基於cps的家庭智能雙平臺協同控制系統及其控制方法
2023-07-04 13:34:16
專利名稱：基於cps的家庭智能雙平臺協同控制系統及其控制方法
技術領域：
本發明涉及智能家居技術領域，更具體的說，特別涉及一種基於CPS的家庭智能雙平臺協同控制系統及其控制方法。
背景技術：
21世紀信息網絡得到越來越廣泛的普及，並且逐漸走進家庭，實現了家庭的網絡化、信息化與智能化。CPS指的是信息物理融合系統，通過CPS建立以住宅為平臺，集系統、結構、服務、管理、控制於一體的智能家庭系統，將居家生活的各種設備有機地結合起來，可以提高人類的生活質量，打造一個高效、舒適、安全、健康、環保的居住生活環境空間。公開號為CN102289220A的中國專利申請，申請公布日為2011.12.21，發明創造的名稱為:智能家庭感知和控制系統，所述的家庭感知控制系統對於家庭環境的感知及自動控制性很強，其不足之處是，系統對室內人員提出即時的控制要求無法進行很好的處理，不在家中的成人難以對家中的老人小孩進行監護，無法達到室內人員及室外人員的協同控制，同時單一的處理平臺同時進行數據處理及控制行為的運算會影響系統的運行速度。根據上述要求，需要設計一種新的家庭智能雙平臺協同控制系統，將複雜的數據運算與控制運算分開，提高系統運行速度，實現手動控制、自動控制、手動自動接合控制、室內與遠程共同控制、多任務實時處理的多模式協同控制。
發明內容
本發明的目的在於針對現有技術中存在的技術問題，提供一種基於CPS的家庭智能雙平臺協同控制系統及其控制方法，使其具有將複雜的數據運算與控制運算分開，提高系統運行速度，實現手動控制、自動控制、手動自動接合控制、室內與遠程共同控制、多任務實時處理的多模式協同控制的優點。為了實現上述的目的，一方面本發明提供如下技術方案:
基於CPS的家庭智能雙平臺協同控制系統，其包括信號輸入模塊、信息處理平臺、中央控制平臺、執行模塊和客戶端，所述信號輸入模塊與信息處理平臺連接，所述信息處理平臺經無線網絡分別於客戶端和中央控制平臺連接，所述中央控制平臺與執行模塊連接。作為優選，所述信號輸入模塊包括語音設備、遙控器、室外攝像頭、人體健康與醫療模塊以及環境監測模塊。作為優選，所述信息處理平臺包括DSP處理器、觸屏以及第一存儲模塊。作為優選，所述人體健康與醫療模塊包括心率測量器、體溫測量器、血壓測量器以及室內攝像頭。作為優選，所述環境監測模塊包括室內溫度傳感器、室外溫度傳感器、溼度傳感器、有害氣體傳感器以及煙塵傳感器。作為優選，所述中央控制平臺包括嵌入式微處理器、報警模塊、第二存儲模塊以及驅動所述執行模塊動作的驅動模塊。作為優選，所述執行模塊為家電設備，包括空調、窗簾、電熱水壺、加溼器、熱水器、電子鎖、影音設備、電飯煲以及空氣淨化器。作為優選，還包括與所述信息處理平臺連接的網絡雲資料庫，所述客戶端為手機和/或PC機，所述嵌入式微處理器為ARM9E處理器，DSP處理器為ADSP Blackfin處理器。為了實現上述的目的，另一方面本發明提供如下技術方案:
