CN106707777A - 基于云系统的智能家居远程控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于云系统的智能家居远程控制的实现，主要包括智能终端与控制终端的软硬件实现以及云服务器的架构实现，智能终端通过云系统服务器与智能家居建立通信，实现远程控制与全局管理，具有一定的可行性。其特征在于：穿戴设备包括智能手表、智能眼镜等各类可实时通讯的设备，客户首先通过Web客户端建立控制终端与云系统服务器的数据通讯，云系统服务器再与智能终端建立通信，两个通信链路都有各自的通信协议，确保安全性。本发明的特点在于首先充分利用云系统服务器的DSIUS特性,安全特性,超大容量,易拓展性以及超高运算能力，其次充分利用穿戴设备的便捷高效实现对智能家居的远程控制。
Description
技术领域
本发明属于智能家居控制技术领域，尤其涉及一种基于云系统的智能家居远程控制系统，通过智能穿戴设备进行远程控制。
背景技术
在解决了基础物质生活需求的今天，随之科技的不断进步，人们的生活也受到潜移默化的影响，促使人们在追求家庭生活现代化,居住环境舒适化,智能化的道路上前进，为此智能家居应运而生，所谓智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术,网络通信技术,安全防范技术,自动化控制技术,音视频技术,电子技术等将家居生活有关的设施集成，构成高效的住宅设施与家庭日常事务的管理系统，提升家居安全性,便利性,舒适性,艺术性，并实现环保节能的居住环境。
云计算时代的到来引发了信息技术革命，整个互联网变成一台无所不能的超级计算机，数据中心成为“主板”，宽带网络成为“总线”，连接着分布的大量同构的计算和存储单元，共同完成更大的计算和存储任务，以满足互联网的海量数据增长需求。高达10万亿次/秒的高速运算能力使得云控制成为智能家居的一个新的发展方向，云控制使得基于虚拟化的操作系统得以实现，带来了空前的应用整合能力以及资源利用率的极大提升，硬件资源“软件化”，同时也使得硬件资源的使用更为灵活，也更具拓展性。
发明内容
本发明的目的对当今智能家居进行了改进，提供了一种基于云系统的智能家居远程控制系统，更加智能化与人性化。为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现。
本发明是一种基于云系统的智能家居远程控制系统，包括智能终端与控制终端的软硬件实现以及云服务器的架构实现，所述控制终端包括控制终端外壳以及核心处理器，所述核心处理器与总线隔离模块、电源模块、无线全面整合模块、存储模块、警报模块、智能语音模块、触控显示模块、虹膜识别系统模块、网卡协调模块、 数据采集模块、SDRAM模块、Nandflash模块、无线网卡，以太网模块连接；图像采集模块、图像处理分析模块、用户识别处理模块、智能语音模块、用户登记处理模块、执行控制模块、触控显示模块、数据处理模块、虹膜扫描模块与虹膜识别系统模块连接。
进一步，所述无线全面整合模块与网卡协调器CC2530组成的ZigBee网络可以将云系统服务器发送的数据包发送给搭载有ZigBee网络的智能家居，以此控制智能家居，同时也可以回传数据给云服务器，实现双向通信；所述存储模块用于储存智能家居发送的重要数据信息，比如摄像头拍摄的视频，以便用户日后方便查看；所述警报模块在侦察到紧急或者突发情况时，触发报警机制，提高安全性；所述智能语音模块可以快速识别用户的语音信息，并且根据需要播报系统服务信息；所述触控显示模块可以以更友好的图形化方式播报信息。
进一步，所述虹膜识别系统包括通过图像采集模块、图像处理分析模块、用户识别处理模块、智能语音模块、用户登记处理模块、执行控制模块、触控显示模块、数据处理模块、虹膜扫描模块，图像采集模块将采集到的用户生物特征信息经过图像处理模块处理成可识别的特征量，该特征量会在用户登记处理模块注册，最后被数据处理模块处理。等下次用户进行虹膜扫描时，图像采集模块采集到的生物特征量经过同样的处理会与已注册的生物信号对比，这一功能是由用户识别处理模块以及数据处理模块的图像数据传输存储管理单元与特征数据存储管理单元完成，当确定不是安全使用者时，触发报警装置。
