CN113207171A - 一种基于物联网监控的智能家居服务*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于物联网监控的智能家居服务***，定位模块用于对移动终端在室内的移动轨迹进行实时定位得到目标位置信息，主控装置根据目标位置信息和基站位置信息确定移动终端距离基站的最小距离值，主控装置根据距离最小值选取对应的定位标签以控制定位标签对应的低功率设备开启，在预设时间内判断移动终端的移动轨迹的距离变化值超过第一阈值时，接收到确认模块发送的距离所述移动终端最大的高功率设备开启的确认信息以控制高功率设备开启，获取所述移动终端与基站未发生距离变化的时间值大于第二阈值时，继续开启所述低功率设备，若时间值小于或等于第二阈值，则在第二阈值对应的时间内关闭低功率设备。提高了室内定位服务的精准度和用户体验度。

Description

一种基于物联网监控的智能家居服务***

技术领域

本发明涉及智能家居领域，尤其涉及一种基于物联网监控的智能家居服务***。

背景技术

随着技术的不断进步，越来越多的智能家居设备走进了人们的视野中，例如智能灯具、智能电饭煲、智能洗衣机和安防监控等正在逐渐的取代传统的家居设备。目前智能家居设备主要的工作方式是通过手机APP或者通过智能音箱来进行语音控制设备，无法通过用户的实时精确位置来联动设备，即无法主动为用户提供服务，存在用户位置定位准确性差的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于UWB技术的室内用户位置监控联动智能家居设备的服务***，根据用户在室内的位置变化触发相应的智能设备开闭，以提高用户体验度，具体采用以下技术方案来实现。

第一方面，本发明提供了一种基于物联网监控的智能家居服务***，包括移动终端、智能设备、主控装置和定位装置，所述移动终端、所述定位装置和所述智能设备与所述主控装置连接，其中，所述智能设备包括高功率设备和低功率设备；

所述定位装置包括至少三个定位基站，用于预先在所述智能设备上生成定位标签并记录所述智能设备在室内的预设位置信息，所述主控装置用于存储所述定位标签、所述预设位置信息和每个定位基站的基站位置信息；

所述移动终端包括与定位基站无线连接的定位模块和确认模块，所述定位模块用于对所述移动终端在室内的移动轨迹进行实时定位得到目标位置信息，所述主控装置根据所述目标位置信息和所述基站位置信息确定所述移动终端距离所述基站的最小距离值，所述主控装置根据所述距离最小值选取对应的定位标签以控制所述定位标签对应的低功率设备开启；

所述主控装置在预设时间内判断所述移动终端的移动轨迹的距离变化值超过第一阈值时，当所述主控装置接收到所述确认模块发送的距离所述移动终端最大的高功率设备开启的确认信息以控制所述高功率设备开启；当所述主控装置获取所述移动终端与所述定位基站未发生距离变化的时间值大于第二阈值时，继续开启所述低功率设备，若所述时间值小于或等于所述第二阈值，则在所述第二阈值对应的时间内关闭所述低功率设备。

作为上述技术方案的进一步改进，根据室内的智能设备的预设位置信息设置所述定位基站，所有定位基站需要满足将所有智能设备的预设数量的最大值位于定位基站建立的圆面内且采用三角形质心算法确定所述定位基站的基站位置信息。

作为上述技术方案的进一步改进，所述主控制器获取所述定位模块与所述定位基站建立通信连接并记录通信时间Tn，n为定位基站的数量，采用TDOA算法对通信时间Tn分析处理，根据所述基站位置信息以确定所述移动终端的移动轨迹。

作为上述技术方案的进一步改进，在第一时刻，根据室内的移动终端对应的三个定位基站和所述移动终端的初始位置建立定位坐标系，以确定所述移动终端的初始位置；在第二时刻，计算所述移动终端距离各个基站的距离值，根据所述初始位置和距离值以确定目标基站，所述主控装置控制所述定位基站关联的定位标签对应的智能设备的开闭。

