CN108418861A - 自适应物联网智能环境控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自适应物联网智能环境控制系统，包括：人体健康监测系统、物联网智能家电系统和室内环境状态监测系统和云服务中心；物联网智能家电系统包括各类环境控制家电，通过云服务中心的控制信号运行或关闭所述环境控制家电；室内环境状态监测系统是分布在室内安装的各种环境状态监测传感器，传感器遍布于室内的特定位置，随时监测室内各个位置的环境状态数据，并传送给云服务中心；人体健康监测系统与可穿戴设备终端相连接，实时收集反映用户身体状态的数据，并将所收集的数据传送给云服务中心的服务器；根据所接收的所述数据，控制物联网智能家电系统中的环境控制家电。

Description

自适应物联网智能环境控制系统

技术领域

本发明属于电子信息技术领域，具体涉及一种可穿戴式的人工智能无线物联网系统。

背景技术

随着科技逐渐发展，越来越多的可穿戴设备用于人体健康监测，由于连续随身监测，可以采集到一些低概率的事件，这是通常诊疗室或医院用检查设备和方法不可能做到的。而这些事情可能对于病情诊断，病情的发展和病情的治疗尤为重要。它同时测量病人在日常生活中的状况，如活动、休息和睡觉，以及环境条件和心理因素。通过连续检测生理信号，测量日常生活情景(活动、环境和心理)，融合这两种信息，产生在各种状况下的生理反应。而这些生理反应能显示人的健康状况和治疗期内病人的病情反应和发展，捕捉到生理节奏的变化。可穿戴终端能够向系统上报诸多信息：(1)通过脑波感应器能检测被监护人的脑波状态，从而判断被监护人是否发生异常，例如：是否突然晕倒、监护老人的心情状态；(2)通过心跳感应器监测被监护人的心跳，从而判断被监护人是否突发心脏病；(3)通过体温传感器监测被监护人的体温，从而判断被监护人是否中暑，或者，被监护人所在环境是否发生火灾；(4)通过血糖感应器检测被监护人的血糖值，具有提前预防糖尿病的作用；(5)通过血压感应器检测被监护人的血压，从而判断被监护人是否突发高血压；(6)通过呼吸感应器检测被监护人的呼吸频率，从而判断被监护人是否突发煤气中毒、氧气不足或者生命受到威胁；(7)通过压力感应器检测被监护人身上的压力，从而判断被监护人是否意外摔倒或晕倒；(8)通过电流感应器检测被监护人是否触电；(9)通过有毒气体感应器检测被监护人是否煤气中毒；(10)通过光照感应器感应被监护人身边的光照，从而防止被监护人发生意外情况；(11)通过湿度感应器检测被监护人身上的湿度，从而判断被监护人身体是否淋雨或者淋雨雪。可穿戴终端能够全面精确的向系统上报被监护人身体健康状态以及当前所在环境信息，系统基于专业知识能够精确的判断出被监护人是否出现意外，并且，当出现意外时能够及时通知监护人或进行报警，从而保证被监护人能够得到及时有效的救援。

可以看出，上述系统都是针对病人、高危人群遇到特定事件，例如危险，警报的时候才能发挥作用的可穿戴系统。目前尚未有将目光集中在正常人的一些环境体验上。正常人，如何通过可穿戴设备，获得更好的身心体验。是亟待解决的一个问题。

发明内容

已经做出了本发明来至少解决上面描述的问题和缺点，并至少提供下面描述的益处。因此，本发明的一个方面提供了一种自适应物联网智能环境控制系统，包括：人体健康监测系统、物联网智能家电系统和室内环境状态监测系统和云服务中心；物联网智能家电系统包括各类环境控制家电，通过云服务中心的控制信号运行或关闭所述环境控制家电；室内环境状态监测系统是分布在室内安装的各种环境状态监测传感器，传感器遍布于室内的特定位置，随时监测室内各个位置的环境状态数据，并传送给云服务中心；人体健康监测系统与可穿戴设备终端相连接，实时收集反映用户身体状态的数据，并将所收集的数据传送给云服务中心的服务器；根据所接收的所述数据，控制物联网智能家电系统中的环境控制家电。

优选的，所述室内环境状态监测系统是分布在室内安装的各种环境状态监测传感器，包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、甲醛传感器、二氧化碳传感器、烟雾传感器、有毒气体传感器。

