CN108986405A - 一种基于Zigbee网关的多参数控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于Zigbee网关的多参数控制方法，包括：根据门禁设备获取的图像判断是否开门；Zigbee网关获取并解析Zigbee设备的检测到的信息，所述信息包括MAC地址信息、身份信息、加密信息、时间戳和体感信息；服务器对体感信息进行比对，若所述体感信息超出正常值时，则进行报警，并向终端发送报警信息。本发明用以解决家庭老人的健康参数监测及门禁设备控制的问题，实现健康参数监测以及本地或远程智能控制开门。

Description

一种基于Zigbee网关的多参数控制方法

技术领域

本发明涉及数据监测技术领域，尤其涉及一种基于Zigbee网关的多参数控制方法。

背景技术

网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。网关在网络层以上实现网络互连，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。现有的网关设备与下级设备相连，常采用有线方式或总线方式，但是在智能家居的应用场合，还存在很多的无线传感设备，现有的网关单口单一、且对采用无线通信的设备支持不好，无法胜任多种方式可靠通信的要求。随着人口老龄化，独居的老人越来越多，老人的护理难题日益突出，经常会发生一些老人在家中发生意外而不能及时被发现的问题。同时由于老人的记性较差，出门易忘带钥匙，造成不便及不必要的开支。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于Zigbee网关的多参数控制方法，用以解决家庭老人的健康参数监测及门禁设备控制的问题。

本发明采用以下技术方案：

一种基于Zigbee网关的多参数控制方法，其中，包括以下步骤：

设置Zigbee网关及Zigbee设备；所述Zigbee设备包括穿戴式Zigbee设备；Zigbee设备设置在监测对象身上；执行Zigbee网关入网流程；

根据门禁设备获取的图像判断是否开门；包括：获取当前用户的头部图像；对获取的头部图像并进行二值化处理，将背景与目标分割开，去除背景，得到目标像素点的集合；目标像素点包括头部外轮廓、人眼、鼻子及嘴巴的像素点；逐一确定集合中的目标像素点是否为噪声点，若是，则去除该目标像素点；若否，则保留该目标像素点；根据去噪声点后的目标像素点集合与门禁设备存储的目标像素点集合进行匹配，若匹配，则当前用户有权限进入，门禁设备发送指令，打开大门，并记录开门时间及用户ID；若不能匹配，则门禁设备发送指令，重新采集；若连续三次不能匹配，则发出警告信息。

Zigbee网关获取并解析Zigbee设备的检测到的信息，所述信息包括MAC地址信息、身份信息、加密信息、时间戳和体感信息；所述体感信息包括体表温度、心率、运动参数和睡眠参数；

服务器获取Zigbee网关收送的体感信息，对体感信息进行比对，若所述体感信息超出正常值时，则进行报警，并向终端发送报警信息。

优选的，还包括：服务器接收到终端发送的连接请求后，确认该终端的连接请求是否合法，若合法，则同意终端该问服务器；若不合法，则拒绝访问。

优选的，还包括：获取语音输入信息，得到当前用户及所访问业主的ID信息；获取当前用户的头部图像，并将所述头部图像发送给业主手机终端中，由业主发送指令是否同意本次访问；若同意访问，则门禁设备发送指令，打开大门，并记录开门时间及用户ID；若不同意访问，则门禁设备发出语音提示，拒绝本次访问。

优选的，还包括，所述服务器获取摄像头的视频流图像；按预设时间截取视频帧图像，对视频帧图像进行二值化处理，将背景与目标分割开，分别得到目标像素点集合和背景像素点集合；目标像素点包括头部外轮廓像素点；获取头部外轮廓像素点集合与地面的夹角，若夹角小于预设值，则将背景像素点集合与地板像素点集合进行比较，若匹配，则向终端发送报警信息。

优选的，所述执行Zigbee网关入网流程,包括：

接通电源，此时网关建网成功，按下zigbee网关上的组网控制单元按键2秒以上，此时网关开始向外发送网络信息广播，状态指示单元的RGB灯显示蓝色并且开始闪烁，此时网关处于允许入网状态，允许设备加入网络；按下zigbee传感器模块上的组网控制单元按键2秒，状态指示单元的RGB灯显示蓝色并且开始闪烁，此时zigbee传感器模块开启网络发现功能，扫描网络并且申请加入；网关收到zigbee传感器的入网请求后，开始回复入网请求，协调器模块记录新设备的MAC地址和网络地址，并且通过第一串口发送给网关的MCU控制模块，此时设备入网成功。

