CN113256954B

CN113256954B - 一种基于无线智能设备的控制方法

Info

Publication number: CN113256954B
Application number: CN202110505631.9A
Authority: CN
Inventors: 孙震宇; 陈跃; 叶程宏; 包凯
Original assignee: Taizhou University
Current assignee: Taizhou University
Priority date: 2021-05-10
Filing date: 2021-05-10
Publication date: 2022-07-19
Anticipated expiration: 2041-05-10
Also published as: CN113256954A

Abstract

本发明提供了一种基于无线智能设备的控制方法，属于Wi‑Fi控制技术领域。它解决了现有的无线智能设备无法实现智能启闭且操作不够便利的问题。本基于无线智能设备的控制方法包括：采集WIFI网络中全部载波的信道状态信息；通过将各载波的信道状态信息进行比较从而选取最优载波；根据最优载波的信道状态信息计算获得方差和极差；将计算获得的方差与预设的方差阈值进行比较，将计算获得的极差与预设的极差阈值进行比较，在满足方差大于方差阈值且极差大于极差阈值的条件时，开启无线智能设备；在方差和极差中的任一条件不满足时，关闭或不开启无线智能设备。本发明能够实现无线智能设备的智能控制并提高操作的便利性。

Description

一种基于无线智能设备的控制方法

技术领域

本发明属于Wi-Fi控制技术领域，涉及一种基于无线智能设备的控制方法。

背景技术

Wi-Fi(Wireless Fidelity)是一种将电子终端设备以无线方式互相连接的局域网通讯技术。目前人们使用的个人电脑、手持设备(如PDA、手机)等终端基于内部安装的Wi-Fi接收模块，已实现了数据的无线互通，给人们的生活提供了便利。

随着人们生活水平的不断提高，人们对家居设备的智能控制也提出了更高的要求，家居设备包括有灯具和马桶，原先的灯具控制一般都产用按键开关来控制灯具的启闭，马桶的开盖也是手动操作为主。虽然目前家居设备也有应用了智能控制技术，智能控制技术主要是通过触摸控制、声音控制、红外热释电等方案来实现智能灯具的自动启闭和马桶的自动开盖，但是这三个方案均需要安置额外的传感器接收控制信号(触摸、声音、人体接近)，成本较高，而且随着Wi-Fi技术不断发展，目前通过无线WIFI进行控制的家居也越来越多，如现有中国专利文献公开了一种无线LED照明装置、无线照明控制系统及方法(申请号：CN201310442846.6)，LED照明装置包括供电模块以及与供电模块连接的LED发光模块、WIFI模块和红外遥控模块，所述WIFI模块和红外遥控模块电性连接，LED照明装置可以通过WIFI模块接收来自智能终端的灯光控制指令，如开关、调光或调色及色温等，但是该照明控制装置仍需人为操控智能终端才能实现LED照明的启闭控制，无法实现智能启闭，操作不够便利。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种基于无线智能设备的控制方法，其所要解决的技术问题是：如何实现无线智能设备的智能控制并提高操作的便利性。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种基于无线智能设备的控制方法，包括：

A、采集WIFI网络中全部载波的信道状态信息；

B、通过将各载波的信道状态信息进行比较从而选取最优载波；

C、根据最优载波的信道状态信息计算获得方差和极差；

D、将计算获得的方差与预设的方差阈值进行比较，将计算获得的极差与预设的极差阈值进行比较，在满足方差大于方差阈值且极差大于极差阈值的条件时，开启无线智能设备；在方差和极差中的任一条件不满足时，关闭或不开启无线智能设备并返回步骤A继续采集。