基於上述的CPS的家庭智能雙平臺協同控制系統的控制方法，其包括S1、啟動系統，通過信號輸入模塊獲取所需信號並進行自動控制模式；S2、信息處理平臺檢測是否有手動控制信號，若有，則處理信號並判斷優先級，選擇具有高級別優先權的進行操作，若無，則重複上述步驟；S3、判斷是否為誤操作或惡意操作，若是，則警告該操作者，並通知更高級別的優先權者，請求重新設定控制行為，若無，則進入按手動控制模式進行運行，直至達到設定的控制行為；S4、結束並返回自動控制狀態。作為優選，所述手動控制模式以及自動控制模塊為中央控制平臺設定的根據信號輸入模塊的輸入的信號而控制相應的執行模塊執行的動作。與現有技術相比，本發明的有益效果在於:採用雙平臺設計，將複雜的數據運算與控制運算分開，進而提高系統的運行速度，系統通過雙平臺、物理設備及網絡的信息物理融合，實現手動控制、自動控制、手動自動接合控制、室內與遠程共同控制、多任務實時處理的多模式協同控制。
圖1為本發明的基於CPS的家庭智能雙平臺協同控制系統框架圖。圖2為本發明的基於CPS的家庭智能雙平臺協同控制系統的運行示意圖。圖3為本發明的基於CPS的家庭智能雙平臺協同控制系統的方法流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例來對本發明做進一步詳細的說明。參閱圖1所示，本發明提供的一種基於CPS的家庭智能雙平臺協同控制系統，其包括信號輸入模塊、信息處理平臺、中央控制平臺、執行模塊和客戶端，所述信號輸入模塊與信息處理平臺連接，所述信息處理平臺經無線網絡分別於客戶端和中央控制平臺連接，所述中央控制平臺與執行模塊連接。所述信號輸入模塊包括語音設備、遙控器、室外攝像頭、人體健康與醫療模塊以及環境監測模塊，所述信息處理平臺包括DSP處理器、觸屏以及第一存儲模塊。這樣，室內人員通過觸屏、語音設備、遙控器等設備對家庭的設備進行控制。所述人體健康與醫療模塊用於對人體信息進行採集，其包括心率測量器、體溫測量器、血壓測量器以及室內攝像頭。所述環境監測模塊用於採集溫度、溼度、煙塵、有害氣體等信息，其包括室內溫度傳感器、室外溫度傳感器、溼度傳感器、有害氣體傳感器以及煙塵傳感器等。所述中央控制平臺包括嵌入式微處理器、報警模塊、第二存儲模塊以及驅動所述執行模塊動作的驅動模塊。所述執行模塊為家電設備，包括空調、窗簾、電熱水壺、加溼器、熱水器、電子鎖、影音設備、電飯煲以及空氣淨化器。還包括與所述信息處理平臺連接的網絡雲資料庫，所述客戶端為手機和/或PC機，所述嵌入式微處理器為ARM9E處理器，DSP處理器為ADSP Blackfin處理器。系統通過信息處理平臺的DSP處理器收集採集到的信息進行處理，分析，同時通過無線網絡在室內通過無線傳輸將信息處理平臺處理過的數據傳輸給中央控制平臺，而在室外使用寬帶或3G無線網絡，與網絡雲端交換數據，用戶通過遠程PC客戶端或手機，向中央控制平臺發送命令。整個系統通過中央控制平臺的嵌入式微處理器進行自動控制計算及手動控制計算並進行優先級判斷與誤操作判斷；再通過(無線網絡)通信模塊將信息反饋給信息處理平臺與遠程的客戶端；通過系統兩個平臺的數據存放在各自的存儲模塊中；系統通過中央控制平臺的驅動模塊對家電進行智能控制；系統通過雙平臺、物理設備及網絡的信息物理融合，實現手動控制、自動控制、手動自動接合控制、室內與遠程共同控制、多任務實時處理的多模式協同控制。參閱圖2所示的運行示意圖，中央控制平臺從各類傳感器獲得信號，經過自動控制計算程序，通過驅動模塊對室內環境狀態進行自動控制；DSP平臺接收傳感器、攝像頭、語音設備等的數據信號及觸屏、遙控器等控制信號並進行處理，通過室內無線網絡將室內人員的控制行為信號傳輸給中央控制平臺，通過3G網絡或寬帶網絡將得到室內環境、家中人員信息發送給手機或遠程PC客戶端；室外家庭成員可通過手機及遠程PC客戶端了解家中信息，並發送控制信號，通過網絡發送給中央控制平臺，並發送到DSP平臺經過處理反映在觸屏上或語音通知室內成員；中央控制平臺將得到的室內、室外成員的控制行為信號經過手動控制計算程序，判定各個操作的優先級，判定是否為誤操作並返回信息，最終結合自動控制的信息通過驅動控制器控制家電設備。下面列舉具體的實施案例進行分析，當然下述的案例可以單獨進行，也可以同時運行:
