CN114488831B - 一种基于人机交互的物联网家居智能控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于人机交互的物联网家居智能控制系统及方法，用户通过智能调控模块为各组调控相应的控制指令，并将调控的控制指令与对应的组以数据对的形式保存到指令数据控中，所述识别控制模块实时获取用户的位置动作信息与语音信息，并将获取的结果与指令数据库中的各个数据对内的控制指令进行匹配，进而实现对对应组内的家居器件进行控制。本发明通过传感器监测到的位置动作信息及语音信息对控制指令进行限定，使得控制指令更加多样化、具体化，便于快速区分不同的控制指令，同时，本发明还在匹配控制指令的过程中，将控制指令进行分割匹配，既保证了匹配的效率，又保证了匹配结果的准确性。

Description

一种基于人机交互的物联网家居智能控制系统及方法

技术领域

本发明涉及智能家居控制技术领域，具体为一种基于人机交互的物联网家居智能控制系统及方法。

背景技术

随着物联网技术的快速发展，人们对物联网技术的运用越来越广泛，在智能家居控制领域，人们通过物联网技术实现对人物控制指令的监管识别，进而通过识别的控制指令实现对家居器件的控制，该方式实现了对家居器件的智能化管理，为人们的生活带来了较大的便利。

当前现有的智能家居控制系统中，通常是通过人脸识别技术与语音文本识别技术的结合，通过人脸信息确定人物身份，然后通过语音文本内容判断出需要控制的家居器件状态；但是现有的智能家居控制系统对家居器件的控制方式存在较大的缺陷，对家居器件控制的精准度较低，尤其是在黑夜状态下对人脸信息的获取不精确，对人物身份识别效果较差，进而导致对家居器件的控制效果也较差，进而出现一种现状：用户想通过家居控制系统控制开灯(或者控制其他家居设备)，但是黑暗状态下无法识别人脸信息，进而无法对家居控制系统进行有效控制，使得智能家居控制系统出现不智能的一面。

针对上述情况，我们需要一种基于人机交互的物联网家居智能控制系统及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于人机交互的物联网家居智能控制系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于人机交互的物联网家居智能控制系统及方法，包括：

家居器件划分模块，所述家居器件划分模块获取用户需要控制的家居器件，并根据各个家居器件的种类、用途分别划分成不同的类别及相应类别中的组；

一个组对应一条控制指令；

智能调控模块，用户通过智能调控模块为各组调控相应的控制指令，不同的组调控的控制指令不同，并将调控的控制指令与对应的组以数据对的形式保存到指令数据控中，

所述智能调控模块包括位置动作调控模块及语音调控模块，

所述位置动作调控模块获取调控控制指令的过程中用户的位置动作信息；

所述语音调控模块获取调控控制指令的过程中用户的语音信息；

识别控制模块，所述识别控制模块实时获取用户的位置动作信息与语音信息，并将获取的结果与指令数据库中的各个数据对内的控制指令进行匹配，进而实现对对应组内的家居器件进行控制。

本发明通过各个模块的协同合作，共同实现了对控制指令的识别、对家居器件的控制，在对控制指令识别的过程中，通过传感器获取人物的位置动作及语音信息，并通过获取的信息与指令数据库进行匹配，匹配出相应的控制指令对对应组内的家具器件进行控制，因此采用本发明对应的家居控制系统，即使在黑夜状态下，人们也能够对家具设备进行控制。

进一步的，所述家居器件划分模块在对各个家居器件进行划分的过程中，一个家居器件只对应一个类别，但同一类别中不同的组可包含同一家居器件。

本发明将家居器件划分成不同的组，是为了将控制指令与对应需要控制的控制目标(相应的家居器件)进行绑定，进而使得每条控制指令控制的目标更加清晰，将不同组设置成可包含同一家居器件是因为考虑到一组中可能包含的家居器件不唯一，可能含有多个，因此不同的组涉及到不同的家居器件组合方式，进而对应不同的控制指令。

进一步的，所述位置动作调控模块获取调控控制指令的过程中用户的位置动作信息的方法包括以下步骤：

S1.1、用户的身上分别设置有A、B两个位置传感器；

S1.2、A、B两位置传感器分别实时获取两者之间的距离关系，将A位置传感器获取的到B位置传感器的距离记为L1，将B位置传感器获取的到A位置传感器的距离记为L2，计算A、B两位置传感器之间的平均距离L3，所述

S1.3、根据A、B两位置传感器获取平均距离L3对应的时间，构建平均距离L3随时间变化的拟合曲线；

S1.4、获取调控控制指令的过程中对应的时间区间x；

S1.5、截取S1.3中平均距离L3随时间变化的拟合曲线中时间区间x对应的拟合曲线部分，将截取的拟合曲线部分中对应的各个平均距离L3的值记为用户的位置动作信息，即用户的位置动作信息包含多个L3的值。