进一步，智能终端包括智能终端外壳和核心处理器，所述核心处理器与总线模块、虹膜识别系统、北斗定位导航模块、智能语音模块、无线通信模块、模式选择模块、电源模块、网络通信模块、GSM/GPRS模块、虚拟显示模块、SDRAM模块、Nandflash模块；虹膜识别系统包括图像采集模块、图像处理分析模块、用户识别处理模块、智能语音模块、用户登记处理模块、执行控制模块、虚拟显示模块，数据处理模块、虹膜追踪模块。
进一步，所述北斗定位导航模块可以与卫星进行数据通信并收发卫星的定位信息；所述网络通信模块可以与云系统服务器进行双向通信，发送的数据包依次通过云服务器、Web服务器、控制终端以及ZigBee网络，最终被智能家居接收；所述虹膜识别系统通过扫描使用者虹膜确定是否为安全用户，当为非安全用户时，智能设备进入休眠状态，提高安全性，同时该系统的虹膜追踪模块捕捉眼球的运动轨迹并判断是否有眨眼动作，并将此信号传送至执行控制模块，最终反映于显示模块，实现控制；所述GSM/GPRS模块为用户提供语音通信功能。
进一步，Web服务器将云服务器与家庭局域网连接，这样便可形成一条完整的数据通信链，Web 客户端发送的请求依次经过云服务器、Web服务器，再经过由ZigBee组成的家庭局域网，最终被智能家居接收，实现远程控制。所述控制终端（1）云系统服务器（2）智能终端（3）与Web服务器（4）的通信机制均基于互联网。
进一步，云系统除了担负保证数据链通信的功能，同时备份安防系统的数据，这些数据的安全性由后台负责维护，用户可以设置数据自动备份功能，若数据存储量达到用户设置的上限阀值或者存储天数上限阀值，安防系统将数据自动上传用户个人云服务器系统，数据的安全性通过后台严密的加密算法来保证，充分利用云服务器的大存储来减轻用户在硬件存储上的经济开销。
本发明基于云系统的智能家居远程控制系统，其特点在于充分利用云系统服务器的DSIUS特性,安全特性,超大容量,易拓展性以及超高运算能力，用户通过穿戴设备实时监控并操控智能家居，同时采用集约化管理，提高布线的简洁度与处理效率，为智能家居远程控制带来突破性进步，带来更好的用户体验。
附图说明
图1 为控制终端系统各个模块连接框图。
图2 为控制终端、ZigBee协调器与智能家居终端的关系图。
图3 为网关总体框图。
图4 为Web系统模型图。
图5 为虹膜识别系统图。
图6 为虹膜控制概念构想图。
图7 为智能家居进行本地验证原理图。
图8 为客户端进行本地验证原理图。
图9 为本地与云服务器验证原理图。
图10 为通过云服务器的远程控制验证。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
参照附图2，本发明所涉及的基于云系统的智能家居远程控制系统，包括控制终端1、云系统服务器2以及智能终端3，其特征在于：所述控制终端1包括控制终端外壳1-1和核心处理器1-2，所述核心处理器1-2与总线隔离模块1-3、电源模块1-4、无线全面整合模块1-5、存储模块1-6、警报模块1-7、智能语音模块1-8、触控显示模块1-9、虹膜识别系统模块1-10、无线网卡1-11、网卡协调模块1-12、数据采集模块1-13、SDRAM模块1-14、Nandflash模块1-15、以太网模块1-16连接；图像采集模块1-17、图像处理分析模块1-18、用户识别处理模块1-19、智能语音模块1-8、用户登记处理模块1-20、执行控制模块1-21、触控显示模块1-9、数据处理模块1-22、虹膜扫描模块1-23与虹膜识别系统模块1-10连接。
所述核心处理器1-2采用S5PV210处理器，该处理器是三星推出的一款适用于嵌入式的专业级处理器，S5PV210采用了ARM CortexTM-A8内核，主频可达1GHZ，64/32位内部总线结构，支持WindosCE/Linux/Android/Ubuntu系统，我们将Contiki操作系统移植到S5PV210嵌入式平台，同时提供十分丰富的外围接口，包括：237 个GPIO,高达400kb/s传输速率的3-ch IIC Bus，4个Uarts等，可以充分满足智能家居的高性能控制。
所述无线网卡1-12采用DM9000模块。
所述存储模块1-6采用SD卡存储模块，该模块与数据采集模块、红膜识别系统连接，保存采集到的大容量数据，该模块从RS-232串口接收需要存储的数据，顺序写入SD卡。
