CN110147046A

CN110147046A - 基于物联网的智能家居镜

Info

Publication number: CN110147046A
Application number: CN201910519439.8A
Authority: CN
Inventors: 李洪超; 黄志豪; 陈振伟; 杨子靖; 贺婉茹
Original assignee: CITY COLLEGE DONGGUAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
Current assignee: CITY COLLEGE DONGGUAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
Priority date: 2019-06-17
Filing date: 2019-06-17
Publication date: 2019-08-20

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的智能家居镜，包括微控制器系统、用户信息采集系统、信息输出系统、基础设施服务系统及镜面单元，用户信息采集系统与微控制器系统连接，微控制器系统分别与信息输出系统、基础设施服务系统连接，微控制器系统、用户信息采集系统和信息输出系统嵌设于在镜面单元内，与电源系统连接。本发明智能家居镜从外观上看与传统镜子无异，却在实现了传统镜子的基础上使用物联网技术结合硬件平台，满足了用户日常生活中多情景需求，同时对一般家用电器及智能家居产品进行控制。用户可依据需求进行自定义，利用网络通过对所搭载的软体及硬件设备的运用，对各种场景具有较强的适应性，对智能家居的控制更具有通用性。

Description

基于物联网的智能家居镜

技术领域

本发明涉及智能家居，具体是一种基于物联网技术的手势、语音、触摸、微信、邮件操控的智能家居镜。

背景技术

如今国内智能家居的发展正处于最激烈的竞争时期，在过去十多年里随着技术的进步和民用化，少数主打智能家居产品的公司渐渐出现在人们的视野中，切合时代的智能家居产品亦陆续出现。然而这些以智能家居主要业务的公司因为市场较小，定价高，定位不合适等原因，终究没能成为智能家居行业之中流砥柱。而能成为国内智能家居领头行业的企业大多为互联网行业之领头企业，原因如下：

1.用户对智能家居不信任：智能家居行业在开始发展到现在的前十几年里，由于部分商家高调宣传，实际产品因为时代实际技术所限制，实际产品效果未达到宣传效果，引起了用户的不信任感，为智能家居行业的发展造成了阻力。

2.智能家居产品与一般家电产品界限模糊：自2018年起，国家制定了智能家居国家标准，但依然存在部分产品使用变换名字的手法混杂其中，利用智能家居产品与一般家电产品界限不清而滥竽充数，加剧用户的不信任感

3.新兴智能家居企业缺乏品牌效应的同时大多缺乏科研资金投入：多数新兴智能家居企业是由其他行业公司二次创业而来，缺乏科研资金的投入，更缺乏创新能力，相比之下，那些互联网龙头企业由于近年的高速发展坐拥大量资金与科研实力的同时，也拥有了响亮的品牌，如腾讯、360、百度等。

综上所述，国内的智能家居行业正处在一个百花齐放，百家争鸣的时期，智能家居行业已经成为了主流行业。

在智能家居已经得到广泛普及的当下，过去人们想象中的各种智能家居场景正在一样样被实现，其中智能魔镜是最接近人们对未来智能家居设想的产物：每天早晨的梳洗时间，从镜子得到一天所需的所有信息（天气、新闻、交通等等），仅需些许触碰与亲切的对话，一切便已安排妥当；在回家的路上，通过微信或是发送邮件实现远程操控，家中设备通过镜子这一终端便安排得井井有条；在睡觉前躺在床上通过语音对话聊天的同时为明日的行程添加安排，对出行的路线做好查询与规划。以镜子作为终端，通过语音或是触摸控制实现对整个屋子的智能设备控制，智能化生活的场景在眼前展开。

发明内容

本发明的目的旨在利用物联网技术打造一款可适应性强、可互动性高、功能多样、可拓展性强，作为整个智能家居核心的智能家居镜。

实现本发明目的的技术方案是：

一种基于物联网的智能家居镜，包括微控制器系统、用户信息采集系统、信息输出系统、基础设施服务系统及镜面单元，用户信息采集系统与微控制器系统连接，微控制器系统分别与信息输出系统、基础设施服务系统连接，微控制器系统、用户信息采集系统和信息输出系统嵌设于在镜面单元内，与电源系统连接，其中：

用户信息采集系统用于接收触摸指令、用户语音、室内温湿度信息、声音波形和手势信号，并发送至微控制器系统；

微控制器系统用于接收输入信号后进行本地运算与处理，触摸指令、手势信息直接反馈与界面损伤，用户语音经过类别判断后做出响应或上传至基础设施服务系统，声音波形经过转换后以颜色信号输出至信息输出系统中；

