CN110107188A - 一种智能窗系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能窗系统，包括智能窗体，用于采集视频信息的摄像头，与摄像头连接的用于基于视频信息获取手势动作参数、并分析手势动作参数得到控制指令的控制器，分别与控制器和智能窗体连接的用于控制智能窗体开合的执行器；其中，控制器根据控制指令控制所述执行器，继而控制智能窗体的开合。可见，本发明提供的智能窗系统不仅可以远程操控，还无需红外遥控器，即用户空手就可以操纵智能窗体的开关，这极大方便了用户尤其是老年用户的使用，优化了用户体验。

Description

一种智能窗系统

技术领域

本发明涉及人工智能技术领域，特别是涉及一种智能窗系统。

背景技术

在现代社会，窗户不仅仅是用于保温隔热、进行室内透光的装置，还逐渐具备更多的功能。随着科技进步，人们对于生活质量的要求也逐渐提高，传统的家居窗户仅有的遮风避雨、遮阳隔音的功能已经不能满足人们对智能家居生活的要求。为了便于调控窗体的开关，如今市面上出现一种智能窗，集成了红外遥控系统，用户无需靠近窗户，就可以通过红外遥控器控制窗户和窗帘的开关，极大方便了用户使用。

然而，这种通过红外遥控控制窗体开关的智能窗由于需要配合红外遥控器使用，当需要开关窗户时，用户先要找到红外遥控器，并且随着使用时间增加，还要为红外遥控器更换电池。同时，由于红外遥控器上的键位繁琐复杂，这种通过红外遥控控制窗体开关的智能窗不利于年长者使用。

可见，现有的通过红外遥控控制窗体开关的智能窗还是给用户带来了使用不便的问题，已经不能满足用户需要。

优化智能窗设计，提供一种更加便于使用的智能窗，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能窗系统，提供了一种更加便于使用的智能窗，无需红外遥控器即可进行窗体的开关，提高了用户体验。

为解决上述技术问题，本发明提供一种智能窗系统，包括智能窗体，用于采集视频信息的摄像头，与所述摄像头连接的用于基于所述视频信息获取手势动作参数、并分析所述手势动作参数得到控制指令的控制器，分别与所述控制器和所述智能窗体连接的用于控制所述智能窗体开合的执行器；

其中，所述控制器根据所述控制指令控制所述执行器，继而控制所述智能窗体的开合。

可选的，所述控制器基于所述视频信息获取所述手势动作参数、并分析所述手势动作参数得到所述控制指令，具体包括：

所述控制器基于三维卷积神经网络在所述视频信息中拆分得到视频片段，并在所述视频片段中提取所述手势动作参数；

所述控制器调用softmax函数对所述手势动作参数进行分类识别，得到所述控制指令。

可选的，所述执行器具体包括与所述控制器连接的L298N电机驱动板、与所述L298N电机驱动板连接的电机以及与所述电机连接的用于带动所述智能窗体开合的传动装置。

可选的，还包括与所述控制器连接的用于采集环境参数的传感器；

所述控制器还用于在所述环境参数大于与所述传感器对应的阈值时控制所述智能窗关闭。

可选的，还包括与所述传感器连接的用于显示所述环境参数的显示器。

可选的，所述传感器具体包括光敏传感器、温度传感器、湿度传感器和粉尘传感器中的至少一种。

可选的，还包括与所述控制器连接的红外接收器。

可选的，还包括与所述控制器连接的通信器。

可选的，所述通信器具体为GSM通信器。

可选的，还包括与所述控制器连接的报警器；

所述控制器还用于基于所述视频信息进行人脸识别，并在人脸识别结果为非注册用户时控制所述报警器进行报警。

本发明所提供的智能窗系统，包括智能窗体，用于采集视频信息的摄像头，与摄像头连接的用于基于视频信息获取手势动作参数、并分析手势动作参数得到控制指令的控制器，分别与控制器和智能窗体连接的用于控制智能窗体开合的执行器；其中，控制器根据控制指令控制所述执行器，继而控制智能窗体的开合。可见，本发明提供的智能窗系统不仅可以远程操控，还无需红外遥控器，即用户空手就可以操纵智能窗体的开关，这极大方便了用户尤其是老年用户的使用，优化了用户体验。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明实施例提供的一种智能窗系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种智能窗系统的电路图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种智能窗系统，提供了一种更加便于使用的智能窗，无需红外遥控器即可进行窗体的开关，提高了用户体验。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种智能窗系统的结构示意图。