所述数据采集处理模块1-14与存储模块1-6连接，共同完成数据采集与分析，并将当前数据与分析处理后的数据存储于后台数据库中，数据采集模块主要采集家庭温度、湿度以及气体成分检测以及火情检测等，实现信息感知与实时监控。
所述无线全面整合模块1-5采用MZ100 ZigBee微控制器、MB300蓝牙微控制器、MW300 Wi-Fi微控制器整合模块，该模块由全球芯片解决服务商Marvell提供，其中MZ100ZigBee微控制器支持802.15.4/ZigBee协议，由于ZigBee技术在无线组网Mesh组网方面有极大优势，故用于智能照明等以及多终端间的互联，例如通过ZigBee可精确操控特定位置的灯具的开与关或者窗帘的开合，同时可与其他器件包括蓝牙、Wi-Fi无缝对接；MB300蓝牙微控制器支持双模蓝牙4.1，由于蓝牙技术的“近距离感测”优势，适合用于智能家居间的互动；MW300 Wi-Fi微控制器支持802.11n Wi-Fi协议，用于智能家居中冰箱、冷气机等家电与家庭网络的长时间连接。三款微控制器均支持SPI、I2C、UART、PWM、ADC和DAC，易于与传感器等其他组件连接，因此可以实现无缝对接，高度集成。
进一步，MZ100 ZigBee软件含有一套主机API，通过Marvell Wi-Fi/ZigBee网关设计，使用户可充分控制家居设备，该网关采用ZigBee全球无线网络标准，使客户无缝的利用手机、穿戴设备、专门的网站通过Web客户端控制其家庭设备；同时，利用ZigBee网关作为适配器，为利用标准IP网络基础设施控制基于ZigBee和Wi-Fi的设备提供方便，该模块支持点对多点无线串口通信。
进一步，通过Marvell专有配套工具Marvell EZ-Connect软件可以实现对Wi-Fiheadless设备简单、快速的配置，该软件与领先IOT云服务商实现内置集成，全套中间件组件支持业界标准Web协议，包括HTTP、TLS/SSL、BSD Socket、Web-Socket、JSON及XML语法分析程序，以实现与云服务的有效集成；灵活的通信模式可实现P2P应用、设备至设备通信、与移动客户端及云服务无缝集成及安全部署。
进一步，参照附图2，考虑到针对存储空间受限的网络化嵌入式系统和无线传感器网络的多任务操作系统，我们选用Contiki操作系统，该系统支持uIPV6/uIPV4协议栈、TCP/UDP协议、动态加载等网络协议栈，该协议为开源操作系统且非常适合物联网时代的智能设备，通过移植该系统到S5VP210平台；而运行于该系统的ZigBee协议则采用Freakz协议栈，此协议栈也为开源，因此具有良好的可移植性，通过与CC2530网卡协调模块的组网可实现数据采集与远程控制，但是Contiki操作系统不支持CC2530模块，且该系统最初是在Linux环境下运行，故需对此操作系统进行移植，方可实现。
进一步，参照附图3，由于Freakz协议栈与Internet网络协议并不兼容，因此还需要一套ZigBee网关将ZigBee网络并入Internet网络中，这样才能实现两个异构网络的数据互通。我们仍选用S5PV210嵌入式平台，基于Contiki操作系统与Freakz协议栈，设计出嵌入式网关解决方案，以此实现智能家居的远程控制。在该网关中，ZigBee网络利用开源ZigBee协议Freakz协议栈与Contiki操作系统通信，而Internet外网利用网编借口与该系统通信，这套系统是网关的基础；将Contiki操作系统移植到S5VP210嵌入式平台，当远程智能终端发送的数据包依次通过云服务器、Web服务器，最终被以太网模块1-16接收，因为Contiki系统支持Internet协议与ZigBee协议，该数据包最终被ZigBee模块接收，此时搭载有ZigBee网络的智能家居便会收到控制指令，这就是数据包的完整的数据传输链路，以此实现智能家居的远程控制；同时，该系统也支持反向数据传输，即智能家居的状态信息会通过该系统传输至远程智能终端，数据传输链路与上述一样。
