CN109493583A - 基于情景感知和图像处理的智能景观管理系统建立方法 - Google Patents

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张晶
谢晨升
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Abstract

本发明涉及基于情景感知和图像处理的智能景观管理系统建立方法，所述智能景观管理系统包括终端节点、协调监控器、基于树莓派+Python的数据分析显示系统；所述终端节点将传感器检测到的数据无线传输给协调监控器，协调监控器有线传输给后端数据台；树莓派以UART的方式与ZigBee网络中的协调器相通信，并处理和存储协调器发送来的采集数据；通过HDMI接口与显示屏连接，把数据信息和景观状态显示在显示屏上；通过在相应GPIO针脚上输出相应电平，对景观进行控制。

Description

基于情景感知和图像处理的智能景观管理系统建立方法
技术领域
本发明涉及一种基于情景感知和图像处理的智能景观管理系统建立方法，属于视频图像处理技术领域。
背景技术
未来的社区是智慧的，未来五到十年，主要的购房人群因以90后为主。90后的主要特征是爱好科技，喜欢新鲜事物；十分依赖网络。此外，还有众多以改善居住目的的中年人群，他们看中的是养生，对优质的环境条件很在意。针对这两种现象，我们不难发现，传统的小区景观设计已经远远满足不了未来人群的需求。现如今，物联网的出现让我们开启了对未来生活的全新创想。我们此次研发的目的，就是为了最大限度的满足人们的各种使用要求。基于情景感知和图像处理的智能景观管理系统，通过传感器的数据关联与数据清理，摄像头图像采集与处理，服务器的数据挖掘，实现了更高层次的智能化识别与管理，景观的设计将不仅仅停留在景观功能，而是增加了趣味的人景互动，增强了用户的体验感受。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供基于情景感知和图像处理的智能景观管理系统建立方法，以实现更高层次的智能识别与管理，增加人景互动的趣味性，增强用户的体验感受。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
本发明提供基于情景感知和图像处理的智能景观管理系统建立方法，所述智能景观管理系统包括终端节点、协调监控器、基于树莓派+Python的数据分析显示系统；所述终端节点将传感器检测到的数据无线传输给协调监控器，协调监控器有线传输给后端数据台；树莓派以UART的方式与ZigBee网络中的协调器相通信，并处理和存储协调器发送来的采集数据；通过HDMI接口与显示屏连接，把数据信息和景观状态显示在显示屏上；通过在相应GPIO针脚上输出相应电平，对景观进行控制。
作为本发明的进一步技术方案，包括如下步骤，步骤1、如果显示屏接收到人为控制的命令，则将操作命令传到树莓派，树莓派根据命令控制协调控制器，并由协调控制器将具体指令的操作发送到终端结点；
步骤2、如果未接收到人为控制命令，树莓派通过UART方式读取协调控制器传来的数据帧；
步骤3、读取协调控制器传来的数据帧后，检测该数据帧的完整性：如果不完整，则数据传输有误，放弃该帧，从步骤(1)重新开始；否则，进入步骤(4)；
步骤4、从完整的数据帧中提取对应传感器的值，并将值存储在树莓派，同时在显示屏上进行显示；
步骤5、分析传感器的值，如果当前值对应异常情况下的值，则调用控制命令，通过控制协调控制器，并由协调控制器将具体指令的控制命令发送到终端结点；否则，返回步骤1。
进一步的，所述协调器的传输过程为，将协调器别设置为广播，协调器以广播的方式建立网络，终端以面向协调器单播的方式加入网络；终端以1.5s的周期采集各个传感器数据，并将数值型温度数据转换为字符型，调用AF函数无线发送至协调器，协调器在收到模块数据之后，向串口送出述数据。
进一步的，基于树莓派+Python的数据分析显示系统由数据通信，数据处理显示和硬件控制三部分组成，由于使用python语言进行程序设计，所以在python2.7的环境中，程序使用wiringPi库控制树莓派的GPIO，用来控制通信接口里的UART串口，并直接与ZigBee网络中的协调器相通信，接收协调通过UART串口发来的数据帧。
进一步的，在通信过程中，设计如下数据帧用，
第1～3位为vvv：数据帧开始标识；
第4～8位为y0102：其中，y标识为烟雾传感器信息；010表示为烟雾传感器的传输数值；2为终端的标号，即第几个终端上的传感信息；
第9～12位为g952：其中，g标识为光强传感器信息；95表示为光强传感器的传输数值；2为终端的标号；
第13～15位为r12：其中，r标识为人体红外传感器信息；1表示为红外传感器感应到人的存在显示为高电平1，否则，传输数据为0；2为终端的标号；
