一種通用無線傳感網智能控制系統及實現方法
2023-05-23 19:43:31 1
專利名稱：一種通用無線傳感網智能控制系統及實現方法
技術領域：
本發明涉及通訊領域，具體地，涉及無線傳感網智能控制系統。
背景技術：
無線傳感網控制與應用技術，作為物聯網的核心，在技術進步、政策支持、需求擴張等綜合因素的影響下將呈現爆發式增長。但是，在市場佔有率最大的傳輸層和應用層方面，由於存在「多種不同的低功耗無線通信協議互不兼容」和「跨行業的應用互不兼容」等問題，已經成為無線傳感網應用領域發展的瓶頸。但由於目前無線傳感網技術處於快速發展階段，國際市場尚未形成統一的通信協議和應用標準，市場急需一種具有能夠適用於多個應用領域並支持多種通信協議的功能的通用無線傳感網控制系統。
發明內容
本發明的目的在於，針對「跨行業應用的互不兼容」和「低功耗通信協議的互不兼容」這兩個無線傳感網應用領域的技術瓶頸，提出一種通用無線傳感網智能控制系統的實現方法。使該系統具有能夠適用於多個應用領域並支持多種通信協議的功能。為了實現上述目的，本發明所採用的技術方案是系統包括具有應用領域的兼容性和無線通信協議的兼容性的通用智能控制系統中央控制器、支持多協議多頻段的集成無線信號收發器、無線傳感節點、和遠程遙控終端裝置。其中，通用智能控制系統通過串行數據鏈路與集成無線信號收發器相連；遠程遙控終端通過網際網路與智能控制系統中央控制器相連接；集成無線信號收發器通過低功耗無線傳輸協議與無線傳感節點相連。所述通用智能控制系統中央控制器包括應用控制及用戶界面、通信控制管理層、 通信協議翻譯層、作業系統和通信協議適配組件。所述應用控制及用戶界面模塊包括用戶登錄註冊模塊、用戶帳戶管理模塊、資料庫模塊、傳感節點管理模塊、場景管理模塊和控制面板管理及存取模塊。所述通信控制管理層模塊包括控制指令控制轉換組件、遠程控制終端通信管理組件。所述集成無線信號收發器包括一個或多個支持不同頻率、支持相同或不同低功耗無線通信協議的無線信號收發器。所述遠程遙控終端包括一個或多個通過局域或廣域網並與主控制系統相連的遠程固定或移動智能控制終端設備。應用控制及用戶界面包括一個或多個被控環境；每個被控環境包括有被控環境圖，被控環境圖包括傳感節點列表和相關被控元素集。為了解決上述技術問題，本發明提供了如下的技術方案本發明系統實現的基本方法如下
(1)通用智能控制系統啟動，當系統的用戶界面接收到創建一個新的控制面板的請求後，系統將執行創建一個新的控制面板的相關操作；
(2)通用智能控制系統系統用戶界面接收並處理用戶產生虛擬控制節點的請求，執行產生並設置虛擬控制節點的相關操作；
(3)控制面板產生後，用戶即可以通過該控制面板上的虛擬節點對相應的無線傳感實際節點進行遠程狀態監控；
(4)當通用智能控制系統接收到保存控制面板的請求後，系統將執行保存控制面板功能，它能夠將每個控制面板上的環境圖、控制節點、相關被控元素等保存到外部文件中； 在保存的過程中，系統還能將該控制面板自動導出到一個相應的遠程控制頁面，以實現控制面板的遠程智能終端訪問；
(5)當系統接收到產生新的控制面板的請求時，程序自動跳轉到步驟O)；否則，當系統接收到程序退出請求時，系統將執行程序退出，終止程序運行。所述創建新的控制面板的步驟如下
(1)當系統接收到用戶創建一個新的控制面板的請求後，系統將執行創建一個新的控制面板的操作；這包括產生一個預設的控制場景圖和參數，產生一個空白的控制節點列表和空白的相關被控元素列表；
(2)用戶根據具體的應用，通過系統的應用層用戶界面加載相應的被控場景(3)根據具體的應用，用戶在被控場景圖上添加相關的被控元素；
(4)設置控制面板參數，這些參數包括控制面板的名稱、背景顏色、背景圖、背景圖布局、字體、前景顏色、控制面板圖標等。所述產生並虛擬控制節點的步驟如下
(1)接收到用戶請求，系統將執行產生一個新的虛擬控制節點的操作；其中包括產生一個根據用戶選擇的控制節點類型相一致的預設的控制節點、預設的節點狀態值、節點狀態聲音和狀態圖標；
(2)虛擬節點產生後，用戶可以通過應用層用戶界面，將設置該虛擬節點ID以等同於某一相應的實際節點ID，從而完成了虛擬節點到實際節點的映射。由此，系統通過該虛擬節點實現對實際傳感節點的狀態監控；
(3)設置虛擬節點參數，這些參數包括節點名稱、節點名稱字體及其樣式尺寸、節點在環境背景圖上的相對位置、提示說明文字、狀態值、各狀態顯示圖標、狀態聲音等；
(4)系統允許用戶選擇是否產生新的虛擬節點，當系統接收到產生新的虛擬節點的請求時，程序自動跳轉到步驟(1)；否則，系統將繼續執行以下步驟。所述通過虛擬節點控制實際節點的步驟如下
(1)當系統接收到用戶選擇虛擬控制節點的請求後，系統根據節點ID自動將該虛擬節點關聯到相應的實際傳感節點；
