比较正规的买球软件?出品——RUDO 智能家居系统的架构原理
比较正规的买球软件?出品——RUDO 智能家居系统的架构原理
发布时间:2022-10-25 13:19:21 作者:小编

RUDO系统是运行在本地计算机网络中的面向网络的产品,在OSLinuxDebian上实现。它包括下面列出的硬件组件和软件服务的基本组。这里给出的描述对应的是RUDO系统版本4.0的原型,自2014年以来一直被盲人积极使用。在2014年至2016年的测试过程中,根据反馈对该版本的RUDO进行了微调和改进。该系统的原型已在一座带花园的两层独立式住宅中实施——参见重点介绍测试期。


RUDO系统及其组成部分使用多种技术标准。这些标准通过标准化协议和数据模型实现了进一步组件的集成和可扩展性。在中可以找到与AAL相关的技术中使用的当前标准的概述。RUDO系统使用的标准在表2.


目前,系统安全性仅在某些级别上得到处理。对RUDO远程控制的通讯保护由HTTPS协议保证。此外,字符控制字符串使用需要知道特定加密密钥的密码进行加密。由RUDO系统的各个部分用于通信的本地网络由防火墙路由器保护,该路由器为此目的提供广泛的服务。HomeMiniserver受OSLinuxDebian提供的标准保护。本地网络内的通信目前不受加密保护,但内部通信协议是专门为该系统设计的,因此还没有必要对其进行加密。


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1。硬件组件

本节介绍了各个软件服务使用的RUDO系统的基本硬件组件。RUDO原型是在一个有小孩的家庭中实施的事实,特别需要盲人父母在花园里监督视力正常的孩子。因此,在中单独讨论了作为RUDO系统的一部分在屋外提供儿童监督的设计解决方案。应该考虑到这是安装AmI系统的社会背景所给出的特殊要求。


中央硬件组件是HomeMiniserver所有其他系统组件通过路由器或直接通过USB与之通信。OSLinuxDebian安装在这台计算机上。该计算机还配备了与OSLinuxDebian的ALSA驱动程序兼容的声音设备。HomeMiniserver可以由有视力的人和盲人通过使用键盘和屏幕的标准设备从客户端计算机站远程控制来操作。HomeMiniserver执行RUDO软件服务提供的所有计算。部分服务也是最小化反向传播过程,该过程用于适应神经网络以进行分类识别。因此,不建议使用较低性能的计算机。RUDO系统的原型使用一台具有以下参数的计算机:AMDTurionIINeoN54双核2.2GHzCPU,RAM2GB,HDD250GB,6个USB,1个LAN,图形适配器。HomeMiniserver通过LAN、USB和音频输出与路由器和其他设备的连接如图所示图1.


HomeMiniserver与标记为TaxonometricElectronics的设备相连。它是将运动探测器、门开关和门铃连接到本地计算机网络的硬件输入/输出设备。该设备的电子设备是专门为RUDO设计的。设备有自己的IP地址通过LAN连接到路由器。


TaxonometricElectronics还根据各个软件服务在扬声器之间切换。安全和分类法软件服务通过网络编程接口MODBUS与该设备通信。服务输入是从运动探测器、门开关和门铃收集的信息。该服务有两个输出。第一个服务输出是用于切换用于通信的扬声器的信号。该交换机通过LAN和MODBUS接口由软件控制。这就是RUDO选择特定通信位置的方式。第二个输出是发送到语音和方向声音合成软件服务的通知的要求。该服务通过音频电缆将相关通知或定向声音发送到已激活适当扬声器的分类电子学。


锅炉房电子设备以类似的方式连接到家庭迷你服务器。它是将温度传感器、电动阀、等温阀杆和泵连接到本地计算机网络的输入/输出设备。该设备的电子设备专为RUDO系统的目的而设计。该设备有自己的IP地址并通过LAN连接到路由器。加热软件服务通过网络编程接口MODBUS与该设备通信。


服务的输入是:


-

从温度传感器收集数据,

-

从阀门位置收集数据。

服务的输出是:


-

两个电动阀门控制,

-

泵控制,

-

等温阀控制。

RUDO系统的一部分是区域温度调节,其硬件由Z-Wave控制器和散热器头提供。各个区域的温度调节由恒温Z-Wave散热器头实现。安装在HomeMiniserver上的区域温度调节软件服务通过Z-Wave控制器与散热器头进行无线通信,Z-Wave控制器通过USB连接到HomeMiniserver。连接到硬件输入/输出设备的是RUDO系统的终端设备,它们是:


八个运动检测器,

门开关,

两个门铃继电器,

等温阀伺服调节杆,

两个电动阀,

两个泵,

燃气锅炉,

七个温度传感器——PT100,

九个恒温Z-Wave散热器头。

Z-Wave散热器头使用电池提供的能量。电池可以使用半年到整个采暖季。它们的消耗由自动温度校正的频率驱动,因此它们取决于建筑物中特定散热器的位置。


Z-Wave信号的传输对能量要求不高,因为磁头大多处于睡眠模式。它们变为活动的常规时间由所谓的唤醒间隔定义,该间隔设置为5分钟。此间隔最长可设置为30分钟,这进一步降低了电池消耗。当磁头激活时,始终会进行温度校正。较短的唤醒间隔提高了头部对来自客户端应用程序的用户信号或来自区域温度调节系统的自动信号的反应速度。Z-Wave散热器头的排列如图所示图2.RUDO中使用的两相加热调节的详细描述在中给出。


