一種基于因特網(wǎng)的智能車載家居監(jiān)控系統(tǒng)及其工作方法

專利名稱：一種基于因特網(wǎng)的智能車載家居監(jiān)控系統(tǒng)及其工作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種家居監(jiān)控器系統(tǒng)，具體是一種采用無線傳感器網(wǎng)絡，利用車載無 線傳感器，實時巡檢家居環(huán)境信息，并實時調(diào)節(jié)家居設施工作狀態(tài)的基于Internet可視遠 控的智能車載家居監(jiān)控系統(tǒng)及其工作方法。
背景技術：
隨著信息處理、現(xiàn)代通信、傳感器等高新技術的不斷發(fā)展及社會對“低碳節(jié)能” 生活方式的熱切需求，基于新型計算機處理技術的“綠色智能家居”受到廣泛關注，被認 為是優(yōu)化人居環(huán)境、提高生活品質(zhì)的重要途徑。本發(fā)明以滿足上述需求為目標，面向家居 環(huán)境，設計并實現(xiàn)一個可實時巡檢家居環(huán)境信息、自主調(diào)節(jié)家居設施工作狀態(tài)、支持基于 Internet遠程操縱的可視化智能車載家居監(jiān)控器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種采用無線傳感器網(wǎng)絡、嵌入式系統(tǒng)、RFID 及多媒體技術構建的智能車載家居監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實時巡檢家居環(huán)境信息、自主調(diào)節(jié) 家居設施工作狀態(tài)、支持基于Internet遠程操縱。此外，本發(fā)明還提供該系統(tǒng)的工作方法。本發(fā)明所述的基于因特網(wǎng)的智能車載家居監(jiān)控系統(tǒng)，其主要包括 無線AP 家庭無線傳感器網(wǎng)絡的網(wǎng)關，提供Internet無線接入口 ；
RFID標簽在家居地面鋪設RFID標簽；上述RFID標簽在地面 最好按正方形鋪設，鋪設的間距為3倍RFID讀卡器檢測范圍的1/
智能小車小車上裝載RFID定位及Internet遠程控制系統(tǒng)； 家庭無線傳感器網(wǎng)絡由網(wǎng)絡中的傳感器采集家居環(huán)境信息，將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到 智能小車上，同時連接并傳遞控制信號給家居設施；
數(shù)據(jù)存儲處理服務器存儲并處理家居環(huán)境信息，為上層應用提供數(shù)據(jù)服務； 用戶終端進行視頻監(jiān)控的終端，其通過Internet連接數(shù)據(jù)存儲處理服務器及無線 AP,查看家居環(huán)境信息、控制智能小車進行巡檢。
上述智能小車主要由安裝在車體上的以下部件組成
Arm9開發(fā)板智能小車的網(wǎng)關，以web方式為用戶提供小車控制及視頻監(jiān)控服務； 攝像頭獲得視頻數(shù)據(jù)；
sink傳感器節(jié)點無線傳感器網(wǎng)絡的匯聚節(jié)點，無線傳感器網(wǎng)絡采集到的數(shù)據(jù)最終將 全部經(jīng)過這個節(jié)點發(fā)送給Arm9開發(fā)板。
小車運動控制MCUl 控制智能小車運動； 電子羅盤采集智能小車的方向信息；
RFID讀卡器讀取地面上的RFID標簽，為智能小車定位服務； 小車定位MCU2 控制RFID讀卡器及電子羅盤，提供智能小車的位置信息。此外，本發(fā)明還提供了一種基于因特網(wǎng)的智能車載家居監(jiān)控系統(tǒng)的工作方法，其 硬件構成包括無線AP、智能小車、家庭無線傳感器網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)存儲處理服務器，其工作步驟 為
1)數(shù)據(jù)存儲處理服務器通過Internet查詢家庭無線傳感器網(wǎng)絡中當前環(huán)境數(shù)據(jù)并求 取平均值；