1、家庭成員通過測量器採集到數據之後，通過嵌入式微處理器的計算，自動控制執行模塊的家電，調節室內環境；通過DSP處理器的計算，通過網絡與雲端數據進行對比，了解其身體狀況，並可以尋求醫生的遠程診斷意見。2、系統可通過室內攝像頭得到的視頻通過DSP處理器進行圖像處理，對家庭成員發生的跌倒等異常狀態向其他家庭成員匯報，並對家中客人的異常行為進行監視，防止對家庭成員的不利行為，達到對人身健康的保障。3、系統的環境檢測模塊由於包括室內溫度傳感器、室外溫度傳感器、溼度傳感器、有害氣體傳感器以及煙塵傳感器，將採集的數據同時傳送給數據處理平臺與中央控制平臺，數據處理平臺將家中環境數據在觸屏上直接顯示並傳送給遠程客戶端；中央控制平臺根據設定的數值通過空調、窗簾、空氣加溼器、空氣淨化器等設備進行環境自動控制，並對一氧化碳、含硫等有害氣體及煙霧超標代表的火災、煤氣洩漏等事件進行報警處理，同時將異常狀態反饋給遠程客戶端及數據處理平臺，數據處理平臺通過語音設備向室內人員語音播報。4、系統可通過室外攝像頭(如門口攝像頭)，經過人臉識別判定是否為家庭成員及系統的資料庫中已有的安全客人，如是則通過語音設備告知屋內成員並開門，否則詢問室內成員，若僅老人或小孩在家則同時通知在戶外的擁有最高優先權的戶主，讓其及時作出是否開門的判斷，實現門禁的控制；通過窗外、室內及特定位置的普通及紅外攝像頭，系統將異常狀況通知戶主、對室內各門窗的電子鎖上鎖並報警，防止翻牆及翻窗盜竊。
5、系統也可統計家庭主人的生活規律，或者根據設定，進行自動控制開啟熱水器、電熱水壺、拉窗簾、開空調的操作，並語音通知室內成員、給室外成員手機發送簡訊通知，實現自動化控制。為了實現上述的目的，另一方面本發明提供如下技術方案:
參閱圖3所示，具體為整個系統的控制方法流程，其包括:啟動系統，通過信號輸入模塊獲取所需信號並進行自動控制模式；信息處理平臺檢測是否有手動控制信號，若有，則處理信號並判斷優先級，選擇具有高級別優先權的進行操作，若無，則重複上述步驟；判斷是否為誤操作或惡意操作，若是，則警告該操作者，並通知更高級別的優先權者，請求重新設定控制行為，若無，則進入按手動控制模式進行運行，直至達到設定的控制行為；結束並返回自動控制狀態。其中，手動控制模式以及自動控制模塊為中央控制平臺設定的根據信號輸入模塊的輸入的信號而控制相應的執行模塊執行的動作。通過本發明的實施，一方面由於採用雙平臺設計，即信息處理平臺和中央控制平臺，可將複雜的數據運算與控制運算分開進行，進而提高系統的運行速度，另一方面系統通過雙平臺、物理設備(執行模塊)及網絡的信息物理融合，實現手動控制、自動控制、手動自動接合控制、室內與遠程共同控制、多任務實時處理的多模式協同控制。上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，而其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.基於CPS的家庭智能雙平臺協同控制系統,其特徵在於:包括信號輸入模塊、信息處理平臺、中央控制平臺、執行模塊和客戶端，所述信號輸入模塊與信息處理平臺連接，所述信息處理平臺經無線網絡分別於客戶端和中央控制平臺連接，所述中央控制平臺與執行模塊連接。
2.根據權利要求1所述的基於CPS的家庭智能雙平臺協同控制系統，其特徵在於:所述信號輸入模塊包括語音設備、遙控器、室外攝像頭、人體健康與醫療模塊以及環境監測模塊。
3.根據權利要求2所述的基於CPS的家庭智能雙平臺協同控制系統，其特徵在於:所述信息處理平臺包括DSP處理器、觸屏以及第一存儲模塊。
4.根據權利要求2所述的基於CPS的家庭智能雙平臺協同控制系統，其特徵在於:所述人體健康與醫療模塊包括心率測量器、體溫測量器、血壓測量器以及室內攝像頭。
5.根據權利要求2所述的基於CPS的家庭智能雙平臺協同控制系統，其特徵在於:所述環境監測模塊包括室內溫度傳感器、室外溫度傳感器、溼度傳感器、有害氣體傳感器以及煙塵傳感器。
6.根據權利要求1所述的基於CPS的家庭智能雙平臺協同控制系統，其特徵在於:所述中央控制平臺包括嵌入式微處理器、報警模塊、第二存儲模塊以及驅動所述執行模塊動作的驅動模塊。
7.根據權利要求6所述的基於CPS的家庭智能雙平臺協同控制系統，其特徵在於:所述執行模塊為家電設備，包括空調、窗簾、電熱水壺、加溼器、熱水器、電子鎖、影音設備、電飯煲以及空氣淨化器。
8.根據權利要求1所述的基於CPS的家庭智能雙平臺協同控制系統，其特徵在於:還包括與所述信息處理平臺連接的網絡雲資料庫，所述客戶端為手機和/或PC機，所述嵌入式微處理器為ARM9E處理器，DSP處理器為ADSP Blackfin處理器。
9.基於權利要求1所述的CPS的家庭智能雙平臺協同控制系統的控制方法，其特徵在於:包括S1、啟動系統，通過信號輸入模塊獲取所需信號並進行自動控制模式；S2、信息處理平臺檢測是否有手動控制信號，若有，則處理信號並判斷優先級，選擇具有高級別優先權的進行操作，若無，則重複上述步驟；S3、判斷是否為誤操作或惡意操作，若是，則警告該操作者，並通知更高級別的優先權者，請求重新設定控制行為，若無，則進入按手動控制模式進行運行，直至達到設定的控制行為；S4、結束並返回自動控制狀態。
10.根據權利要求9所述的控制方法，其特徵在於:所述手動控制模式以及自動控制模塊為中央控制平臺設定的根據信號輸入模塊的輸入的信號而控制相應的執行模塊執行的動作。
全文摘要
本發明提供一種基於CPS的家庭智能雙平臺協同控制系統及其控制方法，蓋系統包括信號輸入模塊、信息處理平臺、中央控制平臺、執行模塊和客戶端，所述信號輸入模塊與信息處理平臺連接，所述信息處理平臺經無線網絡分別於客戶端和中央控制平臺連接，所述中央控制平臺與執行模塊連接。本發明採用雙平臺設計，可將複雜的數據運算與控制運算分開進行，進而提高系統的運行速度，同時通過雙平臺、執行模塊(物理設備)及網絡的信息物理融合，實現手動控制、自動控制、手動自動接合控制、室內與遠程共同控制、多任務實時處理的多模式協同控制。
文檔編號G05B19/418GK103197647SQ20131011725
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月7日 優先權日2013年4月7日
發明者趙文倉, 張澄 申請人:青島科技大學