本发明通过两个位置传感器之间的距离变化，确定人物的位置动作信息，将A位置传感器获取的到B位置传感器的距离记为L1，将B位置传感器获取的到A位置传感器的距离记为L2，并通过L1、L2计算L3，是因为考虑到传感器自身的因素问题，避免因传感器自身原因导致检测的数据出现较大的误差，因此计算L3，能够在传感器自身出现问题导致检测的数据出现较大的误差的情况下，在一定程度上对出现的误差进行中和、弥补，使得所得结果对应的误差缩小，进而减小因传感器误差对控制结果的影响；构建平均距离L3随时间变化的拟合曲线，是为了获取控制指令中用户的位置动作信息与时间之间的变化关系，进而通过时间获取控制指令对应位置动作信息，便于后续识别控制模块对控制指令的匹配；拟合曲线对应的函数可为分段函数，分段函数中各函数对应的取值范围之和为时间区间x；所述A、B两个位置传感器可以以手环或者手链的形式被用户佩戴在手腕上且不影响用户的日常生活。

进一步的，所述位置动作调控模块包括动作校验信息获取模块及控制动作获取模块，

在位置动作调控模块获取调控控制指令的过程中用户的位置动作信息时，

所述动作校验信息获取模块获取用户的位置动作信息中初始的第一单位时间t1内对应的数据，并将获取的结果作为相应的控制指令的动作校验信息；

所述控制动作获取模块获取用户的位置动作信息中初始的第一单位时间t1之后对应的数据，并将获取的结果作为相应的控制指令的控制动作信息；

所述语音调控模块包括语音校验信息获取模块及控制语音获取模块，

在语音调控模块获取调控控制指令的过程中用户的语音信息时，所述语音校验信息获取模块获取用户的语音信息中初始第一单位时间t1内对应的语音信息，并将获取的结果作为相应的控制指令的语音校验信息；

所述控制语音获取模块获取用户的语音信息中初始的第一单位时间t1之后的语音信息，并将获取的结果作为相应的控制指令的控制语音信息；

所述语音信息包括音色种类、音量波动峰谷差异值及语音文本信息，

所述音量波动峰谷差异值表示语音信息中声音的最大响度与最小响度之间的差值，

所述语音信息通过拾音传感器进行获取。

本发明位置动作调控模块通过时间将控制指令中用户位置动作信息划分成动作校验信息和控制动作信息，语音调控模块通过时间将控制指令中用户语音信息划分成语音校验信息和控制语音信息，是为了便于识别后续识别控制模块对控制指令的匹配；在语音信息中，从音色种类、音量波动峰谷差异值及语音文本信息这三个方面进行考虑，考虑音色是由于不同的人音色存在较大的差异，音量波动峰谷差异值则反映了一个人的说话习惯，同一句话不同人说的过程中，不同字之间的响度差值可能存在较大的差别，而语音文本信息则反映了控制命令的内容(可以不为要控制的家居器件名称，也可以是不同的代号，为了与控制指令进行文本信息对比)。

进一步的，所述智能调控模块分别获取位置动作调控模块及语音调控模块中得到的结果，

将同一控制指令分别对应的动作校验信息、语音校验信息构成一个指令校验对，

将同一控制指令分别对应的控制动作信息、控制语音信息构成一个指令控制对，

将同一控制指令分别对应的指令校验对、指令控制对按顺序录入一个空集合中，将录入后得到的集合记为指令控制集合，不同的控制指令对应不同的指令控制集合，

所述智能调控模块将获取的指令控制集合保存到指令数据库中。

本发明智能调控模块将同一控制指令分别对应的动作校验信息、语音校验信息构成一个指令校验对，是为了通过指令校验对控制指令进行简单对比，由于指令校验对中的信息相对于控制指令中的内容要少，因此在将采集的数据与指令校验对中的信息进行对比时，对应的筛选每条控制指令时，需要处理的数据也会更加少，因此能够实现对控制指令的初始快速筛选，筛选效率更高；而指令控制对是为了在通过指令校验对筛选的基础上再次进行控制指令的匹配，进而得到具体的控制指令；指令控制集合的设置，不仅确保了控制指令信息的完整性，还保证了控制指令信息的部分独立性，使得在后续的识别过程中，能够根据控制指令的部分信息实现对控制指令的快速匹配，减少了数据处理量，提高了匹配效率。

进一步的，所述识别控制模块实时获取用户的位置动作信息与语音信息，分别提取最近第二单位时间t2内用户的位置动作信息及语音信息，所述第二单位时间t2大于等于第一单位时间t1，