基于无线智能设备的控制方法在应用时，会实时采集WIFI网络中全部载波的信道状态信息，将各载波的信道状态信息进行比较，从中选取最优载波，即那个在来人时会产生特别大反映的载波，再根据该最优载波的信道状态信息来计算方差和极差，进而根据方差和极差与各自阈值的比较情况来判断是否有人进入，在判断有人进入时，控制无线智能设备自动开启，在无人时控制无线智能设备自动关闭，无需额外增加硬件设施，成本低，而且无需任何人去输入操控指令，只要人进入到带有本控制方法的环境中，即可自动开启无线智能设备，无线智能设备包括具有无线传输功能的智能马桶和照明设备等，本发明的应用，具有智能化程度高且操控更加便利的优点。

在上述的基于无线智能设备的控制方法中，在所述步骤B中，通过将各载波的信道状态信息进行比较从而选取最优载波的操作包括：

将采集的各载波的N个信道状态信息进行换算获得对应各载波的频谱；

利用各载波的频谱计算获得各载波的归一化功率谱密度，进而利用归一化功率谱密度计算获得各载波的功率谱熵；

将各载波的功率谱熵进行比较并根据比较结果选取功率谱熵最大的载波作为最优载波。其中，N表示采集的信道状态信息的数量，其依据使用场景不同，取值数量不同，作为优选，取值数量在64～256之间。功率谱熵反映了一个东西的混乱程度，这个值越大越混乱，也就是波形越无序，通过功率谱熵来选取最优载波，能够在使用时，更容易检测到人员活动，提高无线智能设备启闭控制的灵敏度，提高用户体验。

在上述的基于无线智能设备的控制方法中，在所述步骤B中，各载波的频谱均通过以下公式进行换算获得：

其中，X(ω_i)为各载波第i个频点的频谱；x(n)为各载波的信道状态信息，n∈[0,N-1]，n是一个求和循环变量，从0一直到N-1一共有N个取值；N为信道状态信息的数量；j是单位虚根

ω_i为第i点角频率。

在上述的基于无线智能设备的控制方法中，在所述步骤B中，各载波的归一化功率谱密度均通过以下公式计算获得：

其中，X(ω_i)为各载波第i个频点的频谱；N为信道状态信息数量；P为各载波的归一化功率谱密度。归一化功率谱密度的计算，用于把每一个载波上的功率谱都按比例缩放到0～1，更便于选取最优载波。

在上述的基于无线智能设备的控制方法中，在所述步骤B中，各载波的功率谱熵均通过以下公式计算获得：

S＝-∑Pln(P)

其中，ln是以e为底的对数，S为各载波的功率谱熵，P为各载波的归一化功率谱密度。将各载波的功率谱熵进行比较，选取具有最大功率谱熵的载波作为最优载波，也就是说，这个载波在时域上会有最明显的起伏波动，更容易提取到有效信息，提高无线智能设备启闭控制的灵敏度，提高了用户体验。

在上述的基于无线智能设备的控制方法中，在所述步骤C中，通过方差计算公式根据最优载波的信道状态信息计算获得方差，所述方差计算公式为：

其中，σ²为最优载波的方差，x_L(n)为最优载波的信道状态信息，

为最优载波信道状态信息的平均值。方差反映了整个信道状态信息的波动情况，在人进入时会导致载波的变化，活动的幅度越大方差波动就越大，由此可有效检测到人员的活动情况，提高无线智能设备控制的智能化。