参照附图4，ZigBee协调器建立的家庭局域网需要通过Internet才能与云系统服务器连接，因此还需要设计一个起桥梁作用的Web服务器4，我们采用客户机/服务器模式将局域网连接到云系统服务器，用户可利用Web客户端在云服务器的帮助下实现与Web服务器的通信，将数据包发送到ZigBee接收端。Web客户端采用层级设计，提供家居管理、账户管理与语音通信三个主干单元，每个主干单元又下辖若干二级单元。家居管理又包含查看设备、绑定设备与解除设备，查看设备又下辖三级单元，包括修改信息、发送控制指令等；账户管理提供注册等基本功能以及管理终端的功能；语音通信提供消息提醒、语音电话功能，将一些常用的应急号码存储于设备，以便快速调用，搭载的智能语音模块识别语音输出，实现短信发送、电话拨打等功能，此外还需要GSM/GPRS模块协助完成。
参照附图10，所述云系统服务器2处于核心地位，采用Iaas、Paas和Saas整合方式构建服务平台，其通过加密算法对控制终端1发送的数据进行响应并处理，进而对智能终端3发送相应信息，获取相应的处理；反之，也可处理控制终端发送的数据包，并最终引起智能终端的响应。Iaas（Infrastructure as a service）即基础设施即服务，该分层处于最下层，可以为上层平台提供存储、处理、网络、操作系统及其他必要的应用程序；Paas（Platform as a service）即平台即服务，该分层处于中间层，Paas在Iaas提供的虚拟服务器的基础上为用户提供开发语言工具和数据库应用等；Saas（Software as a service）即软件即服务，该分层处于最上层，用户可以通过浏览器网页或者App客户端进入该层，使得应用更加简便。
参照附图（7）、附图（8）、附图（9）、附图（10），用户通过家庭网关向云系统服务器注册账号及密码，云服务器便将此账号设置为用户的唯一识别码；当进行远程控制时，用户首先在智能终端输入该账号及密码，并请求登录云服务，在通过云服务器的审核后回应智能终端，此时智能终端处于等待链接状态，云服务器同时向关联的控制终端发送请求连接数据，控制终端审核通过并向云系统发出回应信息，云系统再向智能终端发出回应信息以及关联的控制终端的状态信息，确认可以通信。此后智能终端与云服务器、云服务器与控制终端分别协商加密传输协议，确认无误后便可通过云系统服务器进行远程控制，在控制过程中，云系统服务器会对采集的数据实时更新，保持数据同步，由于整个过程都是在加密协议下进行的，因此具有相对高的安全性。
所述智能终端3包括智能终端外壳3-1和核心处理器3-2，所述核心处理器3-2与总线模块3-3、虹膜识别系统3-4、北斗定位导航模块3-5、智能语音模块3-6、无线通信模块3-7、模式选择模块3-8、充电模块3-9、网络通信模块3-10、GSM/GPRS模块3-11、虚拟显示模块3-12、SDRAM模块3-13、Nandflash模块3-14连接；图像采集模块3-15、图像处理分析模块3-16、用户识别处理模块3-17、智能语音模块3-6、用户登记处理模块3-18、执行控制模块3-19、虚拟显示模块3-12、数据处理模块3-20、虹膜追踪模块3-21与虹膜识别系统3-4连接。数据处理模块具有图像数据传输存储管理与特征数据存储管理功能；智能终端系统各个模块连接框图同附图1。
参照附图5与附图6，虚拟显示模块3-12采用透明显示屏模块，用于显示Web客户端的控制界面，搭载的虹膜识别系统通过捕捉虹膜3-22的运动轨迹，并通过特定的方式反映在控制面板上，这样显示屏上的箭头就会跟随虹膜的运动而运动，用户通过眨眼的方式控制，类似于鼠标点击。用户在第一次使用时，图像采集模块3-15提取用户生物特征信息，并在图像处理分析模块3-16与用户登记处理模块3-18的辅助下将该信息推送至数据处理模块3-20。每次使用用户识别处理模块3-17都会将采集的生物特征信息与注册的生物信息对比并判定，若正常则开启虹膜服务，反之开启自我保护功能，关闭该服务并发出警告信息。当虹膜检测模块检测到眨眼动作时，便会选中目标，此时搭载的无线传输模块也会将该信号通过云系统服务器传输至Web服务器，Web服务器再将该信号传至控制终端，控制终端再通过无线全面整合模块将该信号发送至搭载有ZigBee网络的智能家居，进而实现远程控制。
以上所述为本发明的具体实施方式，包括对软件、硬件以及原理框图的概述，将控制终端、云系统服务器以及智能终端（如智能眼镜）之间的关系进行阐述，通过引入云系统来实现智能家居远程控制，使得智能家居更“智能”。