信息输出系统用于将微控制器系统输出信号输出，实现功能模块控制、语音聊天、语音控制、微信控制、邮箱操控和智能家居控制等用户交互；

基础设施服务系统用于处理经微控制器系统发送的数据并做出运算处理后返回，用于本地数据备份与系统更新。

进一步的，所述用户信息采集系统包括红外触摸框单元、温湿度传感器单元、远场麦克风阵列单元、距离传感器单元、手势及RGB识别单元和低感度麦克风单元，其中红外触摸框单元设置在镜面单元前方，距离传感器单元、手势及RGB识别单元设置在红外触摸框单元前方。

更进一步的，所述用户信息采集子系统还包括USB人体学输入设备、蓝牙遥控器或USB麦克风中的一种。

进一步的，所述微控制器单元包括Raspberry Pi 3B+（Unix内核）、Aruduino UNO、Arduino Nano，其中：

Raspberry Pi 3B+（Unix内核）搭载：镜面图形界面模块、语音服务模块、聊天机器人客户端模块、本地隐马尔可夫声学语音模型、微信服务模块、邮件服务模块、传感器接收模块、物联网平台本地服务模块、第三方音乐播放器模块、Aruduino通信模块、实时硬件监测模块、Email_My_PC模块和用户自定义模块；

Aruduino UNO搭载GP2Y0A21YK距离传感器单元、APDS-9960手势及RGB识别单元的驱动及数据交换模块；

Aruduino Nano搭载SEN-12642低感度麦克风单元驱动模块、LED灯带驱动控制模块。

进一步的，所述信息输出系统包括液晶显示单元、蓝牙扬声器单元、LED灯带单元、继电器单元和无线WIFI单元，其中：液晶显示单元设置在镜面单元后方，微控制器系统设置在液晶显示单元后方，在微控制器系统周围分别设置远场麦克风阵列单元、温湿度传感器单元、蓝牙扬声器单元和继电器单元，蓝牙扬声器单元周围设置低感度麦克风阵列，LED灯带驱动控制模块分别设置在液晶显示单元两侧。

更进一步的，所述信息输出系统还包括3.5mm接口的扬声器单元、USB扬声器单元、USB-WIFI单元、USB转串口单元或5V转3.3V稳压单元中的一种。

进一步的，所述基础设施服务系统包括物联网平台模块、云服务器单元和GPU服务器单元，其中：

物联网平台模块分别搭载云服务器单元管理模块、智能家居产品控制模块和GPU服务器单元管理模块；

云服务器单元分别搭载基于深度神经网络的语音训练模块、实时天气日历时间新闻抓取缓存模块和日程安排备份缓存模块；

GPU服务器单元分别搭载基于深度神经网络的语音识别模块、基于深度神经网络的语音合成模块、基于深度神经网络的文字识别模块和聊天机器人服务端模块。

进一步的，还包括第三方服务系统，分别与微控制器系统、基础设施服务系统连接。

所述第三方服务系统包括微信平台、网易邮箱平台、网易云音乐平台、百度音乐平台和高德地图平台，其中：微信平台、网易邮箱平台分别与智能手机或PC端连接。

更进一步的，所述第三方服务系统可以根据用户自定义设置自行添加服务平台。

本发明的有益效果是：

本发明智能家居镜从外观上看与传统镜子无异，却在实现了传统镜子的基础上使用物联网技术结合硬件平台，满足了用户日常生活中多情景需求，同时对一般家用电器及智能家居产品进行控制。用户可依据需求进行自定义，利用网络通过对所搭载的软体及硬件设备的运用，对各种场景具有较强的适应性，对智能家居的控制更具有通用性。

附图说明

图1为本发明实施例的结构连接框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行说明，其示例表示在附图中。以下示例性实施例中实描述的实施方式并不代表与本发明公开相一致的所有实施方式。

实施例：

如图1所示，基于物联网的智能家居镜，包括：用户信息采集子系统11信息输出子系统21微控制器子系统31基础设施即服务子系统41第三方服务子系统51电源子系统95镜面单元91。其中：

用户信息采集子系统11用于获取红外触摸框单元12获取的用户手指位置及动作数据,

Raspberry Pi 3B+（Unix内核）32根据所述动作数据计算转换为坐标及操作，实现触摸功能。

用户信息采集子系统11中DHT11温湿度传感器单元13接收模块用于获得室内温度及湿度数据，并传输至Raspberry Pi 3B+（Unix内核）32中的镜面图形界面模块输出为可视化数字与图片，实现室内温度监控功能。

