CN109003420A - 一种基于Zigbee网关的数据监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于Zigbee网关的数据监测方法，包括：设置Zigbee网关及多个Zigbee传感器设备；执行Zigbee网关入网流程；所述Zigbee网关获取并解析各个Zigbee传感器设备的检测到的信息；服务器获取Zigbee网关的信息以及摄像头的视频流图像；按预设时间截取视频帧图像；获取头部外轮廓像素点集合与地面的夹角，若夹角小于预设值，则将背景像素点集合与地板像素点集合进行比较，若匹配，则向终端发送报警信息；服务器对体感信息进行比对，若所述体感信息超出正常值时，则进行报警，并向终端发送报警信息。本发明对广播信息及视频流信息进行综合分析，实时监测老人的健康状况。

Description

一种基于Zigbee网关的数据监测方法

技术领域

本发明涉及数据监测技术领域，尤其涉及一种基于Zigbee网关的数据监测方法。

背景技术

网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器，网关在网络层以上实现网络互连，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。智能家居系统大多是基于Zigbee网络来实现数据的交互和采集，网关是必不可少的设备，而现有的zigbee网关存在入网流程复杂、入网率低等问题。随着人口老龄化，独居的老人越来越多，老人的护理难题日益突出，经常会发生一些老人在家中发生意外而不能及时被发现的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于Zigbee网关的数据监测方法，用以解决家庭老人的健康参数监测问题。

本发明采用以下技术方案：

一种基于Zigbee网关的数据监测方法，其中，包括以下步骤：

设置Zigbee网关及多个Zigbee传感器设备；

执行Zigbee网关入网流程；

所述Zigbee网关获取并解析各个Zigbee传感器设备的检测到的信息，所述信息包括MAC地址信息、身份信息、加密信息、时间戳和体感信息；所述体感信息包括体表温度、心率、运动参数和睡眠参数；

服务器获取Zigbee网关的信息以及摄像头的视频流图像；

按预设时间截取视频帧图像，对视频帧图像进行二值化处理，将背景与目标分割开，分别得到目标像素点集合和背景像素点集合；目标像素点包括头部外轮廓像素点；

获取头部外轮廓像素点集合与地面的夹角，若夹角小于预设值，则将背景像素点集合与地板像素点集合进行比较，若匹配，则向终端发送报警信息；

服务器对体感信息进行比对，若所述体感信息超出正常值时，则进行报警，并向终端发送报警信息；

服务器接收到终端发送的连接请求后，确认该终端的连接请求是否合法，若合法，则同意终端该问服务器；若不合法，则拒绝访问。

优选的，所述执行Zigbee网关入网流程,包括：

接通电源，此时网关建网成功，按下zigbee网关上的组网控制单元按键2秒以上，此时网关开始向外发送网络信息广播，状态指示单元的RGB灯显示蓝色并且开始闪烁，此时网关处于允许入网状态，允许设备加入网络；按下zigbee传感器模块上的组网控制单元按键2秒，状态指示单元的RGB灯显示蓝色并且开始闪烁，此时zigbee传感器模块开启网络发现功能，扫描网络并且申请加入；网关收到zigbee传感器的入网请求后，开始回复入网请求，协调器模块记录新设备的MAC地址和网络地址，并且通过第一串口发送给网关的MCU控制模块，此时设备入网成功。

优选的，所述Zigbee网关包括壳体，所述壳体内设置电路板，所述电路板上设置MCU控制模块、电源管理模块、Zigbee协调器模块、WIFI模块、状态指示模块、外扩FLASH模块以及组网控制单元；所述MCU控制模块包括第一串口单元、第二串口单元、GPIO接口单元和SPI接口单元，所述第一串口单元与Zigbee协调器模块连接，所述第二串口单元连接所述WIFI模块，所述GPIO接口单元分别连接状态指示模块和组网控制单元，所述SPI接口单元与所述外扩FLASH模块连接；所述电源管理模块分别连接所述MCU控制模块、Zigbee协调器模块、WIFI模块、状态指示模块、外扩FLASH模块和组网控制单元。