Claims (6)
1.一种基于云端的智能家居远程控制系统，包括控制终端（1）、云端服务器（2）、智能终端（3）以及Web服务器（4），其特征在于：所述控制终端（1）包括控制终端外壳（1-1）和核心处理器（1-2），所述核心处理器（1-2）与总线隔离模块（1-3）、电源模块（1-4）、无线全面整合模块（1-5）、存储模块（1-6）、警报模块（1-7）、智能语音模块（1-8）、触控显示模块（1-9）、虹膜识别系统模块（1-10）、无线网卡（1-11）、网卡协调模块（1-12）、数据采集模块（1-13）、SDRAM模块（1-14）、Nandflash模块（1-15）、以太网模块（1-16）连接；虹膜识别系统（1-10）与智能终端（3）的虹膜识别系统（3-4）构架相同。
2.根据权利要求1所述的一种基于云系统的智能家居远程控制系统，其特征在于：所述云系统服务器（2）处于核心地位，采用Iaas、Paas与Saas整合方式构建服务平台，其通过加密算法对控制终端（1）发送的数据进行响应并处理，进而对智能终端（3）发送相应信息，获取相应的处理；反之，也可处理控制终端发送的数据包，并最终引起智能终端的响应。
3.根据权利要求1所述的一种基于云系统的智能家居远程控制系统，其特征在于：所述智能终端（3）包括智能终端外壳（3-1）和核心处理器（3-2），所述核心处理器（3-2）与总线模块（3-3）、虹膜识别系统（3-4）、北斗定位导航模块（3-5）、智能语音模块（3-6）、无线通信模块（3-7）、模式选择模块（3-8）、电源模块（3-9）、网络通信模块（3-10）、GSM/GPRS模块（3-11）、虚拟显示模块（3-12）、SDRAM模块（3-13）、Nandflash模块（3-14）连接；图像采集模块（3-15）、图像处理分析模块（3-16）、用户识别处理模块（3-17）、智能语音模块（3-6）、用户登记处理模块（3-18）执行控制模块（3-19）、虚拟显示模块（3-12）、数据处理模块（3-20）、虹膜追踪模块（3-21）与虹膜识别系统（3-4）连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于云系统的智能家居远程控制系统，其特征在于：所述虚拟显示模块（3-12）通过嵌入Web客户端显示友好人机交互界面，包括智能家居的控制选项，并且虹膜识别系统模块（3-4）捕捉眼球的运动轨迹，该信号通过特殊方式传递到显示面板上，此时面板上的箭头便会跟随虹膜的运动而运动，当需要控制某一选项时，仅需通过眨眼的方式选中控制选项，之后该信号通过云系统服务器传送至Web服务器（4），Web服务器（4）再将该信号传至控制终端（1），控制终端（1）再通过无线全面整合模块（1-5）将该信号发送至搭载有ZigBee网络的智能家居，进而实现远程控制。
5.根据权利要求1所述的一种基于云系统的智能家居远程控制系统，其特征在于：所述Web客户端采用层级设计，采用.NET语言设计，提供家居管理、账户管理与语音通信，家居管理又包含查看设备、绑定设备与解除设备，提供相应的控制指令等；账户管理提供注册等基本功能以及管理终端的功能；语音通信提供消息提醒、语音电话功能，将一些常用的应急号码存储于设备，以便快速调用，识别功能依靠智能语音模块（3-6）完成，而语音电话与短信功能依靠GSM/GPRS模块（3-11）完成。
6.根据权利要求1所述的一种基于云系统的智能家居远程控制系统，其特征在于：所述云系统除了担负保证数据链通信的功能，同时备份安防系统的数据，这些数据的安全性由后台负责维护，用户可以设置数据自动备份功能，若数据存储量达到用户设置的上限阀值或者存储天数上限阀值，安防系统将数据自动上传用户个人云服务器系统，数据的安全性通过后台严密的加密算法来保证，充分利用云服务器的大存储来减轻用户在硬件存储上的经济开销。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Application publication date: 20170524 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |