CN105743750A - 一种智能家居实现自适应感知的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种智能家居实现自适应感知的方法，包括以下步骤：初始化协议、扫描通道、建立ZigBee网络、侦听网络信息、有节点申请入网、分配地址、信息请求、信息类型、终端数据采集信息、上传数据给用户、用户发送、控制信息、传送数据给终端节点和算法的自适应学习。本发明利用系统的自动学习感知算法+ZigBee实现，不仅仅是替代了遥控器的角色，而且实现真正的“智能”，可以学习和感知实现设备和人的生活习惯、生活方式、不同年龄的需求、不同性格特征、不同性别、不同偏好、不同个体的需求来感知获取设备的需要怎么为了人服务，实现真正的“智能”，将达大数据统计学引入到智能家居系统中来。

Description

一种智能家居实现自适应感知的方法
技术领域
本发明涉及一种智能家居实现自适应感知的方法。
背景技术
随着人类不断的进入数字化时代，越来越多的领域开始掀起一场数字化革命。同时，随着人类生活水平的不断提高，人们也对自己的居住环境提出了更高的要求，所以建立健康舒适的环境，提高人们的生活品质与工作效能成为人们追求的目标，而在这种理念的推动下，智能家居保姆的概念就应运而生了，而本文主要是针对家电控制系统做了具体的设计与研究。
智能家居保姆是指以现代住宅为平台，采用先进的电子传感技术和信息传输技术的开放性、智能化集成家居系统，它利用网络通讯技术将与家居生活有关的各种子系统有机地结合在一起，通过统筹规划，实现对住宅情况进行远程监控和实时管理，为用户提供全方位的多功能服务。采用ZigBee、WIFI收发模块及程控电话作为通信平台进行信息反馈和远程控制，实现了电话远程报警、远程遥控等功能，但是这是真正的“智能”吗。
LRDIMM是为了提高服务器系统的内存容量而推出的一类新型内存模块，在内存控制器和内存颗粒之间增加buffer芯片，可以缓冲并驱动内存总线上的地址、命令、数据以及时钟信号至多组内存颗粒芯片。通过这种方式，减轻了内存控制器直接驱动内存芯片的负载，提高了连接到一个DIMM上的内存rank数目，从而扩充了控制器每个通道上可以访问的内存空间。
ZigBee技术的主要优点有：(1)节点功耗低。节点的收发距离短，所需功耗低。另外，ZigBee技术配合芯片采用了多种节能工作模式，可以确保两节五号电池支持长达6个月到1年半左右的使用时间；(2)网络的自组织强；(3)网络容量大；(4)时延短，典型搜索设备时延为30ms，休眠激活时延为15ms，活动设备信道接入时延为15ms；(5)开发成本低，由于网络协议简单，开发时间成本较低，而且ZigBee协议免除专利费，ZigBee的工作频率采用ISM频段，选择灵活。ZigBee技术主要适用于自动控制以及远程控制领域，还可以嵌入至各种设备中，完全符合家庭网络通讯的需要，因此选择ZigBee技术构建智能家居无线网络系统。
WIFI最主要的优势在于不需要布线，可以不受布线条件的限制，因此非常适合移动办公用户的需要，具有广阔市场前景。目前它已经从传统的医疗保健、库存控制和管理服务等特殊行业向更多行业拓展开去，甚至开始进入家庭以及教育机构等领域。但是这个只是实现了替代遥控器控制，没有实现真的智能。
目前采用ZigBee+FPGA的方式比较流行。以单个家庭为单位进行安装，以智能家居系统中的家电控制子系统为研究对象，采用ZigBee无线网络技术作为数据传输平台，将各传感器节点采集到的环境信息通过ZigBee网络汇聚到网络中的控制中心节点，该控制中心节点再通过串口发送数据到智能家居系统中的管理中心。该管理中心在智能控制装置和每个子节点上都接有一个采用了Altera公司推出的32位高性能软处理器nios2，并移植了针对该处理器的uClinux操作系统。管理中心可根据接收到的数据进行处理，并通过家庭总线系统与其他电器设备进行关联操作，实现家庭环境的监测与管理，从而为家庭成员提供安全、舒适、温馨的生活环境，其系统整体结构如图1所示。
功能方面：
(1)户式空调的智能控制；
(2)室内空气质量检测与控制：通过对室内CO2浓度的测量来控制室内的通风量；
(3)窗帘节能控制：通过窗帘的开度控制进入室内的太阳辐射热；
(4)灯光节能控制：利用太阳能光电转换装置，自动完成电源的切换；
(5)其他家电的控制(如：电视的开头，音响的开头等等)；
(6)实现远程烧开水，烧洗澡水等控制。