第16～19位为w262：其中，w标识为温度传感器信息；26表示为温度传感器的传输数值；2为终端的标号；
第20～21位为xx：保留字符位；
第22～24位为###：数据帧结束标识；
通过检测帧开始标识和帧结束标识来验证帧的完整度，进而其中数据进行分类提取，并结合时间接收时间存储在文档中，数据交换格式为JSON；
程序使用pygame库，用来显示交互界面图标及之前已处理的数据；
通过检测已处理信息中是否有意外情况的发生，对景观进行相应的控制；同时，也可以感知屏幕上是否有人为点击图标，直接对景观进行控制
进一步的，交互界面图标及之前已处理的数据包括本地时间、光强、烟雾及红外感知信息。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1.使用树莓派开发，可以更方便地接入网络，将本地数据上传至网络，易于系统功能拓展。
2.树莓派可以搭载摄像头，捕捉本地图片或视频。
3.使用ZigBee技术提高终端与协调端之间双向通信的效率，同时能够最大限度减小功耗。
4.通过帧校验功能，提高树莓派与ZigBee网络之间传输数据的可靠性。
5.使用pygame库编写界面交互，使展示界面更加友好。
附图说明
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
图1为本发明的系统架构图。
图2为本发明中协调器数据传输示意图。
图3为本发明中基于树莓派+Python的数据分析显示系统架构图。
图4为本发明的流程框图。
图5为本发明中的数据帧。
具体实施方式
本实施例提供的基于情景感知和图像处理的智能景观管理系统建立方法，以实现更高层次的智能识别与管理，增加人景互动的趣味性，增强用户的体验感受。
其技术原理为：无线传感器网络由部署在检测区域内大量的廉价传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个自组织的网络系统，目的是协作地感知，采集和处理网络覆盖区域中感知的对象信息，并发送给观察者。因此，ZigBee技术和传感器结合就能够组建ZigBee无线传感器网络，实现一点对多点，两点间的通信，主要用于温湿度监控、工业监控、楼宇自动化等多个领域。本系统需要实现各类传感器信息的采集和上传至后端数据台，需要用到的硬件包括CC2530模块2个，调试器1个，光敏传感器、18b20温度传感器、红外传感器、烟雾传感器各1个，模块可通过USB供电。其中，CC2530是Zigbee新一代SOC芯片真正的片上系统解决方案，支持IEEE 802.15.4标准/ZigBeeRF4CE、Zigbee网络、家居及楼宇自动化、工业测控等领域，也是目前众多ZigBee设备产品中表现最为出众的微处理器之一。
如图1所示，本系统结构组成包括终端节点、协调监控器、基于树莓派+Python的数据分析显示系统。终端节点将传感器检测到的数据无线传输给协调监控器，协调监控器有线传输给后端数据台。树莓派以UART的方式与ZigBee网络中的协调器相通信，并处理和存储协调器发送来的采集数据；通过HDMI接口与显示屏连接，把数据信息和景观状态显示在显示屏上；通过在相应GPIO针脚上输出相应电平，对景观进行控制。
如图2所示，协调器的传输过程为，将协调器别设置为广播，协调器以广播的方式建立网络，终端以面向协调器单播的方式加入网络；终端以1.5s的周期采集各个传感器数据，并将数值型温度数据转换为字符型，调用AF函数无线发送至协调器，协调器在收到模块数据之后，向串口送出述数据。
数据分析显示系统主要包括三个部分：数据通信，数据处理显示和硬件控制。由于使用python语言进行程序设计，所以在python2.7的环境中，程序使用wiringPi库控制树莓派的GPIO，用来控制通信接口里的UART串口，并直接与ZigBee网络中的协调器相通信，接收协调通过UART串口发来的数据帧。
如图5所示，在通信中，设计如下数据帧：
“vvv”(第1～3位)：数据帧开始标识。
“y0102”(第4～8位)：“y”标识烟雾传感器信息；“010”表示烟雾传感器的传输数值；“2”为终端的标号，即第几个终端上的传感信息。
“g952”(第9～12位)：“g”标识光强传感器信息；“95”表示光强传感器的传输数值；“2”为终端的标号。
“r12”(第13～15位)：“r”标识人体红外传感器信息；“1”表示红外传感器感应到人的存在显示为高电平“1”，否则，传输数据为“0”；“2”为终端的标号。
“w262”(第16～19位)：“w”标识温度传感器信息；“26”表示温度传感器的传输数值；“2”为终端的标号
“xx”(第20～21位)：保留字符位。
“###”(第22～24位)：数据帧结束标识。
