一種基于可穿戴設(shè)備的情景感知系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于可穿戴設(shè)備的情景感知系統(tǒng)及控制方法，該系統(tǒng)采用決策級(jí)數(shù)據(jù)融合技術(shù)處理數(shù)據(jù)信息，判定結(jié)果，根據(jù)結(jié)果自動(dòng)設(shè)置智能家居。包括信息采集模塊、信息處理模塊、情景模式設(shè)置模塊。信息采集模塊包括光傳感器、濕度傳感器、脈搏傳感器、血氧傳感器、心率傳感器、體溫傳感器、運(yùn)動(dòng)加速度和加速度傳感器等傳感器。信息處理模塊包括移動(dòng)客戶端、服務(wù)器、控制器等，傳感器通過(guò)藍(lán)牙將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街薪椤蛻舳?，通過(guò)WiFi傳輸?shù)椒?wù)器，對(duì)數(shù)據(jù)分析處理，得出結(jié)果。情景模式設(shè)置模塊針對(duì)判定結(jié)果，控制器智能設(shè)置智能家居。信息采集模塊是將可穿戴在個(gè)人身上的傳感器設(shè)備裝置和固定在室內(nèi)的傳感器設(shè)備裝置采集到的信息傳送到移動(dòng)客戶端。
【專利說(shuō)明】
一種基于可穿戴設(shè)備的情景感知系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于可穿戴設(shè)備的情景感知系統(tǒng)及方法，屬于智能設(shè)備和保健信 息技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科技的發(fā)展，智能設(shè)備的涌現(xiàn)提升了人們的生活質(zhì)量。家庭生活現(xiàn)代化、居住 環(huán)境舒適化使智能家居應(yīng)運(yùn)而生，智能家居使人們一回到家就能享受舒適放松的環(huán)境，如 自動(dòng)打開(kāi)空調(diào)、讓熱水器燒好熱水、打開(kāi)音響和燈光等等。雖如今市場(chǎng)上早已出現(xiàn)各式各樣 的智能設(shè)備，但這些智能設(shè)備只能自動(dòng)調(diào)節(jié)至事先設(shè)定的狀態(tài)，或者單一的根據(jù)室內(nèi)環(huán)境 設(shè)置狀態(tài)，這些控制方法設(shè)定的智能家居的狀態(tài)并不能有效的滿足個(gè)人當(dāng)前的身體狀況。
[0003] 如今針對(duì)個(gè)人的身體狀況檢測(cè)，市場(chǎng)上出現(xiàn)越來(lái)越多的可穿戴的設(shè)備，如可穿戴 脈搏血氧計(jì)、體溫計(jì)以及血壓計(jì)等等，通過(guò)間斷性地報(bào)告?zhèn)€人生理狀況起到實(shí)時(shí)保護(hù)作用。 將可穿戴設(shè)備與智能家居結(jié)合，根據(jù)個(gè)人生理狀況和周圍環(huán)境，通過(guò)控制系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)置智 能家居，從而達(dá)到舒適的室內(nèi)環(huán)境。而本發(fā)明能夠很好地解決上面的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于可穿戴設(shè)備的情景感 知系統(tǒng)及控制方法，該系統(tǒng)能夠根據(jù)當(dāng)前個(gè)人身體狀態(tài)和周圍環(huán)境，自動(dòng)調(diào)控智能家居，使 人擁有一個(gè)舒適放松的室內(nèi)環(huán)境。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是:一種基于可穿戴設(shè)備的情景感知系 統(tǒng)，該系統(tǒng)包括多傳感器檢測(cè)用戶的生理參數(shù)和所處周圍的環(huán)境數(shù)據(jù)信息;采用決策級(jí)數(shù) 據(jù)融合技術(shù)處理數(shù)據(jù)信息，判定結(jié)果，根據(jù)結(jié)果自動(dòng)設(shè)置智能家居。
[0006] 本發(fā)明的系統(tǒng)包括信息采集模塊、信息處理模塊、情景模式設(shè)置模塊。
[0007] 信息采集模塊主要包括光傳感器、濕度傳感器、脈搏傳感器、血氧傳感器、心率傳 感器、體溫傳感器、運(yùn)動(dòng)加速度和加速度傳感器等傳感器。