2.软件服务

本节介绍了提供一组软件功能的RUDO系统的主要软件服务。为了能够使用这些服务,RUDO为盲人提供了一个统一的用户界面——参见。ROWS模块的介绍,它提供了一个应用程序和脚本包,方便盲人使用计算机,在它自己的部分中给出,因为ROWS模块可以独立于RUDO系统使用——参见。


安全和分类学软件服务评估来自传感器的数据,并为盲人提供有关公寓内活动的信息或识别进入公寓的人。RUDO系统提供两种与公寓内的移动和有人进入公寓时的安全性相关的声学信息:环境的定向声音和通知已识别的人从外面进入公寓。对于这些公告,它使用如下所述的语音和方向声音合成软件服务。


首先,将更详细地介绍基于平面运动产生的环境定向声音。下面介绍的语音和定向声音合成软件服务包含一个声音数据库,用于安全和分类法的软件服务用作信息声音。数据库比较广泛。


环境的定向声音是根据对来自运动探测器和门开关的数据的评估创建的——见图2.当有人出现在特定房间或移动到其他地方时,总是会发出短促的声音。例如:


当有人从一楼经楼梯走近,来到楼梯与大厅之间的门口时,传来敲门声。

当人开始打开它们时,会听到门吱吱作响的声音。

当有人出门忘记关门时,RUDO会通过楼梯扬声器提醒他们。

当有人进入厨房时,会发出短暂的泼水声。

应该补充的是,与大厅中的运动和进入厨房或书房相关的声音并不总是被激活,这与环境的所有其他定向声音不同。首先,该区域必须有几分钟没有移动,然后当有人移动时才会激活定向声音。在公寓的正常活动期间,没有声音。当每个人都在公寓里走动时,他们彼此了解,不必被告知。但是在一段时间没有动静之后,如果有人进来就变得有趣了。


楼梯扬声器中的特定信息声音宣布离开的人尚未关门。室内扬声器中的相应声音也会宣布此事件。如果门打开的时间更长,楼梯上的广播会每隔5分钟重复一次。室内扬声器还会以相同的间隔重复相应的声音。


就盲人安全而言,这项服务的第二个重要功能是通知已识别的人来到公寓。系统识别到达的熟悉的人,并通过运动检测器识别未知的人。分类和识别由神经网络执行。以前的版本使用了对旧的反向传播技术的修改,该技术往往会陷入局部极端,因此有必要重复最小化过程。现在,已经开发出一种基于遗传算法和个体神经元体细胞自适应机制的新自适应机制。这个新的自适应模块正在被实施到RUDO系统原型中。


具有反向传播自适应机制的前馈神经网络使用已安装的运动检测器向系统发出信号,以在各个区域创建时间戳。运动检测器的安装方式可确保每两个检测器之间的内部环境质量不同。这可以测量一个人在克服环境中的特定障碍物时的移动长度。一个人在扫描轨迹上的移动会产生N+1个时间戳。相邻邮票之间的时间差创建一个N维向量。该向量通过记录特定人在质量不同的区域中的移动时间来指定特定人的移动。很明显,儿童的运动矢量与老年人的运动矢量不同;但即使是年龄相近的人的向量也会根据他们如何接近各个区域而有所不同。


在为人生成运动质心之后,可以测量他们与新创建的运动矢量的距离。如果该值在质心的允许范围内,则识别传入的人。神经网络的输入和输出一般是一个向量。然后将输出转换为一个数字,该数字指定已识别人员姓名表中的索引。AmI系统RUDO包含一个带有前馈神经网络的模块,其输入是运动矢量。输出是一个实数,适用以下规则:


如果输出远离整数≤delta,则已生成索引

如果已生成索引且小于表中姓名的数量,则此人已被识别

在其他情况下,系统会产生使神经网络适应新模式的冲动。


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RUDO系统的分类法使用相对较小的神经网络。尽管范围很小,但它足以识别家庭成员并区分已知和未知的人。使用的神经网络有以下四层:


输入层——七个感受器

内层——80个神经元

内层——40个神经元

输出层——一个效应器。

为了确保盲人的安全,需要对从外进来的人进行识别。当有人从一楼进来时,楼下大厅的一个探测器被激活,另一个探测器在入口上方-看图2.这使得区分来自外部的人成为可能,这是最关键的群体。当有人仍在厨房门前时,放置在书房门上方的传感器会被激活。因此,当有人从楼梯进入公寓时,他们会穿过厨房,在人进入书房之前,RUDO会在室内扬声器中宣布,例如,“走近的人是你的女儿”。而当神经网络没有识别到这个人时,RUDO会宣布:“接近的人是未知的”。