如图1所示，本发明实施例提供的智能窗系统包括智能窗体101，用于采集视频信息的摄像头102，与摄像头102连接的用于基于视频信息获取手势动作参数、并分析手势动作参数得到控制指令的控制器103，分别与控制器103和智能窗体101连接的用于控制智能窗体101开合的执行器104；

其中，控制器103根据控制指令控制执行器104，继而控制智能窗体101的开合。

在具体实施中，控制器103可以选用STM32F103控制器。执行器104具体可以包括与控制器103连接的L298N电机驱动板、与L298N电机驱动板连接的电机以及与电机连接的用于带动智能窗体开合的传动装置。智能窗体101包括但不限于百叶窗、平拉窗、窗帘等。

控制器103基于视频信息获取手势动作参数、并分析手势动作参数得到控制指令，具体包括：

控制器103基于三维卷积神经网络在视频信息中拆分得到视频片段，并在视频片段中提取手势动作参数；

控制器103调用softmax函数对手势动作参数进行分类识别，得到控制指令。

具体说明如下：

在控制器103中针对手势控制设计软件架构主要由手势提取模块和手势识别模块组成。其中，手势提取模块可以集成于摄像头模组中，内嵌递归三维卷积神经网络(R3DCNN)程序算法，该算法架构中包括用于提取视频片段特征的三维卷积神经网络(3D-CNN)和用于时间建模递归神经网络(RNN)，应用该算法，控制器基于三维卷积神经网络在视频信息中拆分得到视频片段，并在视频片段中提取手势动作参数。在提取到手势动作参数后，控制器调用softmax函数对手势动作参数进行分类识别，得到控制指令。

在用于提取视频片段特征的三维卷积神经网络中，采集到的视频表示为R^k×l×c×m，其中每个处理的片段表示为C_t∈R^k×l×c×m，m≥1的连续帧视频，有c个信道，k×l个像素点，从0到t的片段。提取函数为：

F：R^k×l×c×m→R^q，其中，f_t＝F(C_t) (1)

通过公式(1)提取视频片段C_t的特征f_t，特征f_t表示视频片段C_t中包含的所有手势的特征，这种方法的优点是省去了传统的手势检测部分，可以直接从视频片段中提取手势的特征，相当于将手势检测和手势特征分割这两个步骤结合在一起，而且效果很好。

用于时间建模的递归神经网络可以用下述公式表示：

其中，R(x)＝min(max(0,x),5)。

截断线性修正单元用于限制训练时的梯度爆炸。特征f_t输入递归神经网络得到隐藏状态向量h_t，将h_t输入softmax函数，得到t片段的预测概率S_t。根据每个片段的预测概率S_t，求最终的预测结果整个视频流V分成长度为m的T个片段，每个片段的预测结果组成的集合为S＝{s₀,s₁,...,s_T-1}，其中，s_i(i＝1,2,…,T-1)是有n个元素的1维向量，n为类别数。视频片段预测概率的平均值为最终预测值 即表示最大可能的手势，也即从视频信息中预测得到的手势。根据最后分类得出的结果，判断手势是什么指令，将结果传给用于控制智能窗体101开关的模块，进而实现对智能窗体101状态的控制。

本发明实施例提供的智能窗系统，包括智能窗体，用于采集视频信息的摄像头，与摄像头连接的用于基于视频信息获取手势动作参数、并分析手势动作参数得到控制指令的控制器，分别与控制器和智能窗体连接的用于控制智能窗体开合的执行器；其中，控制器根据控制指令控制所述执行器，继而控制智能窗体的开合。可见，本发明实施例提供的智能窗系统不仅可以远程操控，还无需红外遥控器，即用户空手就可以操纵智能窗体的开关，这极大方便了用户尤其是老年用户的使用，优化了用户体验。