通过检测帧开始标识和帧结束标识来验证帧的完整度，进而其中数据进行分类提取，并结合时间接收时间(年-月-日-时-分-秒)存储在文档中，数据交换格式为JSON。JSON采用完全独立于语言的文本格式，但是也使用了类似于C语言家族的习惯(包括C、C++、C#、Java、JavaScript、Perl、Python等)。这些特性使JSON成为理想的数据交换语言。易于人阅读和编写，同时也易于机器解析和生成。
程序使用pygame库，来用来显示交互界面图标及之前已处理的数据：本地时间(年-月-日-时-分-秒星期)，光强，烟雾，以及红外感知信息。
通过检测已处理信息中是否有意外情况的发生(如烟雾传感器显示景观附近有烟雾存在)，就对景观进行相应的控制(开/关)。同时，也可以感知屏幕上是否有人为点击(开/关)图标，直接对景观进行控制。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.基于情景感知和图像处理的智能景观管理系统建立方法，其特征在于：所述智能景观管理系统包括终端节点、协调监控器、基于树莓派+Python的数据分析显示系统；所述终端节点将传感器检测到的数据无线传输给协调监控器，协调监控器有线传输给后端数据台；树莓派以UART的方式与ZigBee网络中的协调器相通信，并处理和存储协调器发送来的采集数据；通过HDMI接口与显示屏连接，把数据信息和景观状态显示在显示屏上；通过在相应GPIO针脚上输出相应电平，对景观进行控制。
2.根据权利要求1所述的基于情景感知和图像处理的智能景观管理系统建立方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、如果显示屏接收到人为控制的命令，则将操作命令传到树莓派，树莓派根据命令控制协调控制器，并由协调控制器将具体指令的操作发送到终端结点；
步骤2、如果未接收到人为控制命令，树莓派通过UART方式读取协调控制器传来的数据帧；
步骤3、读取协调控制器传来的数据帧后，检测该数据帧的完整性：如果不完整，则数据传输有误，放弃该帧，从步骤1重新开始；否则，进入步骤4；
步骤4、从完整的数据帧中提取对应传感器的值，并将值存储在树莓派，同时在显示屏上进行显示；
步骤5、分析传感器的值，如果当前值对应异常情况下的值，则调用控制命令，通过控制协调控制器，并由协调控制器将具体指令的控制命令发送到终端结点；否则，返回步骤1。
3.根据权利要求2所述的基于情景感知和图像处理的智能景观管理系统建立方法，其特征在于：所述协调器的传输过程为，将协调器别设置为广播，协调器以广播的方式建立网络，终端以面向协调器单播的方式加入网络；终端以1.5s的周期采集各个传感器数据，并将数值型温度数据转换为字符型，调用AF函数无线发送至协调器，协调器在收到模块数据之后，向串口送出述数据。
4.根据权利要求1所述的基于情景感知和图像处理的智能景观管理系统建立方法，其特征在于：基于树莓派+Python的数据分析显示系统由数据通信，数据处理显示和硬件控制三部分组成，由于使用python语言进行程序设计，所以在python2.7的环境中，程序使用wiringPi库控制树莓派的GPIO，用来控制通信接口里的UART串口，并直接与ZigBee网络中的协调器相通信，接收协调通过UART串口发来的数据帧。
5.根据权利要求4所述的基于情景感知和图像处理的智能景观管理系统建立方法，其特征在于：在通信过程中，设计如下数据帧用，
第1～3位为vvv：数据帧开始标识；
第4～8位为y0102：其中，y标识为烟雾传感器信息；010表示为烟雾传感器的传输数值；2为终端的标号，即第几个终端上的传感信息；
第9～12位为g952：其中，g标识为光强传感器信息；95表示为光强传感器的传输数值；2为终端的标号；
第13～15位为r12：其中，r标识为人体红外传感器信息；1表示为红外传感器感应到人的存在显示为高电平1，否则，传输数据为0；2为终端的标号；
第16～19位为w262：其中，w标识为温度传感器信息；26表示为温度传感器的传输数值；2为终端的标号；
第20～21位为xx：保留字符位；
第22～24位为###：数据帧结束标识；
通过检测帧开始标识和帧结束标识来验证帧的完整度，进而其中数据进行分类提取，并结合时间接收时间存储在文档中，数据交换格式为JSON；
程序使用pygame库，用来显示交互界面图标及之前已处理的数据；
通过检测已处理信息中是否有意外情况的发生，对景观进行相应的控制；同时，也可以感知屏幕上是否有人为点击图标，直接对景观进行控制。
6.根据权利要求5所述的基于情景感知和图像处理的智能景观管理系统建立方法，其特征在于：交互界面图标及之前已处理的数据包括本地时间、光强、烟雾及红外感知信息。
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