CN105511377B - 基于KNX和ZigBee融合的室内传感网络传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于KNX和ZigBee融合的室内传感网络传输系统，包括：监护中心、移动客户端、控制模块、中继处理模块、ZigBee传感网络和KNX传感网络；所述ZigBee传感网络具有ZigBee传感器、ZigBee协调器和ZigBee节点，所述KNX传感网络具有KNX总线、KNX传感器，所述监护中心和移动客户端均通过互联网与控制模块连接，所述控制模块、ZigBee传感网络和KNX传感网络均和中继处理模块连接。具有数据传输稳定、功耗低、布线简单等优点。

Description

基于KNX和ZigBee融合的室内传感网络传输系统

技术领域

本发明涉及一种网络传输技术，特别涉及一种基于KNX和ZigBee融合的室内传感网络传输系统。

背景技术

随着社会的发展，各种看护的技术不断更新迭代。以往如果家中有老人或者自理能力较差的家人，往往需要有人一直陪伴在其身边，以防止其跌倒发生危险，或者误操作家中的电器出现异常状况导致人身安全受到威胁。而现在，通过这些看护技术的发展，用户可以在远程观察被看护人所处环境及其自身情况的数据，并及时处理一些危险情况。

但是，现有的看护技术有着一定的缺陷。看护技术按数据传输方式可以分为有线和无线两种方式。其中，有线的方式需要通过各种线缆连接在室内和老人身上布控的节点。这种方法虽然在数据传输的过程中比较稳定，但是线缆太多导致监护区域的布线杂乱，被监护人的行动不便，使用体验较差，往往会造成被监护人不愿意使用的情况。无线传输的方式能解决布线复杂的问题，使用体验较好，但是因为现有的无线传输数据丢包率还是比较高，导致使用这样传输方式的系统稳定性不够，而且无线传输节点存在电源供应不便的问题，如果系统传输的数据较多，功耗过大会降低系统的待机时间，不利于系统实时工作的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于KNX和ZigBee融合的室内传感网络传输系统。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种基于KNX和ZigBee融合的室内传感网络传输系统，包括：一种基于KNX和ZigBee融合的室内传感网络传输系统，包括：监护中心、移动客户端、控制模块、中继处理模块、ZigBee传感网络和KNX传感网络；所述ZigBee传感网络具有ZigBee传感器、ZigBee协调器和ZigBee节点，所述KNX传感网络具有KNX总线、KNX传感器和摄像头，所述监护中心和移动客户端均通过互联网与控制模块连接，所述控制模块、ZigBee传感网络和KNX传感网络均和中继处理模块连接；所述ZigBee传感器所采集到的数据依次通过ZigBee节点和ZigBee协调器传输给中继处理模块，所述KNX传感器所采集到的数据通过KNX总线传输给中继处理模块。所述ZigBee传感器包括：加速度传感器、陀螺仪传感器、体温传感器和心率传感器，所述KNX传感器包括：温度传感器、门磁传感器、空气质量传感器和可燃性气体传感器。本发明将传感器按具体的功能场景进行区分，心率传感器、体温传感器、加速度传感器、陀螺仪需要实时的采集被监护人身上的数据，如果通过有线传输，传感器的数据会造成被监护人的行动不便，所以对于这三个传感器的数据，系统使用ZigBee传感网络进行传输。心率传感器和体温传感器布置在被监护人的手腕，通过第一ZigBee节点接入ZigBee局域网络传输，加速度传感器和陀螺仪传感器布置在被监护人的腰间，通过第二ZigBee节点接入ZigBee局域网传输。两个节点通过ZigBee协调器统一采集并存储两个节点中的数据。最后发送到中继处理模块进行处理。

所述心率传感器、加速度传感器、陀螺仪传感器采集到的信息通过ZigBee传感网络进行传输。

所述门磁传感器、温度传感器、可燃性气体浓度传感器、空气质量传感器、摄像头可以直接部署在室内的合适区域，通过合理的布线可以避免线缆过多带来的不便体验。所以，对于门磁传感器、温度传感器、可燃性气体浓度传感器、空气质量传感器、摄像头采集到的信息，系统通过KNX总线进行传输，最后发送到中继处理模块进行处理。