作为上述技术方案的进一步改进，所述主控装置内设置有计时模块，用于记录所述移动终端与所述定位基站建立连接的通信时间，以及所述移动终端在室内的移动轨迹所需的时间。

作为上述技术方案的进一步改进，所述定位模块为安装在所述移动终端的充电接口的UWB定位模块，所述高功率设备包括空调、微波炉、热水器中的一种或多种，所述低功率设备包括台灯、智能门、智能音箱中的一种或多种。

第二方面，本发明还提供了一种基于物联网监控的智能家居服务方法，应用于一种基于物联网监控的智能家居服务***，包括以下具体步骤：

预先在智能设备上生成定位标签并记录智能设备在室内的预设位置信息，主控装置用于存储所述定位标签、预设位置信息和每个定位基站的基站位置信息，其中，智能设备包括高功率设备和低功率设备；

对移动终端在室内的移动轨迹进行实时定位得到目标位置信息，主控装置根据目标位置信息和基站位置信息确定移动终端距离基站的最小距离值，主控装置根据所述距离最小值选取对应的定位标签以控制定位标签对应的低功率设备开启；

在预设时间内判断移动终端的移动轨迹的距离变化值超过第一阈值时，当主控装置接收到确认模块发送的距离移动终端最大的高功率设备开启的确认信息以控制高功率设备开启；

当主控装置获取移动终端与基站未发生距离变化的时间值大于第二阈值时，继续开启低功率设备，若时间值小于或等于所述第二阈值，则在第二阈值对应的时间内关闭低功率设备。

作为上述技术方案的进一步改进，在室内指定区域的智能设备之间建立虚拟网络信息表，每个智能设备的定位标签与基站位置信息进行绑定；

计算定位模块与定位基站的最短通信时间以确定移动终端向定位基站的移动方向和当前位置，基于移动方向和当前位置预测下一时刻移动终端的目标移动轨迹。

相对于现有技术，本发明提供的一种基于物联网监控的智能家居服务***及方法具有以下有益效果：

通过在室内的智能设备预设定位标签设置至少三个定位基站以得到基站的基站位置信息，将每个基站与智能设备中的高功率设备和低功率设备进行关联，将安装在移动终端的定位模块与设置在室内不同位置的定位基站建立连接以确定移动终端的初始位置，并在预设周期内，对移动终端进行室内定位，相应的，提供智能设备开闭给用户服务，提高了用户体验度。根据移动终端的实时定位可以替代传统GPS在室内定位耗电易干扰的问题，并根据在室内实时精准定位可以得到用户在室内的移动轨迹并对用户的移动进行预测，可以提高便捷的智能服务，便于操作，增强了室内定位的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的基于物联网监控的智能家居服务***结构框图；

图2为本发明实施例提供的定位装置的结构框图；

图3发明实施例提供的基于物联网监控的智能家居服务方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参阅图1和图2，本发明提供了一种基于物联网监控的智能家居服务***，包括移动终端、智能设备、主控装置和定位装置，所述移动终端、所述定位装置和所述智能设备与所述主控装置连接，其中，所述智能设备包括高功率设备和低功率设备；

所述定位装置包括至少三个定位基站，用于预先在所述智能设备上生成定位标签并记录所述智能设备在室内的预设位置信息，所述主控装置用于存储所述定位标签、所述预设位置信息和每个定位基站的基站位置信息；

所述移动终端包括与定位基站无线连接的定位模块和确认模块，所述定位模块用于对所述移动终端在室内的移动轨迹进行实时定位得到目标位置信息，所述主控装置根据所述目标位置信息和所述基站位置信息确定所述移动终端距离所述基站的最小距离值，所述主控装置根据所述距离最小值选取对应的定位标签以控制所述定位标签对应的低功率设备开启；

所述主控装置在预设时间内判断所述移动终端的移动轨迹的距离变化值超过第一阈值时，当所述主控装置接收到所述确认模块发送的距离所述移动终端最大的高功率设备开启的确认信息以控制所述高功率设备开启；当所述主控装置获取所述移动终端与所述基站未发生距离变化的时间值大于第二阈值时，继续开启所述低功率设备，若所述时间值小于或等于所述第二阈值，则在所述第二阈值对应的时间内关闭所述低功率设备。

