CN109831756B - 一种基于人体智能识别及无线传感器网络的操作系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于人体智能识别及无线传感器网络的操作系统，其中该系统包括环境感知模块、人体感应识别装置和监控模块，所述环境感知模块、人体感应识别装置皆与所述监控模块连接；所述环境感知模块采集所监测区域的环境数据并发送至所述监控模块，所述人体感应识别装置感应到人体信号时向所述监控模块发送反馈信息；所述监控模块在所述环境数据达到预设条件且接收到所述反馈信息时，向对应的受控电器的控制器发送指令，以促使所述受控电器进入与所述指令对应的工作状态。

Description

一种基于人体智能识别及无线传感器网络的操作系统

技术领域

本发明涉及家用电器智能控制技术领域，具体涉及一种基于人体智能识别及无线传感器网络的操作系统。

背景技术

相关技术中，对于家用电器的控制通常通过按键或者手动触摸的方式，这种需要人为地对家用电器进行启动，智能度低。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于人体智能识别及无线传感器网络的操作系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

本发明提供了一种基于人体智能识别及无线传感器网络的操作系统，该系统包括环境感知模块、人体感应识别装置和监控模块，所述环境感知模块、人体感应识别装置皆与所述监控模块连接；所述环境感知模块采集所监测区域的环境数据并发送至所述监控模块，所述人体感应识别装置感应到人体信号时向所述监控模块发送反馈信息；所述监控模块在所述环境数据达到预设条件且接收到所述反馈信息时，向对应的受控电器的控制器发送指令，以促使所述受控电器进入与所述指令对应的工作状态。

根据本发明的一种能够实现的方式，所述人体感应识别装置包括热释电红外传感器。优选地，所述人体感应识别装置设置于所述受控电器预设的距离阈值范围内。

根据本发明的一种能够实现的方式，当人体感应识别装置感应到人体信号并持续停留超过设定时间，则向所述监控模块发送所述反馈信息。

根据本发明的一种能够实现的方式，所述受控电器为空调。其中，所述环境数据包括温度数据，所述环境数据达到预设条件，可以为，温度达到预设的温度上限，对应的指令为开启所述空调的冷气开关，或者，温度低于预设的温度下限，对应的指令为开启所述空调的暖气开关。在另一种实施方式中，所述受控电器还可以为照明设备，其中所述环境数据包括光照强度，所述环境数据达到预设条件，可以为，光照强度低于预设的光照强度下限，对应的指令为启动所述照明设备。

本发明上述实施例通过采集环境数据和人体信号，在环境数据达到预设条件且感应到人体时，相应地控制受控电器的工作状态，实现受控电器智能自动开、关机，控制方便智能，且能够避免无人时开启受控电器而带来的电能损耗。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明一个示例性实施例的一种基于人体智能识别及无线传感器网络的操作系统的结构连接示意图。

附图标记：

环境感知模块1、人体感应识别装置2、监控模块3。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，本发明实施例提供了一种基于人体智能识别及无线传感器网络的操作系统，该系统包括环境感知模块1、人体感应识别装置2和监控模块3，所述环境感知模块1、人体感应识别装置2皆与所述监控模块3连接；所述环境感知模块1采集所监测区域的环境数据并发送至所述监控模块3，所述人体感应识别装置2感应到人体信号时向所述监控模块3发送反馈信息；所述监控模块3在所述环境数据达到预设条件且接收到所述反馈信息时，向对应的受控电器的控制器发送指令，以促使所述受控电器进入与所述指令对应的工作状态。

根据本发明的一种能够实现的方式，所述人体感应识别装置2包括热释电红外传感器。优选地，所述人体感应识别装置2设置于所述受控电器预设的距离阈值范围内。

根据本发明的一种能够实现的方式，当人体感应识别装置2感应到人体信号并持续停留超过设定时间，则向所述监控模块3发送所述反馈信息。

根据本发明的一种能够实现的方式，所述受控电器为空调。其中，所述环境数据包括温度数据，所述环境数据达到预设条件，可以为，温度达到预设的温度上限，对应的指令为开启所述空调的冷气开关，或者，温度低于预设的温度下限，对应的指令为开启所述空调的暖气开关。在另一种实施方式中，所述受控电器还可以为照明设备，其中所述环境数据包括光照强度，所述环境数据达到预设条件，可以为，光照强度低于预设的光照强度下限，对应的指令为启动所述照明设备。

本发明上述实施例通过采集环境数据和人体信号，在环境数据达到预设条件且感应到人体时，相应地控制受控电器的工作状态，实现受控电器智能自动开、关机，控制方便智能，且能够避免无人时开启受控电器而带来的电能损耗。

