CN103197647B - 基于cps的家庭智能双平台协同控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于CPS的家庭智能双平台协同控制系统及其控制方法，盖系统包括信号输入模块、信息处理平台、中央控制平台、执行模块和客户端，所述信号输入模块与信息处理平台连接，所述信息处理平台经无线网络分别于客户端和中央控制平台连接，所述中央控制平台与执行模块连接。本发明采用双平台设计，可将复杂的数据运算与控制运算分开进行，进而提高系统的运行速度，同时通过双平台、执行模块（物理设备）及网络的信息物理融合，实现手动控制、自动控制、手动自动接合控制、室内与远程共同控制、多任务实时处理的多模式协同控制。

Description

基于CPS的家庭智能双平台协同控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及智能家居技术领域，更具体的说，特别涉及一种基于CPS的家庭智能双平台协同控制系统及其控制方法。

背景技术

21世纪信息网络得到越来越广泛的普及，并且逐渐走进家庭，实现了家庭的网络化、信息化与智能化。CPS指的是信息物理融合系统，通过CPS建立以住宅为平台，集系统、结构、服务、管理、控制于一体的智能家庭系统，将居家生活的各种设备有机地结合起来，可以提高人类的生活质量，打造一个高效、舒适、安全、健康、环保的居住生活环境空间。公开号为CN102289220A的中国专利申请，申请公布日为2011.12.21，发明创造的名称为：智能家庭感知和控制系统，所述的家庭感知控制系统对于家庭环境的感知及自动控制性很强，其不足之处是，系统对室内人员提出即时的控制要求无法进行很好的处理，不在家中的成人难以对家中的老人小孩进行监护，无法达到室内人员及室外人员的协同控制，同时单一的处理平台同时进行数据处理及控制行为的运算会影响系统的运行速度。根据上述要求，需要设计一种新的家庭智能双平台协同控制系统，将复杂的数据运算与控制运算分开，提高系统运行速度，实现手动控制、自动控制、手动自动接合控制、室内与远程共同控制、多任务实时处理的多模式协同控制。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于CPS的家庭智能双平台协同控制系统及其控制方法，使其具有将复杂的数据运算与控制运算分开，提高系统运行速度，实现手动控制、自动控制、手动自动接合控制、室内与远程共同控制、多任务实时处理的多模式协同控制的优点。

为了实现上述的目的，一方面本发明提供如下技术方案：

基于CPS的家庭智能双平台协同控制系统，其包括信号输入模块、信息处理平台、中央控制平台、执行模块和客户端，所述信号输入模块与信息处理平台连接，所述信息处理平台经无线网络分别于客户端和中央控制平台连接，所述中央控制平台与执行模块连接。

作为优选，所述信号输入模块包括语音设备、遥控器、室外摄像头、人体健康与医疗模块以及环境监测模块。

作为优选，所述信息处理平台包括DSP处理器、触屏以及第一存储模块。

作为优选，所述人体健康与医疗模块包括心率测量器、体温测量器、血压测量器以及室内摄像头。

作为优选，所述环境监测模块包括室内温度传感器、室外温度传感器、湿度传感器、有害气体传感器以及烟尘传感器。

作为优选，所述中央控制平台包括嵌入式微处理器、报警模块、第二存储模块以及驱动所述执行模块动作的驱动模块。

作为优选，所述执行模块为家电设备，包括空调、窗帘、电热水壶、加湿器、热水器、电子锁、影音设备、电饭煲以及空气净化器。

作为优选，还包括与所述信息处理平台连接的网络云数据库，所述客户端为手机和/或PC机，所述嵌入式微处理器为ARM9E处理器，DSP处理器为ADSPBlackfin处理器。

为了实现上述的目的，另一方面本发明提供如下技术方案：

基于上述的CPS的家庭智能双平台协同控制系统的控制方法，其包括S1、启动系统，通过信号输入模块获取所需信号并进行自动控制模式；S2、信息处理平台检测是否有手动控制信号，若有，则处理信号并判断优先级，选择具有高级别优先权的进行操作，若无，则重复上述步骤；S3、判断是否为误操作或恶意操作，若是，则警告该操作者，并通知更高级别的优先权者，请求重新设定控制行为，若无，则进入按手动控制模式进行运行，直至达到设定的控制行为；S4、结束并返回自动控制状态。

作为优选，所述手动控制模式以及自动控制模块为中央控制平台设定的根据信号输入模块的输入的信号而控制相应的执行模块执行的动作。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：采用双平台设计，将复杂的数据运算与控制运算分开，进而提高系统的运行速度，系统通过双平台、物理设备及网络的信息物理融合，实现手动控制、自动控制、手动自动接合控制、室内与远程共同控制、多任务实时处理的多模式协同控制。