图2为本发明实施例提供的一种智能窗系统的电路图。

在上述实施例的基础上，本发明实施例提供一种优选的智能窗系统的电路。

如图2所示，智能窗系统还可以包括与控制器连接的用于采集环境参数的传感器；

控制器还用于在环境参数大于与传感器对应的阈值时控制智能窗体关闭。

在具体实施中，控制器可以选用STM32F103C8T6芯片，如图2中的U1A和U2B所示。

摄像头102所在模块如图2中的P10所示，其RX2、TX2端子分别与控制器STM32F103C8T6的PA2、PA3端口连接。

L298N电机驱动板如图2中的P8所示，其DIR1、DIR2端子与控制器STM32F103C8T6连接，输出端子OUT1、OUT2连接电机。

采用如图2中的晶振电路Y1进行系统授时，其PD0_1、PD1端子分别与控制器STM32F103C8T6的PD0-OSC_IN、PD1-OSC_OUT端口连接。

智能窗系统的复位电路如图2中的Y2所示，SW-PB为复位按键，复位电路的NRST端子与控制器STM32F103C8T6的NRST端口连接，用于给控制器STM32F103C8T6的复位。

智能窗系统的swd调试电路如图2中的P1所示，其SCLK、DIO端子分别与控制器STM32F103C8T6的PA13、PA14端口连接，用于进行串口调试。

智能窗系统的电源电路以及开关电路分别如图2中的Y3和P11所示，开关电路P11的AC1、AC2端子分别与交流电路连接，用于开关电路P11的VCC端子与电源电路Y3的VCC端子连接，用于控制电源电路Y3的通断电，进而控制整个智能窗系统的通断电。

传感器具体可以包括光敏传感器、温度传感器、湿度传感器和粉尘传感器中的至少一种。各传感器所采集的环境参数均对应一种预设的阈值，作为关闭智能窗体的依据。各环境参数超出对应阈值与智能窗体关闭之间可以为和关系控制可以为或关系控制。

其中，光敏传感器具体可以采用二路光敏传感器，如图2中的P3所示，二路光敏传感器P3通过DO1、DO2端子将高低电平传入控制器STM32F103C8T6的PB0、PB1端口。当控制器STM32F103C8T6分析二路光敏传感器P3采集的光强度值大于第一阈值时控制智能窗体关闭。

温度传感器和湿度传感器可以选用集成二者功能的SHT35温湿度传感器，如图2中的P2所示。SHT35温湿度传感器P2的湿度测量范围为0～100％RH，湿度测量范围-40～125℃，湿度传感器感受气体中水蒸气含量，并转换成可用输出信号通过SDA1、SCL1端子传给控制器STM32F103C8T6的PB6、PB7端口。当SHT35温湿度传感器P2检测的空气湿度值大于第二阈值时，控制器STM32F103C8T6控制智能窗体关闭。

粉尘传感器可以选用DSM501粉尘传感器，如图2中的P4所示，DSM501粉尘传感器P4的PWM1、PWM2端子分别与控制器STM32F103C8T6的PB8、PB9端口连接，其检测值也可以作为控制器STM32F103C8T6中MCU的输入值，利用控制器STM32F103C8T6中的时钟输入捕获功能，采集DSM501粉尘传感器P4传入的PWM波形中的低电平时间。经过程序预设的程序进行步骤计算，得到当前空气质量情况。当空气质量低于预设等级或空气污染指数大于第三阈值时，控制器STM32F103C8T6控制智能窗体关闭。

进一步的，智能窗系统还可以包括与控制器STM32F103C8T6连接的用于显示环境参数的显示器。或者，智能窗系统还可以包括与控制器连接的用于指示环境参数超出对应的阈值的指示灯电路。其中，指示灯电路如图2中的P9所示，指示灯电路P9的SDA2、SCL2端子分别与控制器STM32F103C8T6的PB10、PB11端口连接。