[0008] 信息處理模塊包括移動(dòng)客戶端、服務(wù)器、控制器等，傳感器通過(guò)藍(lán)牙4.0將采集的 數(shù)據(jù)傳輸?shù)街薪橐豢蛻舳耍偻ㄟ^(guò)WiFi傳輸?shù)椒?wù)器，對(duì)數(shù)據(jù)分析處理，得出結(jié)果。
[0009] 情景模式設(shè)置模塊的主要任務(wù)是針對(duì)判定結(jié)果，控制器智能設(shè)置智能家居，其主 要包括有智能空調(diào)、智能除濕機(jī)、智能按摩椅、智能感應(yīng)燈、智能制氧機(jī)和智能熱水器等等。 智能家居是利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等將家居生活 有關(guān)設(shè)施集成構(gòu)成有效的住宅設(shè)施與家庭日程事物的管理系統(tǒng)，體現(xiàn)家居便利性、舒適性， 并實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。
[0010]信息采集模塊是將可穿戴在個(gè)人身上的傳感器設(shè)備裝置和固定在室內(nèi)的傳感器 設(shè)備裝置采集到的信息傳送到移動(dòng)客戶端中，主要采集設(shè)備如下說(shuō)明：
[0011] (1)光傳感器采集設(shè)備:采用感應(yīng)探頭方式固定在正對(duì)窗戶的垂直立面上，高度控 制在2~3米之間，內(nèi)置光傳感器，用來(lái)監(jiān)測(cè)室內(nèi)光照強(qiáng)度信息；
[0012] (2)濕度傳感器采集設(shè)備:采用感應(yīng)探頭方式固定在遠(yuǎn)離發(fā)熱、制冷物體上，遠(yuǎn)離 風(fēng)口、門(mén)口和墻體，通常安裝高度控制在2.5~3米，內(nèi)置濕度傳感器，用來(lái)監(jiān)測(cè)當(dāng)前室內(nèi)空 氣濕度信息；
[0013] (3)脈搏傳感器采集設(shè)備:采用手環(huán)方式進(jìn)行可穿戴，內(nèi)置脈搏傳感器，用來(lái)監(jiān)測(cè) 個(gè)人當(dāng)前的脈搏信息；
[0014] (4)血氧傳感器采集設(shè)備:采用手環(huán)方式進(jìn)行可穿戴，內(nèi)置血氧傳感器，用來(lái)監(jiān)測(cè) 個(gè)人當(dāng)前的血氧飽和度信息；
[0015] (5)心率傳感器采集設(shè)備:采用吊墜方式進(jìn)行可穿戴，內(nèi)置心率傳感器，用來(lái)監(jiān)測(cè) 個(gè)人當(dāng)前的心率信息；
[0016] (6)體溫傳感器采集設(shè)備:采用臂環(huán)方式進(jìn)行可穿戴，內(nèi)置體溫傳感器，用來(lái)監(jiān)測(cè) 個(gè)人當(dāng)前的身體溫度信息；
[0017] (7)運(yùn)動(dòng)加速度和角速度傳感器采集設(shè)備:采用手環(huán)方式進(jìn)行可穿戴，內(nèi)置運(yùn)動(dòng)加 速度和角速度傳感器，用來(lái)持續(xù)性記錄個(gè)人一天的運(yùn)動(dòng)狀況信息；
[0018] 本發(fā)明還提供了一種基于可穿戴設(shè)備的情景感知系統(tǒng)的控制方法，該方法包括如 下步驟：
[0019] 步驟1:可穿戴的光傳感器、濕度傳感器、脈搏傳感器、血氧傳感器、心率傳感器、體 溫傳感器、運(yùn)動(dòng)加速度和角速度傳感器等傳感設(shè)備間斷性的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息，并通過(guò)藍(lán)牙4.0 發(fā)送到移動(dòng)客戶端，相應(yīng)的應(yīng)用程序預(yù)處理數(shù)據(jù)，如濾波、去噪。
[0020] 步驟2:移動(dòng)客戶端通過(guò)WiFi預(yù)處理的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器采用決策級(jí) 數(shù)據(jù)融合技術(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)預(yù)處理數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取、數(shù)據(jù)融合，得到用戶的身體狀 態(tài)和室內(nèi)環(huán)境情況。