优选的，所述Zigbee网关包括壳体，所述壳体内设置电路板，所述电路板上设置MCU控制模块、电源管理模块、Zigbee协调器模块、WIFI模块、状态指示模块、外扩FLASH模块以及组网控制单元；所述MCU控制模块包括第一串口单元、第二串口单元、GPIO接口单元和SPI接口单元，所述第一串口单元与Zigbee协调器模块连接，所述第二串口单元连接所述WIFI模块，所述GPIO接口单元分别连接状态指示模块和组网控制单元，所述SPI接口单元与所述外扩FLASH模块连接；所述电源管理模块分别连接所述MCU控制模块、Zigbee协调器模块、WIFI模块、状态指示模块、外扩FLASH模块和组网控制单元。

本发明的有益效果为：

本发明基于Zigbee网关获取Zigbee传感器设备检测到的信息，并将获取的信息发送至后台服务器，在服务器上对信息及视频流信息进行分析，实时监测老人的体感参数是否在正常范围内。同时，为了防止老人在家中摔倒时无人发现，不能及时就医，本发明对摄像头采集的视频流图像进行分析与处理，若分析后果发现老人摔倒，将报警信息发送给终端，同时还可发送该视频帧图像，以便及时了解老人的状况，实现对老人健康状况的监测。另外，本发明提供了新型的门禁控制方法，可实现本地或远程智能控制开门，避免了因出门忘带钥匙造成的不便及不必要开支。

附图说明

图1是本发明一种基于Zigbee网关的多参数控制方法的流程图。

图2是Zigbee网关的结构框图。

图3是Zigbee网关状态指示模块的电路原理图。

图4是Zigbee传感器设备的结构框图。

图5是云门禁设备的结构框图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供一种基于Zigbee网关的多参数控制方法，包括以下步骤：

步骤S1，设置Zigbee网关及Zigbee设备；所述Zigbee设备包括穿戴式Zigbee设备；Zigbee设备设置在监测对象身上；

步骤S2，执行Zigbee网关入网流程；包括：

接通电源，此时网关建网成功，按下zigbee网关上的组网控制单元按键2秒以上，此时网关开始向外发送网络信息广播，状态指示单元的RGB灯显示蓝色并且开始闪烁，此时网关处于允许入网状态，允许设备加入网络；按下zigbee传感器模块上的组网控制单元按键2秒，状态指示单元的RGB灯显示蓝色并且开始闪烁，此时zigbee传感器模块开启网络发现功能，扫描网络并且申请加入；网关收到zigbee传感器的入网请求后，开始回复入网请求，协调器模块记录新设备的MAC地址和网络地址，并且通过第一串口发送给网关的MCU控制模块，此时设备入网成功。

步骤S3，根据门禁设备获取的图像判断是否开门；包括：获取当前用户的头部图像；对获取的头部图像并进行二值化处理，将背景与目标分割开，去除背景，得到目标像素点的集合；目标像素点包括头部外轮廓、人眼、鼻子及嘴巴的像素点；逐一确定集合中的目标像素点是否为噪声点，若是，则去除该目标像素点；若否，则保留该目标像素点；根据去噪声点后的目标像素点集合与门禁设备存储的目标像素点集合进行匹配，若匹配，则当前用户有权限进入，门禁设备发送指令，打开大门，并记录开门时间及用户ID；若不能匹配，则门禁设备发送指令，重新采集；若连续三次不能匹配，则发出警告信息。

步骤S4，Zigbee网关获取并解析Zigbee设备的检测到的信息，所述信息包括MAC地址信息、身份信息、加密信息、时间戳和体感信息；所述体感信息包括体表温度、心率、运动参数和睡眠参数。

步骤S5，服务器获取Zigbee网关收送的体感信息，对体感信息进行比对，若所述体感信息超出正常值时，则进行报警，并向终端发送报警信息。

该实施例中，对获取的当前用户的头部图像进行识别并处理，图像识别精度高，开门效率高。本发明采用专用的Zigbee网关。Zigbee传感器设备可以制作成手环，佩戴在老人（监测对象）的身上。在服务器上对获取的信息进行分析，实时监测老人的体感参数是否在正常范围内。