语音和方向声音合成的软件服务使用两个扬声器进行广播——一个楼梯和一个室内扬声器。室内音箱主要覆盖厨房和书房。室内扬声器播放RUDO产生的所有声音。楼梯扬声器提醒打开前门,告别并欢迎到达的人。为了发布这些公告,GOBLIN语音合成器也是该软件服务的一部分。该合成器可以独立安装在计算机上并供其他应用程序使用。


RUDO通过室内扬声器宣布家庭系统各个部分的各种状态。状态报告总是包括特定的信息声音和通知本身。一些公告示例如下:


“客厅里的电池,南散热器,电量低”——当Z-Wave电池电量低于10%时,所有散热器都有类似的公告。

“应开启加热”——当自动加热关闭且室温降至临界水平以下时。

“火应该加起来”——当加热使用固体燃料并且锅炉温度下降到基于热损失函数计算的最低水平以下时。

“警告。固体燃料锅炉过热!”——当固体燃料锅炉的温度升至90°C以上时。

当加热客户端打开时,此扬声器用于相关声音,例如等温阀的定期状态报告、加热激活等。


除了人类语音的合成,RUDO还使用了一些定向声音,使盲人在房子里的运动中更容易定位,或者与他或她当前在计算机上所做的事情相关联。有两种类型。第一个是由室内或楼梯扬声器宣布的环境定向声音,已在有关安全和分类的软件服务部分中介绍过。第二种是在使用计算机或使用来自属于该特定计算机站的扬声器的ROWS模块时提供快速反馈的定向声音。第二种类型的定向声音将结合它们在ROWS模块中的使用进行简要介绍。


ROWS模块的定向声音主要是在使用计算机时提供反馈,盲人以简短的情感声音的形式接收反馈,例如,关于某事是否成功。在使用神经网络和遗传自适应机制时,盲人用户通常不需要阅读显示器的内容,因为声音表达了他或她需要知道的内容。例如,对于适应速度的适应和统计评估,可以有以下具有各自含义的声音:孩子的笑声——最小化过程的速度正在增加;孩子的哭声——适应的速度正在下降;一个同意的孩子——速度是恒定的。ROWS模块在5.3节中有更详细的描述。


RUDO系统还包括加热软件服务,它执行加热过程、锅炉中的水加热和区域温度调节软件服务,它通过Z-Wave控制器调节每个房间的温度。结合这两种服务实现了两阶段供暖调节。在供暖自动化的设计过程中,重点关注了盲人的两个重要需求:


从长远来看,节省能源,从而节省金钱。这种需求对盲人来说越来越重要,因为他们的残障使他们更难找到工作,即使他们找到工作,他们的工资通常也很低。例如,在斯洛伐克,一半以上的盲人依赖国家提供的社会福利。因此,盲人常常生活在贫困的边缘。

供盲人使用的特殊用户界面可完全操作供暖系统。目前,尚未制造带有盲人用户界面的供暖系统——另见,该节重点介绍了当前盲人用户界面的限制。加热可以在连接到本地网络的任何计算机上操作,也可以通过远程访问本地网络来操作。有两个客户端可供有视力的人和盲人操作供暖。

这种区域温度调节解决方案使盲人能够获取有关每个房间区域温度的信息,并能够设置所需的温度。该客户端的一个重要部分是时间表,通过该时间表可以设置区域和时间的加热,以便仅在当前正在使用的房间中打开它。这会产生一种全时加热的错觉,从而在不损失舒适度的情况下显着节省能源。RUDO系统的这个模块在5.4节中有更详细的描述。


3.用于在家外看管孩子的装置

虽然RUDO是为盲人设计的家庭AmI系统,但它通过另一个与家庭居住环境间接相关的功能进行了扩展。该系统的原型安装在与花园相邻的独立式住宅中,使用该系统的盲人有一个视力正常的孩子。当盲人在屋内时,这就产生了在花园玩耍时监督小孩的需要。有视力的人可能会通过向窗外看来检查孩子,但对于盲人来说,向外看会被房屋周围的外部麦克风记录和处理的声音所取代。如果有问题,盲人父母知道孩子在花园的哪个部分,他们可以去那里提供帮助。


RUDO系统的一部分是为仅通过听觉来监督屋外儿童而调整的音频技术。音频技术也用于放大计算机音频输出。该模拟音频系统不直接连接到HomeMiniserver,而是连接到研究中的主计算机。该音频集包括:


五个电容麦克风

四个参数前置放大器,

迷你搅拌机,

末级放大器4+1,

扬声器系统。

该模块的基础是四个外部麦克风,它们位于房屋屋顶正下方,朝向四个主要方向。然后盲人听所有四个麦克风的声音,这些麦克风经过处理,只过滤孩子的声音。来自外部麦克风的声音由参数频谱带滤波器处理。这最大限度地减少了干扰噪音,麦克风可以从更远的距离记录儿童的声音。产生的声音可以在研究中的4+1扬声器上听到,也可以通过不会打扰屋内其他人的耳机听到。当使用耳机收听外部声音时,书房的内部麦克风也会打开,以防另一个家庭成员与书房中的盲人说话。借助该设备,盲人能够确定孩子在花园中的大致位置,并对他或她所说的话做出反应


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