获取指令数据库的各指令控制集合中指令校验对内的动作校验信息，将提取的用户的位置动作信息与从指令数据库中获取的动作校验信息进行对比，判断两者是否相符，

获取指令数据库的各指令控制集合中指令校验对内的语音校验信息，将提取的用户的语音信息与从指令数据库中获取的语音校验信息进行对比，判断两者是否相符。

本发明识别控制模块获取最近第二单位时间t2内的用户位置动作信息及语音信息中，确保t2大于等于t1，这样是考虑到用户动作变化的快慢因素及说话过程中的语速差异，设置t2大于等于t1是为了确保提取的信息的完整性，进而使得提取的用户的位置动作信息和语音信息与动作校验信息的对比结果更加准确。

进一步的，将提取的用户的位置动作信息与从指令数据库中获取的动作校验信息进行对比的方法包括以下步骤：

S2.1、分别获取指令数据库中每个动作校验信息对应的拟合曲线部分，将拟合曲线部分对应的函数记为f1(x1)，其中，0≤x1≤t1，

获取提取的用户的位置动作信息对应的拟合曲线部分，将该拟合曲线部分对应的函数记为f2(x2)，其中，0≤x2≤t2，

其中，x1、x2均表示对应的拟合曲线部分中，各拟合曲线上的点对应的时间与拟合曲线起始点对应时间的差值；

S2.2、计算t2与t1的差值，将所得差值均分成n份，每份对应的值记为w，

所述

S2.3、对f2(x2)向左平移，平移的量为k*w，0≤k≤n，得到f3(x3)，f3(x3)＝f2(x2-k*w)；

S2.4、分别计算k为不同值时，f3(x3)与f1(x1)中对应拟合曲线的平均高度差h_k，

所述其中，f3(x4)表示x3等于x4时的f3(x3)，f1(x4)表示x1等于x4时的f1(x1)；

S2.5、分别计算k为不同值时，f3(x3)与f1(x1)中对应拟合曲线的差异值H_k，

所述按k从小到大的顺序分别将各个差异值H_k逐个录入第一集合Q中；

S2.6、获取第一集合中的最小值，记为Qmin，将Qmin与第一预设值进行比较，判断提取的用户的位置动作信息与该动作校验信息是否相符，

当Qmin大于等于第一预设值时，则判定提取的用户的位置动作信息与该动作校验信息不相符，

当Qmin小于第一预设值时，则判定提取的用户的位置动作信息与该动作校验信息相符。

本发明在将提取的用户的位置动作信息与从指令数据库中获取的动作校验信息进行对比时，计算w是为了确定f2(x2)向左平移的最小单位量；计算k为不同值时，f3(x3)与f1(x1)中对应拟合曲线的平均高度差h_k，是为了获取相同取值区间中，平移后的拟合曲线与动作校验信息对应的拟合曲线之间的平均距离；计算k为不同值时，f3(x3)与f1(x1)中对应拟合曲线的差异值H_k，是为了获取相同取值区间中，平移后的拟合曲线与动作校验信息对应的拟合曲线的相似情况，H_k越大，则两者越相似，即对应的动作校验信息与提取的用户的位置动作信息越不相符；将各个差异值H_k逐个录入第一集合Q中并获取第一集合中的最小值，是因为采集的数据对应的时间t2大于t1，因此对应的拟合曲线对应的取值范围不同，而H_k对应的是平移量不同时，相同取值范围对应拟合曲线的相似情况，因此多数据进行综合比较，获取的结果会更加准确，与实际情况更加相符。

进一步的，将提取的用户的语音信息与从指令数据库中获取的语音校验信息进行对比的方法包括以下步骤：

S3.1、分别获取提取的用户的语音信息与指令数据库中的各个语音校验信息；

S3.2、分别比较提取的用户语音信息与每个语音校验信息之间的差异情况，得到提取的用户语音信息与每个语音校验信息之间的音色差异系数α、音量波动峰谷差异值系数β及语音文本信息差异值系数γ；

S3.3、计算提取的用户语音信息与每个语音校验信息对应的归一化差异值G，

所述G＝α*β*γ，

其中，α对应两个值，分别为0或1，当α为0时表示提取的用户语音信息与该语音校验信息的音色种类不相同，当α为1时表示提取的用户语音信息与该语音校验信息的音色种类相同，

计算提取的用户语音信息中的音量波动峰谷差异值与该语音校验信息中的音量波动峰谷差异值的差值，并将所得差值除以该语音校验信息中的音量波动峰谷差异值，将1减去所得商后的差值作为β，

计算提取的用户语音信息中的语音文本信息与该语音校验信息中的语音文本信息中相同的字数，并将所得相同的字数除以该语音校验信息中的语音文本信息的总字数，所得的商为γ；

S3.4、将G与第二预设值进行比较，判断提取的用户语音信息与该语音校验信息是否相符，

当G大于等于第二预设值时，则判定提取的用户语音信息与该语音校验信息相符，

当G小于第二预设值时，则判定提取的用户语音信息与该语音校验信息不相符。

本发明在提取的用户的语音信息与从指令数据库中获取的语音校验信息进行对比的过程中，通过提取的用户语音信息与每个语音校验信息之间的音色差异系数α、音量波动峰谷差异值系数β及语音文本信息差异值系数γ进行归一化处理，并通过归一化差异值进一步判断两者的相符情况。