优选的，其中云服务中心是整个系统的数据收集、处理和分析的中心，用户可以通过PC与该服务器相连，查看和设置该服务器，或者直接将用户的高性能PC作为服务器使用，只要该PC具有大容量数据存储设备和足够强大的数据处理单元。

优选的，所述可穿戴设备可以为腕式可穿戴设备终端或夹子式可穿戴设备终端，腕式可穿戴设备终端佩戴于人体手腕部位，夹子式可穿戴设备终端用于夹在衣领部位或衣襟部位。

优选的，所述可穿戴设备主要包括体温传感器、电流传感器、心跳传感器、血压传感器、脑波传感器、呼吸传感器、血糖传感器和压力传感器。

优选的，通过可穿戴设备实时收集人体体征数据并及时传送给云服务中心的服务器，由服务器通过数据分析判断用户当前的身体状态，再根据身体状态自适应地发出控制信号控制物联网智能家电系统，从而调节室内环境状态。

优选的，所述可穿戴设备包括睡眠模式和运动模式。

优选的，在所述运动模式下，(1)通过人体体表温度与33℃(人体正常皮肤表面的温度)对比，分析人体当前处于热、冷或舒适的状态；当人体体表温度高于33℃，原则上考虑室内环境温度需要调低；当人体体表温度低于33℃，原则上考虑室内环境温度需要调高；其中，根据人体体表温度与33℃的差值大小决定调幅大小；(2)通过生理状态参数(例如人体体温、人体耗氧量、心脏跳动频率、呼吸频率等参数)分析人体处于散热、吸热或平衡状态；这些参数可用于辅助上述(1)项分析对室内环境温度的调控；(3)通过人体运动状态、运动剧烈程度，分析是否有必要调节环境温度以及调温幅度的高低；当人体处于正常活动状态下，仅考虑上述(1)、(2)项则可分析调控的温度值；当人体处于运动状态，发热量大，室内环境需要降低温度以维持人体舒适状态，但需控制调整温度不能过低，避免造成人体着凉。

优选的，在所述睡眠模式下，服务器记录用户在睡眠中的体征数据和环境状态数据，用户可以在睡醒后向系统反馈睡眠质量；系统经过长期记录相关数据，可以生成用户最优睡眠所需环境数据，以此数据作为基准，在用户睡眠模式下对环境状态进行智能调节。

优选的，基于云服务中心的控制信号，所述物联网智能家电系统可实现如下控制：当室内环境温度低于用户的设定温度1度时，电暖器自动进入运行；

当室内环境温度达到用户的设定温度时，电暖器自动停止运行；

当室内环境温度高于用户的设定温度1度时，空调器自动进行制冷运行；

当室内环境温度达到用户的设定温度时，空调器自动停止；

当室内相对湿度低于用户的设定湿度5度时，加湿器自动开启加湿功能；

当室内相对湿度达到用户的设定湿度时，加湿器自动停止；

当室内相对湿度达到用户的设定湿度5度时，空调器自动进行除湿运行；

当室内相对湿度达到用户的设定湿度时，空调器停止运行。

本发明达到以下有益效果：基于可穿戴设备提供的各项人体体征数据以及环境监测数据，云服务中心结合上述数据以及用户日常体验，对智能家电进行控制，从而针对不同用户提供不同的环境体验，为用户带来更好的身心健康体验。

附图说明

图1是现有技术中基于可穿戴设备的身体体征动态监测系统结构框图；

图2是现有技术中基于可穿戴设备的身体体征动态监测系统实施例示意图；

图3是本发明实施例中物联网家电系统工作模式图；

图4是本发明实施例中自适应物联网智能环境控制系统结构图；

具体实施方式

现在将详细参考本发明的实施例，在附图中示出了它们的例子，其中，相同的参考数字通篇指示相同的元件。就此而言，本发明的实施例可以具有不同的形式，并且不应该被视为限于这里给出的描述。因此，下面通过参考附图描述这些实施例仅为了说明本发明的各方面。

如图1现有技术的身体体征动态监测系统结构框图所示，一种基于身体传感网络的穿戴式实时健康监测系统硬件。整个身体体征动态监测系统由穿戴式监测装置和监控中心组成。医护人员对监控中心的服务器的数据进行进一步的分析，从而提供及时的医疗服务。穿戴式监测装置系统由多个智能微型传感器和一个穿戴式计算部组成。微型传感器，根据其性质和测量要求，贴在(或植入)身体某些部位，采集生理、运动/环境和心理数据，连接到随身计算部。计算部处理、融合各种信息，计算出一组人体动态生理参数，以及产生这一生理参数的相应的人体运动状态、环境参数和心理因素。随身计算部进而将数据传往监控中心。