用户信息采集子系统11中远场麦克风阵列单元14用于获取用户语音数据并传输至Raspberry Pi 3B+（Unix内核）32中，利用本地隐马尔可夫声学语音模型匹配后将之识别为唤醒词或无效指令；在唤醒后将数据上传至基础设施即服务子系统41中所述基于深度神经网络的文字识别模块83，并将识别得出文字发送至所述Raspberry Pi 3B+（Unix内核）32中的语音服务模块。当识别为语音命令，则调用相应功能并与微控制器子系统31中其他所述功能模块通信，实现语音唤醒、镜面图形界面操作、微信发送信息、启动第三方音乐播放器、网络FM收音机、传话、设置备忘录、新闻播报、播报天气情况及天气预报、播放邮箱邮件标题、交通路况查询、出行交通规划功能，并通过所述的多个继电器单元控制25被控用电器92。在功能执行后通过蓝牙扬声器单元23播报当前功能名称。根据所述语音数据，若在唤醒后识别为非语音命令，则调用基于深度神经网络的文字识别模块83、基于深度神经网络的语音合成模块82及聊天机器人服务端模块84，将回复数据发送至所述基于深度神经网络的语音合成模块82及聊天机器人服务端模块84，通过语音合成生成.mp3文件数据发送回微控制器子系统31，并通过蓝牙扬声器单元23放合成声音以进行互动。

用户信息采集子系统11中SEN-12642低感度麦克风单元17用于获取蓝牙扬声器23声音波形电平数字信号，与之连接的Aruduino Nano33中的驱动程序将数字信号转换为所述LED灯带单元24的颜色信号。在所述蓝牙扬声器单元23发出声音时，安装在镜面背部的LED灯带单元24做出颜色改变与亮暗变化，增加用户与设备的互动感。

用户信息采集子系统11中GP2Y0A21YK距离传感器单元15用于获取用户的距离数据、APDS-9960手势及RGB识别单元16用于获取用户的的手势数据。获取的数据通过电缆经PIN发送至Aruduino UNO 34，并通过串口转USB方式发送至Raspberry Pi 3B+（Unix内核）33中传感器接收模块，控制液晶显示单元22的开关、控制Raspberry Pi 3B+（Unix内核）33中镜面图形界面模块的刷新、翻页、新闻标题的转换，新闻内容的缩放功能。

应该理解，Raspberry Pi 3B+（Unix内核）32的功能仅仅是示意性的。根据实现需要，可以安装具有对应功能的软体模块。

信息输出子系统21中无线WIFI单元26用于构建局域网络，为用户安装的智能家居产品控制提供网络条件。在智能家居产品控制模块63的物联网平台中预设角色并设置智能家居产品自定义技能，当使用语音命令时，Raspberry Pi 3B+（Unix内核）32中的语音服务模块将在唤醒后将数据上传至基础设施即服务子系统41中所述基于深度神经网络的文字识别模块83，并将识别得出文字发送智能家居产品控制模块63的物联网平台，激活所述预设自定义技能并操控智能家居产品。若使用智能手机或PC93通过直接登陆智能家居产品控制模块63的物联网平台或使用App进行操作直接发送字符指令时，智能家居产品控制模块63的物联网平台将激活所述预设自定义技能并通过网络操控智能家居产品。

基于深度神经网络的语音训练模型73在云端伴随用户的日常使用习惯在基于原有语音模型的基础上通过GPU服务器单元44进行学习，用户也可通过上传自定义语音识别词库帮助学习。

需要说明的是，预设的基于深度神经网络的语音训练模型73是根据中文（普通话）进行训练的，用户需要使用其他语种可以通过自行训练该语种的语音模型实现。

微控制器子系统31与基础设施即服务子系统41发出数据请求时，第三方服务子系统51响应请求并提供所需数据。当所述第三方服务子系统51服务方离线无法获得信息时，微控制器子系统31从基础设施即服务子系统41中实时天气日历时间新闻抓取缓存73处抓取缓存信息，第三方音乐播放器模块读取本地音乐缓存。

使用智能手机或PC93通过Raspberry Pi 3B+（Unix内核）32微信服务模块扫描二维码登陆后，微信平台52提供数据服务。使用智能手机或PC93发送数据，Raspberry Pi 3B+（Unix内核）32微信服务模块将同步接收数据并与本地模块操作命令词汇匹配。当识别为操作命令时调用相应功能并与微控制器子系统31中其他所述功能模块通信，通过与第三方服务子系统51通信，实现镜面图形界面操作、微信发送信息、网络FM收音机、传话、设置备忘录、新闻播报、播报天气情况及天气预报、播放邮箱邮件标题、交通路况查询、出行交通规划功能，并通过所述多个继电器单元控制25被控用电器92。在功能执行后通过蓝牙扬声器单元23播报当前功能名称。当识别为非字符命令，则调用基于深度神经网络的文字识别模块83、基于深度神经网络的语音合成模块82及聊天机器人服务端模块84，将回复数据发送至所述基于深度神经网络的语音合成模块82及聊天机器人服务端模块84，通过语音合成生成.mp3文件数据发送回微控制器子系统31，并通过蓝牙扬声器单元23放合成声音以进行互动。

