一种基于wsn的智能办公控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于WSN的智能办公控制系统，包括：感知层、无线传感网络通信链路、网络层、以及应用层；所述感知层包括：WSN数据节点、传感器模块、人员摄像采集模块、采集控制模块；所述WSN数据节点与所述传感器模块连接；所述WSN数据节点、传感器模块、人员摄像采集模块均与所述采集控制模块连接；所述网络层，通过所述无线传感网络通信链路与所述感知层连接；所述应用层，通过WIFI/Internet与所述网络层连接。本实用新型基于WSN的智能办公控制系统利用物联网技术将办公场所设备进行集中操作和控制，随时、随地有效监测和调控办公场所的环境。
【专利说明】
一种基于WSN的智能办公控制系统
技术领域
[0001]本实用新型属于物联网技术领域，具体地说，涉及一种基于WSN的智能办公控制系统。
【背景技术】
[0002]无线传感器网络是当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。它综合了传感器技术、信息处理技术和网络通信技术，是信息技术中的一个新的领域。在军事国防、工农业、城市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、防恐反恐、危险区域远程控制等许多重要领域都有潜在的实用价值，已经引起了许多国家学术界和工业界的高度重视，被认为是对21世纪产生巨大影响力的技术之一。预计，无线传感器网络的广泛化是一种必然趋势，它的出现将会给人类社会带来极大的变革。
[0003]据调查统计，政府机关、企业管理层及市场人员在办公室处理事务性文案、电子邮件、内部通知的时间每周一般在6?10个小时左右，办公室环境及条件会严重影响整个工作效率。因此，要想提高办事效率，办公环境的舒适度和智能化会使工作效率事半功倍。特别是随着社会对自动化的要求，远程自动控制系统必将成为自动化管理和智能化控制不可缺少的组成部分。然而，目前大多研究仅是对公办场所的局部进行智能升级，如对办公环境的监测或办公室门禁系统的智能化，且由于经验和技术上的局限，设计或推出的产品都存在系统稳定性和兼容性的缺陷。利用先进的技术和设备可以提高办公效率和办公质量，有效改善办公条件，减轻劳动强度，实现管理和决策的科学化。
【实用新型内容】
[0004]有鉴于此，本实用新型所要解决的技术问题是现有技术稳定性存在缺陷的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型公开了一种基于WSN的智能办公控制系统，包括:感知层、无线传感网络通信链路、网络层、以及应用层；
[0006]所述感知层包括:WSN数据节点、传感器模块、人员摄像采集模块、采集控制模块；所述WSN数据节点与所述传感器模块连接;所述WSN数据节点、传感器模块、人员摄像采集模块均与所述采集控制模块连接;用于数据感知与采集；
[0007]所述网络层，通过所述无线传感网络通信链路与所述感知层连接，用于数据传输与通信；
[0008]所述应用层，通过WIFI/Internet与所述网络层连接，用于信息综合监管与设备控制。
[0009]进一步的，所述感知层还包括:无线信号发送模块，与所述采集控制模块连接。
[0010]进一步的，所述感知层还包括电源模块，所述WSN数据节点、传感器模块、人员摄像采集模块、采集控制模块均与所述电源模块连接。
[0011]进一步的，所述网络层包括:网络节点、ARM、通信模块;所述网络节点与所述ARM连接，所述ARM与所述通信模块连接。
[0012]进一步的，所述应用层包括:交换机、数据接口模块、视频/数据采集/监控应用服务器、网络化监控模块、设备控制模块、监控中心;所述交换机、所述视频/数据采集/监控应用服务器均与所述数据接口模块连接;所述视频/数据采集/监控应用服务器与所述网络化监控模块连接;所述网络化监控模块与所述设备控制模块及监控中心连接。
[0013]进一步的，所述设备控制模块包括:智能窗帘控制器、智能灯光控制器、智能空调控制器、智能门禁电子锁。
[0014]进一步的，所述监控中心包括:移动终端和PC终端。
[0015]本实用新型还提供了一种基于WSN的智能办公控制方法，包括以下步骤:
