给Arm9开发板。根据RFID标签号映射到对应的RFID标签的坐标，按照上述计算公式计算当前小车坐标。
传感器网络采集到的环境数据在sink节点汇聚后通过串口发送给Arm9开发板。Arm9开发板接入Internet后将数据发送给网络数据库，若暂时无法接入Internet则对数据进行缓存，当再次接入Internet时将缓存数据连同当前数据一起发送给网络数据库。
后台对网络数据库中的环境数据进行分析后，控制家居设施的工作状态。例如，系统对室内光照进行调节过程如下：查询网络数据库中的光照数据并求取平均值作为当前室内的光照值，判断此时室内的光照是否超出上限阈值或低于下限阈值。若发现上述情况之一，则通过Internet向小车上的Arm9开发板发送相应的控制命令，Arm9开发板通过串口将控制命令发送到无线传感器网络上对应的光照控制节点。光照控制节点如图8所示。
用户通过Arm9开发板提供的http服务通过Internet远程登入系统，查看当前的家居环境信息，利用小车定位功能，控制小车运动，进行视频监视。
Claims (4)
1. 一种基于因特网的智能车载家居监控系统，其特征在于包括：
无线AP：家庭无线传感器网络的网关，提供Internet无线接入口；
RFID标签：在家居地面铺设RFID标签；
智能小车：小车上装载有摄像头、RFID定位及Internet远程控制系统；
家庭无线传感器网络：由网络中的传感器采集家居环境信息，将采集到的数据发送到智能小车上，同时连接并传递控制信号给家居设施；
数据存储处理服务器：存储并处理家居环境信息，为上层应用提供数据服务；
用户终端：进行视频监控的终端，其通过Internet连接数据存储处理服务器及无线AP，查看家居环境信息、控制智能小车进行巡检。
2.根据权利要求1所述的基于因特网的智能车载家居监控系统，其特征在于智能小车主要由安装在车体上的以下部件组成：
Arm9开发板：智能小车的网关，以web方式为用户提供小车控制及视频监控服务；
摄像头：获得视频数据；
sink传感器节点：无线传感器网络的汇聚节点，无线传感器网络采集到的数据最终将全部经过这个节点发送给Arm9开发板；
小车运动控制MCU1：控制智能小车运动；
电子罗盘：采集智能小车的方向信息；
RFID读卡器：读取地面上的RFID标签，为智能小车定位服务；
小车定位MCU2：控制RFID读卡器及电子罗盘，提供智能小车的位置信息。
3.根据权利要求1所述的基于因特网的智能车载家居监控系统，其特征在于RFID标签在地面按正方形铺设，铺设的间距为3倍RFID读卡器检测范围的1/ 。
4.一种基于因特网的智能车载家居监控系统的工作方法，其硬件构成包括无线AP、智能小车、家庭无线传感器网络、数据存储处理服务器，其特征在于工作步骤为：
1）数据存储处理服务器通过Internet查询家庭无线传感器网络中当前环境数据并求取平均值；
2）与数据存储处理服务器中设定的阈值比较，做出相应控制；
3）数据存储处理服务器将控制命令通过Internet发送给智能小车，经由智能小车转发到家庭无线传感器网络中，经家庭无线传感器网络传输控制信号给家居设施进行控制；
4）家居设施做出响应，工作状态改变。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110126 |