进一步的，在指令数据库中，所述识别控制模块筛选出动作校验信息与提取的用户位置动作信息相符且同一指令校验对内对应的语音校验信息与提取的用户语音信息相符的所有的指令控制集合，将筛选结果记为第一次筛选结果，

所述识别控制模块对第一次筛选结果进行判断，

当识别控制模块未筛选到动作校验信息与提取的用户位置动作信息相符且同一指令校验对内对应的语音校验信息与提取的用户语音信息相符的指令控制集合时，则判定未匹配到相应的控制指令，不对家居器件原有的状态进行更改；

当识别控制模块筛选到动作校验信息与提取的用户位置动作信息相符且同一指令校验对内对应的语音校验信息与提取的用户语音信息相符的指令控制集合时，

以当前时间为起点，获取接下来第三单位时间t3内用户的位置动作信息及语音信息，

将筛选的每个指令控制集合中指令控制对中的控制动作信息与接下来第三单位时间t3内用户的位置动作信息进行对比，判断两者是否相符，

提取的用户的位置动作信息与从指令数据库中获取的动作校验信息进行对比的方法的原理，与该对比方法对应的原理相同，

将筛选的每个指令控制集合中指令控制对中的控制语音信息与接下来第三单位时间t3内用户的语音信息进行对比，判断两者是否相符，

提取的用户的语音信息与从指令数据库中获取的语音校验信息进行对比的方法的原理，与该对比方法对应的原理相同；

所述识别控制模块在第一筛选结果的基础上，进一步筛选出控制动作信息与接下来第三单位时间t3内用户的位置动作信息相符且同一指令控制对内对应的控制语音信息与接下来第三单位时间t3内用户的语音信息相符的所有的指令控制集合，将筛选结果记为第二次筛选结果，

所述识别控制模块对第二次筛选结果进行判断，

当识别控制模块未筛选出控制动作信息与接下来第三单位时间t3内用户的位置动作信息相符且同一指令控制对内对应的控制语音信息与接下来第三单位时间t3内用户的语音信息相符的所有的指令控制集合时，则判定未匹配到相应的控制指令，不对家居器件原有的状态进行更改；

当识别控制模块筛选出控制动作信息与接下来第三单位时间t3内用户的位置动作信息相符且同一指令控制对内对应的控制语音信息与接下来第三单位时间t3内用户的语音信息相符的所有的指令控制集合时，则获取该指令控制集合对应的控制指令及该控制指令对应的组，进而识别控制模块对该控制指令对应的组内的家居器件进行控制。

本发明识别控制模块通过两次筛选实现对控制指令的匹配，进而得到相应的控制指令，该匹配方式相比常规的匹配方式，有效减少了数据处理量，提高了数据匹配的效率；第一筛选是为了缩小待匹配的控制指令的范围，第二次筛选是为了进一步匹配出具体的控制指令。

一种基于人机交互的物联网家居智能控制方法，该方法包括以下步骤：

S1、通过家居器件划分模块获取用户需要控制的家居器件，并根据各个家居器件的种类、用途分别划分成不同的类别及相应类别中的组，一个组对应一条控制指令；

S2、用户通过智能调控模块为各组调控相应的控制指令，不同的组调控的控制指令不同，并将调控的控制指令与对应的组以数据对的形式保存到指令数据控中；

S3、通过位置动作调控模块获取调控控制指令的过程中用户的位置动作信息；

S4、通过语音调控模块获取调控控制指令的过程中用户的语音信息；

S5、通过识别控制模块实时获取用户的位置动作信息与语音信息，并将获取的结果与指令数据库中的各个数据对内的控制指令进行匹配，进而实现对对应组内的家居器件进行控制。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过传感器监测到的位置动作信息及语音信息对控制指令进行限定，使得控制指令更加多样化、具体化，便于快速区分不同的控制指令，同时，本发明还在匹配控制指令的过程中。将控制指令进行分割匹配，既保证了匹配的效率，又保证了匹配结果的准确性。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明一种基于人机交互的物联网家居智能控制系统的结构示意图；