[0021] 步驟3:根據(jù)服務(wù)器處理得出的用戶身體狀態(tài)信息，判斷是否在可自我調(diào)節(jié)的范圍 內(nèi)，如果是，將用戶信息和室內(nèi)環(huán)境信息通過(guò)WiFi發(fā)送到控制器;轉(zhuǎn)向步驟5;
[0022] 步驟4:如果判斷得出不在可自我調(diào)節(jié)的范圍內(nèi)，服務(wù)器發(fā)出健康警示信息回送到 移動(dòng)客戶端，建議用戶去看醫(yī)生等。
[0023] 步驟5:控制器接收到信息后對(duì)空調(diào)、除濕機(jī)、按摩椅、感應(yīng)燈、制氧機(jī)和熱水器等 進(jìn)行智能設(shè)置；
[0024] 步驟6:自動(dòng)開(kāi)啟家居設(shè)備，并調(diào)控到適合身體狀態(tài)的相應(yīng)數(shù)值。
[0025]本發(fā)明的方法是基于多生理信號(hào)傳感器檢測(cè)生理信息，通過(guò)多數(shù)據(jù)融合判定身體 狀況，調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境，使人處于舒適狀態(tài)。
[0026]本發(fā)明的方法應(yīng)用于保健領(lǐng)域，是基于可穿戴設(shè)備的情景感知系統(tǒng)。
[0027] 有益效果：
[0028] 1、本發(fā)明能夠提高人們生活質(zhì)量，無(wú)需操作家居就能擁有一個(gè)舒適、健康的生活 環(huán)境，讓用戶去除一天的疲勞、享受生活。
[0029] 2、本發(fā)明更具有人性化、智能化，并對(duì)個(gè)人進(jìn)行健康管理，使人機(jī)能夠更好的進(jìn)行 交互。
[0030] 3、本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)清晰、易于實(shí)現(xiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0031] 圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)架構(gòu)圖。
[0032] 圖2為本發(fā)明的整體控制網(wǎng)絡(luò)方法流程圖。
[0033]圖3為本發(fā)明的方法流程圖。
[0034] 圖4為本發(fā)明決策級(jí)數(shù)據(jù)融合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法的流程圖。 具體實(shí)施方案
[0035] 下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0036] 如圖1所示，本發(fā)明整體系統(tǒng)可以分為四大功能模塊進(jìn)行處理，分別為傳感器監(jiān)測(cè) 模塊、服務(wù)器終端處理模塊、控制器控制模塊、執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作模塊。
[0037] 如圖2所示，本發(fā)明整體系統(tǒng)信息傳送和設(shè)備設(shè)置的網(wǎng)絡(luò)控制方案，各傳感器通過(guò) 無(wú)線傳播如藍(lán)牙方式與移動(dòng)客戶端進(jìn)行通信，移動(dòng)客戶端與服務(wù)器以及控制器通過(guò)WiFi進(jìn) 行通信，最后通過(guò)總線對(duì)各家具設(shè)備進(jìn)行設(shè)置。
[0038]如圖3所示，其具體工作步驟如下：
[0039] 步驟1:在一段時(shí)間內(nèi)，間斷性的監(jiān)測(cè)可穿戴體溫傳感器的數(shù)據(jù)，記為T(mén)q， plusesenor脈搏傳感器數(shù)據(jù)記為Bq，CSI血氧傳感器數(shù)據(jù)記為Sq等其他傳感器設(shè)備監(jiān)測(cè)到的 原始數(shù)據(jù)信息通過(guò)藍(lán)牙4.0發(fā)送到移動(dòng)客戶端，應(yīng)用程序?qū)υ紨?shù)據(jù)濾波、去噪等預(yù)處理；