图2是现有技术中基于可穿戴设备的身体体征动态监测系统实施例示意图。微型传感器放置在身体的不同部位，微型传感器包括：生理信号传感器有：温度、心电图、血氧、血压等；脑电、呼吸等传感器。运动传感器有：陀螺仪、加速度传感器等；运动传感器和测量装置还有：测量关节运动的拉伸传感器、监测运动的摄像机装置等。环境传感器有：麦克风、光、温度、生化、测量位置的全球定位系统等；心理传感器有：皮肤电导、麦克风等。计算部的随身微计算机可以是专门设计的专用处理器，也可以是掌上电脑或手机。微型传感器的感应节点收集重要的生理、活动、环境和心理信号，进行预处理后，被进一步处理、融合、分类，存储。并把这些数据送往监控中心，监控中心发现异常情况，及时通知医疗中心或其家庭成员。

图3示出了物联网家电系统的工作模式。

现有的物联网家电系统包括空调器、电暖气、加湿器、电风扇、空气清新机、温度传感器、组网装置、湿度传感器和云服务中心几个部分。每个家电中均内置了联网装置和天线，从而实现所有的家电装置与云服务中心的互联互通。该系统通过接受用户控制指令满足一部分室内环境控制需求，例如定时换风，定时调节室内温度。

在该物联网家电系统中，通过生产厂家的应用程序设计和物联网家电系统的组网控制功能，将空调器检测得到的温度信息、湿度传感器检测得到的湿度信息、空调器的温度设定命令、加湿器的湿度设定命令在几个家电中进行发布，具体可以实现如下的协同控制：

当室内环境温度低于用户的设定温度1度时，电暖器自动进入运行；

当室内环境温度达到用户的设定温度时，电暖器自动停止运行；

当室内环境温度高于用户的设定温度1度时，空调器自动进行制冷运行；

当室内环境温度达到用户的设定温度时，空调器自动停止；

当室内相对湿度低于用户的设定湿度5度时，加湿器自动开启加湿功能；

当室内相对湿度达到用户的设定湿度时，加湿器自动停止；

当室内相对湿度达到用户的设定湿度5度时，空调器自动进行除湿运行；

当室内相对湿度达到用户的设定湿度时，空调器停止运行。

上述现有物联网家电系统可以满足日常生活中用户对室内环境设定的最基本要求，例如在冬季室温降低或者夏季升高，用户可以依照日常的经验设定好需要的温度和湿度。该物联网家电系统可以根据设定，由云服务中心发布控制命令，通过家电之间的物联网传送控制命令并完成相应的功能控制。

图4示出整个自适应物联网智能环境控制系统结构图。系统包括人体健康监测系统、物联网智能家电系统和室内环境状态监测系统。

物联网智能家电系统包括各类环境控制家电，也可以包括其他的智能家电，这些家电根据图3所示的工作模式进行工作。室内环境状态监测系统是分布在室内安装的各种环境状态监测传感器，包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、甲醛传感器、二氧化碳传感器、烟雾传感器、有毒气体传感器等。这些传感器遍布于室内的特定位置，随时监测室内各个位置的环境状态数据，并传送给云服务中心的服务器以供其在进行自适应协调处理时进行参考。这些传感器仍然需要在安装完成后，将安装位置数据发送给云服务中心的服务器进行保存。云服务中心的服务器通过现有的有线或无线技术与室内定位系统、物联网智能家电系统和室内环境状态监测系统相连接。云服务中心是整个系统的数据收集、处理和分析的中心，用户可以通过PC与该服务器相连，查看和设置该服务器，或者直接将用户的高性能PC作为服务器使用，只要该PC具有大容量数据存储设备和足够强大的数据处理单元。同时，云服务中心的服务器还可以与用户的手机互联，以方便向用户发送各类通知消息，以及接收用户发送的控制指令。

人体健康监测系统与可穿戴设备终端相连接。可穿戴设备终端可以为腕式可穿戴设备终端或夹子式可穿戴设备终端，腕式可穿戴设备终端佩戴于人体手腕部位，夹子式可穿戴设备终端用于夹在衣领部位或衣襟部位。