根据上述实施例的一种基于人体智能识别及无线传感器网络的操作系统，所述的环境感知模块1包括汇聚节点、簇头和多个传感器节点，每个传感器节点选择距离最近的簇头加入簇，各簇头负责收集簇内传感器节点采集的环境数据，所述汇聚节点与所述监控模块3通信，以将各簇头发送的环境数据传输至所述监控模块3；所述汇聚节点周期性地向各簇头广播hello消息，所述hello消息包括汇聚节点的位置信息以及直接通信距离阈值S_T；簇头接收到所述hello消息后，若簇头到汇聚节点的距离不大于S_T，则簇头选择与汇聚节点直接通信；若簇头到汇聚节点的距离大于S_T，则簇头在其通信范围内的簇头中选择一个作为下一跳节点，与该下一跳节点直接通信；所述直接通信距离阈值按照下列公式确定：

式中，S_T(y+1)为第y+1个周期广播的直接通信距离阈值，S_T(y)为第y个周期广播的直接通信距离阈值，直接通信距离阈值的初始值为S_min，S_min为簇头能够调节的最小通信距离，S_max为簇头能够调节的最大通信距离，E_avg0[0,S_T(y)]为与汇聚节点的距离在[0,S_T(y)]范围内的簇头的平均初始能量，E_avg[0,S_T(y)]为与汇聚节点的距离在[0,S_T(y)]范围内的簇头的平均当前剩余能量。

其中，当所述汇聚节点向各簇头广播hello消息的次数达到设定的次数阈值时，停止该hello消息的广播操作。

本实施例中，各簇头根据自身到汇聚节点的距离确定直接或者间接的方式与汇聚节点通信，提高了簇头路由的灵活性。根据簇头的实际部署情况确定直接通信距离阈值，使得直接通信距离阈值的设定更贴近实际情况。根据直接通信距离阈值的计算公式可知，当与汇聚节点较近的簇头的平均能耗增大时，直接通信距离阈值将增大，此时使得更多的簇头加入到与汇聚节点直接通信，有利于降低与汇聚节点更近的簇头的负载，减少能量空洞现象出现的几率。

在一种能够实现的方式中，所述簇头在其通信范围内的簇头中选择下一跳节点时，具体执行：

(1)在与其距离未超过当前的直接通信距离阈值的簇头中，确定相对于其距离汇聚节点更近的簇头，归入备选节点集合；

(2)向各备选节点发送请求，接收各备选节点根据该请求反馈的负载能力，所述负载能力的计算公式为：

式中，Q_I为簇头I的负载能力，E_I为簇头I的当前剩余能量，N_I(S_T)为与簇头I距离不大于当前的直接通信距离阈值的簇头数量；D_I,O为簇头I到汇聚节点的距离，E_b1为预设的基于距离的单位数据传输能耗；N_I为簇头I所在簇内的传感器节点数量，E_b2为预设的基于簇管理的单位管理能耗；

(3)选择备选节点集合中负载能力最大的簇头作为下一跳节点。

本实施例创新性地提出了簇头的负载能力指标，用于衡量簇头的当前负载情况，本实施例基于负载能力进一步提出了簇头选择下一跳节点的工作机制，该机制中，簇头选择备选节点集合中负载能力最大的簇头作为下一跳节点，有利于在保障环境数据单向传输至汇聚节点的前提下，尽可能地平衡各簇头的负载，从而均衡簇头的能量，提升无线传感器网络的性能。

在一种能够实现的方式中，下一跳节点定期计算自身的数据转发能力，当数据转发能力小于预设的数据转发能力阈值下限时，该下一跳节点向其上一跳的簇头发送反馈信息，以使该上一跳的簇头重新选择下一跳节点；所述数据转发能力的计算公式为：

式中，U_J为下一跳节点J的数据转发能力，E_J为下一跳节点J的当前剩余能量，D_J,O为下一跳节点J到汇聚节点的距离，D_Javg为下一跳节点J到其上一跳的平均距离，N_J(S_T)为与簇头J距离不大于当前的直接通信距离阈值的簇头数量，N_J为簇头J所在簇内的传感器节点数量。

