[发明专利]基于WIFI无线网络多类控制终端的管理与规划系统

摘要

本发明涉及基于WIFI无线网络多类控制终端的管理与规划系统包含以下几部分首先在智能空间下构建基于WIFI的硬件系统，使所有的智能设备，智能终端可以与服务器无缝连接；然后接入多种控制终端，其中包含远程手机控制、服务器端语音控制、基于Kinect和惯导模块(AHRS)的手势控制以及服务器端本体控制；最终设计服务器端所有智能设备的调度优化算法与任务规划算法实现智能空间下无处不在的控制与服务。本发明实现基于WIFI无线网络的多智能设备的多类控制方式，利用智能空间技术实现智能设备的优化调度和高质量服务规划。

主权项

一种基于WIFI无线网络多类控制终端的管理与规划系统的工作方法，其特征在于，该系统包括：(1)在智能空间下构建基于WIFI的硬件系统，所述基于WIFI的硬件系统包括智能设备、智能终端和服务器，所述的智能设备、智能终端分别与所述服务器无线连接；(2)将控制终端接入服务器，所述控制终端包括：远程手机控制、服务器端语音控制、基于Kinect和惯导模块的手势控制和服务器端本体控制；所述服务器端本体控制为：在服务器端的管理软件界面通过按钮的方式对智能空间中的智能设备、智能终端进行直接控制；(3)设计服务器端对所有智能设备、智能终端的调度优化算法与任务规划算法；所述步骤(1)中构建基于WIFI的硬件系统的具体步骤包括以下步骤:a、采用WIFI无线网络模块对智能空间中的智能设备和智能终端进行匹配，使所述智能设备、智能终端通过无线网络被远程自动控制，所述的自动控制包括所述智能设备、智能终端被控制终端控制或被服务器端本体控制；所述WIFI无线网络模块采用STM32为底层控制核心，通过串口与RM04模块通信，采取多对一广播的组网方式即一个控制核心对应多个服务器并采用TCP协议进行数据传输，编程上采用Socket非阻塞模式提高系统的稳定性，所述服务器包括手机、电脑；b、在步骤a中数据传输的硬件包括路由器和RM04模块，所述路由器作用是将局域的WIFI无线网络转发到公网从而作为系统的一个公网接口和通过wds模式将云台摄像头接入网络；在路由器中DHCP服务器通过识别RM04模块的MAC地址然后分配相应的内网IP地址，再将内网地址转发到公网之上，所述RM04模块起到将底层控制核心接入路由器的作用，所述RM04模块配置成网卡模式，在局域网中作为TCP服务器存在；c、底层控制核心的电路通过STM32单片机控制继电器产生不同的脉冲信号对不同智能设备和智能终端进行控制，所述底层控制核心的电路还包括控制接口供扩展多种传感器；d、在上层通讯中，每个智能设备和智能终端通过路由器的分配获得唯一的IP地址，服务器通过IP地址对智能设备和智能终端进行控制；在底层通讯中，WIFI无线网络模块通过串口方式与所述STM32单片机进行通讯；所述STM32单片机通过控制继电器的方式控制智能设备和智能终端的开关运行；在通讯过程中，每个智能设备和智能终端与服务器通过采用TCP/IP通信协议采用Socket编程方式实现数据或命令的传递；e、根据步骤a、b、c、d并基于WIFI无线网络和有线网络，以路由器为中心，将智能空间中可连入网络的每个智能设备、智能终端、服务器和能够与服务器进行通讯的传感设备连到一个局域网中，并且每个智能设备和智能终端都具有链接互联网的功能；使整个系统形成任务执行部分、设备控制部分和服务器与数据存储部分；所述步骤(2)中所述Kinect手势控制部分包括步骤如下：f、将Kinect接入计算机系统；g、通过启动Kinect对手心的跟踪，获得手心的位置信息，以及手心的深度信息，在手