可穿戴设备主要包括体温传感器、电流传感器、心跳传感器、血压传感器、脑波传感器、呼吸传感器、血糖传感器和压力传感器等上述现有技术中任何人体体征监测传感器。佩戴在用户身体上的可穿戴设备终端实时收集反映用户身体状态的数据，并将所收集的数据传送给云服务中心的服务器，供其进一步处理。人体在不同环境状态中的温度需求是不同的，例如人体剧烈运动前后、人体入睡前后、人体沐浴前后体温是有变化的。人在清醒状态时，可以根据自己的感官感觉调控风速和温度，但这种调控具有滞后性。人往往是在感觉到冷或热的时候才产生重新调控温度的需要，室内环境控制系统接收到指令后运行，从而环境达到人体需要的温度时存在时间延迟。此外，室内环境控制系统也具有滞后性。系统接收指令后，调节环境温度至人体需要也存在时间延迟。由于存在主客观滞后性，此时系统在尚未达到调节效果时，人体可能已经因为室内环境过凉或过热受到影响，最常见的后果就是感冒生病。因此，相对于滞后调节，更有效的方式是实时收集人体体征数据并及时传送给服务器，由服务器通过数据分析判断用户当前的身体状态，再根据身体状态自适应地调节室内环境状态。在这种情况下，即便用户没有主动对室内环境状态提出要求，服务器仍然会智能地根据人体体征对室内环境状态作出调节。

例如，服务器根据可穿戴设备收集和传送用户体表温度数据，智能化地决定室内环境温度。一般而言，人体正常体温为36.2-37.2℃，人体皮肤表面的温度约为33℃左右，当室内温度高于33℃时就会产生热的感觉，而低于13℃时则会产生冷的感觉。当室内环境条件为温度25℃，相对湿度为50％时，人体处于最正常最理想的热平衡状态。在这个环境条件下，人体没有冷热感，身体内的毛细血管舒张平衡，感觉非常舒适。夏季，人体最适宜的温度比25℃稍高，为26-28℃，而冬季，人体最适宜的温度是18-25℃。因此，舒适环境温度以夏季26-28℃和冬季18-25℃为标准，可以事先预设夏季室内环境的基准温度为26℃，冬季室内环境的基准温度为20℃。可穿戴设备终端通过温度传感器感应人体温度，生化传感器感应人体心率、血氧浓度等生化指标，加速度传感器感应人体运动状态，进而将人体状态数据传送给服务器，服务器对各项数据进行分析，获得当前人体体表温度、身体生理状态、运动状态等生理参数，以此来确定控制指令。具体分析过程如下：(1)通过人体体表温度与33℃(人体正常皮肤表面的温度)对比，分析人体当前处于热、冷或舒适的状态。当人体体表温度高于33℃，原则上考虑室内环境温度需要调低；当人体体表温度低于33℃，原则上考虑室内环境温度需要调高。其中，根据人体体表温度与33℃的差值大小决定调幅大小。(2)通过生理状态参数(例如人体体温、人体耗氧量、心脏跳动频率、呼吸频率等参数)分析人体处于散热、吸热或平衡状态。这些参数可用于辅助上述(1)项分析对室内环境温度的调控。(3)通过人体运动状态、运动剧烈程度，分析是否有必要调节环境温度以及调温幅度的高低。当人体处于正常活动状态下，仅考虑上述(1)、(2)项则可分析调控的温度值；当人体处于运动状态，发热量大，室内环境需要降低温度以维持人体舒适状态，但需控制调整温度不能过低，避免造成人体着凉。

同样，含有人体健康监测的环境控制系统还可以设置睡眠模式。在睡眠模式下，服务器记录用户在睡眠中的体征数据和环境状态数据，用户可以在睡醒后向系统反馈睡眠质量。系统经过长期记录相关数据，可以生成用户最优睡眠所需环境数据，以此数据作为基准，在用户睡眠模式下对环境状态进行智能调节。

经过功能扩展，含有人体健康监测的环境控制系统智能化程度进一步提高，即使用户本身没有对室内环境状态提出要求，服务器仍然可以通过人体健康检测系统收集人体体征数据，将室内环境状态最优化，不仅能够使用户对环境状态感到愉悦，更重要的是有利于用户的身体健康。

以上仅是本发明的可选实施方式而已，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任意简单修改、等同变化、结合或修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件(例如处理器)完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的每个模块/单元可以采用硬件的形式实现，例如通过集成电路来实现其相应功能，也可以采用软件功能模块的形式实现，例如通过处理器执行存储于存储器中的程序/指令来实现其相应功能。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请，如本发明实施方式中的具体的实现方法。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种自适应物联网智能环境控制系统，包括：