所述ZigBee传感网络采集到的信息和KNX总线采集到的信息都由中继处理模块统计进行采集并融合处理。

所述中继处理模块采用Raspberry Pi 2 Model B树莓派开发板并基于ARMCortex-A7架构。

所述控制模块采用Raspberry Pi 2 Model B树莓派开发板，所述控制模块通过KNX总线控制与室内传感网络传输系统连接的电器的开与关，当中继处理模块判断出与室内传感网络传输系统连接的电器出现异常情况时，则控制模块通过KNX总线发送指令关闭出现异常情况的电器。

所述中继处理模块负责对两个网络中的数据进行融合处理，并将处理后的结果反馈到控制模块。并且，中继模块会设定预警警戒值，当处理的信息异常时，会向控制模块发送预警指令。

所述控制模块根据中继处理模块的反馈，发送系统检测信息到远程的监护中心和被监护人的家人。并且，当中继处理模块反馈预警指令时，控制模块通过KNX总线控制家中的异常电器，并向监护中心和被监护人的家人发送预警信息和实时的室内监控图像。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

本发明由KNX传感网络和ZigBee网络融合传输系统信息，充分利用了KNX传感网络的稳定特性，以及ZigBee网络的低功耗、可无线传输特性，搭建了一套稳定性高、实用性强的室内传感网络系统。当系统运用在室内监护领域时，KNX传感网络用于传输温度、空气质量、可燃气体等室内监控信息，ZigBee网络用于传输监护人的实时加速度以及心率数据。通过部署在室内的中继处理模块对两个网络中的信息进行融合处理，系统中的信息通过控制模块发送到远程的监护中心和移动客户端进行展示，当信息异常时，系统也将进行相应的预警操作。

附图说明

图1是本发明的系统结构图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，一种基于KNX和ZigBee融合的室内传感网络传输系统，该系统的运行流程如下：

[1]心率传感器和体温传感器布置在被监护人的手腕，数据采样频率为60HZ，通过第一ZigBee节点(即ZigBee节点1)接入ZigBee局域网络传输.加速度传感器和陀螺仪传感器布置在被监护人的腰间，数据采样频率为40HZ,通过第二ZigBee节点(即ZigBee节点2)接入ZigBee局域网传输。两个节点通过ZigBee协调器统一采集并存储两个节点中的数据。ZigBee节点和ZigBee协调器基于CC2530开发套件定制开发而成。各个传感器的作用如下：

加速度传感器：由于人体运动时腰间的加速度受干扰较小，最能直观的反应人体的整体运动情况，所以该传感器佩戴在被监护人腰间，用于采集被监护人的实时三轴运动加速度信息。

陀螺仪传感器：同理，该传感器佩戴在被监护人的腰间，用于采集被监护人的实时运动三轴角度偏转值；

心率传感器：佩戴在手腕的心率传感器通过对人体血液的光照反射获取被监护人的心率值；

体温传感器：用于感知被监护人的体温信息；

[2]门磁传感器、温度传感器、可燃性气体浓度传感器、空气质量传感器、摄像头布置在室内的合适位置，数据采样频率为1HZ，通过KNX总线传输信息，各个传感器的作用如下：

门磁传感器：用于感知室内门窗的开关状态；

温度传感器：用于感知室内的温度；

可燃性气体浓度传感器：用于感知室内的可燃性气体浓度，当浓度过大时，被监护人将处于危险的状态；

空气质量传感器：用于感知室内的空气质量情况；

摄像头：当系统预警时，通过摄像头采集实时的图像信息发送给监护中心和被监护人的家人。

[3]中继处理模块由Raspberry Pi 2 Model B树莓派开发板开发而成，通过接入ZigBee协调器和KNX节点，分别采集ZigBee网络中的数据和KNX总线的数据，再根据信息发送的频率，对信息进行先后处理。将监护人的心率传感器、体温传感器的信息，室内门磁传感器、温度传感器、可燃性气体浓度传感器、空气质量传感器的数据传送给控制模块，由控制模块进行转发。并对心率、可燃性气体浓度与阀值进行比对，判断是否发送相应的预警指令和实时监测数值。同时融合处理老人的实时运动加速度、角度以及老人的实时心率信息，判断老人是否跌倒。如果跌倒，则发送相应的预警指令和实时监测数值。