本实施例创新性地提出了数据转发能力的概念，并以负载能力为基础，相应设计了该数据转发能力的计算公式。本实施例在当数据转发能力小于预设的数据转发能力阈值上限时，该下一跳节点向其上一跳的簇头发送反馈信息，以使该上一跳的簇头重新选择下一跳节点，有利于降低下一跳节点失效的概率，均衡各簇头的能耗，保障数据转发的可靠性。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将系统的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的系统和终端的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解应当理解，可以以硬件、软件、固件、中间件、代码或其任何恰当组合来实现这里描述的实施例。对于硬件实现，处理器可以在一个或多个下列单元中实现：专用集成电路、数字信号处理器、数字信号处理系统、可编程逻辑器件、现场可编程门阵列、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用于实现这里所描述功能的其他电子单元或其组合。对于软件实现，实施例的部分或全部流程可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。实现时，可以将上述程序存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。计算机可读介质可以包括但不限于随机存取存储器、只读内存镜像、带电可擦可编程只读存储器或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储系统、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (3)

1.一种基于人体智能识别及无线传感器网络的操作系统，其特征是，该系统包括环境感知模块、人体感应识别装置和监控模块，所述环境感知模块、人体感应识别装置皆与所述监控模块连接；所述环境感知模块采集所监测区域的环境数据并发送至所述监控模块，所述人体感应识别装置感应到人体信号时向所述监控模块发送反馈信息；所述监控模块在所述环境数据达到预设条件且接收到所述反馈信息时，向对应的受控电器的控制器发送指令，以促使所述受控电器进入与所述指令对应的工作状态；所述的环境感知模块包括汇聚节点、簇头和多个传感器节点，每个传感器节点选择距离最近的簇头加入簇，各簇头负责收集簇内传感器节点采集的环境数据，所述汇聚节点与所述监控模块通信，以将各簇头发送的环境数据传输至所述监控模块；所述汇聚节点周期性地向各簇头广播hello消息，所述hello消息包括汇聚节点的位置信息以及直接通信距离阈值S_T；簇头接收到所述hello消息后，若簇头到汇聚节点的距离不大于S_T，则簇头选择与汇聚节点直接通信；若簇头到汇聚节点的距离大于S_T，则簇头在其通信范围内的簇头中选择一个作为下一跳节点，与该下一跳节点直接通信；所述簇头在其通信范围内的簇头中选择下一跳节点时，具体执行：

(1)在与其距离未超过当前的直接通信距离阈值的簇头中，确定相对于其距离汇聚节点更近的簇头，归入备选节点集合；

(2)向各备选节点发送请求，接收各备选节点根据该请求反馈的负载能力，所述负载能力的计算公式为：

式中，Q_I为簇头I的负载能力，E_I为簇头I的当前剩余能量，N_I(S_T)为与簇头I距离不大于当前的直接通信距离阈值的簇头数量；D_I,O为簇头I到汇聚节点的距离，E_b1为预设的基于距离的单位数据传输能耗；N_I为簇头I所在簇内的传感器节点数量，E_b2为预设的基于簇管理的单位管理能耗；

(3)选择备选节点集合中负载能力最大的簇头作为下一跳节点；

所述直接通信距离阈值按照下列公式确定：

式中，S_T(y+1)为第y+1个周期广播的直接通信距离阈值，S_T(y)为第y个周期广播的直接通信距离阈值，直接通信距离阈值的初始值为S_min，S_min为簇头能够调节的最小通信距离，S_max为簇头能够调节的最大通信距离，E_avg0[0,S_T(y)]为与汇聚节点的距离在[0,S_T(y)]范围内的簇头的平均初始能量，E_avg[0,S_T(y)]为与汇聚节点的距离在[0,S_T(y)]范围内的簇头的平均当前剩余能量；

下一跳节点定期计算自身的数据转发能力，当数据转发能力小于预设的数据转发能力阈值下限时，该下一跳节点向其上一跳的簇头发送反馈信息，以使该上一跳的簇头重新选择下一跳节点；所述数据转发能力的计算公式为：

式中，U_J为下一跳节点J的数据转发能力，E_J为下一跳节点J的当前剩余能量，D_J,O为下一跳节点J到汇聚节点的距离，D_Javg为下一跳节点J到其上一跳的平均距离，N_J(S_T)为与簇头J距离不大于当前的直接通信距离阈值的簇头数量，N_J为簇头J所在簇内的传感器节点数量。

2.根据权利要求1所述的一种基于人体智能识别及无线传感器网络的操作系统，其特征是，所述人体感应识别装置包括热释电红外传感器。

3.根据权利要求1所述的一种基于人体智能识别及无线传感器网络的操作系统，其特征是，当人体感应识别装置感应到人体信号并持续停留超过设定时间，则向所述监控模块发送所述反馈信息。

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