[0040] 步驟2:移動(dòng)客戶端通過(guò)WiFi將預(yù)處理的數(shù)據(jù)Tq、Bq、Sq發(fā)送給機(jī)架式服務(wù)器，服務(wù) 器采用決策級(jí)數(shù)據(jù)融合技術(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)預(yù)處理數(shù)據(jù)提取特征值、融合特征值，得到 用戶的身體狀態(tài)和室內(nèi)環(huán)境情況。
[0041] 如圖4所示，多傳感器數(shù)據(jù)融合的具體過(guò)程。
[0042] 決策級(jí)融合是根據(jù)特征值級(jí)融合所得到的數(shù)據(jù)特征，進(jìn)行一定的判別、分類、以及 簡(jiǎn)單的邏輯運(yùn)算得到的結(jié)果。數(shù)據(jù)融合之前，首先運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)數(shù)據(jù)處理。
[0043] BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種按誤差逆?zhèn)鞑ニ惴ㄓ?xùn)練的多層前饋網(wǎng)絡(luò)，能學(xué)習(xí)和存儲(chǔ)大量的 輸入一輸出模式映射關(guān)系，無(wú)需事前揭示描述這種映射關(guān)系的數(shù)學(xué)方程。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括輸 入層、隱層和輸出層。
[0044] 假設(shè)輸入層、隱層及輸出層及節(jié)點(diǎn)數(shù)分別為n、p、q，設(shè)置輸入層到隱層的連接權(quán)權(quán) 值和閾值的初始值{Wij}，{Θ」};輸入模式向量以體溫向量為例：
[0045]
[0046]
[0047]
[0048]
[0049]
[0050]
[0051]
[0052]
[0053]
[0054] 其中ivd為隱層到輸出層的連接權(quán)，{yb}為輸出層閾值。計(jì)算各單元誤差
[0055]
[0056] 剎用梯庠下隆的方法，對(duì)以下作出調(diào)整：
[0057]
[0058]
[0059]
[0060]
[0061 ]其中：1^=1，2，...1114 = 1，2，..11，]_ = 1，2，...口，匕=1，2，...9，€[，0為常量。對(duì)連接 權(quán)進(jìn)行修正，使誤差反向傳播。
[0062] 選取好體溫連接權(quán)值，輸出礞(b = l，2, .. .q)，再針對(duì)脈搏等數(shù)據(jù)進(jìn)行與體溫?cái)?shù)據(jù) 相同的處理，最后根據(jù)各輸出值采用決策級(jí)融合，綜合判定結(jié)果分為：I級(jí)(36~37.5°C，70 ~100BPM，>94%)安全，II級(jí)危險(xiǎn)。
[0063] 步驟3:根據(jù)服務(wù)器分析得出的判定結(jié)果，如果是I級(jí)，則在可自我調(diào)節(jié)的范圍之 內(nèi)，轉(zhuǎn)向步驟5;若是II級(jí)，轉(zhuǎn)向步驟4;
[0064] 步驟4:服務(wù)器發(fā)出健康警示信息回送到移動(dòng)客戶端，建議用戶去看醫(yī)生等。
[0065] 步驟5:服務(wù)器通過(guò)WiFi將處理過(guò)的信息傳送給控制器，對(duì)空調(diào)、除濕機(jī)、按摩椅、 感應(yīng)燈、制氧機(jī)和熱水器等進(jìn)行智能設(shè)置；
[0066]步驟6:自動(dòng)開(kāi)啟家居設(shè)備，并調(diào)控到適合身體狀態(tài)的相應(yīng)數(shù)值。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于可穿戴設(shè)備的情景感知系統(tǒng)及控制方法，其特征是在于:所述系統(tǒng)包括信 息采集模塊、信息處理模塊、情景模式設(shè)置模塊； 信息采集模塊包括光傳感器、濕度傳感器、脈搏傳感器、血氧傳感器、心率傳感器、體溫 傳感器、運(yùn)動(dòng)加速度和加速度傳感器； 信息處理模塊包括移動(dòng)客戶端、服務(wù)器、控制器等，傳感器通過(guò)藍(lán)牙4.0將采集的數(shù)據(jù) 傳輸?shù)街薪橐豢蛻舳?