2)與數(shù)據(jù)存儲處理服務器中設定的閾值比較，做出相應控制；
3)數(shù)據(jù)存儲處理服務器將控制命令通過Internet發(fā)送給智能小車，經(jīng)由智能小車轉(zhuǎn) 發(fā)到家庭無線傳感器網(wǎng)絡中，經(jīng)家庭無線傳感器網(wǎng)絡傳輸控制信號給家居設施進行控制；
4)家居設施做出響應，工作狀態(tài)改變。本發(fā)明的工作原理是家庭無線傳感器網(wǎng)絡采集環(huán)境數(shù)據(jù)并發(fā)送到智能小車上， 小車通過無線網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)存儲及處理服務器。系統(tǒng)通過查詢最近的環(huán)境信息并 自主調(diào)節(jié)家電的工作狀態(tài)。家庭無線傳感器網(wǎng)絡接入Internet，用戶通過Internet遠程查 看智能小車當前位置、控制小車的運動、查看家庭環(huán)境信息，并通過車載攝像頭查看智能小 車當前位置室內(nèi)的狀況，進行實時監(jiān)控。本發(fā)明的有益效果是其能夠通過Internet遠程實時巡檢家居環(huán)境信息，進行視 頻監(jiān)控，系統(tǒng)利用實時環(huán)境數(shù)據(jù)對家居設施進行自主調(diào)節(jié)，達到節(jié)能環(huán)保的目的。


圖1系統(tǒng)場景結(jié)構圖， 圖2智能小車結(jié)構圖，
圖3a是智能小車上搭載的RFID讀卡器的布置圖， 圖3b是一長方形房間直角坐標系示意圖， 圖3c智能小車參數(shù)說明圖， 圖4系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖， 圖5智能小車定位圖，
圖6智能小車控制器、無線傳感器sink節(jié)點及Arm開發(fā)板連接圖， 圖7 RFID標簽鋪設圖， 圖8光照調(diào)節(jié)電路圖。
具體實施例方式1、系統(tǒng)場景
圖1是系統(tǒng)場景結(jié)構圖，主要由辦公室和家庭兩個環(huán)境組成。家庭環(huán)境由以下幾個部 分組成無線AP、帶有攝像頭的智能小車、Sim SPOT無線傳感器網(wǎng)絡、可以執(zhí)行照明控制的 數(shù)據(jù)存儲處理服務器。辦公室環(huán)境由一個接入Internet的用戶終端及用戶組成。各組成 功能如下AP 家庭網(wǎng)絡的無線網(wǎng)關，為家庭中其他設施接入Internet服務。智能小車小車上裝載RFID定位系統(tǒng)，能夠被用戶遠程控制，為用戶提供家居環(huán) 境巡檢、視頻監(jiān)控的服務。Sim SPOT傳感器網(wǎng)絡采集家居環(huán)境信息，并根據(jù)環(huán)境信 息自主控制家居設施(如照明設施)的工作，實現(xiàn)節(jié)能。 數(shù)據(jù)存儲處理服務器存儲并 處理家居環(huán)境信息，為上層應用提供數(shù)據(jù)服務。用戶終端用戶登入系統(tǒng)，查看家居環(huán)境信 息、控制小車進行巡檢、進行視頻監(jiān)控的終端。2、智能小車的結(jié)構
圖2是智能小車的結(jié)構圖，其組成如下帶無線網(wǎng)卡的Arm9開發(fā)板、攝像頭、作為 sink節(jié)點的Sun Spot傳感器、小車運動控制MCU1、小車定位MCU2、3個RFID讀卡器、電子 羅盤和小車車體，其中
l)Arm9開發(fā)板即Arm嵌入式開發(fā)板，其是智能小車的核心，智能小車的網(wǎng)關，以網(wǎng)頁 方式為用戶提供小車控制及視頻監(jiān)控服務。2)攝像頭獲得視頻數(shù)據(jù)。3) sink傳感器節(jié)點無線傳感器網(wǎng)絡的匯聚節(jié)點，無線傳感器網(wǎng)絡采集到的數(shù)據(jù) 最終將全部經(jīng)過這個節(jié)點發(fā)送給Arm9開發(fā)板。4)小車運動控制MCUl 控制小車運動。5)電子羅盤采集小車的方向信息。6) RFID讀卡器讀取地面上的RFID標簽，為小車定位服務。7)小車定位MCU2 控制RFID讀卡器及電子羅盤，提供小車的位置信息。各部分 采用的硬件平臺如下