人体健康监测系统、物联网智能家电系统和室内环境状态监测系统和云服务中心；物联网智能家电系统包括各类环境控制家电，通过云服务中心的控制信号运行或关闭所述环境控制家电；

室内环境状态监测系统是分布在室内安装的各种环境状态监测传感器，传感器遍布于室内的特定位置，随时监测室内各个位置的环境状态数据，并传送给云服务中心；人体健康监测系统与可穿戴设备终端相连接，实时收集反映用户身体状态的数据，并将所收集的数据传送给云服务中心的服务器；

根据所接收的所述数据，控制物联网智能家电系统中的环境控制家电。

2.如权利要求1所述的自适应物联网智能环境控制系统，其中，所述室内环境状态监测系统是分布在室内安装的各种环境状态监测传感器，包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、甲醛传感器、二氧化碳传感器、烟雾传感器、有毒气体传感器。

3.如权利要求2所述的自适应物联网智能环境控制系统，其中云服务中心是整个系统的数据收集、处理和分析的中心，用户可以通过PC与该服务器相连，查看和设置该服务器，或者直接将用户的高性能PC作为服务器使用，只要该PC具有大容量数据存储设备和足够强大的数据处理单元。

4.如权利要求1所述的自适应物联网智能环境控制系统，其中，所述可穿戴设备可以为腕式可穿戴设备终端或夹子式可穿戴设备终端，腕式可穿戴设备终端佩戴于人体手腕部位，夹子式可穿戴设备终端用于夹在衣领部位或衣襟部位。

5.如权利要求4所述的自适应物联网智能环境控制系统，其中，所述可穿戴设备主要包括体温传感器、电流传感器、心跳传感器、血压传感器、脑波传感器、呼吸传感器、血糖传感器和压力传感器。

6.如权利要求5所述的自适应物联网智能环境控制系统，其中，通过可穿戴设备实时收集人体体征数据并及时传送给云服务中心的服务器，由服务器通过数据分析判断用户当前的身体状态，再根据身体状态自适应地发出控制信号控制物联网智能家电系统，从而调节室内环境状态。

7.如权利要求6所述的自适应物联网智能环境控制系统，所述可穿戴设备包括睡眠模式和运动模式。

8.如权利要求7所述的自适应物联网智能环境控制系统，在所述运动模式下，(1)通过人体体表温度与33℃(人体正常皮肤表面的温度)对比，分析人体当前处于热、冷或舒适的状态；当人体体表温度高于33℃，原则上考虑室内环境温度需要调低；当人体体表温度低于33℃，原则上考虑室内环境温度需要调高；其中，根据人体体表温度与33℃的差值大小决定调幅大小；(2)通过生理状态参数(例如人体体温、人体耗氧量、心脏跳动频率、呼吸频率等参数)分析人体处于散热、吸热或平衡状态；这些参数可用于辅助上述(1)项分析对室内环境温度的调控；(3)通过人体运动状态、运动剧烈程度，分析是否有必要调节环境温度以及调温幅度的高低；当人体处于正常活动状态下，仅考虑上述(1)、(2)项则可分析调控的温度值；当人体处于运动状态，发热量大，室内环境需要降低温度以维持人体舒适状态，但需控制调整温度不能过低，避免造成人体着凉。

9.如权利要求7所述的自适应物联网智能环境控制系统，在所述睡眠模式下，服务器记录用户在睡眠中的体征数据和环境状态数据，用户可以在睡醒后向系统反馈睡眠质量；系统经过长期记录相关数据，可以生成用户最优睡眠所需环境数据，以此数据作为基准，在用户睡眠模式下对环境状态进行智能调节。

10.如权利要求2所述的自适应物联网智能环境控制系统，其中，基于云服务中心的控制信号，所述物联网智能家电系统可实现如下控制：当室内环境温度低于用户的设定温度1度时，电暖器自动进入运行；

当室内环境温度达到用户的设定温度时，电暖器自动停止运行；

当室内环境温度高于用户的设定温度1度时，空调器自动进行制冷运行；

当室内环境温度达到用户的设定温度时，空调器自动停止；

当室内相对湿度低于用户的设定湿度5度时，加湿器自动开启加湿功能；

当室内相对湿度达到用户的设定湿度时，加湿器自动停止；

当室内相对湿度达到用户的设定湿度5度时，空调器自动进行除湿运行；

当室内相对湿度达到用户的设定湿度时，空调器停止运行。