当Raspberry Pi 3B+（Unix内核）32中的邮件服务模块监听到邮件时，模块将邮件名上传至基于深度神经网络的文字识别模块83、基于深度神经网络的语音合成模块82及聊天机器人服务端模块84，将回复数据发送至所述基于深度神经网络的语音合成模块82及聊天机器人服务端模块84，通过语音合成生成.mp3文件数据发送回微控制器子系统31，并通过蓝牙扬声器单元23放合成声音朗读邮件标题。

当Raspberry Pi 3B+（Unix内核）32中的Email_My_PC模块监听到邮件时，若识别为预设词汇则执行相关系统指令,如关闭硬件。

电源子系统95与用户信息采集子系统11、信息输出子系统21、微控制器子系统31相连，根据硬件需求，通过变压器提供24V、12V、5V、3.3V电压。

镜面单元91的主体是一单向透视玻璃96，Raspberry Pi 3B+（Unix内核）33中镜面图形模块为较暗底色，将用户所处一侧通过亮度差制造为反射面，从而起镜面效果。

需要说明的是，为了实现镜面的单向透视效果，镜面单元91使用的反射平面还可以使用普通玻璃，并在普通玻璃上粘贴单向透视膜。

应当理解的是，在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

应当理解的是，为方便审阅，在本文中提及的硬件均以“单元”形容，软件均以“模块”形容。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims

1.一种基于物联网的智能家居镜，其特征是：包括微控制器系统、用户信息采集系统、信息输出系统、基础设施服务系统及镜面单元，用户信息采集系统与微控制器系统连接，微控制器系统分别与信息输出系统、基础设施服务系统连接，微控制器系统、用户信息采集系统和信息输出系统嵌设于在镜面单元内，与电源系统连接，其中：

2.根据权利要求1所述的基于物联网的智能家居镜，其特征是：所述用户信息采集系统包括红外触摸框单元、温湿度传感器单元、远场麦克风阵列单元、距离传感器单元、手势及RGB识别单元和低感度麦克风单元，其中红外触摸框单元设置在镜面单元前方，距离传感器单元、手势及RGB识别单元设置在红外触摸框单元前方。

3.根据权利要求2所述的基于物联网的智能家居镜，其特征是：所述用户信息采集子系统还包括USB人体学输入设备、蓝牙遥控器或USB麦克风中的一种。

4.根据权利要求1所述的基于物联网的智能家居镜，其特征是：所述微控制器单元包括Raspberry Pi 3B+、Aruduino UNO、Arduino Nano，其中：

Raspberry Pi 3B+搭载：镜面图形界面模块、语音服务模块、聊天机器人客户端模块、本地隐马尔可夫声学语音模型、微信服务模块、邮件服务模块、传感器接收模块、物联网平台本地服务模块、第三方音乐播放器模块、Aruduino通信模块、实时硬件监测模块、Email_My_PC模块和用户自定义模块；

5.根据权利要求1所述的基于物联网的智能家居镜，其特征是：所述信息输出系统包括液晶显示单元、蓝牙扬声器单元、LED灯带单元、继电器单元和无线WIFI单元，其中：液晶显示单元设置在镜面单元后方，微控制器系统设置在液晶显示单元后方，在微控制器系统周围分别设置远场麦克风阵列单元、温湿度传感器单元、蓝牙扬声器单元和继电器单元，蓝牙扬声器单元周围设置低感度麦克风阵列，LED灯带驱动控制模块分别设置在液晶显示单元两侧。

6.根据权利要求5所述的基于物联网的智能家居镜，其特征是：所述信息输出系统还包括3.5mm接口的扬声器单元、USB扬声器单元、USB-WIFI单元、USB转串口单元或5V转3.3V稳压单元中的一种。

7.根据权利要求1所述的基于物联网的智能家居镜，其特征是：所述基础设施服务系统包括物联网平台模块、云服务器单元和GPU服务器单元，其中：

8.根据权利要求1所述的基于物联网的智能家居镜，其特征是：还包括第三方服务系统，分别与微控制器系统、基础设施服务系统连接。

9.根据权利要求8所述的基于物联网的智能家居镜，其特征是：所述第三方服务系统包括微信平台、网易邮箱平台、网易云音乐平台、百度音乐平台和高德地图平台，其中：微信平台、网易邮箱平台分别与智能手机或PC端连接。

10.根据权利要求9所述的基于物联网的智能家居镜，其特征是：所述第三方服务系统可以根据用户自定义设置自行添加服务平台。