(2)系統提示用戶是否更改節點參數的選擇，如果用戶選擇更改節點參數，系統執行步驟(3)，否則跳轉到步驟；
(3)用戶可以通過系統的應用層用戶界面實施節點參數更改，這些參數包括節點名稱、節點名稱字體及其樣式尺寸、節點在環境背景圖上的相對位置、提示說明文字、狀態值、 各狀態顯示圖標、狀態聲音等；還包括部分節點特殊屬性，如調光器的亮點，空調的溫度、溼度、閥門的大小等；(4)一旦應用層用戶界面接收到用戶對虛擬傳感節點的點擊指令，系統即實施節點控制狀態切換，即根據該虛擬節點的ID及其特徵屬性將該用戶界面點擊指令其轉換成相應的傳感節點控制指令；
(5)系統將該控制指令發送給相應的實際節點，具體步驟包括系統將傳感節點的控制指令經控制系統的應用層用戶界面傳給通信控制管理層、經過通信協議翻譯層將控制指令轉換為控制信號、然後轉發給相應的通信協議適配組件；通信協議適配組件根據控制信號的協議和頻率的類型，經過串行數據通道，將該控制信號從相應的無線收發器發出給相應的實際傳感節點；
(6)系統將繼續執行以下步驟。所述保存控制面板的步驟如下
(1)收到用戶保存控制面板的請求後，系統首先開始保存被控環境(2)收到用戶保存控制面板的請求後，系統開始保存相關被控元素；
(3)系統隨即保存控制面板參數，這些參數包括控制面板的名稱、背景顏色、背景圖、 背景圖布局、字體、前景顏色、控制面板圖標等；
(4)系統開始保存每個虛擬控制節點及其參數，這些參數包括這些參數包括節點名稱、節點名稱字體及其樣式尺寸、節點在環境背景圖上的相對位置、提示說明文字、狀態值、各狀態顯示圖標、狀態聲音等；
(5)系統開始導出該控制面板所對應的遠程控制頁面，其中包括該控制面板的名稱、 背景顏色、背景圖、背景圖布局、字體、前景顏色、控制面板圖標等的所有參數，以及該控制面板所包括的控制場景圖、相關被控元素和所有虛擬控制節點及其屬性；
(6)系統將繼續執行建立新的控制面板或系統將執行程序退出，終止程序運行。通信協議轉換過程的流程包括以下步驟
(1)控制節點A發出控制指令；
(2)通信協議適配組件從相應的無線收發器串行數據通道接收到控制信號)；
(3)通信協議翻譯層將該控制信號轉換為應用層相應的控制指令；
(4)該控制指令上傳到通信控制管理層進行處理；
(5)應用控制及用戶界面找到該指令所對應的虛擬節點進行狀態更新隨後向節點B發出控制指令；
(6)該控制指令下傳到通信控制管理層進行處理，然後下傳到翻譯層；
(7)通信協議翻譯層將該應用層的控制指令轉換為相應的控制信號，並發給相應的通信協議適配組件；
(8)通信協議適配組件根據控制信號的協議和頻率的類型，從集成無線信號收發器中選擇相應的無線通信頻率及傳輸協議的無線收發器，通過串行數據通道，將該控制信號從無線收發器發出；
(9)控制節點B接受到控制指令。場景控制功能的流程包括以下步驟
(1)當某個預設場景條件滿足時，系統將自動啟動場景控制操作；
(2)系統首先獲取該場景的節點列表的首節點；
(3)系統檢測首先當前節點是否為空，如果不是空繼續執行下一步；否則跳轉到(7f)。
(4)系統獲取並執行該節點預設的控制指令；
(5)系統從該場景的節點列表中獲取下一個節點，然後自動跳轉到步驟(3)；
(6)完成場景控制。本發明的一種通用無線傳感網智能控制系統實現方法，整體實施包括以下步驟 (1)通用智能控制系統用戶界面接收到創建一個新的控制面板的請求。(2)系統將執行創建一個新的控制面板的操作。這包括產生一個預設的控制場景， 產生一個空白的控制節點列表和一個空白的相關被控元素列表。(3)控制面板參數的更改，這些參數包括控制面板的名稱、背景顏色、背景圖、背景圖布局、字體、前景顏色、控制面板圖標等。(4)用戶根據具體的應用，通過應用層用戶界面加載相應的被控場景圖，創建適用於不同應用領域的無線傳感網控制面板。(5)控制面板產生後，系統即接受用戶產生虛擬控制節點的請求。(6)當系統接收到產生節點的請求後，系統將創建一個新的虛擬控制節點；產生一個根據用戶選擇的控制節點類型相一致的預設的控制節點、產生預設的節點狀態值、節點狀態聲音和狀態圖標。(7)虛擬節點產生後，用戶可以通過應用層用戶界面，設置該虛擬節點ID以等同於某一相應的實際節點ID，從而完成虛擬節點到實際節點的映射。(8)虛擬節點參數的更改，。其中包括節點名稱、節點名稱字體樣式、類型及大小、 節點在環境背景圖上的相對位置、節點提示說明文字、節點狀態值、節點各狀態顯示圖標和聲音效果等參數。(9)用戶在控制面板上產生多個虛擬節點。當系統接收到產生新的虛擬節點的請求時，程序自動跳轉到步驟(6)；否則，系統將處於等待用戶操作狀態。(10)當收到用戶選擇了某個虛擬控制節點的請求後，系統將根據該虛擬節點ID 自動將該虛擬節點關聯到相應的實際傳感節點。(11)用戶更改虛擬節點的參數。如果用戶選擇更改節點參數，系統執行步驟下一步；否則跳轉到步驟(13)。(12)用戶可以通過系統的應用層用戶界面更改虛擬節點參數。這些參數包括節點名稱、節點名稱字體及其樣式尺寸、節點在環境背景圖上的相對位置、提示說明文字、狀態值、各狀態顯示圖標、狀態聲音等；還包括部分節點特殊屬性，如調光器的亮點，空調的溫度、溼度、閥門的大小等。(13)當應用層用戶界面接收到用戶對虛擬傳感節點的點擊指令後，系統即執行節點控制操作。即根據該虛擬節點的ID及其特徵屬性用點擊指令其轉換成相應的節點控制指令。(14)系統將該節點控制指令發給相應的實際節點。其中步驟包括系統將傳感節點的控制指令由控制系統的應用控制用戶界面傳給通信控制管理層、通信協議翻譯層、通信協議適配組件，然後通過串行數據鏈路傳給集成無線信號收發器發給相應的實際傳感節
點ο(15)當通用智能控制系統中央控制器接收到保存控制面板的請求後，系統將執行保存控制面板操作。它能夠將每個控制面板上的被環境圖、控制面板參數、控制節點列表、及相關被控元素等保存到外部文件中。在保存的過程中，系統還能將每個控制面板自動導出到一個相應的遠程控制頁面，以便實現控制面板的遠程智能終端訪問。(16)當系統接收到產生新的控制面板的請求時，程序自動跳轉到步驟(2)。在應用本發明時，根據不同的具體應用領域，用戶可以使用本系統來快速創建適用於相應領域的無線傳感網被控區域監控面板；動態加載、修改或刪除相應的被控環境的場景圖，修改被控環境監控面板的特徵屬性；動態添加、布局或刪除虛擬被控節點，移動和調整各虛擬被控節點在被控場景圖中的位置，修改虛擬被控節點的名稱、顯示字體、提示文本、狀態聲音、狀態圖標等相關參數。所述中央控制器的通信協議棧、協議適配組件和通信協議翻譯層能夠將從不同無線信號收發器接收到的數位訊號，進行分析、翻譯和處理轉換成系統應用層的節點控制指令，從而使不同協議的無線通訊信號在抵達通信管理層時能夠互通。這使得本系統具有了類似無線網關的通信協議轉換器的功能，具有能夠支持不同無線傳輸協議以及協議轉換的能力。每個無線傳感網被控環境的場景圖代表了被控無線傳感節點所在的物理環境，而該物理環境可以用一個被控環境的場景圖及相關被控元素來表示。被控環境的場景圖可以用無線傳感節點所在場所環境的照片、環境示意圖或戶型圖來表示。在系統程序運行過程中，用戶可以對被控環境的場景圖進行動態的增加、刪除、和修改等操作。在系統程序運行過程中，用戶可以往對被控環境的場景圖裡動態加入附加元素。例如在智能家居應用中添加家具等。而且，這些附加元素也可以被動態地從被控環境的場景圖中移動、刪除或修改。在系統程序運行過程中，無線傳感網被控區域監控面板的屬性可以被動態修改。 這些屬性包括，監控面板名稱、監控面板邊框顏色、監控面板背景圖布局格式、字體、監控面板的圖標等。實際物理節點與虛擬節點與具有一多對應關係。即對於每個實際物理節點，用戶可根據需要創建一個或多個虛擬節點。使得每個實際節點所對應的虛擬節點可以被布置在不同的控制面板上，實現了通過不同控制面板對同一實際傳感節點的監控。這一方面增強了節點在不同控制面板上配置應用的靈活性，另一方面也為創建複雜的聯動場景功能創造了條件。在系統程序運行過程中，每個虛擬被控節點的特徵屬性可以被動態地改變。這些屬性包括虛擬節點所對應實際物理節點的ID，在被控環境中的位置、節點名稱、提示文字、字體、狀態值、各種狀態的聲音和顯示圖標等。用戶通過點擊虛擬節點來向實際傳感節點發出控制指令。系統支持本地中央控制終端，本地遠程控制終端，網絡遠程固定控制終端以及網絡遠程移動智能控制終端。當實際物理傳感節點的狀態發生改變時，系統將其所對應的所有虛擬節點的狀態進行同步更新。該同步狀態更新包括將該節點狀態的改變及時反饋到與中央控制系統相連的所有的控制終端上。這些控制終端包括系統本地中央控制器、系統本地遠程控制器、網絡遠程固定終端以及網絡遠程移動智能終端。
用戶可以在各監控面板之間隨意切換的功能，即設定某一監控面板為當前控制頁面。用戶可以同時監控一個或多個監控面板。系統支持場景功能，即設定一組或多組傳感節點的聯動。一旦預設條件滿足時，系統即觸發相應的節點群的聯動。場景所對應的節點群中每個節點的聯動狀態可預先設定或採用預設值。針對每種低功耗無線傳輸協議信號收發器，本系統具有一個相應的通信協議棧， 用來接收控制狀態反饋信息和發送控制指令。中央控制器的通信協議適配組件，一方面它能將從通信協議棧接收到的數據經過處理，傳送給通信協議翻譯層；另一方面，它可以根據從通信協議翻譯層接收到的數據的通信協議和頻率的類型，選擇相應的串行數據通道，將該信號從相應的無線收發器發出給實際傳感節點。中央控制器的通信協議翻譯層，將從協議適配組件收到的數據轉化成應用層通用命令，然後再傳遞給通信管理層。同時，它還能將從通信管理層發來的控制指令轉換為相應的控制信號，然後轉發給相應的通信協議適配組件。這一方面使得本系統具有支持不同無線傳感協議的能力，另一方面也使得本系統的用戶界面層具有不依賴與任何通信協議的特性。中央控制器的被控區域監控面板，每個控制面板所包含的被控場景圖、控制面板參數屬性、所有虛擬節點的位置和狀態參數等信息均可以保存到外部文件中，以便在未來重新加載。另外，每個監控面板還可以分別被導出成獨立的遠程監控頁面，以實現系統的遠程監控功能。中央控制器的虛擬被控節點，當虛擬節點在控制面板接收到用戶觸發的節點指令時，系統能根據該虛擬節點的ID和屬性，生成相應實際節點的控制指令，通過集成無線信號收發器將該指令傳送給相應的無線傳感節點設備。中央控制器的實際被控節點，當實際被控節點的狀態發生改變並發出狀態更新信號時，該信號將被系統的集成無線信號收發器接收；經過控制系統翻譯處理後，將該節點最新的狀態反饋到本地和遠程監控終端。在本發明設計方法中採用了高度可配置的控制面板、動態加載被控場景圖、可隨意布置及更改的虛擬控制節點、相關被控元素集和靈活的場景聯動功能等設計實現技術， 從而根本上解決了一個系統可適用於多個應用領域的無線傳感網應用領域的瓶頸問題。對於不同的應用領域，用戶只需通過運用本系統所提供的用戶界面進行簡單的設置，就能快速生成適用於相應領域的傳感器節點部署圖及場景控制面板。另外，本方法所提出的通信協議適配層和協議轉換機制還使系統具有支持多種不同低功耗無線通信協議的能力。從而實現了跨場合應用的兼容性和多種傳輸協議的協調和兼容性的創新功能。綜上所述，本發明各實施例的無線傳感網智能控制系統，由於包括該系統包括具有應用領域的兼容性和無線通信協議兼容性的無線傳感網智能控制系統中央控制器、以及具有通信協議轉換功能的通信協議翻譯組件、集成無線收發器以及遠程智能移動終端裝置；實現了一個系統適用於多個應用領域並支持多種通信協議的功能；從而克服了現有技術中不同的低功耗無線通信協議互不兼容和跨行業的應用互不兼容這兩大阻礙無線傳感網控制應用領域發展的瓶頸問題；具有廣泛的跨場合應用的兼容性和多種傳輸協議的協調和兼容性的優點。本發明採用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果
首先，具有跨場合應用的兼容性。由於本發明在系統設計中採用了高度可配置的控制面板、動態加載被控場景圖、可隨意布置及更改的虛擬控制節點、和靈活的場景聯動功能等設計實現技術。針對不同的應用領域，用戶可以方便靈活地設置和修改被控場景及被控傳感節點的布局及各種參數，迅速創建適應於該應用領域的無線傳感網控制面板。從而實現了一個無線傳感網控制系統可以適用於多個應用領域的功能。其次，具有支持多種傳輸協議和協議互通功能。支持基於不同低功耗無線傳輸協議的傳感器。由於本系統所具有的『通信協議翻譯層』和『協議適配組件』，使得基於不同通信協議的傳感節點通過本系統的協議轉換功能形成互通。
附圖用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與本發明的實施例一起用於解釋本發明，並不構成對本發明的限制。在附圖中
圖1是本發明的無線傳感網通用智能控制系統在多場景控制應用中的系統拓撲圖； 圖2是本發明的無線傳感網通用智能控制系統中央控制器程序的結構圖； 圖3是本發明的無線傳感網通用智能控制系統中央控制器程序的主流程圖； 圖4是本發明的無線傳感網通用智能控制系統創建一個新的控制面板程序的子流程
圖5是本發明的無線傳感網通用智能控制系統產生並設置虛擬節點程序的子流程圖； 圖6是本發明的智能控制系統通過虛擬節點控制實際節點程序的子流程圖； 圖7是本發明的智能控制系統保存控制面板並導出遠程控制頁面程序的子流程圖； 圖8是本發明的無線傳感網通用智能控制系統通信協議轉換過程的流程圖； 圖9是本發明的無線傳感網通用智能控制系統場景控制功能的流程圖； 圖10是本發明的無線傳感網通用智能控制系統在智能農業領域的應用實例； 圖11是本發明的無線傳感網通用智能控制系統在智能家居領域的應用實例。圖1，是一個無線傳感網的通用智能控制系統。系統包括具有應用領域的兼容性和無線通信協議的兼容性的無線傳感網通用智能控制系統中央控制器軟體及系統17、串行數據鏈路15、支持多協議多頻段的集成無線信號收發器16、被控環境10、無線傳感節點11、 網絡連接18、網際網路19和遠程遙控終端裝置20。其中，通用智能控制系統中央控制器17 通過串行數據鏈路15與集成無線信號收發器16相連；遠程遙控終端20通過網際網路19與智能控制系統中央控制器17相連接；集成無線信號收發器16通過低功耗無線傳輸協議14 與無線傳感節點11相連。根據無線傳感節點所在的環境，被控環境被邏輯分割成多個被控環境10 ；被控環境相對於動態產生的遠程控制面板；每個被控環境包括被控環境圖13，相關被控元素集12和若干傳感節點11。圖2，是本發明的無線傳感網的通用智能控制系統中央控制器軟體系統的結構框圖。其中包括應用層用戶界面20、通信控制管理層25、通信協議翻譯層沈、通信協議適配組件27和作業系統觀。應用控制及用戶界面20包括一個或多個被控環境21 ；每個被控環境對應於一個相應的由系統產生的控制面板。進一步地，被控環境21包括被控傳感節點所在的環境場景圖22 ；
進一步地，被控環境場景圖22包括傳感節點列表23和相關被控元素集M，該相關被控元素是指與被控節點及其所在環境相關的元素。例如，在智能家居領域中的家居、家電、室內陳設；在智能農業中的動、植物；在智能醫療中的病床、監護設備；在智能工業中的生產流水線；以及在智能礦山中的井下設備等。集成無線信號收發器四，是指一組使用不同無線通信協議或者是相通協議不同頻段的無線信號收發器的集合。從各個無線信號收發器收集的信號，將途徑通信協議適配組件27和通信協議翻譯層沈傳送到系統的通信控制管理層25、經過協議的分析翻譯和處理後，上傳到系統的應用層用戶界面20，從而顯示各被控傳感節點的當前狀態。與此類似，當應用層用戶界面20接受到用戶的控制觸發指令時，它將根據該控制指令所對應的傳感節點的ID和屬性，轉換成相應的傳感節點控制命令，通過應用層用戶界面20、通信控制管理層25、通信協議翻譯層沈、通信協議適配組件27等，通過串行數據鏈路傳給集成無線信號收發器四發出。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用於說明和解釋本發明，並不用於限定本發明。實施例1
如圖10所示，是根據本發明的無線傳感網通用智能控制系統在智能農業領域的一個應用實例。包括以下步驟
(1)通用智能控制系統用戶界面接收到創建一個新的控制面板的請求。(2)系統將執行創建一個新的控制面板的操作。這包括產生一個預設的控制場景， 產生一個空白的控制節點列表和一個空白的相關被控元素列表。(3)用戶運用本系統更改控制面板的參數(房間屬性)。這些參數包括控制面板的名稱(溫室大棚澆灌遠程控制)、背景顏色(淺紫色)、背景圖(無)、背景圖布局(瓦片式)、 字體(微軟無襯線，字號8. 25)、前景顏色(黑色)、控制面板圖標(圓標)等。(4)系統允許用戶根據具體的應用(智能農業的溫室大棚澆灌控制)，通過應用層用戶界面加載相應的被控場景圖(大棚照片)，創建適用於不同應用領域的無線傳感網控制面板。隨後，用戶可以在該被控場景圖上添加相關被控元素(水管等)。該相關被控元素是指與被控節點及其所在環境相關的元素。(5)控制面板產生後，系統即接受用戶產生虛擬控制節點的請求。(6)當系統接收到產生節點的請求後，系統將創建一個新的虛擬控制節點；產生一個根據用戶選擇的控制節點類型相一致的預設的控制節點(噴水頭)、產生預設的節點狀態值(關閉)、節點狀態聲音和狀態圖標(噴水頭圖標)。(7)虛擬節點產生後，用戶可以通過應用層用戶界面，設置該虛擬節點ID以等同於某一相應的實際節點ID (ID=9),從而完成了虛擬節點到實際節點的映射。(8)系統提供了設置更改虛擬節點參數的功能。其中包括節點名稱(噴頭9)、節點在環境背景圖上的相對位置(X=197 Y=108)、節點提示說明文字(大棚2噴頭9)、節點狀態值(關、開)、節點各狀態顯示圖標和聲音效果等參數。(9)系統允許用戶在控制面板上產生多個虛擬節點。當系統接收到產生新的虛擬節點的請求時，程序自動跳轉到步驟(6)；否則，系統將處於等待用戶操作狀態。(10)當收到用戶選擇了某個虛擬控制節點的請求後，系統將根據該虛擬節點ID 自動將該虛擬節點關聯到相應的實際傳感節點。(11)系統允許用戶更改虛擬節點的參數。如果用戶選擇更改節點參數，系統執行步驟下一步；否則跳轉到步驟(13)。(12)用戶可以通過系統的應用層用戶界面更改虛擬節點參數。這些參數包括節點名稱、節點名稱字體及其樣式尺寸、節點在環境背景圖上的相對位置、提示說明文字、狀態值、各狀態顯示圖標、狀態聲音等。(13)—旦應用層用戶界面接收到用戶對虛擬傳感節點的點擊指令後，系統即執行節點控制操作。即根據該虛擬節點的ID及其特徵屬性將該用點擊指令其轉換成相應的節點控制指令(即噴頭9的開和關)。(14)系統將該節點控制指令發給相應的實際節點。其中步驟包括系統將傳感節點的控制指令由控制系統的應用控制用戶界面傳給通信控制管理層、通信協議翻譯層、通信協議適配組件，然後通過串行數據鏈路傳給集成無線信號收發器發給相應的實際傳感節