[4]控制模块同样由同一Raspberry Pi 2 Model B树莓派开发板开发而成，通过以太网网关接入互联网，当中继处理模块发送的信息为非预警监测信息时，该模块直接通过互联网将信息发送到远程监护中心和被监护人家人的移动终端中。当中继处理模块发送的为预警指令时，如果预警指令是可燃性气体浓度超出阀值，则通过KNX总线给家里的燃气电器发送关闭电器的指令，同时向远程的监护中心和家人的移动终端发送预警信息，并通过KNX向摄像头采集1帧图像传送给监护中心和家人。如果预警信息为心率异常和或者老人跌倒时，则直接向远程的监护中心和家人的移动终端发送预警信息，并采集1帧图像传送给监护中心和家人。

[5]远程的监护中心子模块由基于Android操作系统的11寸平板电脑构成，放置在医院的监护中心或者社区的监护中心。非预警状态时实时显示系统中的传感数据，当接收到控制模块的预警指令时，显示具体的预警信息，并显示室内的实时图像。

[6]移动客户端子模块由运行定制APP的基于Android操作系统的智能手机构成，非预警状态时实时显示系统中的传感数据，当接收到控制模块的预警指令时，显示具体的预警信息，并显示室内的实时图像。

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，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 (6)

1.一种基于KNX和ZigBee融合的室内传感网络传输系统，其特征在于，包括：监护中心、移动客户端、互联网、控制模块、中继处理模块、ZigBee传感网络和KNX传感网络；所述ZigBee传感网络具有ZigBee传感器、ZigBee协调器和ZigBee节点，所述KNX传感网络具有KNX总线、KNX传感器和摄像头，所述监护中心和移动客户端均通过互联网与控制模块连接，所述控制模块、ZigBee传感网络和KNX传感网络均和中继处理模块连接；所述ZigBee传感器所采集到的数据依次通过ZigBee节点和ZigBee协调器传输给中继处理模块，所述KNX传感器所采集到的数据通过KNX总线传输给中继处理模块；

中继处理模块由Raspberry Pi 2 Model B树莓派开发板开发而成，通过接入ZigBee协调器和KNX节点，分别采集ZigBee网络中的数据和KNX总线的数据，再根据信息发送的频率，对信息进行先后处理；

控制模块同样由同一Raspberry Pi 2 Model B树莓派开发板开发而成，通过以太网网关接入互联网，当中继处理模块发送的信息为非预警监测信息时，该模块直接通过互联网将信息发送到远程监护中心和被监护人家人的移动终端中；当中继处理模块发送的为预警指令时，如果预警指令是可燃性气体浓度超出阀值，则通过KNX总线给家里的燃气电器发送关闭电器的指令，同时向远程的监护中心和家人的移动终端发送预警信息，并通过KNX向摄像头采集1帧图像传送给监护中心和家人。

2.根据权利要求1所述的基于KNX和ZigBee融合的室内传感网络传输系统，其特征在于，所述ZigBee传感器包括：加速度传感器、陀螺仪传感器、体温传感器和心率传感器，所述KNX传感器包括：温度传感器、门磁传感器、空气质量传感器和可燃性气体传感器。

3.根据权利要求2所述的基于KNX和ZigBee融合的室内传感网络传输系统，其特征在于，所述心率传感器、加速度传感器、陀螺仪传感器采集到的信息通过ZigBee传感网络进行传输；所述温度传感器、门磁传感器、空气质量传感器和可燃性气体传感器采集到的信息通过KNX总线传输。

4.根据权利要求1所述的基于KNX和ZigBee融合的室内传感网络传输系统，其特征在于，所述ZigBee传感网络采集到的信息和KNX总线采集到的信息都由中继处理模块统一进行采集并融合处理。

5.根据权利要求1所述的基于KNX和ZigBee融合的室内传感网络传输系统，其特征在于，所述中继处理模块基于ARM Cortex-A7架构。

6.根据权利要求1所述的基于KNX和ZigBee融合的室内传感网络传输系统，其特征在于，所述控制模块通过KNX总线控制与室内传感网络传输系统连接的电器的开与关，当中继处理模块判断出与室内传感网络传输系统连接的电器出现异常情况时，则控制模块通过KNX总线发送指令关闭出现异常情况的电器。