，再通過(guò)WiFi傳輸?shù)椒?wù)器，對(duì)數(shù)據(jù)分析處理，得出結(jié)果； 情景模式設(shè)置模塊是針對(duì)判定結(jié)果，控制器智能設(shè)置智能家居，其包括有智能空調(diào)、智 能除濕機(jī)、智能按摩椅、智能感應(yīng)燈、智能制氧機(jī)和智能熱水器；智能家居是利用綜合布線 技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等將家居生活有關(guān)設(shè)施集成構(gòu)成有效的 住宅設(shè)施與家庭日程事物的管理系統(tǒng)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于可穿戴設(shè)備的情景感知系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng) 包括多傳感器檢測(cè)用戶的生理參數(shù)和所處周圍的環(huán)境數(shù)據(jù)信息;采用決策級(jí)數(shù)據(jù)融合技術(shù) 處理數(shù)據(jù)信息，判定結(jié)果;根據(jù)結(jié)果自動(dòng)設(shè)置智能家居。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于可穿戴設(shè)備的情景感知系統(tǒng)，其特征在于，所述的信 息采集模塊是將可穿戴在個(gè)人身上的傳感器設(shè)備裝置和固定在室內(nèi)的傳感器設(shè)備裝置采 集到的信息傳送到移動(dòng)客戶端中。4. 一種基于可穿戴設(shè)備的情景感知系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述方法包括如下 步驟： 步驟1:可穿戴的光傳感器、濕度傳感器、脈搏傳感器、血氧傳感器、心率傳感器、體溫傳 感器、運(yùn)動(dòng)加速度和角速度傳感器等傳感設(shè)備間斷性的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息，并通過(guò)藍(lán)牙4.0發(fā)送 到移動(dòng)客戶端，相應(yīng)的應(yīng)用程序預(yù)處理數(shù)據(jù)； 步驟2:移動(dòng)客戶端通過(guò)WiFi預(yù)處理的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器采用決策級(jí)數(shù)據(jù) 融合技術(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)預(yù)處理數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取、數(shù)據(jù)融合，得到用戶的身體狀態(tài)和 室內(nèi)環(huán)境情況； 步驟3:根據(jù)服務(wù)器處理得出的用戶身體狀態(tài)信息，判斷是否在可自我調(diào)節(jié)的范圍內(nèi)， 如果是，將用戶信息和室內(nèi)環(huán)境信息通過(guò)WiFi發(fā)送到控制器;轉(zhuǎn)向步驟5; 步驟4:如果判斷得出不在可自我調(diào)節(jié)的范圍內(nèi)，服務(wù)器發(fā)出健康警示信息回送到移動(dòng) 客戶端，建議用戶去看醫(yī)生； 步驟5:控制器接收到信息后對(duì)空調(diào)、除濕機(jī)、按摩椅、感應(yīng)燈、制氧機(jī)和熱水器等進(jìn)行 智能設(shè)置； 步驟6:自動(dòng)開(kāi)啟家居設(shè)備，并調(diào)控到適合身體狀態(tài)的相應(yīng)數(shù)值。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于可穿戴設(shè)備的情景感知系統(tǒng)的控制方法，其特征在 于，所述方法是基于多生理信號(hào)傳感器檢測(cè)生理信息，通過(guò)多數(shù)據(jù)融合判定身體狀況，調(diào)節(jié) 室內(nèi)環(huán)境，使人處于舒適狀態(tài)。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于可穿戴設(shè)備的情景感知系統(tǒng)的控制方法，其特征在 于，所述方法應(yīng)用于保健領(lǐng)域。
【文檔編號(hào)】G05B15/02GK105843065SQ201610309617
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年5月11日
【發(fā)明人】葉寧, 胡小三, 王忠勤, 趙立科, 丁楠, 李才隆, 王汝傳
【申請(qǐng)人】南京郵電大學(xué)