图2是本发明一种基于人机交互的物联网家居智能控制系统中位置动作调控模块获取调控控制指令的过程中用户的位置动作信息的方法的流程示意图；

图3是本发明一种基于人机交互的物联网家居智能控制系统中将提取的用户的位置动作信息与从指令数据库中获取的动作校验信息进行对比的方法的流程示意图；

图4是本发明一种基于人机交互的物联网家居智能控制方法的流程示意图。

具体实施方式

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。

请参阅图1-图4，本发明提供技术方案：一种基于人机交互的物联网家居智能控制系统及方法，包括：

家居器件划分模块，所述家居器件划分模块获取用户需要控制的家居器件，并根据各个家居器件的种类、用途分别划分成不同的类别及相应类别中的组；

一个组对应一条控制指令；

智能调控模块，用户通过智能调控模块为各组调控相应的控制指令，不同的组调控的控制指令不同，并将调控的控制指令与对应的组以数据对的形式保存到指令数据控中，

所述智能调控模块包括位置动作调控模块及语音调控模块，

所述位置动作调控模块获取调控控制指令的过程中用户的位置动作信息；

所述语音调控模块获取调控控制指令的过程中用户的语音信息；

识别控制模块，所述识别控制模块实时获取用户的位置动作信息与语音信息，并将获取的结果与指令数据库中的各个数据对内的控制指令进行匹配，进而实现对对应组内的家居器件进行控制。

本发明通过各个模块的协同合作，共同实现了对控制指令的识别、对家居器件的控制，在对控制指令识别的过程中，通过传感器获取人物的位置动作及语音信息，并通过获取的信息与指令数据库进行匹配，匹配出相应的控制指令对对应组内的家具器件进行控制。

所述家居器件划分模块在对各个家居器件进行划分的过程中，一个家居器件只对应一个类别，但同一类别中不同的组可包含同一家居器件。

本发明将家居器件划分成不同的组，是为了将控制指令与对应需要控制的控制目标(相应的家居器件)进行绑定，进而使得每条控制指令控制的目标更加清晰，将不同组设置成可包含同一家居器件是因为考虑到一组中可能包含的家居器件不唯一，可能含有多个，因此不同的组涉及到不同的家居器件组合方式，进而对应不同的控制指令。

所述位置动作调控模块获取调控控制指令的过程中用户的位置动作信息的方法包括以下步骤：

S1.1、用户的身上分别设置有A、B两个位置传感器；

S1.2、A、B两位置传感器分别实时获取两者之间的距离关系，将A位置传感器获取的到B位置传感器的距离记为L1，将B位置传感器获取的到A位置传感器的距离记为L2，计算A、B两位置传感器之间的平均距离L3，所述

S1.3、根据A、B两位置传感器获取平均距离L3对应的时间，构建平均距离L3随时间变化的拟合曲线；

S1.4、获取调控控制指令的过程中对应的时间区间x；

S1.5、截取S1.3中平均距离L3随时间变化的拟合曲线中时间区间x对应的拟合曲线部分，将截取的拟合曲线部分中对应的各个平均距离L3的值记为用户的位置动作信息，即用户的位置动作信息包含多个L3的值。

本实施例中若同一时间点上，A位置传感器获取的到B位置传感器的距离为0.36米，B位置传感器获取的到A位置传感器的距离为0.34米，则位置动作调控模块中该时间点上，A、B两位置传感器之间的平均距离为0.35米。

本发明通过两个位置传感器之间的距离变化，确定人物的位置动作信息，将A位置传感器获取的到B位置传感器的距离记为L1，将B位置传感器获取的到A位置传感器的距离记为L2，并通过L1、L2计算L3，是因为考虑到传感器自身的因素问题，避免因传感器自身原因导致检测的数据出现较大的误差，因此计算L3，能够在传感器自身出现问题导致检测的数据出现较大的误差的情况下，在一定程度上对出现的误差进行中和、弥补，使得所得结果对应的误差缩小，进而减小因传感器误差对控制结果的影响；构建平均距离L3随时间变化的拟合曲线，是为了获取控制指令中用户的位置动作信息与时间之间的变化关系，进而通过时间获取控制指令对应位置动作信息，便于后续识别控制模块对控制指令的匹配；拟合曲线对应的函数可为分段函数，分段函数中各函数对应的取值范围之和为时间区间x；所述A、B两个位置传感器可以以手环或者手链的形式被用户佩戴在手腕上且不影响用户的日常生活。

所述位置动作调控模块包括动作校验信息获取模块及控制动作获取模块，

在位置动作调控模块获取调控控制指令的过程中用户的位置动作信息时，

所述动作校验信息获取模块获取用户的位置动作信息中初始的第一单位时间t1内对应的数据，并将获取的结果作为相应的控制指令的动作校验信息；

所述控制动作获取模块获取用户的位置动作信息中初始的第一单位时间t1之后对应的数据，并将获取的结果作为相应的控制指令的控制动作信息；

所述语音调控模块包括语音校验信息获取模块及控制语音获取模块，

在语音调控模块获取调控控制指令的过程中用户的语音信息时，所述语音校验信息获取模块获取用户的语音信息中初始第一单位时间t1内对应的语音信息，并将获取的结果作为相应的控制指令的语音校验信息；