Arm9開發(fā)板mini2440，linux2. 6. 28內(nèi)核， 攝像頭友善之臂提供的CAM130攝 像頭模塊，
sink傳感器節(jié)點Sun SPOT無線傳感器，Java虛擬機平臺， MCUl 及 MCU2 :AT89S52,
電子羅盤arduino公司的CMPS03電子羅盤模塊， RFID讀卡器易火眼公司的yhy502a RFID模塊。3、智能車載家居監(jiān)控器系統(tǒng)的構建
上述智能車載家居監(jiān)控器系統(tǒng)的構建包括以下部分
1)小車定位小車上的RFID讀卡器識別地面鋪設的標簽，配合電子羅盤，計算出小車 當前坐標，其具體步驟是
小車定位MCU2檢測當前是否能夠讀到RFID標簽，將讀到的RFID標簽號及電子羅盤數(shù) 據(jù)通過串口發(fā)送給Arm9開發(fā)板；
Arm9開發(fā)板根據(jù)當前讀到的RFID標簽及羅盤方向計算出小車位置，其具體過程如下 如圖3a，將小車上搭載的RFID讀卡器按天線位置從左到右依次標記為1號、2號、4號。 RFID讀卡器讀到標簽的情況可以分為以下4類1號讀卡器讀到標簽、2號讀卡器讀到標 簽、4號讀卡器讀到標簽、1號和4號讀卡器同時讀到標簽。以一個長方形房間為例，將房間 的兩個垂直墻作為直角坐標系的χ軸和y軸，如圖3b所示。若1號RFID讀卡器讀到標簽，則小車坐標計算方法如下所示 Car_xoffset=xoffset-(CenterD/cos(CarD))*cos(270+D-CarD)Car_yoffest=yoffest- (CenterD/cos (CarD)*sin(270+D-CarD)
其中，Car_xoffset、Car_yoffest為小車χ方向和y方向上的坐標，xoffset、 yoffest為所讀到的RFID標簽的坐標，CenterD為小車中心到2號RFID讀卡器天線中心的 距離，CarD為3個RFID對小車中心張角的一半，D為y軸的負方向沿順時針方向到小車角 度，小車角度由電子羅盤讀數(shù)減去電子羅盤指向y軸負方向時的讀數(shù)得到(上述各角度均 以角度制記)，如圖3c所示。若2號RFID讀卡器讀到標簽，則 Car_xoffset=xoffset-CenterD*cos(270+D) Car_yoffest=yoffest- CenterD^sin(270+D)
若4號RFID讀卡器讀到標簽，則 Car_xoffset=xoffset-(CenterD/cos(CarD))*cos(270+D+CarD) Car_yoffest=yoffest- (CenterD/cos(CarD)*sin(270+D+CarD)
若1號和4號RFID讀卡器同時讀到標簽，則參照2號讀卡器讀到標簽的情況將兩 個標簽坐標求平均值后，如下計算
Car_xoffset= (xoffsetl+xoffset4) /2_CenterD*cos(270+D) Car_yoffest= (yoffestl+yoffset4)/2- CenterD^sin(270+D) 其中X0ffsetl，y0ffsetl是1號讀卡器讀到的標簽的χ方向及y方向坐標，xoffset4， yoffset4是4號讀卡器讀到的標簽的χ方向及y方向坐標。2)視頻監(jiān)控利用mjpeg-streamer這一開源軟件，提供視頻流服務。3)家居設施自主調(diào)節(jié)分析數(shù)據(jù)庫中采集到的環(huán)境信息，根據(jù)當前環(huán)境狀況自主 調(diào)節(jié)家居設施工作狀態(tài)，光照調(diào)節(jié)的具體步驟是
31)查詢最近一段時間內(nèi)的環(huán)境光照值，并求取平均；