系统的核心控制部分由FPGA实现，它负责对系统中各个节点采集到的数据进行汇总，并对整个系统进行智能控制.本设计中硬件的设计都是基于Altera公司DE2-70开发平台来实现的。FPGA部分的设计思路是：从ZigBee网络传输过来的数据经过串口后存储到DE2-70开发板上的SDRAM中，然后系统从SDRAM中读取数据后显示在LCD上，系统的整个软件都是存储在Flash中。
上述采用ZigBee+FPGA的方式，虽然实现了具体的遥控和控制功能，但是没有实现“智能”，仅仅是替代了遥控器的角色，不能实现设备和人的生活习惯、生活方式、不同年龄的需求、不同性格特征、不同性别、不同偏好、不同个体的需求来感知获取设备的需要怎么为了人服务，实现真正的“智能”。
另外，WiFi最主要的优势在于不需要布线，可以不受布线条件的限制，因此非常适合移动办公用户的需要，具有广阔市场前景。目前它已经从传统的医疗保健、库存控制和管理服务等特殊行业向更多行业拓展开去，甚至开始进入家庭以及教育机构等领域。
WiFi全称WirelessFidelity，它的最大优点就是传输速度较高，可以达到54Mbps，另外它的有效距离也很长，其主要特性为：速度快、可靠性高，在开放性区域，通讯距离可达305米；在封闭性区域，通讯距离为76米到122米，方便与现有的有线以太网络整合，组网的成本更低，Wi-Fi技术突出的优势在于：
其一，无线电波的覆盖范围广，WiFi的半径则可达100米，办公室自不用说，就是在整栋大楼中也可使用。
其二，传输速度非常快，可以达到11mbps，符合个人和社会信息化的需求。
它与有线网络相较之下，有许多优点：
1、无须布线
WiFi最主要的优势在于不需要布线，可以不受布线条件的限制，因此非常适合移动办公用户的需要，具有广阔市场前景。
2、健康安全
无线网络使用方式并非像手机直接接触人体，应该是绝对安全的。
3、简单的组建方法
一般架设无线网络的基本配备就是无线网卡及一台AP，如此便能以无线的模式，配合既有的有线架构来分享网络资源，架设费用和复杂程序远远低于传统的有线网络。如果只是几台电脑的对等网，也可不要AP，只需要每台电脑配备无线网卡。AP为AccessPoint简称，一般翻译为“无线访问节点”，或“桥接器”。
它主要在媒体存取控制层MAC中扮演无线工作站及有线局域网络的桥梁。有了AP，就像一般有线网络的Hub一般，无线工作站可以快速且轻易地与网络相连。
特别是对于宽带的使用，WiFi更显优势，有线宽带网络(ADSL、小区LAN等)到户后，连接到一个AP，然后在电脑中安装一块无线网卡即可。普通的家庭有一个AP已经足够，甚至用户的邻里得到授权后，则无需增加端口，也能以共享的方式上网。
4、长距离工作
别看无线WiFi的工作距离不大，在网络建设完备的情况下，802.11b的真实工作距离可以达到100米以上，而且解决了高速移动时数据的纠错问题、误码问题，WiFiI设备与设备、设备与基站之间的切换和安全认证都得到了很好的解决。
采用WIFI的方式，实现了具体的遥控和控制功能，但是没有实现“智能”，仅仅是替代了遥控器的角色，不能实现设备和人的生活习惯、生活方式等需求来感知获取设备的需要怎么为了人服务，实现真正的“智能”。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能家居实现自适应感知的方法，解决了目前用于家具智能化的系统和方式均是简单的代替了原有的遥控器控制方式，实现无线网络控制而已，并不能紧密结合人的生活习惯、生活方式，根据不同年龄的需求、不同性格特征、不同性别、不同偏好、不同个体的需求来感知获取设备的需要怎么为了人服务，实现真正的“智能”的问题。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
一种智能家居实现自适应感知的方法，包括以下步骤：
初始化协议：主机在启动时，初始化与通讯设备的之间配置能力协商，之后对设备硬件进行初始化配置；
扫描通道：在初始化成功后，扫描硬件主机，根据初始配置扫描有几个通道，并进行通道的初始化；
建立ZigBee网络：扫描通道后分别建立硬件ZigBee网络，并对ZigBee网络进行收发数据训练，以保证硬件可靠工作；
侦听网络信息：打开ZigBee网络侦听网络，实时监听ZigBee网络内的数据响应；
有节点申请入网：主机发送广播报文对所有设备扫描，如果有移动设备收到广播的扫描报文，则返回带有地址的数据报文给主机，进行注册；
分配地址：对注册后的设备，根据移动设备返回的地址数据分配一定的地址区域，以便后续进行学习；