在上述的基于无线智能设备的控制方法中，在所述步骤C中，通过极差计算公式根据最优载波的信道状态信息计算获得极差，所述极差计算公式为：

R＝max{x_L(0)…x_L(N-1)}-min{x_L(0)…x_L(N-1)}

其中，max{x_L(0)…x_L(N-1)}为最优载波中数值最大的信号状态信息，min{x_L(0)…x_L(N-1)}为最优载波中数值最小的信号状态信息。

在上述的基于无线智能设备的控制方法中，在所述步骤A中，以间隔预设时间值一的方式来采集全部载波的信道状态信息。

在上述的基于无线智能设备的控制方法中，在所述步骤D中，在开启无线智能设备时，以预设时间值二控制无线智能设备持续开启，在预设时间值二内返回步骤A重新采集全部载波的信道状态信息，在再次判断得出方差大于方差阈值且极差大于极差阈值时，重新以预设时间值二对开启动作的持续时间进行计时；若超过预设持续时间未检测到方差大于方差阈值且极差大于极差阈值时，则关闭无线智能设备。在无线智能设备开启期间仍继续监测方差和极差的大小，保证在有人员的情况下持续实现开启，如果在超过预设持续时间都没有检测到人员时，则自动关闭无线智能设备，无线控制的智能化程度高，使用更加便利。

在上述的基于无线智能设备的控制方法中，所述无线智能设备包括：

Wi-Fi接收模块，用于采集Wi-Fi网络中全部载波的信道状态信息以及用于接收移动客户端输送的启闭控制指令；

微处理器，用于根据Wi-Fi接收模块接收来自移动客户端输送的启闭控制指令来控制负载的启闭动作，还用于对Wi-Fi接收模块采集的信道状态信息进行处理进而根据得出的开启或关闭的控制指令来控制负载动作。其中，移动客户端可以为智能手机、平板电脑和笔记本电脑等，通过在智能手机、平板电脑和笔记本电脑上安装相应的APP来实现对无线智能设备的无线控制。

在上述的基于无线智能设备的控制方法中，所述无线智能设备还包括：

按键开关，用于输送是否开启根据信道状态信息进行无线控制的信号给微处理器。按键开关为实体按键，作为优选，按键开关的功能可通过移动客户端进行控制。

与现有技术相比，本基于无线智能设备的控制方法具有以下优点：

1、本发明是利用无线智能设备中已有的Wi-Fi接收模块，将其接入空间中已覆盖的WiFi网络，即可根据信道状态信息的变化来感知用户是否存在，从而实现空间内无线智能设备的智能开启或关闭，无需用户的任何操作，实现自动开启或关闭，控制智能化程度高且使用便利。

2、本发明无需增加额外的硬件设备，只需要对Wi-Fi接收模块接收到的信道状态信息进行判断，即可达到无线智能设备开启或关闭的控制，成本低，扩展了现有无线智能设备的功能。

附图说明

图1是本发明实施例一的控制流程图。

图2是本发明实施例一最优载波选取的控制流程。

图3是本发明实施例二的控制流程图。

图4是本发明无线照明系统的结构示意图。

图中，1、Wi-Fi接收模块；2、微处理器；3、移动客户端；4、负载；5、按键开关。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一：

如图4所示，本无线智能设备包括Wi-Fi接收模块1、微处理器2、负载4和用于输送是否开启根据信道状态信息进行无线控制的按键开关5，按键开关5为实体按键，用户可通过操作实体按键来开启或关闭本发明根据信道状态信号来控制负载4自动开启或关闭的功能，Wi-Fi接收模块1和按键开关5均与微处理器2的输入端连接，负载4与微处理器2的输出端连接，Wi-Fi接收模块1与移动客户端3无线连接。无线智能设备包括了家居中的无线照明设备和智能马桶设备，那么相对应的，负载4可以为LED灯、控制智能马桶的座圈动作的电机或者控制智能马桶盖动作的电机。

本实施例一中，在无线智能设备为无线照明设备时，其中的负载4则为LED灯，本控制方法为基于无线智能设备的控制方法，则下面以无线智能设备为无线照明设备为例进行说明，如图1所示，在使用时，由Wi-Fi接收模块1采集WIFI网络中全部载波的信道状态信息，在采集时，每个载波的信道状态信息会采集一段时间，将这段时间里得到的信道状态信息的数量记录为N个，采集的信道状态信息的数量N可根据使用场景不同进行不同的取值，取值范围在64～256之间，该数值可预先进行设置；Wi-Fi接收模块1采集的信道状态信息由微处理器2进行处理，具体为，如图2所示，将各载波的N个信道状态信息进行换算获得对应各载波的频谱，各载波的频谱均通过以下公式进行换算获得：

