基于环境智能的辅助生活系统的分析与开发

论文摘要

近年来,各国老龄化趋势越来越严重,这意味着越来越多的老年人将会使用各种医疗服。庞大的医疗费用开销,为国家财政带来了巨大的压力。与此同时,越来越多的老年人既希望尽量长寿,但又不愿意麻烦他人特别照顾,他们希望的是能够自我护理。在这样一种背景下,人们提出了辅助生活(Assisted Living)的概念,通过使用环境智能技术,可以建立一个能接收从大量无处不在的传感器传来信息的家庭智能网络,用于建立一套智能的生活辅助和医疗监护的系统。本文旨在智能家居系统构架基础上分析与开发一种新型的以环境智能技术为支撑的辅助生活系统解决方案。论文第一章结合国内外环境智能发展情况,在此基础上引出了辅助生活智能系统的整体架构,阐明了辅助生活系统的重要性和必要性。在第二章中,论文提取出辅助生活智能系统的四大功能模块:家庭自动化模块、监视与应急处理模块、本地服务模块和远程服务模块;同时给出了硬件选型和软件设计具体方案;论文第三章,是对系统实现所依赖的若干关键技术的理论分析。论文第四章,对系统网路层相关服务发现协议进行了深入的研究,设计出了适用于本论文的辅助生活服务发现协议并用软件进行了验证。论文第五章,作者应用Java 3D API和3D MAX软件结合计算机图形学,三维建模理论等技术,设计并建立了适用于辅助生活系统的的三维监控实景,编写了三维模型调用方法和实时三维互动方法,在为监控人员提供了直观、精确的实时显示的同时,也使系统对用户的展示效果大为优化。论文第六章,对辅助生活智能系统用户活动子系统给出了完整的解决方案,利用Java串口通信设计并实现了采集数据的打包、传输、解包和相应的监控显示。最后通过实验验证了软件的正确性和稳定性,系统运行正常,符合设计需求。论文最后一章是对整篇文章的总结和对辅助生活未来的展望,同时也分析了该系统在当前存在的不足以及今后的努力方向。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 智能家居系统
• 1.1.1 智能家居概述
• 1.1.2 国内外智能家居的发展现状
• 1.2 环境智能
• 1.2.1 环境智能的特点
• 1.2.2 环境智能的跨学科性
• 1.2.3 环境智能的应用领域
• 1.3 环境智能在辅助生活中的应用
• 1.3.1 辅助生活的概念
• 1.3.2 环境智能应用于辅助生活中
• 1.4 主要研究工作及论文组织
• 2 辅助生活系统的基本模块和的总体实现方案
• 2.1 系统整体架构
• 2.2 辅助生活的硬件方案
• 2.2.1 家庭自动化模块硬件
• 2.2.2 监视与应急处理模块硬件
• 2.2.3 本地服务模块硬件
• 2.2.4 远程服务模块硬件
• 2.3 辅助生活的软件方案选择
• 2.3.1 服务的整体架构
• 2.3.2 软件开发平台
• 2.3.3 控制和管理软件平台
• 2.3.4 图形用户界面监控平台
• 2.4 本章小结
• 3 辅助生活系统的若干关键技术
• 3.1 智能家居控制系统
• 3.1.1 辅助生活与ABB i-bus
• 3.1.2 i-bus工作原理
• 3.1.3 i-bus的设计过程
• 3.2 超宽带定位
• 3.2.1 UWB的定位优势
• 3.2.2 UWB定位技术理论基础
• 3.2.3 Ubisense RTLS系统
• 3.3 RFID标签定位
• 3.3.1 RFID系统组成
• 3.3.2 辅助生活RFID室内定位方案设计
• 3.4 OSGi软件开发框架
• 3.4.1 OSGi历史
• 3.4.2 OSGi架构
• 3.4.3 程序设计方式
• 3.4.4 辅助生活系统开发与OSGi的关系
• 3.5 本章小结
• 4 辅助生活系统服务发现协议研究
• 4.1 服务发现协议应用于辅助生活
• 4.1.1 服务发现应用于辅助生活的意义
• 4.1.2 需求分析
• 4.2 常见服务发现协议
• 4.2.1 UPnP协议
• 4.2.2 SLP协议
• 4.2.3 Jini协议
• 4.2.4 Salutation协议
• 4.3 适用于辅助生活系统的服务发现协议
• 4.3.1 协议总体架构
• 4.3.2 协议数据结构
• 4.4 辅助生活服务代理与用户代理的软件实现
• 4.4.1 服务代理的软件实现
• 4.4.2 用户代理的软件实现
• 4.5 本章小结
• 5 辅助生活系统综合监控三维图形界面开发
• 5.1 设计意义和目标
• 5.2 Java 3D应用程序接口
• 5.2.1 Java 3D介绍
• 5.2.2 Java 3D的场景图数据结构
• 5.2.3 Java 3D API中类的结构
• 5.3 辅助生活三维场景的建立
• 5.3.1 三维模型框架的建立
• 5.3.2 材质的添加
• 5.3.3 导入OBJ对象文件
• 5.4 场景的漫游
• 5.4.1 视点控制
• 5.4.2 鼠标交互设计
• 5.5 3D模型的调用
• 5.6 实时三维互动方法函数设计
• 5.6.1 createConeTransformGroup方法
• 5.6.2 setConePosition方法
• 5.6.3 openDoor方法
• 5.7 本章小结
• 6 用户活动监控子系统设计与实现
• 6.1 设计目标
• 6.2 系统分析
• 6.2.1 需求分析
• 6.2.2 Java类和comm.jar开发包
• 6.2.3 数据包帧格式设计
• 6.3 数据发送程序的设计和实现
• 6.3.1 数据帧结构
• 6.3.2 数据打包
• 6.3.3 数据发送函数
• 6.3.4 串口发送
• 6.4 上位机监控软件的设计与实现
• 6.4.1 上位机监软件配置
• 6.4.2 串口编程
• 6.4.3 数据帧解包方法设计
• 6.4.4 待显示数据控制
• 6.4.5 数据显示
• 6.5 实验
• 6.5.1 实验平台说明
• 6.5.2 实验场景设计
• 6.5.3 系统正确率和稳定性分析
• 6.6 本章小结
• 7 总结与展望
• 参考文献
• 附录 A
• 附录 B
• 附录 C
• 附录 D
• 附录 E
• 附录 F
• 附录 G
• 附录 H
• 作者简历
• 学位论文数据集