點ο(15)當通用智能控制系統中央控制器接收到保存控制面板的請求後，系統將執行保存控制面板操作。它能夠將每個控制面板上的被環境圖、控制面板參數、控制節點列表、 及相關被控元素等保存到外部文件中。在保存的過程中，系統還能將每個控制面板自動導出到一個相應的遠程控制頁面，以便實現控制面板的遠程智能終端訪問。(16)當系統接收到產生新的控制面板的請求時，程序自動跳轉到步驟(2)。實施例2
圖11是根據本發明的無線傳感網通用智能控制系統在智能家居領域的一個應用實例。包括以下步驟(1)通用智能控制系統用戶界面接收到創建一個新的控制面板的請求。(2)系統將執行創建一個新的控制面板的操作。這包括產生一個預設的控制場景， 產生一個空白的控制節點列表和一個空白的相關被控元素列表。(3)用戶運用本系統更改控制面板的參數(房間屬性)。這些參數包括控制面板的名稱(溫室大棚澆灌遠程控制)、背景顏色(淺橙色)、背景圖(無)、背景圖布局(瓦片式)、 字體(微軟無襯線，字號8. 25)、前景顏色(黑色)、控制面板圖標(圓標)等。(4)系統允許用戶根據具體的應用(智能家居控制)，通過應用層用戶界面加載相應的被控場景圖(房間戶型圖)，創建適用於不同應用領域的無線傳感網控制面板。隨後，用戶可以在該被控場景圖上添加相關被控元素(家具等)。該相關被控元素是指與被控節點及其所在環境相關的元素。(5)控制面板產生後，系統即接受用戶產生虛擬控制節點的請求。(6)當系統接收到產生節點的請求後，系統將創建一個新的虛擬控制節點；產生一個根據用戶選擇的控制節點類型相一致的預設的控制節點、產生預設的節點狀態值(關閉)、節點狀態聲音和狀態圖標(燈、調光器、攝像頭、門窗控制等)。
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(7)虛擬節點產生後，用戶可以通過應用層用戶界面，設置該虛擬節點ID以等同於某一相應的實際節點ID (例如飯廳燈ID=2)，從而完成了虛擬節點到實際節點的映射。(8)系統提供了設置更改虛擬節點參數的功能。其中包括節點名稱(例如飯廳燈)、節點在環境背景圖上的相對位置(X=495 Y=335)、節點提示說明文字(飯廳燈開關)、節點狀態值(關、開)、節點各狀態顯示圖標和聲音效果等參數。(9)系統允許用戶在控制面板上產生多個虛擬節點。當系統接收到產生新的虛擬節點的請求時，程序自動跳轉到步驟(6)；否則，系統將處於等待用戶操作狀態。(10)當收到用戶選擇了某個虛擬控制節點的請求後，系統將根據該虛擬節點ID 自動將該虛擬節點關聯到相應的實際傳感節點。(11)系統允許用戶更改虛擬節點的參數。如果用戶選擇更改節點參數，系統執行步驟下一步；否則跳轉到步驟(13)。(12)用戶可以通過系統的應用層用戶界面更改虛擬節點參數。這些參數包括節點名稱、節點名稱字體及其樣式尺寸、節點在環境背景圖上的相對位置、提示說明文字、狀態值、各狀態顯示圖標、狀態聲音等。(13)—旦應用層用戶界面接收到用戶對虛擬傳感節點的點擊指令後，系統即執行節點控制操作。即根據該虛擬節點的ID及其特徵屬性將該用點擊指令其轉換成相應的節點控制指令(如飯廳燈的開和關)。(14)系統將該節點控制指令發給相應的實際節點。其中步驟包括系統將傳感節點的控制指令由控制系統的應用控制用戶界面傳給通信控制管理層、通信協議翻譯層、通信協議適配組件，然後通過串行數據鏈路傳給集成無線信號收發器發給相應的實際傳感節
點ο(15)當通用智能控制系統中央控制器接收到保存控制面板的請求後，系統將執行保存控制面板操作。它能夠將每個控制面板上的被環境圖、控制面板參數、控制節點列表、 及相關被控元素等保存到外部文件中。在保存的過程中，系統還能將每個控制面板自動導出到一個相應的遠程控制頁面，以便實現控制面板的遠程智能終端訪問。(16)當系統接收到產生新的控制面板的請求時，程序自動跳轉到步驟(2)。通過上述的實施例，顯示了本通用智能控制系統經過用戶簡單的配置，即實現了在『智能農業』和『智能家居』等不同應用領域的應用。由於系統的設計方法中採用了高度可配置的控制面板、動態加載被控場景圖、可隨意布置及更改的虛擬控制節點、相關被控元素集和靈活的場景聯動功能等設計實現技術，從而根本上解決了一個系統可適用於多個應用領域的無線傳感網應用領域的瓶頸問題。對於不同的應用領域，用戶只需通過運用本系統所提供的用戶界面進行簡單的設置，就能快速生成適用於相應領域的傳感器節點部署圖及場景控制面板。另外，本方法所提出的通信協議適配層和協議轉換機制還使系統具有支持多種不同低功耗無線通信協議的能力。從而實現了跨場合應用的兼容性和多種傳輸協議的協調和兼容性的創新功能。綜上所述，本發明各實施例的無線傳感網智能控制系統，由於包括該系統包括具有應用領域的兼容性和無線通信協議兼容性的無線傳感網智能控制系統中央控制器、以及具有通信協議轉換功能的通信協議翻譯組件、集成無線收發器以及遠程智能移動終端裝置；實現了一個系統適用於多個應用領域並支持多種通信協議的功能；從而克服了現有技術中不同的低功耗無線通信協議互不兼容和跨行業的應用互不兼容這兩大阻礙無線傳感網控制應用領域發展的瓶頸問題；具有廣泛的跨場合應用的兼容性和多種傳輸協議的協調和兼容性的優點。