ω_i为第i点角频率。

若将WIFI网络中的全部载波以1,2，···k，L来命名，那么k载波的频谱计算公式即：

即：

其中，X_k(ω_i)为k载波的频谱；N为k载波的信道状态信息数量；x(n)为k载波的各信道状态信息，n∈[0,N-1]，n是一个求和循环变量，从0一直到N-1一共有N个取值；N为信道状态信息的数量；j是单位虚根

ω_i为第i点角频率。

以下以k载波为例来对各载波的信道状态信息进行处理。

利用k载波的频谱计算获得k载波的归一化功率谱密度，k载波的归一化功率谱密度通过以下公式计算获得：

其中，X_k(ω_i)为k载波第i个频点的频谱；N为k载波的信道状态信息数量；P_k为k载波的归一化功率谱密度。

获得k载波的归一化功率谱密度后，利用k载波的归一化功率谱密度计算获得k载波的功率谱熵，k载波的功率谱熵通过以下公式计算获得：

S_k＝-∑P_kln(P_k)

其中，ln是以e为底的对数，S_k为k载波的功率谱熵，P_k为k载波的归一化功率谱密度。

通过上面的方式来对各载波进行处理获取各载波的功率谱熵，各载波的功率谱熵分别为S_1、S₂、···S_k、S_L，将这些载波的功率谱熵进行比较，在S_1、S₂、···S_k等均小于S_L时，则判断L载波为最优载波，选取L载波来对空间内人员活动进行监测，能够更容易地提取到有效信息，保证在空间内存在人员活动时，即可感应到变化。

在判断空间内是否存在人员活动时，根据L载波的信道状态信息来计算方差和极差。其中，方差计算公式为：

为最优载波信道状态信息的平均值。

极差计算公式为：

R＝max{x_L(0)…x_L(N-1)}-min{x_L(0)…x_L(N-1)}

获得方差σ²和极差R后，将方差σ²和极差R分别与无线照明系统中预存的方差阈值

和极差阈值R_th进行比较，当

R>R_th时则判定空间内存在人员活动，开启照明。在不满足

R>R_th的条件时，则判定空间内不存在人员活动，关闭照明。方差阈值

和极差阈值R_th可进行调节，保证照明控制的灵敏度。

在根据信道状态信息来判断WIFI空间内是否存在人员活动的功能关闭或失效时，用户也可以通过操控移动客户端3来实现LED灯组的开启和关闭，如通过移动客户端3点击开启LED灯组时，Wi-Fi接收模块1将接收到移动客户端3发送的照明控制指令，从而使微处理器2控制LED灯组开启照明。

实施例二：

如图3所示，本实施例中的技术方案与实施例一中的技术方案基本相同，不同之处在于，在开启无线智能设备后，在无线智能设备为无线照明设备时，则还对照明的持续时间进行设置，控制负载4以预设时间值二进行持续照明，在预设时间值二内会返回步骤A重新采集全部载波的信道状态信息，重新判定最优载波，并再次判断方差和极差是否分别大于方差阈值和极差阈值，若再次判断得出方差大于方差阈值且极差大于极差阈值时，则重新以预设时间值二对照明持续时间进行计时，即原先的计时失效，以最近一次得出结果时的时间来重新计时；若超过预设持续时间都未检测到方差大于方差阈值且极差大于极差阈值时，则关闭照明。其中，预设时间值二可由用户通过移动客户端3进行重新设置，保证能以用户的要求来实现操作，更能满足用户的需求。照明持续时间的设置，能够保证用户在刚离开时，仍能进行照明，给用户提供方便，同时，在预设时间值二内都未检测到人员活动时，则关闭照明，节约了电能。