所述控制语音获取模块获取用户的语音信息中初始的第一单位时间t1之后的语音信息，并将获取的结果作为相应的控制指令的控制语音信息；

所述语音信息包括音色种类、音量波动峰谷差异值及语音文本信息，

所述音量波动峰谷差异值表示语音信息中声音的最大响度与最小响度之间的差值，

所述语音信息通过拾音传感器进行获取。

本发明位置动作调控模块通过时间将控制指令中用户位置动作信息划分成动作校验信息和控制动作信息，语音调控模块通过时间将控制指令中用户语音信息划分成语音校验信息和控制语音信息，是为了便于识别后续识别控制模块对控制指令的匹配；在语音信息中，从音色种类、音量波动峰谷差异值及语音文本信息这三个方面进行考虑，考虑音色是由于不同的人音色存在较大的差异，音量波动峰谷差异值则反映了一个人的说话习惯，同一句话不同人说的过程中，不同字之间的响度差值可能存在较大的差别，而语音文本信息则反映了控制命令的内容(可以不为要控制的家居器件名称，也可以是不同的代号，为了与控制指令进行文本信息对比)。

所述智能调控模块分别获取位置动作调控模块及语音调控模块中得到的结果，

将同一控制指令分别对应的动作校验信息、语音校验信息构成一个指令校验对，

将同一控制指令分别对应的控制动作信息、控制语音信息构成一个指令控制对，

将同一控制指令分别对应的指令校验对、指令控制对按顺序录入一个空集合中，将录入后得到的集合记为指令控制集合，不同的控制指令对应不同的指令控制集合，

所述智能调控模块将获取的指令控制集合保存到指令数据库中。

本发明智能调控模块将同一控制指令分别对应的动作校验信息、语音校验信息构成一个指令校验对，是为了通过指令校验对控制指令进行简单对比，由于指令校验对中的信息相对于控制指令中的内容要少，因此在将采集的数据与指令校验对中的信息进行对比时，对应的筛选每条控制指令时，需要处理的数据也会更加少，因此能够实现对控制指令的初始快速筛选，筛选效率更高；而指令控制对是为了在通过指令校验对筛选的基础上再次进行控制指令的匹配，进而得到具体的控制指令；指令控制集合的设置，不仅确保了控制指令信息的完整性，还保证了控制指令信息的部分独立性，使得在后续的识别过程中，能够根据控制指令的部分信息实现对控制指令的快速匹配，减少了数据处理量，提高了匹配效率。

所述识别控制模块实时获取用户的位置动作信息与语音信息，分别提取最近第二单位时间t2内用户的位置动作信息及语音信息，所述第二单位时间t2大于等于第一单位时间t1，

获取指令数据库的各指令控制集合中指令校验对内的动作校验信息，将提取的用户的位置动作信息与从指令数据库中获取的动作校验信息进行对比，判断两者是否相符，

获取指令数据库的各指令控制集合中指令校验对内的语音校验信息，将提取的用户的语音信息与从指令数据库中获取的语音校验信息进行对比，判断两者是否相符。

本发明识别控制模块获取最近第二单位时间t2内的用户位置动作信息及语音信息中，确保t2大于等于t1，这样是考虑到用户动作变化的快慢因素及说话过程中的语速差异，设置t2大于等于t1是为了确保提取的信息的完整性，进而使得提取的用户的位置动作信息和语音信息与动作校验信息的对比结果更加准确。