本实施例中，定位基站为UWB定位基站，UWB（Ultra Wide Band）超宽带技术是一种无线通信载波技术，具有***复杂度低、发射信号功率谱密度低、对信道衰落不敏感、截获能力低、信号延迟低、厘米级定位精度（<10cm)等优点，尤其适用于室内高精度实时定位。移动终端可以是用户随身携带的智能手机，UWB常用的定位算法主要包括RSS(基于接收信号强度)，AOA(基于到达角)，TOA(基于到达时间)以及TDOA(到达时间差定位)的定位算法。基于RSS(Received Signal Strength，接收信号强度定位)的定位算法。

基于TOA(Time of Arriva，到达时间定位) 的定位算法是指由基站向移动

站发出特定的测距命令或指令信号，并要求终端对该指令进行相应，基站会记录下由发出测距指令到受到终端确认信号所花费的时间，该时间主要由射频信号在环路上的传播时延、终端的响应时延和处理时延、基站的处理时延组成。如果能够准确的得到终端和基站的响应和处理时延，就可以算出射频信号的环路传播时延，因为无线电波在空气中以光速传播，所以基站与终端之间的距离可以估算出来，当有三个基站参与测量时，就可以根据三角定位法来确定智能设备所在的区域。

需要说明的是，通过上述定位算法可以记录智能终端和至少三个定位基站的位置，将每个基站与智能终端中的高功率设备和低功率设置用定位标签进行标定，在控制装置的存储模块中存储每个基站的位置、定位标签以及智能设备与每个基站进行绑定的信息表，即计算定位基站与智能设备的相对距离。

应理解，移动终端在室内的移动轨迹可以绘制成曲线图，通过UWB定位模块与定位基站建立连接可以确定移动终端的初始位置，三个基站可以作为空间三角形的顶点也可以确定三个基站之间的相对距离值，根据相对距离值和初始位置可以建立定位坐标系，可以实时对移动终端的移动方向和移动距离进行定位。定位模块可以安装在移动终端的充电接口的UWB定位模块，高功率设备包括空调、微波炉、热水器中的一种或多种，所述低功率设备包括台灯、智能门、智能音箱中的一种或多种。当一个定位基站确定移动终端距离该基站的距离值刚好位于室内的智能门附近时，如50cm，主控装置向移动终端发送是否开启该智能门的确认信息，用户可以通过在手机上点击确认按钮或者语音确认，之后该基站内关联的低功率设备如照明灯开启，在卧室的智能门关闭后，可以判断移动终端在走进卧室的时间并计算距离变化值，即在该时间内用户的移动速度，若该速度超过第一阈值如30cm/s时，说明用户会朝着某一定位基站靠近。当用户在某一地点的停留时间小于或等于第二阈值如10s，默认不开启高功率设置，自动联动其他低功耗设备，智能家居接收所述UWB定位服务器发送的用户实时位置数据，当用户在房间中的某一地点停留时间小于10S时，即为用户在房间中一直移动，此时智能家居控制中心只会联动低功耗的智能家居设备例如灯光、音箱等，不会联动家中的空调等高功率设备，随后主控装置会将用户的位置信息和智能设备的联动效果传输到云存储中。当用户在某一地点的停留时间大于10s时，提示用户是否需要开启高功率设备并联动其他低功率设备，UWB定位模块向定位基站发送的用户实时位置信息，主控装置则判定用户在房间中坐下或者其他停留动作，低功率设备可以是智能座椅，主控装置控制该智能座椅向移动终端所在的位置靠近。用户手持移动终端在有限的距离限制的室内环境中，采用UWB测距成本较低且精度高，根据移动终端的实时定位，可以控制相应的智能设备提供便捷服务，同时也可以合理利用高功率设备和低功率设备，以节省电力能源。

可选地，根据室内的智能设备的预设位置信息设置所述定位基站，所有基站需要满足将所有智能设备的预设数量的最大值位于定位基站建立的圆面内且采用三角形质心算法确定所述定位基站的基站位置信息。