32)若超出設定的閾值，向光照控制器發(fā)送降低光照的命令，若低于設定的閾值，向光 照控制器發(fā)送增強光照的命。圖4是系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖。傳感器網(wǎng)絡采集家庭環(huán)境信息，是在sink節(jié)點上通過串口 1將數(shù)據(jù)發(fā)送給Arm開發(fā)板。Arm開發(fā)板接收串口 2上的RFID讀卡器讀到的標簽信息及電 子羅盤數(shù)據(jù)從而計算出當前小車的位置。此外，Arm開發(fā)板還會對環(huán)境信息進行緩存，并將 環(huán)境信息發(fā)送給網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫。用戶通過Internet登錄到Arm開發(fā)板控制小車的運動并查 看視頻及環(huán)境數(shù)據(jù)。系統(tǒng)會根據(jù)傳感器網(wǎng)絡最近采集的數(shù)據(jù)對家庭設備進行自主調(diào)控(如 燈光調(diào)節(jié))。智能小車定位電路如圖5所示，包括RFID讀卡器、電子羅盤與MCU2電路連接圖， 3個RFID讀卡器檢測地面鋪設的RFID標簽，并將檢測到的標簽號發(fā)送給Arm開發(fā)板，配合 電子羅盤的方位數(shù)據(jù)計算出小車當前位置。RFID數(shù)據(jù)及電子羅盤數(shù)據(jù)均通過IIC通信方式 將數(shù)據(jù)發(fā)送給MCU2。圖6是小車控制器、無線傳感器sink節(jié)點及Arm開發(fā)板連接圖。用戶通過web方 式利用將小車控制命令發(fā)送給Arm9開發(fā)板，再通過串口發(fā)送給無線傳感器sink節(jié)點。根 據(jù)用戶的命令，傳感器sink節(jié)點向小車控制MCU發(fā)送控制信號，控制小車運動。地面RFID標簽按正方形鋪設，如圖7所示。鋪設的間距為3倍RFID讀卡器檢測范圍的1/訴。在本系統(tǒng)中，RFID讀卡器的檢測范圍約為讀卡器天線的邊長。定位過程如
下RFID讀卡器檢測地面鋪設的RFID標簽，并將RFID標簽號及電子羅盤方向數(shù)據(jù)發(fā)送給 Arm9開發(fā)板。根據(jù)RFID標簽號映射到對應的RFID標簽的坐標，按照上述計算公式計算當 前小車坐標。傳感器網(wǎng)絡采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)在sink節(jié)點匯聚后通過串口發(fā)送給Arm9開發(fā)板。 Arm9開發(fā)板接入Internet后將數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫，若暫時無法接入Internet則對數(shù) 據(jù)進行緩存，當再次接入Internet時將緩存數(shù)據(jù)連同當前數(shù)據(jù)一起發(fā)送給網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫。后臺對網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫中的環(huán)境數(shù)據(jù)進行分析后，控制家居設施的工作狀態(tài)。例如，系 統(tǒng)對室內(nèi)光照進行調(diào)節(jié)過程如下查詢網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫中的光照數(shù)據(jù)并求取平均值作為當前室 內(nèi)的光照值，判斷此時室內(nèi)的光照是否超出上限閾值或低于下限閾值。若發(fā)現(xiàn)上述情況之 一，則通過Internet向小車上的Arm9開發(fā)板發(fā)送相應的控制命令，Arm9開發(fā)板通過串口 將控制命令發(fā)送到無線傳感器網(wǎng)絡上對應的光照控制節(jié)點。光照控制節(jié)點如圖8所示。用戶通過Arm9開發(fā)板提供的http服務通過Internet遠程登入系統(tǒng)，查看當前的 家居環(huán)境信息，利用小車定位功能，控制小車運動，進行視頻監(jiān)視。
權利要求