[0016]I)感知层监测数据采集模块实时采集现场信息；
[0017]2)传感器节点对实时采集的数据先进行预处理，采用简单、有效的分布图法对数据进行疏失误差剔除，过滤不确定性数据，提高数据的精度；
[0018]3)在ARM进一步对传感及图像数据进行融合，采用Kalman滤波融合算法对多源特征信息进行优化，使信息更精准，既有效减少网络能量消耗，又有利于提高网络响应速度；
[0019]4)将融合后的结果传输至应用层的信息综合监管与设备控制平台，对特征信息有效分析、处理，通过对信息特征提取和目标特性分析完成目标行为识别，达到准确控制各办公设备。
[0020]与现有技术相比，本实用新型可以获得包括以下技术效果:
[0021]I)利用物联网技术将办公场所设备进行集中操作和控制，随时、随地有效监测和调控办公场所的环境。
[0022]2)基于B/S与MVC模式构建安全监测和控制平台，综合B/S(BroWer/Server)模式的特点，实现PC、移动设备等不同种类终端平台的设计，使平台管理更方便，进一步保证了系统的安全性和易用性。
[0023]3)采集、通信、监测等模块具有良好的信息接收和反应能力，缩短了信息的响应时间，有利于进一步提尚工作效率。
[0024]4)平台扩展性良好，若想增加功能，只要按照数据协议对应开发即可。
[0025]5)本平台基于无线传感器网络(WSN)，在提高办公场所智能化、舒适化的同时，又有利于国家节能、减排和环境保护的产业政策，真正实现绿色办公。
[0026]当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果O
【附图说明】
[0027]此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
[0028]图1是本实用新型实施例的一种基于WSN的智能办公控制系统结构不意图；
[0029]图2是本实用新型实施例的人员自动识别方法的流程图。
【具体实施方式】
[0030]以下将配合附图及实施例来详细说明本实用新型的实施方式，藉此对本实用新型如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
[0031]本实用新型公开了一种基于WSN的智能办公控制系统，如图1所示，包括:感知层100、无线传感网络通信链路200、网络层300以及应用层500;所述网络层300，通过所述无线网络通信链路200与所述感知层连接，用于数据传输与通信；所述应用层500，通过WIFI/Internet400与所述网络层300连接，用于信息综合监管与设备控制。
[0032]所述感知层100包括:WSN数据节点110、传感器模块120、人员摄像采集模块130、采集控制模块140以及无线信号发送模块150;所述WSN数据节点110与所述传感器模块120连接;所述WSN数据节点110、传感器模块120、人员摄像采集模块130与所述采集控制模块140连接，所述采集控制模块140与所述无线信号发送模块150连接;所述感知层100还包括电源模块160，所述电源模块160与所述WSN数据节点110、传感器模块120、人员摄像采集模块130、采集控制模块140连接。
[0033]所述网络层300包括:网络节点310、ARM320以及通信模块330;所述网络节点310与所述ARM320连接，所述ARM320与所述通信模块330连接。
[0034]所述应用层500包括:交换机510、数据接口模块520、视频/数据采集/监控应用服务器530、网络化监控模块540、设备控制模块550以及监控中心560;所述交换机510与所述数据接口模块520连接;所述数据接口模块520与所述视频/数据采集/监控应用服务器530连接;所述视频/数据采集/监控应用服务器530与所述网络化监控模块540连接;所述网络化监控模块540与所述设备控制模块550及监控中心560连接。
[0035]所述设备控制模块550包括:智能窗帘控制器551、智能灯光控制器552、智能空调控制器553、智能门禁电子锁554;
[0036]所述监控中心560包括:移动终端561和PC终端562。