本实施例中，预设数量的智能设备在室内呈空间分布，可以确定一个球面将数量最多的包含在内，并以地面为参考面投影形成三个定位基站所在的圆面，以三个定位基站为参考点，根据移动终端的初始位置选取基准基站，可以算出定位基站的基站位置信息，以提高室内定位的精确度。

所述主控制器获取所述定位模块与所述定位基站建立通信连接并记录通信时间Tn，n为定位基站的数量，采用TDOA算法对通信时间Tn分析处理，根据所述基站位置信息以确定所述移动终端的移动轨迹。

本实施例中，采用了TDOA的定位算法可以准确计算出每个时刻移动终端的实时位置，它是一种利用时间差进行定位的方法，通过测量信号到达定位基站的时间，可以确定信号源的距离，利用信号源到多个定位基站的距离（以定位基站为中心，距离为半径作圆），从而确定信号的位置。

可选地，在第一时刻，根据室内的移动终端对应的三个定位基站和所述移动终端的初始位置建立定位坐标系，以确定所述移动终端的初始位置；在第二时刻，计算所述移动终端距离各个基站的距离值，根据所述初始位置和距离值以确定目标基站，所述主控装置控制所述基站关联的定位标签对应的智能设备的开闭。

本实施例中，所述主控装置内设置有计时模块，用于记录所述移动终端与所述基站建立连接的通信时间，以及所述移动终端在室内的移动轨迹所需的时间，移动终端距离各个基站的距离值是随着时间变化的，也可以是某一时刻距离值不变，目标基站可以是一个或两个，可以灵活控制智能设备的开闭，以合理提高电能的使用率。

参阅图3，本发明还提供了一种基于物联网监控的智能家居服务方法，应用于一种基于物联网监控的智能家居服务***，包括以下具体步骤：

S1：预先在智能设备上生成定位标签并记录智能设备在室内的预设位置信息，主控装置用于存储所述定位标签、预设位置信息和每个定位基站的基站位置信息，其中，智能设备包括高功率设备和低功率设备；

S2：对移动终端在室内的移动轨迹进行实时定位得到目标位置信息，主控装置根据目标位置信息和基站位置信息确定移动终端距离基站的最小距离值，主控装置根据所述距离最小值选取对应的定位标签以控制定位标签对应的低功率设备开启；

S3：在预设时间内判断移动终端的移动轨迹的距离变化值超过第一阈值时，当主控装置接收到确认模块发送的距离移动终端最大的高功率设备开启的确认信息以控制高功率设备开启；

S4：当主控装置获取移动终端与基站未发生距离变化的时间值大于第二阈值时，继续开启低功率设备，若时间值小于或等于所述第二阈值，则在第二阈值对应的时间内关闭低功率设备。

本实施例中，在室内指定区域的智能设备之间建立虚拟网络信息表，每个智能设备的定位标签与基站位置信息进行绑定；计算定位模块与定位基站的最短通信时间以确定移动终端向定位基站的移动方向和当前位置，基于移动方向和当前位置预测下一时刻移动终端的目标移动轨迹。

通过在室内的智能设备预设定位标签设置至少三个定位基站以得到基站的基站位置信息，将每个基站与智能设备中的高功率设备和低功率设备进行关联，将安装在移动终端的定位模块与设置在室内不同位置的定位基站建立连接以确定移动终端的初始位置，并在预设周期内，对移动终端进行室内定位，相应的，提供智能设备开闭给用户服务，提高了用户体验度。根据移动终端的实时定位可以替代传统GPS在室内定位耗电易干扰的问题，并根据在室内实时精准定位可以得到用户在室内的移动轨迹并对用户的移动进行预测，可以提高便捷的智能服务，便于操作，增强了室内定位的准确性。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于物联网监控的智能家居服务***，其特征在于，包括移动终端、智能设备、主控装置和定位装置，所述移动终端、所述定位装置和所述智能设备与所述主控装置连接，其中，所述智能设备包括高功率设备和低功率设备；

所述定位装置包括至少三个定位基站，用于预先在所述智能设备上生成定位标签并记录所述智能设备在室内的预设位置信息，所述主控装置用于存储所述定位标签、所述预设位置信息和每个定位基站的基站位置信息；