附图说明

图1为本发明的基于CPS的家庭智能双平台协同控制系统框架图。

图2为本发明的基于CPS的家庭智能双平台协同控制系统的运行示意图。

图3为本发明的基于CPS的家庭智能双平台协同控制系统的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本发明做进一步详细的说明。

参阅图1所示，本发明提供的一种基于CPS的家庭智能双平台协同控制系统，其包括信号输入模块、信息处理平台、中央控制平台、执行模块和客户端，所述信号输入模块与信息处理平台连接，所述信息处理平台经无线网络分别于客户端和中央控制平台连接，所述中央控制平台与执行模块连接。

所述信号输入模块包括语音设备、遥控器、室外摄像头、人体健康与医疗模块以及环境监测模块，所述信息处理平台包括DSP处理器、触屏以及第一存储模块。这样，室内人员通过触屏、语音设备、遥控器等设备对家庭的设备进行控制。所述人体健康与医疗模块用于对人体信息进行采集，其包括心率测量器、体温测量器、血压测量器以及室内摄像头。所述环境监测模块用于采集温度、湿度、烟尘、有害气体等信息，其包括室内温度传感器、室外温度传感器、湿度传感器、有害气体传感器以及烟尘传感器等。所述中央控制平台包括嵌入式微处理器、报警模块、第二存储模块以及驱动所述执行模块动作的驱动模块。所述执行模块为家电设备，包括空调、窗帘、电热水壶、加湿器、热水器、电子锁、影音设备、电饭煲以及空气净化器。还包括与所述信息处理平台连接的网络云数据库，所述客户端为手机和/或PC机，所述嵌入式微处理器为ARM9E处理器，DSP处理器为ADSPBlackfin处理器。

系统通过信息处理平台的DSP处理器收集采集到的信息进行处理，分析，同时通过无线网络在室内通过无线传输将信息处理平台处理过的数据传输给中央控制平台，而在室外使用宽带或3G无线网络，与网络云端交换数据，用户通过远程PC客户端或手机，向中央控制平台发送命令。整个系统通过中央控制平台的嵌入式微处理器进行自动控制计算及手动控制计算并进行优先级判断与误操作判断；再通过（无线网络）通信模块将信息反馈给信息处理平台与远程的客户端；通过系统两个平台的数据存放在各自的存储模块中；系统通过中央控制平台的驱动模块对家电进行智能控制；系统通过双平台、物理设备及网络的信息物理融合，实现手动控制、自动控制、手动自动接合控制、室内与远程共同控制、多任务实时处理的多模式协同控制。

参阅图2所示的运行示意图，中央控制平台从各类传感器获得信号，经过自动控制计算程序，通过驱动模块对室内环境状态进行自动控制；DSP平台接收传感器、摄像头、语音设备等的数据信号及触屏、遥控器等控制信号并进行处理，通过室内无线网络将室内人员的控制行为信号传输给中央控制平台，通过3G网络或宽带网络将得到室内环境、家中人员信息发送给手机或远程PC客户端；室外家庭成员可通过手机及远程PC客户端了解家中信息，并发送控制信号，通过网络发送给中央控制平台，并发送到DSP平台经过处理反映在触屏上或语音通知室内成员；中央控制平台将得到的室内、室外成员的控制行为信号经过手动控制计算程序，判定各个操作的优先级，判定是否为误操作并返回信息，最终结合自动控制的信息通过驱动控制器控制家电设备。

下面列举具体的实施案例进行分析，当然下述的案例可以单独进行，也可以同时运行：

1、家庭成员通过测量器采集到数据之后，通过嵌入式微处理器的计算，自动控制执行模块的家电，调节室内环境；通过DSP处理器的计算，通过网络与云端数据进行对比，了解其身体状况，并可以寻求医生的远程诊断意见。

2、系统可通过室内摄像头得到的视频通过DSP处理器进行图像处理，对家庭成员发生的跌倒等异常状态向其他家庭成员汇报，并对家中客人的异常行为进行监视，防止对家庭成员的不利行为，达到对人身健康的保障。