此外，为了丰富控制方式，智能窗系统还可以包括与控制器STM32F103C8T6连接的红外接收器。采用红外接收的方式与手势控制的方式并存的方式对智能窗体进行控制，给用户提供更多的选择。红外接收器可以选用HX1838遥控模块，如图2中的P5所示，HX1838遥控模块P5的PA0端子与控制器STM32F103C8T6的PA0-WKUP端口连接。用户可以使用具有红外传感器的遥控或者手机进行控制，通过红外线二极管发射光波，将遥控上的按键信息编码发送，HX1838遥控模块P5将收到的红外信号转变成电信号，传递给控制器STM32F103C8T6处理后控制智能窗体的状态。

进一步的，智能窗系统还包括与控制器STM32F103C8T6连接的通信器，用于将摄像头或传感器收集的监测信息传递给终端设备。通信器具体可以采用GSM通信器，如GA6通信器，如图2中的P6所示，GA6通信器P6的TX1、RX1端子分别与控制器STM32F103C8T6的PA9、PA10端口连接。GA6通信器P6利用GSM无线移动通讯网络数据传输，可以通过手机进行实现远距离的控制。另外，当控制器STM32F103C8T6分析采集的视频信息得到如盗贼入室等异常行为时，可以通过GA6通信器P6向手机等终端设备发送报警信息。

可选的，智能窗系统还可以包括与控制器STM32F103C8T6连接的报警器；

控制器STM32F103C8T6还用于基于视频信息进行人脸识别，并在人脸识别结果为非注册用户时控制报警器进行报警。

报警器可以选择有源峰鸣报警模块，如图2中的P7所示，有源峰鸣报警模块P7的PA1端子与控制器STM32F103C8T6的PA1端口连接。控制器STM32F103C8T6可以基于视频信息进行人脸识别，并在人脸识别结果为非注册用户时控制有源峰鸣报警模块P7进行报警；或者根据人脸是被结果判断是否有儿童靠近智能窗体，为防止儿童意外坠落，控制器STM32F103C8T6控制有源峰鸣报警模块P7进行报警。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的智能窗系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

以上对本发明所提供的一种智能窗系统进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种智能窗系统，其特征在于，包括智能窗体，用于采集视频信息的摄像头，与所述摄像头连接的用于基于所述视频信息获取手势动作参数、并分析所述手势动作参数得到控制指令的控制器，分别与所述控制器和所述智能窗体连接的用于控制所述智能窗体开合的执行器；

其中，所述控制器根据所述控制指令控制所述执行器，继而控制所述智能窗体的开合。

2.根据权利要求1所述的智能窗系统，其特征在于，所述控制器基于所述视频信息获取所述手势动作参数、并分析所述手势动作参数得到所述控制指令，具体包括：

所述控制器基于三维卷积神经网络在所述视频信息中拆分得到视频片段，并在所述视频片段中提取所述手势动作参数；

所述控制器调用softmax函数对所述手势动作参数进行分类识别，得到所述控制指令。

3.根据权利要求1所述的智能窗系统，其特征在于，所述执行器具体包括与所述控制器连接的L298N电机驱动板、与所述L298N电机驱动板连接的电机以及与所述电机连接的用于带动所述智能窗体开合的传动装置。

4.根据权利要求1所述的智能窗系统，其特征在于，还包括与所述控制器连接的用于采集环境参数的传感器；

所述控制器还用于在所述环境参数大于与所述传感器对应的阈值时控制所述智能窗关闭。

5.根据权利要求4所述的智能窗系统，其特征在于，还包括与所述传感器连接的用于显示所述环境参数的显示器。

6.根据权利要求4所述的智能窗系统，其特征在于，所述传感器具体包括光敏传感器、温度传感器、湿度传感器和粉尘传感器中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的智能窗系统，其特征在于，还包括与所述控制器连接的红外接收器。

8.根据权利要求1所述的智能窗系统，其特征在于，还包括与所述控制器连接的通信器。

9.根据权利要求8所述的智能窗系统，其特征在于，所述通信器具体为GSM通信器。

10.根据权利要求1所述的智能窗系统，其特征在于，还包括与所述控制器连接的报警器；

所述控制器还用于基于所述视频信息进行人脸识别，并在人脸识别结果为非注册用户时控制所述报警器进行报警。