[0037]本实用新型还提供了一种基于WSN的智能办公控制方法，包括以下步骤:
[0038]I)感知层监测数据采集模块实时采集现场信息；
[0039]2)传感器节点对实时采集的数据先进行预处理，采用简单、有效的分布图法对数据进行疏失误差剔除，过滤不确定性数据，提高数据的精度；
[0040 ] 3)在ARM进一步对传感及图像数据进行融合，采用Ka I man滤波融合算法对多源特征信息进行优化，使信息更精准，既有效减少网络能量消耗，又有利于提高网络响应速度；
[0041]4)将融合后的结果传输至应用层的信息综合监管与设备控制平台，对特征信息有效分析、处理，通过对信息特征提取和目标特性分析完成目标行为识别，达到准确控制各办公设备。
[0042]本实用新型主要由感知层、网络层和应用层构成:
[0043]感知层100负责办公场所信息的感知和采集，硬件主要是通过传感器节点连接的各类传感器或设备。其中图像采集使用的是Linux系统的ARM板，通过连接摄像头对图像进行采集传输，人体接近的感知和电子锁的控制使用的是传感器节点连接的各类传感器，节点通过组件化的思想编程，协同其他设备工作，空调控制器使用的是对空调遥控红外命令的模拟，通过WIFI进行SOCKET编程进行控制，智能窗帘通过控制器控制电机驱动模块实现自动开启。
[0044]网络层300主要由WSN、WIFI和Internet组成，其中节点间的无线传感器网络采用Zigbee协议，WIFI进行节点与电脑、ARM与电脑、手机与电脑、电脑与空调控制器之间的通信，为实现通信的安全和可靠，这些设备之间还可以通过Internet实现通信。
[0045]应用层500是指设计开发的后台监控及服务平台，其中PC端通过WINDOWS平台开发，实现对各个平台终端的信息的监控与转换机制，即先将LINUX系统移植到ARM板上进行图像数据的采集，并对图像及各传感器数据进行数据融合处理后再通过WIFI或Internet上传至电脑，有效提高了信息的准确性和可靠性;移动设备端使用Android等系统通过Java编写的程序与电脑协同工作，可实现办公设备的控制和数据的自动分析、处理、显示、查询和预警等功能。
[0046]本实施例中涉及以下技术:
[0047](I)人员自动识别技术
[0048]本系统采用基于人脸特征点的识别算法，当人体接近办公室门禁系统时，热释电红外感应器会感应到，并将信号传给ARM，同时响应摄像头检测、采集人脸图像信息，通过无线网卡用WIFI上传至后台服务器进行分析识别，系统根据识别结果确定是否与终端设备进行交互，判断自动或者手动遥控开启办公室智能门禁电子锁。人脸识别算法主要为人脸图像采集及检测、人脸图像预处理、人脸图像特征提取以及匹配与识别。
[0049](2)各层间及各终端间的通信技术
[0050]本系统涉及的通信技术网络通信(无线传感网络通信、无线网络通信和有线通信)、串口通信、进程间通信等技术。其中，传感层中无线通信包括红外线技术、射频技术和无线传感网络技术，传感器节点之间传输信息采用射频为2.4GHZ无线传输，电动窗帘无线电机控制器、感知人体接近热释电红外传感器、智能灯光控制器接收信息时采用红外技术，传感器节点间采用无线自组织网络进行数据的收发，该部分数据传输在前置机和Zigbee节点之间完成；网络层网关节点采用串口通信，通过基于RS-232-C协议的串口通信方式，将信息上传给ARM;应用层主要采用以太网通信，经ARM分析数据后，将结果通过WLAN无线局域网，在IEEE802.1l协议的基础上，通过WIFI无线网络或者INTERNET互联网传给PC终端或移动终端。
[0051](3)感知数据多传感器信息融合技术
[0052]智能办公控制系统是对办公区域内各设备进行智能控制的综合一体化系统，服务器需要对汇集的各传感器信息及时、准确地响应。因此，本系统采用信息融合技术，既可以有效延长WSN节点的生存周期，又可以解决网络多节点带来海量、大冗余及失效等数据问题，有利于提高信息的实时性、准确性和可靠性。
[0053](4)系统数据规约技术