3、系统的环境检测模块由于包括室内温度传感器、室外温度传感器、湿度传感器、有害气体传感器以及烟尘传感器，将采集的数据同时传送给数据处理平台与中央控制平台，数据处理平台将家中环境数据在触屏上直接显示并传送给远程客户端；中央控制平台根据设定的数值通过空调、窗帘、空气加湿器、空气净化器等设备进行环境自动控制，并对一氧化碳、含硫等有害气体及烟雾超标代表的火灾、煤气泄漏等事件进行报警处理，同时将异常状态反馈给远程客户端及数据处理平台，数据处理平台通过语音设备向室内人员语音播报。

4、系统可通过室外摄像头（如门口摄像头），经过人脸识别判定是否为家庭成员及系统的数据库中已有的安全客人，如是则通过语音设备告知屋内成员并开门，否则询问室内成员，若仅老人或小孩在家则同时通知在户外的拥有最高优先权的户主，让其及时作出是否开门的判断，实现门禁的控制；通过窗外、室内及特定位置的普通及红外摄像头，系统将异常状况通知户主、对室内各门窗的电子锁上锁并报警，防止翻墙及翻窗盗窃。

5、系统也可统计家庭主人的生活规律，或者根据设定，进行自动控制开启热水器、电热水壶、拉窗帘、开空调的操作，并语音通知室内成员、给室外成员手机发送短信通知，实现自动化控制。

为了实现上述的目的，另一方面本发明提供如下技术方案：

参阅图3所示，具体为整个系统的控制方法流程，其包括：启动系统，通过信号输入模块获取所需信号并进行自动控制模式；信息处理平台检测是否有手动控制信号，若有，则处理信号并判断优先级，选择具有高级别优先权的进行操作，若无，则重复上述步骤；判断是否为误操作或恶意操作，若是，则警告该操作者，并通知更高级别的优先权者，请求重新设定控制行为，若无，则进入按手动控制模式进行运行，直至达到设定的控制行为；结束并返回自动控制状态。其中，手动控制模式以及自动控制模块为中央控制平台设定的根据信号输入模块的输入的信号而控制相应的执行模块执行的动作。

通过本发明的实施，一方面由于采用双平台设计，即信息处理平台和中央控制平台，可将复杂的数据运算与控制运算分开进行，进而提高系统的运行速度，另一方面系统通过双平台、物理设备（执行模块）及网络的信息物理融合，实现手动控制、自动控制、手动自动接合控制、室内与远程共同控制、多任务实时处理的多模式协同控制。

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，而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。

Claims (5)

1.基于CPS的家庭智能双平台协同控制系统，其特征在于：包括信号输入模块、信息处理平台、中央控制平台、执行模块和客户端，所述信号输入模块与信息处理平台连接，所述信息处理平台经无线网络分别于客户端和中央控制平台连接，所述中央控制平台与执行模块连接；所述信号输入模块包括语音设备、遥控器、室外摄像头、人体健康与医疗模块以及环境监测模块；所述信息处理平台包括DSP处理器、触屏以及第一存储模块；所述中央控制平台包括嵌入式微处理器、报警模块、第二存储模块以及驱动所述执行模块动作的驱动模块；CPS的家庭智能双平台协同控制系统的控制方法，包括S1、启动系统，通过信号输入模块获取所需信号并进行自动控制模式；S2、信息处理平台检测是否有手动控制信号，若有，则处理信号并判断优先级，选择具有高级别优先权的进行操作，若无，则重复上述步骤；S3、判断是否为误操作或恶意操作，若是，则警告该操作者，并通知更高级别的优先权者，请求重新设定控制行为，若无，则进入按手动控制模式进行运行，直至达到设定的控制行为；S4、结束并返回自动控制状态；所述手动控制模式以及自动控制模块为中央控制平台设定的根据信号输入模块的输入的信号而控制相应的执行模块执行的动作。

2.根据权利要求1所述的基于CPS的家庭智能双平台协同控制系统，其特征在于：所述人体健康与医疗模块包括心率测量器、体温测量器、血压测量器以及室内摄像头。

3.根据权利要求1所述的基于CPS的家庭智能双平台协同控制系统，其特征在于：所述环境监测模块包括室内温度传感器、室外温度传感器、湿度传感器、有害气体传感器以及烟尘传感器。

4.根据权利要求1所述的基于CPS的家庭智能双平台协同控制系统，其特征在于：所述执行模块为家电设备，包括空调、窗帘、电热水壶、加湿器、热水器、电子锁、影音设备、电饭煲以及空气净化器。

5.根据权利要求1所述的基于CPS的家庭智能双平台协同控制系统，其特征在于：还包括与所述信息处理平台连接的网络云数据库，所述客户端为手机和/或PC机，所述嵌入式微处理器为ARM9E处理器，DSP处理器为ADSPBlackfin处理器。