心距离Kinect深度传感器中心1000‑3000mm深度的位置，对手心所在的二维平面区域进行功能区域的划分，将其划分为激光笔区域、隔离区域、控制区域，并定义手心在各区域中不同位置相对应的操作的指令，并作以下规定：标准距离是位于Kinect正前方1米处的距离；标准平面是位于标准距离处，手心移动的全部范围所在的平面；标准区域是手心在标准平面移动时在Kinect上的图像范围，并将其规定为矩形区域；挥动中心是使用者在胸前伸出右手时，手心在整个挥动范围中所处的的位置，在不同深度信息下；基准区域是手心移动范围在Kinect图像上的中心，即人在垂直于Kinect方向的中心位置所产生的图像上的挥手区域；h、计算机根据手势控制指令，通过网络通讯实现对智能设备和智能终端的相应操作；所述步骤(2)中所述惯导模块(AHRS)控制部分包括步骤如下：i、将惯导模块(AHRS)通过无线通信方式接入计算机；j、通过惯导模块中加速度计和陀螺仪磁力计的数据数据融合，分析控制者的控制姿态，惯性导航模块采集三轴MEMS陀螺仪的信号，采用四元数姿态表达式，积分求得陀螺仪姿态角，同时采集三轴MEMS加速度计和三轴磁力计的信号,利用重力场和大地磁场在地理坐标系和机体坐标系之间的方向余弦转换进行绝对角度解算,得到绝对姿态角，然后根据绝对姿态角信号的变化频率实时改变滤波参数，对两次得到的姿态角进行基于扩展式卡尔曼滤波的数据融合，最终输出准确稳定的姿态角度和融合加速度，其中，加速度计与陀螺仪的融合原理主要是静态的时候用加速度计修正陀螺仪的值，动态的时候利用陀螺仪的值修正加速度计的值,根据运动体上的三轴加速度计输出的三轴加速度(Ax,Ay,Az),分别求取俯仰角pitch＝tan‑1(‑Ay,‑Az),倾斜角融合加速度磁力计与加速度计的融合原理主要是利用加速度计进行磁力计的倾斜补偿,读取磁力计输出的三轴磁场强度求取倾斜补偿后的磁力计输出Mxn=Mxbcos(roll)+Mybsin(pitch)cos(roll)-Mzbcos(pitch)sin(roll)]]>Myn=Mybcos(pitch)+Mzbsin(pitch)]]>其中为倾斜补偿后的磁力计输出，为磁力计输出的三轴磁场强度，roll为倾斜角，pitch为俯仰角；根据计算出的倾斜补偿后的磁力计输出，求取偏航角得到不断更新的角度值和加速度后，所述惯导模块中涉及两种控制方式：指向被控制智能设备和智能终端打响指控制和向上方指打响指控制特定模式；在最终控制信号确定时，采用阈值的方式：根据加速度计的输出值判断，如果该数值超过阈值则判断为控制指令发出；k、通过分布式视觉对控制者位置进行定位，所述控制者为对智能空间内智能设备、智能终端具有控制权利的使用者；根据惯导模块的角度信息和当前控制者的位置得出人面对的角度，通过该角度判断控制者所要控制的智能设备和智能终端，当控制信号发出后，根据此角度信息确定被控设备来进行控制；所述步骤(2)中所述语音控制部分包括步骤如下：将无线麦克风接收端接入计算机；m、用户通过无线麦克风输入语音命令，语音命令通过计算机的语音识别部分进行命令识别与解析，并与语音命令库中的控制命令进行匹配，如果匹配成功，则通过相应的控制命令发送设备控制指令，实现对设备的语音控制；所述步骤(2)中所述远程手机控制包括如下步骤：n、服务器端采用Windows+Apache+SQLServer+PHP的Web应用程序平台；服务采用B/S(Browser‑Server)架构，控制者使用传统PC、移动设备及任何置有浏览器的设备通过浏览器访问该服务器；o、将整个业务应用划分为：表现层(UI)、业务逻辑层(BLL)、数据