所述移动终端包括与定位基站无线连接的定位模块和确认模块，所述定位模块用于对所述移动终端在室内的移动轨迹进行实时定位得到目标位置信息，所述主控装置根据所述目标位置信息和所述基站位置信息确定所述移动终端距离所述基站的最小距离值，所述主控装置根据所述距离最小值选取对应的定位标签以控制所述定位标签对应的低功率设备开启；

所述主控装置在预设时间内判断所述移动终端的移动轨迹的距离变化值超过第一阈值时，当所述主控装置接收到所述确认模块发送的距离所述移动终端最大的高功率设备开启的确认信息以控制所述高功率设备开启；当所述主控装置获取所述移动终端与所述基站未发生距离变化的时间值大于第二阈值时，继续开启所述低功率设备，若所述时间值小于或等于所述第二阈值，则在所述第二阈值对应的时间内关闭所述低功率设备。

2.根据权利要求1所述的基于物联网监控的智能家居服务***，其特征在于，根据室内的智能设备的预设位置信息设置所述定位基站，所有定位基站需要满足将所有智能设备的预设数量的最大值位于定位基站建立的圆面内且采用三角形质心算法确定所述定位基站的基站位置信息。

3.根据权利要求1所述的基于物联网监控的智能家居服务***，其特征在于，所述主控制器获取所述定位模块与所述定位基站建立通信连接并记录通信时间Tn，n为定位基站的数量，采用TDOA算法对通信时间Tn分析处理，根据所述基站位置信息以确定所述移动终端的移动轨迹。

4.根据权利要求1所述的基于物联网监控的智能家居服务***，其特征在于，在第一时刻，根据室内的移动终端对应的三个定位基站和所述移动终端的初始位置建立定位坐标系，以确定所述移动终端的初始位置；在第二时刻，计算所述移动终端距离各个定位基站的距离值，根据所述初始位置和距离值以确定目标基站，所述控制装置控制所述基站关联的定位标签对应的智能设备的开闭。

5.根据权利要求1所述的基于物联网监控的智能家居服务***，其特征在于，所述主控装置内设置有计时模块，用于记录所述移动终端与所述

定位基站建立连接的通信时间，以及所述移动终端在室内的移动轨迹所需的时间。

6.根据权利要求1所述的基于物联网监控的智能家居服务***，其特征在于，所述定位模块为安装在所述移动终端的充电接口的UWB定位模块，所述高功率设备包括空调、微波炉、热水器中的一种或多种，所述低功率设备包括台灯、智能门、智能音箱中的一种或多种。

7.一种基于物联网监控的智能家居服务方法，其特征在于，应用于一种基于物联网监控的智能家居服务***，包括以下具体步骤：

预先在智能设备上生成定位标签并记录智能设备在室内的预设位置信息，主控装置用于存储所述定位标签、预设位置信息和每个定位基站的基站位置信息，其中，智能设备包括高功率设备和低功率设备；

对移动终端在室内的移动轨迹进行实时定位得到目标位置信息，主控装置根据目标位置信息和基站位置信息确定移动终端距离基站的最小距离值，主控装置根据所述距离最小值选取对应的定位标签以控制定位标签对应的低功率设备开启；

在预设时间内判断移动终端的移动轨迹的距离变化值超过第一阈值时，当主控装置接收到确认模块发送的距离移动终端最大的高功率设备开启的确认信息以控制高功率设备开启；

当主控装置获取移动终端与基站未发生距离变化的时间值大于第二阈值时，继续开启低功率设备，若时间值小于或等于所述第二阈值，则在第二阈值对应的时间内关闭低功率设备。

8.根据权利要求7所述的基于物联网监控的智能家居服务方法，其特征在于，还包括：

在室内指定区域的智能设备之间建立虚拟网络信息表，每个智能设备的定位标签与基站位置信息进行绑定；

计算定位模块与定位基站的最短通信时间以确定移动终端向定位基站的移动方向和当前位置，基于移动方向和当前位置预测下一时刻移动终端的目标移动轨迹。

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