将提取的用户的位置动作信息与从指令数据库中获取的动作校验信息进行对比的方法包括以下步骤：

S2.1、分别获取指令数据库中每个动作校验信息对应的拟合曲线部分，将拟合曲线部分对应的函数记为f1(x1)，其中，0≤x1≤t1，

获取提取的用户的位置动作信息对应的拟合曲线部分，将该拟合曲线部分对应的函数记为f2(x2)，其中，0≤x2≤t2，

其中，x1、x2均表示对应的拟合曲线部分中，各拟合曲线上的点对应的时间与拟合曲线起始点对应时间的差值；

S2.2、计算t2与t1的差值，将所得差值均分成n份，每份对应的值记为w，

所述

S2.3、对f2(x2)向左平移，平移的量为k*w，0≤k≤n，得到f3(x3)，f3(x3)＝f2(x2-k*w)；

S2.4、分别计算k为不同值时，f3(x3)与f1(x1)中对应拟合曲线的平均高度差h_k，

所述其中，f3(x4)表示x3等于x4时的f3(x3)，f1(x4)表示x1等于x4时的f1(x1)；

S2.5、分别计算k为不同值时，f3(x3)与f1(x1)中对应拟合曲线的差异值H_k，

所述按k从小到大的顺序分别将各个差异值H_k逐个录入第一集合Q中；

S2.6、获取第一集合中的最小值，记为Qmin，将Qmin与第一预设值进行比较，判断提取的用户的位置动作信息与该动作校验信息是否相符，

当Qmin大于等于第一预设值时，则判定提取的用户的位置动作信息与该动作校验信息不相符，

当Qmin小于第一预设值时，则判定提取的用户的位置动作信息与该动作校验信息相符。

本实施例中，若f1(x1)对应的函数为f1(x1)＝0.2*x1+0.2，其中，0≤x1≤0.5，

f2(x2)对应的函数为

则对应的w＝(1-0.5)÷1＝0.5，

当k＝0时，

则f3(x3)＝f2(x2-k*w)＝0.25*(x2-0*0.5)+0.3＝0.25*x2+0.3，

则

则

当k＝1时，

则f3(x3)＝f2(x2-k*w)＝-0.3*(x2-1*0.5)+0.575＝-0.3*x2+0.725，

则

则

得到第一集合Q＝{0.003125,0.03125}，则第一集合中的最小值Qmin＝0.003125。

本发明在将提取的用户的位置动作信息与从指令数据库中获取的动作校验信息进行对比时，计算w是为了确定f2(x2)向左平移的最小单位量；计算k为不同值时，f3(x3)与f1(x1)中对应拟合曲线的平均高度差h_k，是为了获取相同取值区间中，平移后的拟合曲线与动作校验信息对应的拟合曲线之间的平均距离；计算k为不同值时，f3(x3)与f1(x1)中对应拟合曲线的差异值H_k，是为了获取相同取值区间中，平移后的拟合曲线与动作校验信息对应的拟合曲线的相似情况，H_k越大，则两者越相似，即对应的动作校验信息与提取的用户的位置动作信息越不相符；将各个差异值H_k逐个录入第一集合Q中并获取第一集合中的最小值，是因为采集的数据对应的时间t2大于t1，因此对应的拟合曲线对应的取值范围不同，而H_k对应的是平移量不同时，相同取值范围对应拟合曲线的相似情况，因此多数据进行综合比较，获取的结果会更加准确，与实际情况更加相符。

将提取的用户的语音信息与从指令数据库中获取的语音校验信息进行对比的方法包括以下步骤：

S3.1、分别获取提取的用户的语音信息与指令数据库中的各个语音校验信息；

S3.2、分别比较提取的用户语音信息与每个语音校验信息之间的差异情况，得到提取的用户语音信息与每个语音校验信息之间的音色差异系数α、音量波动峰谷差异值系数β及语音文本信息差异值系数γ；

S3.3、计算提取的用户语音信息与每个语音校验信息对应的归一化差异值G，

所述G＝α*β*γ，

其中，α对应两个值，分别为0或1，当α为0时表示提取的用户语音信息与该语音校验信息的音色种类不相同，当α为1时表示提取的用户语音信息与该语音校验信息的音色种类相同，

计算提取的用户语音信息中的音量波动峰谷差异值与该语音校验信息中的音量波动峰谷差异值的差值，并将所得差值除以该语音校验信息中的音量波动峰谷差异值，将1减去所得商后的差值作为β，

计算提取的用户语音信息中的语音文本信息与该语音校验信息中的语音文本信息中相同的字数，并将所得相同的字数除以该语音校验信息中的语音文本信息的总字数，所得的商为γ；

S3.4、将G与第二预设值进行比较，判断提取的用户语音信息与该语音校验信息是否相符，

当G大于等于第二预设值时，则判定提取的用户语音信息与该语音校验信息相符，

当G小于第二预设值时，则判定提取的用户语音信息与该语音校验信息不相符。

本发明在提取的用户的语音信息与从指令数据库中获取的语音校验信息进行对比的过程中，通过提取的用户语音信息与每个语音校验信息之间的音色差异系数α、音量波动峰谷差异值系数β及语音文本信息差异值系数γ进行归一化处理，并通过归一化差异值进一步判断两者的相符情况。

在指令数据库中，所述识别控制模块筛选出动作校验信息与提取的用户位置动作信息相符且同一指令校验对内对应的语音校验信息与提取的用户语音信息相符的所有的指令控制集合，将筛选结果记为第一次筛选结果，

所述识别控制模块对第一次筛选结果进行判断，

当识别控制模块未筛选到动作校验信息与提取的用户位置动作信息相符且同一指令校验对内对应的语音校验信息与提取的用户语音信息相符的指令控制集合时，则判定未匹配到相应的控制指令，不对家居器件原有的状态进行更改；