[0054]本系统根据自身特点，采用系统数据规约技术自定义了串口数据协议包、移动设备通信数据包、PC进程间通信协议包、PC与ARM间通信及各设备控制器间通信数据包。例如:串口数据协议包中0X7E，03，C8，03，01 (16进制)为开锁命令，0X7E示意数据开始，03指后边还有3个字节的数据，C8指该数据包类型为200 (十进制，对应PC枚举PhoneOpenLock，系统根据该字节判断用什么类去解析处理该包数据)，03指网关节点将该信息发送给3号节点，01指开锁(若该字节为00，则指关锁)。移动设备通信数据包实现移动设备与PC间通信，使用UTF8编码的Json格式传输数据，通信类为Inf ο类，将数据类转换为Json后赋值给Inf ο的JsonStr属性字段，S卩可在PC或者移动设备端根据Info的MsgType属性判断类型后直接反序列化对应的数据类，操作统一方便。PC进程间通信使用DoNet提供的序列化类BinaryFormatter序列化为二进制数据，并通过命名管道传输。PC与ARM板间通信时，当PC需要获取图像数据进行分析处理时，通过HTTP协议使用HttpWebRequest类获取图像数据。PC与空调控制器、智能窗帘控制器通信时，使用Socket将预先搜集好的Irc文件中的数据传至控制器Ip: Port端即可。
[0055]本实施例中各个技术的使用方法:
[OO56 ] (I)人员自动识别方法
[0057]如图2所示，当人体接近时，热释电红外传感器节点会将采集的人体接近信号发送至后台服务器，经分析后下发指令给ARM，通过连接的摄像头进行人脸聚焦定位、采集图像信息并上传至后台服务器，系统采用基于人脸特征点的识别算法对图像进行特征提取，与数据库中的人脸图像特征进行分析识别，若该人员身份有效，则判定合法后命令开锁;若识别无效，则将该图像信息通过无线网络传给PC或移动设备终端进行人工判定其合法性，以确定是否给出智能门禁的开锁控制命令。
[0058](2)感知数据多传感器信息融合方法
[0059]智能办公控制系统对办公场所进行实时监控和信息感知，感知层监测数据采集模块实时采集现场信息，首先在各传感器节点对数据进行处理，再经过网关节点至ARM进行数据处理和信息融合，具体步骤如下:
[0060]I)传感器节点对实时采集的数据先进行预处理，采用简单、有效的分布图法对数据进行疏失误差剔除，过滤不确定性数据，提高数据的精度；
[0061 ] 2)在ARM进一步对传感及图像数据进行融合，采用Kalman滤波融合算法对多源特征信息进行优化，使信息更精准，既有效减少网络能量消耗，又有利于提高网络响应速度；
[0062]3)将融合后的结果传输至应用层的信息综合监管与设备控制平台，对特征信息有效分析、处理，通过对信息特征提取和目标特性分析完成目标行为识别，达到准确控制各办公设备，避免资源浪费。
[0063](3)各层间及各终端间的通信方法
[0064]传感层中无线通信包括红外线技术、射频技术和无线传感网络技术，传感器节点之间传输信息采用射频为2.4GHZ无线传输，电动窗帘无线电机控制器、感知人体接近热释电红外传感器、智能灯光控制器接收信息时采用红外技术，传感器节点间采用无线自组织网络进行数据的收发，该部分数据传输在前置机和Zigbee节点之间完成；网络层网关节点采用串口通信，通过基于RS-232-C协议的串口通信方式，将信息上传给ARM；应用层主要采用以太网通信，经ARM分析数据后，将结果通过WLAN无线局域网，在IEEE802.11协议的基础上，通过WIFI无线网络或者INTERNET互联网传给PC终端或移动终端。
[0065](4)办公设备智能控制方法
[0066]人员感知与智能门禁控制模块，利用热释电红外传感器以及摄像头作为感知人体接近和采集图像的传感器，即利用热释电红外传感器采集人体接近信号，感知后通知PC终端，对信息分析处理后通过ARM及连接的摄像头采集上传的图像数据，识别后根据结果判定是否与移动终端设备交互，进而控制智能门禁的电子锁开关。感应到人员在办公场所时，系统平台智能化地自动实现如下关联动作:根据室内灯光自动根据光照强度控制是否开关，窗帘是否自动升落;根据办公环境的舒适度自动实现空调的开启等。另外，用户还可以使用PC终端或移动设备终端远程控制办公设备的开关，也可以根据系统时间等因素自动开关空调及电灯。