优选的，所述夹角为30°。

本发明的有益效果为：

本发明基于Zigbee网关获取各个Zigbee传感器设备的检测到的信息，并将获取的信息发送至后台服务器，在服务器上对广播信息及视频流信息进行分析，实时监测老人的体感参数是否在正常范围内。同时，为了防止老人在家中摔倒时无人发现，不能及时就医，本发明对摄像头采集的视频流图像进行分析与处理，若分析后果发现老人摔倒，将报警信息发送给终端，同时还可发送该视频帧图像，以便及时了解老人的状况，实现对老人健康状况的监测。

附图说明

图1是本发明一种基于Zigbee网关的数据监测方法的流程图。

图2是Zigbee网关的结构框图。

图3是Zigbee网关状态指示模块的电路原理图。

图4是Zigbee传感器设备的结构框图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供一种基于Zigbee网关的数据监测方法，包括以下步骤：

步骤S1，设置Zigbee网关及多个Zigbee传感器设备。

步骤S2，执行Zigbee网关入网流程；包括：接通电源，此时网关建网成功，按下zigbee网关上的组网控制单元按键2秒以上，此时网关开始向外发送网络信息广播，状态指示单元的RGB灯显示蓝色并且开始闪烁，此时网关处于允许入网状态，允许设备加入网络；按下zigbee传感器模块上的组网控制单元按键2秒，状态指示单元的RGB灯显示蓝色并且开始闪烁，此时zigbee传感器模块开启网络发现功能，扫描网络并且申请加入；网关收到zigbee传感器的入网请求后，开始回复入网请求，协调器模块记录新设备的MAC地址和网络地址，并且通过第一串口发送给网关的MCU控制模块，此时设备入网成功。

步骤S3，所述Zigbee网关获取并解析各个Zigbee传感器设备的检测到的信息，所述信息包括MAC地址信息、身份信息、加密信息、时间戳和体感信息；所述体感信息包括体表温度、心率、运动参数和睡眠参数。

步骤S4，服务器获取Zigbee网关的信息以及摄像头的视频流图像。

步骤S5，按预设时间截取视频帧图像，对视频帧图像进行二值化处理，将背景与目标分割开，分别得到目标像素点集合和背景像素点集合；目标像素点包括头部外轮廓像素点。

步骤S6，获取头部外轮廓像素点集合与地面的夹角，若夹角小于预设值，则将背景像素点集合与地板像素点集合进行比较，若匹配，则为终端发送报警信息；由于摄像头设置在人体上方，当监测对象是站立或坐姿时，摄像头所拍摄的图像中人的头部与地面基本垂直，当监测对象半躺在床上或沙发上时，头部与地面成一定夹角，一般来说该夹角会大于30°。因此，当检测监测对象是否摔倒时，首先检测头部与地面的夹角，当夹角小于预设值，例如30°时，需要进一步检测是否是正常躺在床上或沙发上，此时仅以头部与地面的夹角进行判断则易出现误判断，本发明在此基础上进一步对背景图像进行分析，将得到的背景像素点与预存储的地板像素点进行匹配，若能匹配上，则判断老人摔倒，向终端发送报警信息；

现有的图像识别方法均是将背景去除后再进行识别，本发明将目标像素点集合与背景像素点集合结合进行综合判断，准确率高，避免了误判断。同时，为了让终端用户及时了解监测对象的状况，可以在向终端发送报警信息的同时发送该视频帧图像。

步骤S7，服务器对体感信息进行比对，若所述体感信息超出正常值时，则进行报警，并向终端发送报警信息。

步骤S8，服务器接收到终端发送的连接请求后，确认该终端的连接请求是否合法，若合法，则同意终端该问服务器；若不合法，则拒绝访问。

该实施例中，本发明采用专用的Zigbee网关。Zigbee传感器设备可以制作成手环。在服务器上对Zigbee传感器设备检测到的信息及视频流信息进行分析，实时监测老人的体感参数是否在正常范围内。同时，为了防止老人在家中摔倒时无人发现，不能及时就医，本发明对摄像头采集的视频流图像进行分析与处理，若分析后果发现老人摔倒，将报警信息发送给终端，同时还可发送该视频帧图像，以便及时了解老人的状况，实现对老人健康状况的监测。为保证个人信息的安全性，终端远程登陆服务器，需要输入用户名与密码，该用户名是唯一的，服务器验证成功后，则允许终端访问服务器。若连续三次输入不正确，则锁定帐户。

在一个实施例中，本发明在发送报警信息时，记录该事件，形成日志，存储在服务器中，便于形成健康档案，及时了解老人的健康状况。

在一个实施例中，如图2所示，本发明提供一种Zigbee网关，包括壳体，壳体内设置电路板，电路板上设置MCU控制模块、电源管理模块、Zigbee协调器模块、WIFI模块、状态指示模块、外扩FLASH模块以及组网控制单元。MCU控制模块包括第一串口单元、第二串口单元、GPIO接口单元和SPI接口单元，第一串口单元与Zigbee协调器模块连接，第二串口单元连接所述WIFI模块，GPIO接口单元分别连接状态指示模块和组网控制单元，SPI接口单元与外扩FLASH模块连接；电源管理模块分别连接所述MCU控制模块、Zigbee协调器模块、WIFI模块、状态指示模块、外扩FLASH模块和组网控制单元，为其它模块供电。

WiFi模块通过第二串口单元与与MCU控制模块连接，通过WiFi接入互联网，将采集到的数据和状态信息上传到云端服务器。外扩FLASH模块通过SPI接口单元与MCU控制模块连接进行数据通信，增强MCU控制模块存储数据的能力。MCU控制模块采用基于ARM架构CORTEX-M3内核的STM32F103系列芯片，接收来自各节点的信息，并将信息上传至云端。

zigbee协调器模块是zigbee网络各节点信息的汇聚点，是网络的核心节点，负责组建、维护和管理网络，通过第二串口单元实现各节点与MCU控制单元的数据传递。ZigBee协调器模块具备较强的通信能力、处理能力和发射能力，能够把数据发送至远程控制端。如图2所示，Zigbee协调器模块包括依次连接的CC2530单元、CC2592单元和2.4G陶瓷天线。CC2530单元是zigbee协调器模块的控制部分，CC2530单元发出的zigbee信号经由CC2592单元放大后，通过2.4G天线发送出去，2.4G天线采用陶瓷天线；信号的频段为2.4G。

如图3所示，状态指示模块由不少于6个的RGB LED组成，通过控制LED显示不同颜色以及亮灭的节奏变化，来指示网关的各种不同的工作模式和状态。状态指示模块包括红光灯模块和蓝光灯模块，红光灯模块和蓝光灯模块的结构相同。蓝光灯模块包括三极管Q1、电阻R3、电阻R1、发光二极管D1和发光二极管D3、电阻R9、电阻R5、发光二极管D5和三极管Q3；三极管Q1的基极连接电阻R3，集电极连接5V电压，发射极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端分别连接发光二极管D1和发光二极管D3的正极，发光二极管D1和发光二极管D3的负极均接GND，发光二极管D1的正极与发光二极管D3的正极连接。电阻R9连接三极管Q3的基极，三极管Q3的集电极接5V电压，三极管Q3的发射极接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接发光二极管D5的正极，发光二极管D5的负极接GND。

红光灯模块包括三极管Q2、电阻R4、电阻R2、发光二极管D2和发光二极管D4、电阻R10、电阻R6、发光二极管D6和三极管Q4；三极管Q2的基极连接电阻R4，集电极连接5V电压，发射极连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端分别连接发光二极管D2和发光二极管D4的正极，发光二极管D2和发光二极管D4的负极均接GND，发光二极管D2的正极与发光二极管D4的正极连接。电阻R10连接三极管Q4的基极，三极管Q4的集电极接5V电压，三极管Q4的发射极接电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接发光二极管D6的正极，发光二极管D6的负极接GND。