访问层(DAL)；所述数据访问层负责对数据库的操作，为业务逻辑层提供数据服务；业务逻辑层关注业务规则的制定、业务流程的实现等与业务需求有关的设计；表现层用于显示数据和接收用户输入的数据，为用户提供交互式操作的界面；p、响应式Web设计：页面的设计与开发应当根据用户行为以及设备环境进行相应的响应和调整；所述步骤(3)设计服务器端对所有智能设备、智能终端的调度优化算法包括步骤如下：基于所有的智能设备、智能终端通过各种方式都已经连接在同一的局域网中，在调度部分中，将被调度智能设备、智能终端分为移动设备与固定设备，关于固定设备的调度，根据用户的及时位置和控制要求通过采用不同的控制方式来进行控制，将该类设备设置为相等优先级，在调度算法中采用有要求则控制的方式；而移动设备的调度如下所述：p、将各个移动设备通过无线网络接入到计算机系统；q、用户通过客户端接入服务器，客户端会向服务器提供用户身份信息，并向服务器发送用户任务申请；所述客户端为用户对移动设备进行控制的软件，它可以在服务器本体也可以在能够与服务器进行通信的pc上；i、服务器收到用户申请后，对申请进行解析，获取申请任务的用户身份、申请时间、包含的子任务、任务的优先级，解析完成后，将任务根据任务优先级加载到任务列表中；s、普通优先级任务，将依照加载顺序执行；较高优先级任务将优先获得执行；最高优先级任务须先行执行，并可中断正在执行的低优先级任务，优先得到执行；t、服务器将根据调度算法，对任务列表中的任务进行任务调度，最终完成用户申请；u、调度算法遵循的原则：I.用户平等，表现在两方面：一是列表中同等优先级的任务时，根据申请时间依次执行，与任务对象无关；二是最高优先级任务只有在当前无空闲移动设备时，才强制结束正在执行的低优先级任务，否则优先使用空闲移动设备完成任务；II.能源最省，表现在如果任务包含多个子任务，则尽可能交由能够全部完成这些子任务的移动设备来完成，而避免使用多个移动设备完成；v、调度算法流程：Step1：从任务列表中获得一个任务信息；Step2：查看该任务的优先级信息，若为最高优先级任务，则执行Step3，否则执行Step6；Step3：查看是否存在没有执行最高优先级任务的移动设备，若有，则将这些移动设备分为四类，分别为能完成所有子任务且空闲的移动设备、能完成部分子任务且空闲的移动设备、能完成所有子任务且非空闲的移动设备、能完成部分子任务且非空闲的移动设备；否则执行Step8；Step4：若存在第一类移动设备，则选择距用户最近的执行任务；否则查看是否存在第二类移动设备，存在则检测第二类移动设备能否完成全部子任务，若能，则由第二类移动设备执行该任务，否则检测是否存在第三类移动设备，存在则由第三类移动设备执行任务，若无则由第二类移动设备执行部分子任务，其余子任务交由第四类移动设备完成；如果没有第二类移动设备，则在存在第三类移动设备时，有第三类移动设备完成任务，没有第三类移动设备则由第四类移动设备完成任务；Step5：任务完成后执行Step8；Step6：查看是否有空闲移动设备，若有则将移动设备分为两类，分别为能完成所有子任务且空闲的移动设备、能完成部分子任务且空闲的移动设备；Step7：若存在第一类移动设备，则选择距用户最近的执行任务；否则查看是否存在第二类移动设备，若有则由第二类移动设备执行任务；Step8：如果该任务中的全部子任务均执行完，则删除该任务，如果只执行了部分子任务，则删除该任务中已执行完的子任务，但该任务仍保留，如果该任务没有移动设备可以执行，则暂时跳过该任务；Step9：执行Step1，获得一个新的任务，重复这一过程，直到列表中的任务全部执行。