信息请求：判断是否有从机发过来的信息请求数据；
信息类型：信息类型分为两种，第一就是终端数据采集信息，即为移动设备采集数据后返回给主机，第二为用户发送信息，用户发送的控制信息下发至移动设备控制；
终端数据采集信息：采集传感器或者控制信息的采集，然后上传到ZigBee网络；
上传数据给用户：上传用户的数据信息到主机；
用户发送：用户通过主机下发的控制信息，控制从机的动作和配置；
控制信息：主要控制从机的动作；
传送数据给终端节点：将主机的数据传送给终端节点；
算法的自适应学习：主机根据移动设备的动作数据记录算子β，对主机及其像配对的移动设备自适应学习动作调整，每个主机内部有一张时间表，对应用的移动设备做统计，在不同时间段应用时间长即自适应开启。
进一步的，所述动作数据包括生活规律、不同年领生活习惯和不同情感分析。
进一步的，学习人生活规律的方法是：
定义时间算子为β，算子β有两个，分别为上班出门时间和下班回家时间。
上班时间7：30～8：30这里看做算子β＝{(730开)(830关)}。
进一步的，学习不同年领生活习惯的方法是：
定义年龄算子为&，
老人：灯明亮&1＝10、定时提醒&2＝6、温度湿度&3＝8；
年轻人：灯明亮&1＝8、定时提醒&2＝8、温度湿度&3＝6；
孩子：灯明亮&1＝9、定时提醒&2＝4、温度湿度&3＝7；
病人：灯明亮&1＝7、定时提醒&2＝10、温度湿度&3＝8。
进一步的，学习不同情感分析的方法是：
定义情感算子为ξ，
高兴：灯明颜色(ξ1＝3)、声音(ξ2＝8)、温度湿度(ξ3＝8)；
生气：灯明颜色(ξ1＝9)、声音(ξ2＝1)、温度湿度(ξ3＝3)；
休闲：灯明颜色(ξ1＝5)、声音(ξ2＝5)、温度湿度(ξ3＝5)；
愤怒：灯明颜色(ξ1＝7)、声音(ξ2＝2)、温度湿度(ξ3＝4)。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
利用系统的自动学习感知算法+ZigBee实现，不仅仅是替代了遥控器的角色，而且实现真正的“智能”，可以学习和感知实现设备和人的生活习惯、生活方式、不同年龄的需求、不同性格特征、不同性别、不同偏好、不同个体的需求来感知获取设备的需要怎么为了人服务，实现真正的“智能”，将达大数据统计学引入到智能家居系统中来。
附图说明
图1是现有的ZigBee+FPGA方式系统连接示意图。
图2是现有的ZigBee+FPGA方式的FPGA部分硬件结构图。
图3是本发明一种智能家居实现自适应感知的方法的流程示意图。
图4是自适应感知学习算法训练和自动学习。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图2、图3和图4示出了本发明一种智能家居实现自适应感知的方法的一个实施例：一种智能家居实现自适应感知的方法，包括以下步骤：
初始化协议：主机在启动时，初始化与通讯设备的之间配置能力协商，之后对设备硬件进行初始化配置；
扫描通道：在初始化成功后，扫描硬件主机，根据初始配置扫描有几个通道，并进行通道的初始化；
建立ZigBee网络：扫描通道后分别建立硬件ZigBee网络，并对ZigBee网络进行收发数据训练，以保证硬件可靠工作；
侦听网络信息：打开ZigBee网络侦听网络，实时监听ZigBee网络内的数据响应；
有节点申请入网：主机发送广播报文对所有设备扫描，如果有移动设备收到广播的扫描报文，则返回带有地址的数据报文给主机，进行注册；
分配地址：对注册后的设备，根据移动设备返回的地址数据分配一定的地址区域，以便后续进行学习；
信息请求：判断是否有从机发过来的信息请求数据；
信息类型：信息类型分为两种，第一就是终端数据采集信息，即为移动设备采集数据后返回给主机，第二为用户发送信息，用户发送的控制信息下发至移动设备控制；
终端数据采集信息：采集传感器或者控制信息的采集，然后上传到ZigBee网络；
上传数据给用户：上传用户的数据信息到主机；
用户发送：用户通过主机下发的控制信息，控制从机的动作和配置；
控制信息：主要控制从机的动作；
传送数据给终端节点：将主机的数据传送给终端节点；
算法的自适应学习：主机根据移动设备的动作数据记录算子β，对主机及其像配对的移动设备自适应学习动作调整，每个主机内部有一张时间表，对应用的移动设备做统计，在不同时间段应用时间长即自适应开启。
根据本发明一种智能家居实现自适应感知的方法的另一个实施例，学习人生活规律的方法是：
定义时间算子为β，算子β有两个，分别为上班出门时间和下班回家时间。