權利要求
1.一種無線傳感網通用智能控制系統，其特徵在於包括具有應用領域的兼容性和無線通信協議兼容性的無線傳感網通用智能控制系統中央控制器(17)、集成無線信號收發器 (16 )、無線傳感節點(11)、以及遠程遙控終端裝置(20 )，其中通用智能控制系統通過串行數據鏈路(15)與集成無線信號收發器(16)相連；遠程遙控終端(20)通過網際網路(19)與通用智能控制系統中央控制器(17)相連接，集成無線信號收發器通過低功耗無線傳輸協議與無線傳感節點相連，集成無線信號收發器既可以是一個無線信號收發器，也可以多個使用不同頻率或不同通信協議的無線信號收發器的集合，遠程遙控終端包括遠程固定或移動控制終端，是通過區域網或廣域網與無線傳感網通用智能控制系統中央控制器相連。
2.根據權利要求1所述的無線傳感網通用智能控制系統，其特徵在於無線傳感網通用智能控制系統中央控制器包括應用控制及用戶界面(20)、通信控制管理層(25)、通信協議翻譯層(26)、通信協議適配組件(27)和作業系統(28)，應用控制及用戶界面包括一個或多個被控環境(21)；每個被控環境包括有被控環境圖(22)，被控環境圖包括傳感節點列表 (23)和相關被控元素集(24)。
3.根據權利要求1或2所述的無線傳感網通用智能控制系統，其特徵在於系統的實現方法如下(Ia) 通用智能控制系統啟動(30)，當系統的用戶界面接收到創建一個新的控制面板的請求後，系統將執行創建一個新的控制面板的相關操作(31)；(Ib)通用智能控制系統系統用戶界面接收並處理用戶產生虛擬控制節點的請求，執行產生並設置虛擬控制節點的相關操作(32)；(Ic)控制面板產生後，用戶即可以通過該控制面板上的虛擬節點對相應的無線傳感實際節點進行遠程狀態監控(33)；(Id)當通用智能控制系統接收到保存控制面板的請求後，系統將執行保存控制面板功能(34)，它能夠將每個控制面板上的環境圖、控制節點、相關被控元素等保存到外部文件中；在保存的過程中，系統還能將該控制面板自動導出到一個相應的遠程控制頁面，以實現控制面板的遠程智能終端訪問；(Ie)當系統接收到產生新的控制面板的請求時(35)，程序自動跳轉到步驟(Ib)；否則，當系統接收到程序退出請求時，系統將執行程序退出(36)，終止程序運行。
4.根據權利要求3所述的無線傳感網通用智能控制系統的實現方法，其特徵在於創建新的控制面板的步驟如下(2a)當系統接收到用戶創建一個新的控制面板的請求後，系統將執行創建一個新的控制面板的操作(40)；這包括產生一個預設的控制場景圖和參數，產生一個空白的控制節點列表和空白的相關被控元素列表；(2b)用戶根據具體的應用，通過系統的應用層用戶界面加載相應的被控場景圖(41)；(2c)根據具體的應用，用戶在被控場景圖上添加相關的被控元素(42);(2d)設置控制面板參數(43)，這些參數包括控制面板的名稱、背景顏色、背景圖、背景圖布局、字體、前景顏色、控制面板圖標等。
5.根據權利要求3所述的無線傳感網通用智能控制系統的實現方法，其特徵在於產生並虛擬控制節點的步驟如下(3a)接收到用戶請求，系統將執行產生一個新的虛擬控制節點的操作(50);其中包括產生一個根據用戶選擇的控制節點類型相一致的預設的控制節點、預設的節點狀態值、 節點狀態聲音和狀態圖標；(3b)虛擬節點產生後，用戶可以通過應用層用戶界面(圖2模塊20)，將設置該虛擬節點ID以等同於某一相應的實際節點ID (51)，從而完成了虛擬節點到實際節點的映射，由此，系統通過該虛擬節點實現對實際傳感節點的狀態監控；(3c)設置虛擬節點參數(52)，這些參數包括節點名稱、節點名稱字體及其樣式尺寸、節點在環境背景圖上的相對位置、提示說明文字、狀態值、各狀態顯示圖標、狀態聲音等；(3d)系統允許用戶選擇是否產生新的虛擬節點(53)，當系統接收到產生新的虛擬節點的請求時，程序自動跳轉到步驟(3a)；否則，系統將繼續執行下一步(權利要求3第 33 步)。