一種基于因特網(wǎng)的智能車載家居監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于包括 無線AP家庭無線傳感器網(wǎng)絡的網(wǎng)關，提供Internet無線接入口；RFID標簽在家居地面鋪設RFID標簽；智能小車小車上裝載有攝像頭、RFID定位及Internet遠程控制系統(tǒng)；家庭無線傳感器網(wǎng)絡由網(wǎng)絡中的傳感器采集家居環(huán)境信息，將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到智能小車上，同時連接并傳遞控制信號給家居設施；數(shù)據(jù)存儲處理服務器存儲并處理家居環(huán)境信息，為上層應用提供數(shù)據(jù)服務；用戶終端進行視頻監(jiān)控的終端，其通過Internet連接數(shù)據(jù)存儲處理服務器及無線AP，查看家居環(huán)境信息、控制智能小車進行巡檢。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于因特網(wǎng)的智能車載家居監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于智能小車 主要由安裝在車體上的以下部件組成Arm9開發(fā)板智能小車的網(wǎng)關，以web方式為用戶提供小車控制及視頻監(jiān)控服務； 攝像頭獲得視頻數(shù)據(jù)；sink傳感器節(jié)點無線傳感器網(wǎng)絡的匯聚節(jié)點，無線傳感器網(wǎng)絡采集到的數(shù)據(jù)最終將 全部經(jīng)過這個節(jié)點發(fā)送給Arm9開發(fā)板；小車運動控制MCUl 控制智能小車運動；電子羅盤采集智能小車的方向信息；RFID讀卡器讀取地面上的RFID標簽，為智能小車定位服務； 小車定位MCU2 控制RFID讀卡器及電子羅盤，提供智能小車的位置信息。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于因特網(wǎng)的智能車載家居監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在 于FHD標簽在地面按正方形鋪設，鋪設的間距為3倍FHD讀卡器檢測范圍的1/
4. 一種基于因特網(wǎng)的智能車載家居監(jiān)控系統(tǒng)的工作方法，其硬件構成包括無線AP、智 能小車、家庭無線傳感器網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)存儲處理服務器，其特征在于工作步驟為1)數(shù)據(jù)存儲處理服務器通過Internet查詢家庭無線傳感器網(wǎng)絡中當前環(huán)境數(shù)據(jù)并求 取平均值；2)與數(shù)據(jù)存儲處理服務器中設定的閾值比較，做出相應控制；3)數(shù)據(jù)存儲處理服務器將控制命令通過Internet發(fā)送給智能小車，經(jīng)由智能小車轉(zhuǎn) 發(fā)到家庭無線傳感器網(wǎng)絡中，經(jīng)家庭無線傳感器網(wǎng)絡傳輸控制信號給家居設施進行控制；4)家居設施做出響應，工作狀態(tài)改變。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于因特網(wǎng)的智能車載家居監(jiān)控系統(tǒng)及其工作方法，系統(tǒng)主要包括無線傳感器網(wǎng)絡、無線AP、帶有攝像頭的智能小車、數(shù)據(jù)存儲處理服務器、Internet及用戶終端。用戶可以通過Internet遠程查看小車當前位置、控制小車的運動、查看家庭環(huán)境信息，并通過車載攝像頭查看小車當前位置室內(nèi)的狀況，進行實時視頻監(jiān)視。系統(tǒng)能夠根據(jù)當前環(huán)境信息自主調(diào)節(jié)家居設施工作狀態(tài)，實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能。
文檔編號H04W84/18GK101958819SQ201010515409
公開日2011年1月26日 申請日期2010年10月22日 優(yōu)先權日2010年10月22日
發(fā)明者葉保留, 張 林, 王堯, 蔣浩, 陸桑璐, 高春華 申請人:南京大學