在一个实施例中，还包括：步骤S6，服务器接收到终端发送的连接请求后，确认该终端的连接请求是否合法，若合法，则同意终端该问服务器；若不合法，则拒绝访问。

该实施例中，为保证个人信息的安全性，终端远程登陆服务器，需要输入用户名与密码，该用户名是唯一的，服务器验证成功后，则允许终端访问服务器。

在一个实施例中，还包括：步骤S7，获取语音输入信息，得到当前用户及所访问业主的ID信息；获取当前用户的头部图像，并将所述头部图像发送给业主手机终端中，由业主发送指令是否同意本次访问；若同意访问，则门禁设备发送指令，打开大门，并记录开门时间及用户ID；若不同意访问，则门禁设备发出语音提示，拒绝本次访问。

该实施例中，根据语音提示，语音输入当前用户以及业主的ID信息，例如，当老人在子女家中，门禁设备中存储的业主信息是子女的信息，当老人外出归来需要开门时，其子女可在远程操作开门。

在一个实施例中，还包括，步骤S8，所述服务器获取摄像头的视频流图像；按预设时间截取视频帧图像，对视频帧图像进行二值化处理，将背景与目标分割开，分别得到目标像素点集合和背景像素点集合；目标像素点包括头部外轮廓像素点；获取头部外轮廓像素点集合与地面的夹角，若夹角小于预设值，则将背景像素点集合与地板像素点集合进行比较，若匹配，则向终端发送报警信息。

由于摄像头设置在人体上方，当监测对象是站立或坐姿时，摄像头所拍摄的图像中人的头部与地面基本垂直，当监测对象半躺在床上或沙发上时，头部与地面成一定夹角，一般来说该夹角会大于30°。因此，当检测监测对象是否摔倒时，首先检测头部与地面的夹角，当夹角小于预设值，例如30°时，需要进一步检测是否是正常躺在床上或沙发上，此时仅以头部与地面的夹角进行判断则易出现误判断，本发明在此基础上进一步对背景图像进行分析，将得到的背景像素点与预存储的地板像素点进行匹配，若能匹配上，则判断老人摔倒，向终端发送报警信息。

现有的图像识别方法均是将背景去除后再进行识别，本发明将目标像素点集合与背景像素点集合结合进行综合判断，准确率高，避免了误判断。同时，为了让终端用户及时了解监测对象的状况，可以在向终端发送报警信息的同时发送该视频帧图像。

在一个实施例中，本发明在发送报警信息时，记录该事件，形成日志，存储在服务器中，便于形成健康档案，及时了解老人的健康状况。

在一个实施例中，如图2所示，本发明提供一种Zigbee网关，包括壳体，壳体内设置电路板，电路板上设置MCU控制模块、电源管理模块、Zigbee协调器模块、WIFI模块、状态指示模块、外扩FLASH模块以及组网控制单元。MCU控制模块包括第一串口单元、第二串口单元、GPIO接口单元和SPI接口单元，第一串口单元与Zigbee协调器模块连接，第二串口单元连接所述WIFI模块，GPIO接口单元分别连接状态指示模块和组网控制单元，SPI接口单元与外扩FLASH模块连接；电源管理模块分别连接所述MCU控制模块、Zigbee协调器模块、WIFI模块、状态指示模块、外扩FLASH模块和组网控制单元，为其它模块供电。

WiFi模块通过第二串口单元与与MCU控制模块连接，通过WiFi接入互联网，将采集到的数据和状态信息上传到云端服务器。外扩FLASH模块通过SPI接口单元与MCU控制模块连接进行数据通信，增强MCU控制模块存储数据的能力。MCU控制模块采用基于ARM架构CORTEX-M3内核的STM32F103系列芯片，接收来自各节点的信息，并将信息上传至云端。

zigbee协调器模块是zigbee网络各节点信息的汇聚点，是网络的核心节点，负责组建、维护和管理网络，通过第二串口单元实现各节点与MCU控制单元的数据传递。ZigBee协调器模块具备较强的通信能力、处理能力和发射能力，能够把数据发送至远程控制端。如图2所示，Zigbee协调器模块包括依次连接的CC2530单元、CC2592单元和2.4G陶瓷天线。CC2530单元是zigbee协调器模块的控制部分，CC2530单元发出的zigbee信号经由CC2592单元放大后，通过2.4G天线发送出去，2.4G天线采用陶瓷天线；信号的频段为2.4G。