本实施例中，组网控制单元采用轻触式按键，通过长按和短按按键，来控制zigbee的入网和退网，入网与退网方便快捷。

如图4所示，Zigbee传感器设备包括zigbee控制单元、电源管理模块、传感器模块、组网控制单元、状态指示单元、防拆单元和天线，zigbee控制单元包括GPIO接口单元，GPIO接口单元分别连接传感器模块、组网控制单元、防拆单元、状态指示单元和天线，zigbee控制单元、传感器模块、组网控制单元、防拆单元和状态指示单元均与电源管理模块连接。

本实施例中，组网控制单元采用轻触式按键，通过长按和短按按键，来控制zigbee的入网和退网。zigbee控制单元采用TI公司的CC2530模块，天线为2.4G天线。CC2530模块的RF_P引脚连接天线的电容C9，RF_N引脚连接天线的电容C10。电源管理模块采用电池供电，配合zigbee的低功耗模式，普通的3.3V纽扣电池可以使用半年以上。防拆单元采用防拆开关，防拆开关的原理是当壳体固定时防拆开关处于状态1，当壳体拆开后，由于机械状态发生改变导致防拆开关处于状态2， zigbee控制单元可以通过IO口的高低电平变化来检测其状态的改变。传感器模块可以是温湿度、燃气、烟雾、门磁、照度、红外人体、浸水等各种传感器。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种基于Zigbee网关的数据监测方法，其特征在于：包括以下步骤：

设置Zigbee网关及多个Zigbee传感器设备；

执行Zigbee网关入网流程；

所述Zigbee网关获取并解析各个Zigbee传感器设备的检测到的信息，所述信息包括MAC地址信息、身份信息、加密信息、时间戳和体感信息；所述体感信息包括体表温度、心率、运动参数和睡眠参数；

服务器获取Zigbee网关的信息以及摄像头的视频流图像；

按预设时间截取视频帧图像，对视频帧图像进行二值化处理，将背景与目标分割开，分别得到目标像素点集合和背景像素点集合；目标像素点包括头部外轮廓像素点；

获取头部外轮廓像素点集合与地面的夹角，若夹角小于预设值，则将背景像素点集合与地板像素点集合进行比较，若匹配，则向终端发送报警信息；

服务器对体感信息进行比对，若所述体感信息超出正常值时，则进行报警，并向终端发送报警信息；

服务器接收到终端发送的连接请求后，确认该终端的连接请求是否合法，若合法，则同意终端该问服务器；若不合法，则拒绝访问。

2.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee网关的数据监测方法，其特征在于：所述执行Zigbee网关入网流程,包括：

接通电源，此时网关建网成功，按下zigbee网关上的组网控制单元按键2秒以上，此时网关开始向外发送网络信息广播，状态指示单元的RGB灯显示蓝色并且开始闪烁，此时网关处于允许入网状态，允许设备加入网络；按下zigbee传感器模块上的组网控制单元按键2秒，状态指示单元的RGB灯显示蓝色并且开始闪烁，此时zigbee传感器模块开启网络发现功能，扫描网络并且申请加入；网关收到zigbee传感器的入网请求后，开始回复入网请求，协调器模块记录新设备的MAC地址和网络地址，并且通过第一串口发送给网关的MCU控制模块，此时设备入网成功。

3.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee网关的数据监测方法，其特征在于：所述Zigbee网关包括壳体，所述壳体内设置电路板，所述电路板上设置MCU控制模块、电源管理模块、Zigbee协调器模块、WIFI模块、状态指示模块、外扩FLASH模块以及组网控制单元；所述MCU控制模块包括第一串口单元、第二串口单元、GPIO接口单元和SPI接口单元，所述第一串口单元与Zigbee协调器模块连接，所述第二串口单元连接所述WIFI模块，所述GPIO接口单元分别连接状态指示模块和组网控制单元，所述SPI接口单元与所述外扩FLASH模块连接；所述电源管理模块分别连接所述MCU控制模块、Zigbee协调器模块、WIFI模块、状态指示模块、外扩FLASH模块和组网控制单元。

4.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee网关的数据监测方法，其特征在于：所述夹角为30°。