上班时间7：30～8：30这里看做算子β＝{(730开)(830关)}。
根据本发明一种智能家居实现自适应感知的方法的另一个实施例，学习不同年领生活习惯的方法是：
定义年龄算子为&，
老人：灯明亮&1＝10、定时提醒&2＝6、温度湿度&3＝8；
年轻人：灯明亮&1＝8、定时提醒&2＝8、温度湿度&3＝6；
孩子：灯明亮&1＝9、定时提醒&2＝4、温度湿度&3＝7；
病人：灯明亮&1＝7、定时提醒&2＝10、温度湿度&3＝8。
根据本发明一种智能家居实现自适应感知的方法的另一个实施例，学习不同情感分析的方法是：
定义情感算子为ξ，
高兴：灯明颜色(ξ1＝3)、声音(ξ2＝8)、温度湿度(ξ3＝8)；
生气：灯明颜色(ξ1＝9)、声音(ξ2＝1)、温度湿度(ξ3＝3)；
休闲：灯明颜色(ξ1＝5)、声音(ξ2＝5)、温度湿度(ξ3＝5)；
愤怒：灯明颜色(ξ1＝7)、声音(ξ2＝2)、温度湿度(ξ3＝4)。
本发明的优点是：
本方法基于现有内存硬件和标准，只需增加生活规律、生活感知、情感感知算法，即可实现家居控制的“智能”，省去了人的动作和病人的有效看护。
本方法的级联方式采用树状拓扑且没有协议转换的开销，相比WIFI等传统简单控制方式，实现智能控制和学习。
有些情况下可以节约系统成本，比如系统中需要大量的软件和硬件控制设备和联网设备，这里我们仅仅添加了智能感知算法即可节省很多成本。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (5)

1.一种智能家居实现自适应感知的方法，其特征在于包括以下步骤：
初始化协议：主机在启动时，初始化与通讯设备的之间配置能力协商，之后对设备硬件进行初始化配置；
扫描通道：在初始化成功后，扫描硬件主机，根据初始配置扫描有几个通道，并进行通道的初始化；
建立ZigBee网络：扫描通道后分别建立硬件ZigBee网络，并对ZigBee网络进行收发数据训练，以保证硬件可靠工作；
侦听网络信息：打开ZigBee网络侦听网络，实时监听ZigBee网络内的数据响应；
有节点申请入网：主机发送广播报文对所有设备扫描，如果有移动设备收到广播的扫描报文，则返回带有地址的数据报文给主机，进行注册；
分配地址：对注册后的设备，根据移动设备返回的地址数据分配一定的地址区域，以便后续进行学习；
信息请求：判断是否有从机发过来的信息请求数据；
信息类型：信息类型分为两种，第一就是终端数据采集信息，即为移动设备采集数据后返回给主机，第二为用户发送信息，用户发送的控制信息下发至移动设备控制；
终端数据采集信息：采集传感器或者控制信息的采集，然后上传到ZigBee网络；
上传数据给用户：上传用户的数据信息到主机；
用户发送：用户通过主机下发的控制信息，控制从机的动作和配置；
控制信息：主要控制从机的动作；
传送数据给终端节点：将主机的数据传送给终端节点；
算法的自适应学习：主机根据移动设备的动作数据记录算子β，对主机及其像配对的移动设备自适应学习动作调整，每个主机内部有一张时间表，对应用的移动设备做统计，在不同时间段应用时间长即自适应开启。
2.根据权利要求1所述的一种智能家居实现自适应感知的方法，其特征在于：所述动作数据包括生活规律、不同年领生活习惯和不同情感分析。
3.根据权利要求2所述的一种智能家居实现自适应感知的方法，其特征在于：学习人生活规律的方法是：
定义时间算子为β，算子β有两个，分别为上班出门时间和下班回家时间。
4.根据权利要求2所述的一种智能家居实现自适应感知的方法，其特征在于：学习不同年领生活习惯的方法是：
定义年龄算子为&，
老人：灯明亮&1＝10、定时提醒&2＝6、温度湿度&3＝8；
年轻人：灯明亮&1＝8、定时提醒&2＝8、温度湿度&3＝6；
孩子：灯明亮&1＝9、定时提醒&2＝4、温度湿度&3＝7；
病人：灯明亮&1＝7、定时提醒&2＝10、温度湿度&3＝8。
5.根据权利要求2所述的一种智能家居实现自适应感知的方法，其特征在于：学习不同情感分析的方法是：
定义情感算子为ξ，
高兴：灯明颜色(ξ1＝3)、声音(ξ2＝8)、温度湿度(ξ3＝8)；
生气：灯明颜色(ξ1＝9)、声音(ξ2＝1)、温度湿度(ξ3＝3)；
休闲：灯明颜色(ξ1＝5)、声音(ξ2＝5)、温度湿度(ξ3＝5)；
愤怒：灯明颜色(ξ1＝7)、声音(ξ2＝2)、温度湿度(ξ3＝4)。
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