[发明专利]基于多媒体无线传感器网络的多类型家居控制方法

摘要

基于多媒体无线传感器网络的多类型家居控制方法主要用于实现具有多类型、全方位的信息获取与处理机制，无需布线、低成本、低功耗、高可靠性、高实用性的多类型家居控制方法。该控制方法中涉及4种节点：基站节点、电器控制节点、医疗监控节点、多媒体节点。基站节点能向各个子节点发送控制命令，并能接收子节点传送过来的相关数据，另外基站节点能与上位机进行双工通信，用户可以通过这些终端对整个网络进行操作。用户也可以随身携带一个基站节点，从而使得其他布置好的节点可以通过无线信号的强弱来感知用户是否接近这一事件，从而达到智能控制的目的。

主权项

1.一种基于多媒体无线传感器网络的多类型家居控制方法，其特征在于该控制方法中的多类型多媒体无线传感器网络节点，即：基站节点、电器控制节点、医疗监控节点、多媒体节点；基站节点包括内含处理器与无线通信的高集成度片上系统模块、供电模块以及上位机接口模块；电器控制节点包括内含处理器与无线通信的高集成度片上系统模块、供电模块以及电器接口模块；医疗监控节点包括内含处理器与无线通信的高集成度片上系统模块、供电模块以及体征病理信息采集模块；多媒体传感器模块包括高集成度片上系统模块、供电模块以及图像采集与处理模块；具体控制方法的如下：步骤1)明确家居环境下的网络拓扑结构：建立以基站节点为中心的星形拓扑结构来实现家居环境下的多类型控制；步骤2)明确各节点的基本功能：a.基站节点的功能是：能向各个子节点发送控制命令，并能接收子节点传送过来的相关数据，另外基站节点能与上位机进行双工通信，用户通过这些终端对整个网络进行操作；用户随身携带一个基站节点，从而使得其他布置好的节点通过无线信号的强弱来感知用户是否接近这一事件，b.电器控制节点的功能是：提供简单的接口接入现有电器网络，能控制相关电器的开关动作并返回它们的状态，c.医疗监控节点的功能是：能实时采集佩带者的体征病理信息，在主要病理信息达到非正常数值时主动向基站节点汇报，然后通过Internet方式通知相关人员或单位；d.多媒体传感器节点的功能是：能采集实时图像视频信息，并在基站节点的要求下将实时数据传回，在出现异常的情况下能主动向基站节点汇报，也能够自动将获取到的信息存入外接硬盘等存储设备；步骤3)节点的基本构架设计：这4种节点的基本构架完全相同，自底向上分别为硬件平台层、嵌入式系统内核以及应用程序层；步骤4)节点模块划分：这四种节点所共有的模块有：内含处理器与无线通信的高集成度片上系统模块、供电模块；基站节点独有的模块是：上位机接口模块，电器控制节点独有的模块是电器接口模块，医疗监控节点独有的模块是体征病理信息采集模块，多媒体传感器节点独有的模块是图像采集与处理模块；步骤5)处理器与无线通信模块设计：处理器与无线通信模块采用高集成度、极小体积的片上系统设计，其内部包含了低噪声放大器、混频器、滤波电路、分频器、调制解调器、鉴相器、低通滤波器等无线通信部件以及一块高速处理器内核，无线模块部分加上部分外围电路可以直接与天线相连，处理器模块部分通过UART以及通用I/O接口与特定外设相连，并进行操作；步骤6)供电模块设计：供电模块为节点上各个模块提供能源，针对节点的接收模式、发送模式、休眠模式、省电模式四种不同的工作模式，提供相应的能源供给方式，在电源选择上采用3V干电池直流供电、220V交流市电转5V直流供电、USB接口直接供电三种不同的供电方式，针对不同的节点采用不同的方式；步骤7)上位机接口模块设计：基站节点通过一个UART口与上位机接口模块相连，本模块为用户提供RS-232与USB两种接口，根据实际情况选用相对应的接口；步骤8)电器接口模块设计：本模块应提供两个220V强电接口，一个用于接入，一个用于输出；接入端直接加到220V市电上，电器则直接接到输出端；步骤9)体征病理信息采集模块设计：本模块可集成多种应用的医疗传感部件，可包括接触式体温传感部件、血糖检测部件、可变速率脉搏测量部件、血氧检测部件。并且这些传感器都通过一个标准化的4芯MiniUSB接口与处理器模块相连；步骤10)图像采集与处理模块设计：本模块通过一个CMOS图像传感器来采集图像，之后通过一个专用图像处理芯片对采集到的图像进行高速处理，最后通过I2C总线以一定的格式将处理过的多媒体数据传送到处理器模块；步骤11)节点其他外围电路设计：电路设计采用的阻容元件封装均选取为0603封装，其他外围电路还包括用于程序烧录及在线仿真的JTAG下载口、外接存储器件、外部晶振、高增益的全向天线；步骤12)节点功耗管理设计：节点的功耗管理主要包括了系统级功耗管理，软件代码级优化，寄存器传输优化和后端综合布线优化；步骤13)节点抗干扰设计。节点在高频无线通信部分设计加载滤波电容，在IC上并接高频电容，采用密集布线以减少高频噪声发射；在传播路径抑制方面，节点设计出带有滤波电路的稳定电源，在I/O口与噪声源之间加以隔离，同时，将干扰源与敏感器件分离；步骤14)节点可扩展性设计：节点在设计过程中，预留了充分的接口，包括超过40个主控模块输入输出接口；步骤15)节点系统软件设计：节点的系统软件控制所有实时任务协调一致运行，系统根据任务要求，进行资源管理，消息处理，任务调度，异常处理，并能对任务进行动态切换和调度；步骤16)软件可靠性设计：节点上的软件采用精简指令系统，对重要的指令部分采用适量的软件冗余措施，当硬件出现异常时，软件也能够迅速感知并采取相应补救措施，步骤17)基站上位机控制端软件设计：上位机的软件编写主要实现将各种信息以更为友好更为直接的方式显示给用户，并能提供一些可供用户使用的可视化接口，在智能家居环境下进行相关的控制。