实施例三：

本实施例中的技术方案与实施例一中的技术方案基本相同，不同之处在于，以间隔预设时间值一的方式来采集全部载波的信道状态信息。该预设时间值一可设置为10ms。

实施例四：

本实施例中的技术方案与实施例二中的技术方案基本相同，不同之处在于，以间隔预设时间值一的方式来采集全部载波的信道状态信息。该预设时间值一可设置为10ms。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims

1.一种基于无线智能设备的控制方法，其特征在于，包括：

A、采集WIFI网络中全部载波的信道状态信息；

C、根据最优载波的信道状态信息计算获得方差和极差；

D、将计算获得的方差与预设的方差阈值进行比较，将计算获得的极差与预设的极差阈值进行比较，在满足方差大于方差阈值且极差大于极差阈值的条件时，开启无线智能设备；在方差和极差中的任一条件不满足时，关闭或不开启无线智能设备。

2.根据权利要求1所述的基于无线智能设备的控制方法，其特征在于，在所述步骤B中，通过将各载波的信道状态信息进行比较从而选取最优载波的操作包括：

将各载波的功率谱熵进行比较并根据比较结果选取功率谱熵最大的载波作为最优载波。

3.根据权利要求2所述的基于无线智能设备的控制方法，其特征在于，在所述步骤B中，各载波的频谱均通过以下公式进行换算获得：

ω_i为第i点角频率。

4.根据权利要求3所述的基于无线智能设备的控制方法，其特征在于，在所述步骤B中，各载波的归一化功率谱密度均通过以下公式计算获得：

其中，X(ω_i)为各载波第i个频点的频谱；N为信道状态信息数量；P为各载波的归一化功率谱密度。

5.根据权利要求4所述的基于无线智能设备的控制方法，其特征在于，在所述步骤B中，各载波的功率谱熵均通过以下公式计算获得：

S＝-∑Pln(P)

其中，ln是以e为底的对数，S为各载波的功率谱熵，P为各载波的归一化功率谱密度。

6.根据权利要求1-5任一项所述的基于无线智能设备的控制方法，其特征在于，在所述步骤C中，通过方差计算公式根据最优载波的信道状态信息计算获得方差，所述方差计算公式为：

为最优载波信道状态信息的平均值。

7.根据权利要求1-5任一项所述的基于无线智能设备的控制方法，其特征在于，在所述步骤C中，通过极差计算公式根据最优载波的信道状态信息计算获得极差；所述极差计算公式为：

R＝max{x_L(0)…x_L(N-1)}-min{x_L(0)…x_L(N-1)}

8.根据权利要求1-5任一项所述的基于无线智能设备的控制方法，其特征在于，在所述步骤D中，在开启无线智能设备时，以预设时间值二控制无线智能设备持续开启，并在预设时间值二内返回步骤A重新采集全部载波的信道状态信息，在再次判断得出方差大于方差阈值且极差大于极差阈值时，重新以预设时间值二对开启动作的持续时间进行计时；若超过预设持续时间未检测到方差大于方差阈值且极差大于极差阈值时，则关闭无线智能设备。

9.根据权利要求1所述的基于无线智能设备的控制方法，其特征在于，在所述步骤A中，以间隔预设时间值一的方式来采集全部载波的信道状态信息。

10.根据权利要求1所述的基于无线智能设备的控制方法，其特征在于，所述无线智能设备包括：

Wi-Fi接收模块(1)，用于采集WIFI网络中全部载波的信道状态信息以及用于接收移动客户端(3)输送的启闭控制指令；

微处理器(2)，用于根据Wi-Fi接收模块(1)接收来自移动客户端(3)输送的启闭控制指令来控制负载(4)的启闭动作，还用于对Wi-Fi接收模块(1)采集的信道状态信息进行处理进而根据得出的开启或关闭的控制指令来控制负载(4)动作；

按键开关(5)，用于输送是否开启根据信道状态信息进行无线控制的信号给微处理器(2)。