6.根據權利要求3所述的無線傳感網通用智能控制系統的實現方法，其特徵在於通過虛擬節點控制實際節點的步驟如下(4a)當系統接收到用戶選擇虛擬控制節點(60)的請求後，系統根據節點ID自動將該虛擬節點關聯到相應的實際傳感節點；(4b)系統提示用戶是否更改節點參數的選擇(61)，如果用戶選擇更改節點參數，系統執行步驟(4c)，否則跳轉到步驟(4d)；(4c)用戶可以通過系統的應用層用戶界面實施節點參數更改(62)，這些參數包括 節點名稱、節點名稱字體及其樣式尺寸、節點在環境背景圖上的相對位置、提示說明文字、 狀態值、各狀態顯示圖標、狀態聲音等；還包括部分節點特殊屬性，如調光器的亮點，空調的溫度、溼度、閥門的大小等；(4d) 一旦應用層用戶界面接收到用戶對虛擬傳感節點的點擊指令，系統即實施節點控制狀態切換(63)，即根據該虛擬節點的ID及其特徵屬性將該用戶界面點擊指令其轉換成相應的傳感節點控制指令；(4e)系統將該控制指令發送給相應的實際節點(64)，具體步驟包括系統將傳感節點的控制指令經控制系統的應用層用戶界面(20)傳給通信控制管理層(25)、經過通信協議翻譯層(26)將控制指令轉換為控制信號、然後轉發給相應的通信協議適配組件(27)； 通信協議適配組件根據控制信號的協議和頻率的類型，經過串行數據通道，將該控制信號從相應的無線收發器(29)發出給相應的實際傳感節點(11)； (4f)系統將繼續執行下一步(權利要求3第34步)。
7.根據權利要求3所述的無線傳感網通用智能控制系統的實現方法，其特徵在於保存控制面板的步驟如下(5a)收到用戶保存控制面板的請求後，系統首先開始保存被控環境圖(70);(5b)收到用戶保存控制面板的請求後，系統開始保存相關被控元素(71);(5c)系統隨即保存控制面板參數(72)，這些參數包括控制面板的名稱、背景顏色、 背景圖、背景圖布局、字體、前景顏色、控制面板圖標等；(5d)系統開始保存每個虛擬控制節點及其參數(73)，這些參數包括這些參數包括 節點名稱、節點名稱字體及其樣式尺寸、節點在環境背景圖上的相對位置、提示說明文字、狀態值、各狀態顯示圖標、狀態聲音等；(5e)系統開始導出該控制面板所對應的遠程控制頁面(74)，其中包括該控制面板的名稱、背景顏色、背景圖、背景圖布局、字體、前景顏色、控制面板圖標等的所有參數，以及該控制面板所包括的控制場景圖、相關被控元素和所有虛擬控制節點及其屬性；(5f)系統將繼續執行下一步(權利要求3第35步)或系統將執行程序退出(36)，終止程序運行。
8.根據權利要求1或2所述的無線傳感網通用智能控制系統，其特徵在於通信協議轉換過程的流程包括以下步驟(6a)控制節點A發出控制指令(80)；(6b)通信協議適配組件從相應的無線收發器串行數據通道接收到控制信號(81)； (6c)通信協議翻譯層將該控制信號轉換為應用層相應的控制指令(82)； (6d)該控制指令上傳到通信控制管理層進行處理(83)；(6e)應用控制及用戶界面找到該指令所對應的虛擬節點進行狀態更新隨後向節點B 發出控制指令(84)；(6f)該控制指令下傳到通信控制管理層進行處理，然後下傳到翻譯層(85)； (6g)通信協議翻譯層將該應用層的控制指令轉換為相應的控制信號，並發給相應的通信協議適配組件(86)；(6h)通信協議適配組件根據控制信號的協議和頻率的類型，從集成無線信號收發器中選擇相應的無線通信頻率及傳輸協議的無線收發器，通過串行數據通道，將該控制信號從無線收發器發出(87);(6i)控制節點B接受到控制指令(88)。
9.根據權利要求1或2所述的無線傳感網通用智能控制系統，其特徵在於場景控制功能的流程包括以下步驟(7a)當某個預設場景條件滿足時，系統將自動啟動場景控制(90)操作； (7b)系統首先獲取該場景的節點列表的首節點(91)；(7c)系統檢測首先當前節點是否為空(92)，如果不是空繼續執行下一步；否則跳轉到 (7f)；(7d)系統獲取並執行該節點預設的控制指令(93)；(7e)系統從該場景的節點列表中獲取下一個節點(94)，然後自動跳轉到步驟(7c)； (7f)完成場景控制(95)。
全文摘要
本發明公開了一種通用無線傳感網智能控制系統及實現方法。其中，該系統包括具有應用領域的兼容性和無線通信協議兼容性的無線傳感網智能控制系統中央控制器、以及具有通信協議轉換功能的通信協議翻譯組件、集成無線收發器和遠程智能移動終端裝置。由於系統的設計方法中採用了高度可配置的控制面板、動態加載被控場景圖、可隨意布置及更改的虛擬控制節點、相關被控元素集、場景聯動功能、通信協議協議轉換機制等設計實現技術，解決了跨場合應用的兼容性和多種傳輸協議的兼容性這兩個無線傳感網應用領域的瓶頸問題。與現有技術相比，本發明在跨場合的應用和多種傳輸協議的兼容性方面性能更優。
文檔編號H04W80/12GK102395218SQ20111031028
公開日2012年3月28日 申請日期2011年10月13日 優先權日2011年10月13日
發明者康昕, 鍾工 申請人:無錫愛房信科技發展有限公司