如图3所示，状态指示模块由不少于6个的RGB LED组成，通过控制LED显示不同颜色以及亮灭的节奏变化，来指示网关的各种不同的工作模式和状态。状态指示模块包括红光灯模块和蓝光灯模块，红光灯模块和蓝光灯模块的结构相同。蓝光灯模块包括三极管Q1、电阻R3、电阻R1、发光二极管D1和发光二极管D3、电阻R9、电阻R5、发光二极管D5和三极管Q3；三极管Q1的基极连接电阻R3，集电极连接5V电压，发射极连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端分别连接发光二极管D1和发光二极管D3的正极，发光二极管D1和发光二极管D3的负极均接GND，发光二极管D1的正极与发光二极管D3的正极连接。电阻R9连接三极管Q3的基极，三极管Q3的集电极接5V电压，三极管Q3的发射极接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接发光二极管D5的正极，发光二极管D5的负极接GND。

红光灯模块包括三极管Q2、电阻R4、电阻R2、发光二极管D2和发光二极管D4、电阻R10、电阻R6、发光二极管D6和三极管Q4；三极管Q2的基极连接电阻R4，集电极连接5V电压，发射极连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端分别连接发光二极管D2和发光二极管D4的正极，发光二极管D2和发光二极管D4的负极均接GND，发光二极管D2的正极与发光二极管D4的正极连接。电阻R10连接三极管Q4的基极，三极管Q4的集电极接5V电压，三极管Q4的发射极接电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接发光二极管D6的正极，发光二极管D6的负极接GND。

本实施例中，组网控制单元采用轻触式按键，通过长按和短按按键，来控制zigbee的入网和退网，入网与退网方便快捷。

如图4所示，Zigbee传感器设备包括zigbee控制单元、电源管理模块、传感器模块、组网控制单元、状态指示单元、防拆单元和天线，zigbee控制单元包括GPIO接口单元，GPIO接口单元分别连接传感器模块、组网控制单元、防拆单元、状态指示单元和天线，zigbee控制单元、传感器模块、组网控制单元、防拆单元和状态指示单元均与电源管理模块连接。

本实施例中，组网控制单元采用轻触式按键，通过长按和短按按键，来控制zigbee的入网和退网。zigbee控制单元采用TI公司的CC2530模块，天线为2.4G天线。CC2530模块的RF_P引脚连接天线的电容C9，RF_N引脚连接天线的电容C10。电源管理模块采用电池供电，配合zigbee的低功耗模式，普通的3.3V纽扣电池可以使用半年以上。防拆单元采用防拆开关，防拆开关的原理是当壳体固定时防拆开关处于状态1，当壳体拆开后，由于机械状态发生改变导致防拆开关处于状态2， zigbee控制单元可以通过IO口的高低电平变化来检测其状态的改变。传感器模块可以是温湿度、燃气、烟雾、门磁、照度、红外人体、浸水等各种传感器。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

如图5所示，本发明的门禁设备可以为云门禁设备，云门禁设备包括外部供电与接口模块、逻辑控制模块、音频功放单元、摄像头模块、语音采集单元、状态指示灯单元、超声波测距模块、NB-IOT模块、蓝牙模块、RFID刷卡单元、显示屏模块和电源管理模块。逻辑控制模块包括MCU单元、AI语音识别单元、无线通信模块、GPIO接口、串行接口和SPI总线模块，MCU单元分别连接电源管理模块、AI语音识别单元、无线通信模块、GPIO接口、串行接口和SPI总线模块，AI语音识别单元分别与音频功放单元和语音采集单元连接。外部供电与接口模块分别连接逻辑控制模块和电源管理模块，外部供电与接口模块包括电源接口、RS485接口、光耦隔离输入接口和继电器控制接口。超声波测距模块连接GPIO接口；NB-IOT模块和蓝牙模块均与所述串行接口连接，所述摄像头模块、RFID刷卡单元和显示屏模块均连接至SPI总线模块；电源管理模块为各个模块供电。