[0067]本实用新型基于WSN的智能办公控制系统综合运用了传感器技术、嵌入式开发技术、通信技术及软件开发技术，在数据采集终端通过TonyOS平台的NesC语言编程实现传感器数据采集无线收发、计算机控制等功能，并运用无线传感器网络通信技术将数据传送到网关，数据经过分析、解析、融合、处理后通过Internet或WIFI输送到用户终端，包括PC终端和移动设备终端，通过物联网技术对办公设备进行集中操作和控制，包括灯光照明控制、电动窗帘控制、空调控制、人员感知与智能门禁控制等功能，给管理人员或工作人员带来舒适、安全、环保、高效率的工作环境，有效避免了以前人工操作的许多缺陷。其优点主要有:
[0068](I)利用物联网技术将办公场所设备进行集中操作和控制，随时、随地有效监测和调控办公场所的环境。
[0069](2)基于B/S与MVC模式构建安全监测和控制平台，综合B/S(BroWer/Server)模式的特点，实现PC、移动设备等不同种类终端平台的设计，使平台管理更方便，进一步保证了系统的安全性和易用性。
[0070](3)采集、通信、监测等模块具有良好的信息接收和反应能力，缩短了信息的响应时间，有利于进一步提尚工作效率。
[0071](4)平台扩展性良好，若想增加功能，只要按照数据协议对应开发即可。
[0072](5)本平台基于无线传感器网络(WSN)，在提高办公场所智能化、舒适化的同时，又有利于国家节能、减排和环境保护的产业政策，真正实现绿色办公。
[0073]还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
[0074]上述说明示出并描述了本实用新型的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述实用新型构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。
【主权项】
1.一种基于WSN的智能办公控制系统，其特征在于，包括:感知层、无线传感网络通信链路、网络层、以及应用层； 所述感知层包括:WSN数据节点、传感器模块、人员摄像采集模块、采集控制模块;所述WSN数据节点与所述传感器模块连接;所述WSN数据节点、传感器模块、人员摄像采集模块均与所述采集控制模块连接;用于数据感知与采集； 所述网络层，通过所述无线传感网络通信链路与所述感知层连接，用于数据传输与通?目; 所述应用层，通过WIFI/Internet与所述网络层连接，用于信息综合监管与设备控制。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述感知层还包括:无线信号发送模块，与所述采集控制模块连接。3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述感知层还包括电源模块，所述WSN数据节点、传感器模块、人员摄像采集模块、采集控制模块均与所述电源模块连接。4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述网络层包括:网络节点、ARM、通信模块；所述网络节点与所述ARM连接，所述ARM与所述通信模块连接。5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述应用层包括:交换机、数据接口模块、视频/数据采集/监控应用服务器、网络化监控模块、设备控制模块、监控中心;所述交换机、所述视频/数据采集/监控应用服务器均与所述数据接口模块连接;所述视频/数据采集/监控应用服务器与所述网络化监控模块连接;所述网络化监控模块与所述设备控制模块及监控中心连接。6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述设备控制模块包括:智能窗帘控制器、智能灯光控制器、智能空调控制器、智能门禁电子锁。7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述监控中心包括:移动终端和PC终端。
【文档编号】H04W84/18GK205566377SQ201620366084
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月26日
【发明人】邵开丽, 武海艳, 宫娜娜, 王缓缓, 胡爱娜
【申请人】黄河科技学院