MCU单元为主控芯片，分别为无线通信模块、GPIO接口、232串口模块和SPI总线模块提供控制逻辑，MCU单元采用NXP的基于Cortex-A7架构的i.MX6UL芯片，主频高达528MHz。无线通信模块为WIFI模块，方便***接入互联网；GPIO接口、232串口模块和SPI总线模块为集成扩展板提供接口支持。AI语音识别模单元采用基于科大讯飞的语音识别模组，通过音频功放单元和语音采集单元，可完成语音的采集和播放，完成人与***的语音交互，语音采集单元采用双麦降噪的方式，降低环境噪声对声音识别的影响。AI语音识别可实现通过判断语音信息来对人员的身份和指令信息进行判断，当确定讲话的人是已被录入的人员时，识别此人的语音信息来判断其需要执行的操作，控制相应的外部设备执行相应的动作。

在一些对安全系数要求不太高的场合，本发明的云门禁设备还可以包括RFID刷卡开门、蓝牙扣无障碍开门等多种开门方式，满足了不同使用场景下的开门要求。同时增加了NB-IOT模块，实现了串口与网络的双向通信，低成本低功耗，且能实现强链接和高覆盖的功能；在没有wifi覆盖的场合，可通过NB-Iot模块接入互联网，完成与云端的数据交互和状态汇报。同时，本发明的语音识别功能，也可对使用者输入的语音指令进行识别后，发送控制外部设备的控制指令，达到语音操作其他设备的目的，同时也方便客户的使用及多样化的需求。另外，集成了超声波测距模块及蓝牙技术，实现了使用者身份的确认及使用者位置的精确定位。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种基于Zigbee网关的多参数控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

根据门禁设备获取的图像判断是否开门；包括：获取当前用户的头部图像；对获取的头部图像并进行二值化处理，将背景与目标分割开，去除背景，得到目标像素点的集合；目标像素点包括头部外轮廓、人眼、鼻子及嘴巴的像素点；逐一确定集合中的目标像素点是否为噪声点，若是，则去除该目标像素点；若否，则保留该目标像素点；根据去噪声点后的目标像素点集合与门禁设备存储的目标像素点集合进行匹配，若匹配，则当前用户有权限进入，门禁设备发送指令，打开大门，并记录开门时间及用户ID；若不能匹配，则门禁设备发送指令，重新采集；若连续三次不能匹配，则发出警告信息；

Zigbee网关获取并解析Zigbee设备的检测到的信息，所述信息包括MAC地址信息、身份信息、加密信息、时间戳和体感信息；所述体感信息包括体表温度、心率、运动参数和睡眠参数；

服务器获取Zigbee网关收送的体感信息，对体感信息进行比对，若所述体感信息超出正常值时，则进行报警，并向终端发送报警信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee网关的多参数控制方法，其特征在于：还包括：服务器接收到终端发送的连接请求后，确认该终端的连接请求是否合法，若合法，则同意终端该问服务器；若不合法，则拒绝访问。

3.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee网关的多参数控制方法，其特征在于：还包括：获取语音输入信息，得到当前用户及所访问业主的ID信息；获取当前用户的头部图像，并将所述头部图像发送给业主手机终端中，由业主发送指令是否同意本次访问；若同意访问，则门禁设备发送指令，打开大门，并记录开门时间及用户ID；若不同意访问，则门禁设备发出语音提示，拒绝本次访问。

4.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee网关的多参数控制方法，其特征在于：所述Zigbee网关，包括壳体，壳体内设置电路板，电路板上设置MCU控制模块、电源管理模块、Zigbee协调器模块、WIFI模块、状态指示模块、外扩FLASH模块以及组网控制单元；

MCU控制模块包括第一串口单元、第二串口单元、GPIO接口单元和SPI接口单元，第一串口单元与Zigbee协调器模块连接，第二串口单元连接所述WIFI模块，GPIO接口单元分别连接状态指示模块和组网控制单元，SPI接口单元与外扩FLASH模块连接；电源管理模块分别连接所述MCU控制模块、Zigbee协调器模块、WIFI模块、状态指示模块、外扩FLASH模块和组网控制单元，为其它模块供电。