当识别控制模块筛选到动作校验信息与提取的用户位置动作信息相符且同一指令校验对内对应的语音校验信息与提取的用户语音信息相符的指令控制集合时，

以当前时间为起点，获取接下来第三单位时间t3内用户的位置动作信息及语音信息，

将筛选的每个指令控制集合中指令控制对中的控制动作信息与接下来第三单位时间t3内用户的位置动作信息进行对比，判断两者是否相符，

提取的用户的位置动作信息与从指令数据库中获取的动作校验信息进行对比的方法的原理，与该对比方法对应的原理相同，

将筛选的每个指令控制集合中指令控制对中的控制语音信息与接下来第三单位时间t3内用户的语音信息进行对比，判断两者是否相符，

提取的用户的语音信息与从指令数据库中获取的语音校验信息进行对比的方法的原理，与该对比方法对应的原理相同；

所述识别控制模块在第一筛选结果的基础上，进一步筛选出控制动作信息与接下来第三单位时间t3内用户的位置动作信息相符且同一指令控制对内对应的控制语音信息与接下来第三单位时间t3内用户的语音信息相符的所有的指令控制集合，将筛选结果记为第二次筛选结果，

所述识别控制模块对第二次筛选结果进行判断，

当识别控制模块未筛选出控制动作信息与接下来第三单位时间t3内用户的位置动作信息相符且同一指令控制对内对应的控制语音信息与接下来第三单位时间t3内用户的语音信息相符的所有的指令控制集合时，则判定未匹配到相应的控制指令，不对家居器件原有的状态进行更改；

当识别控制模块筛选出控制动作信息与接下来第三单位时间t3内用户的位置动作信息相符且同一指令控制对内对应的控制语音信息与接下来第三单位时间t3内用户的语音信息相符的所有的指令控制集合时，则获取该指令控制集合对应的控制指令及该控制指令对应的组，进而识别控制模块对该控制指令对应的组内的家居器件进行控制。

本发明识别控制模块通过两次筛选实现对控制指令的匹配，进而得到相应的控制指令，该匹配方式相比常规的匹配方式，有效减少了数据处理量，提高了数据匹配的效率；第一筛选是为了缩小待匹配的控制指令的范围，第二次筛选是为了进一步匹配出具体的控制指令。

一种基于人机交互的物联网家居智能控制方法，该方法包括以下步骤：

S1、通过家居器件划分模块获取用户需要控制的家居器件，并根据各个家居器件的种类、用途分别划分成不同的类别及相应类别中的组，一个组对应一条控制指令；

S2、用户通过智能调控模块为各组调控相应的控制指令，不同的组调控的控制指令不同，并将调控的控制指令与对应的组以数据对的形式保存到指令数据控中；

S3、通过位置动作调控模块获取调控控制指令的过程中用户的位置动作信息；

S4、通过语音调控模块获取调控控制指令的过程中用户的语音信息；

S5、通过识别控制模块实时获取用户的位置动作信息与语音信息，并将获取的结果与指令数据库中的各个数据对内的控制指令进行匹配，进而实现对对应组内的家居器件进行控制。

需要说明的是，在本文中，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。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于人机交互的物联网家居智能控制系统，其特征在于，包括：

家居器件划分模块，所述家居器件划分模块获取用户需要控制的家居器件，并根据各个家居器件的种类、用途分别划分成不同的类别及相应类别中的组；

一个组对应一条控制指令；

智能调控模块，用户通过智能调控模块为各组调控相应的控制指令，不同的组调控的控制指令不同，并将调控的控制指令与对应的组以数据对的形式保存到指令数据控中，

所述智能调控模块包括位置动作调控模块及语音调控模块，

所述位置动作调控模块获取调控控制指令的过程中用户的位置动作信息；

所述语音调控模块获取调控控制指令的过程中用户的语音信息；

识别控制模块，所述识别控制模块实时获取用户的位置动作信息与语音信息，并将获取的结果与指令数据库中的各个数据对内的控制指令进行匹配，进而实现对对应组内的家居器件进行控制；

所述位置动作调控模块获取调控控制指令的过程中用户的位置动作信息的方法包括以下步骤：

S1.1、用户的身上分别设置有A、B两个位置传感器；

S1.2、A、B两位置传感器分别实时获取两者之间的距离关系，将A位置传感器获取的到B位置传感器的距离记为L1，将B位置传感器获取的到A位置传感器的距离记为L2，计算A、B两位置传感器之间的平均距离L3，所述

S1.3、根据A、B两位置传感器获取平均距离L3对应的时间，构建平均距离L3随时间变化的拟合曲线；

S1.4、获取调控控制指令的过程中对应的时间区间x；

S1.5、截取S1.3中平均距离L3随时间变化的拟合曲线中时间区间x对应的拟合曲线部分，将截取的拟合曲线部分中对应的各个平均距离L3的值记为用户的位置动作信息，即用户的位置动作信息包含多个L3的值。

2.根据权利要求1所述的一种基于人机交互的物联网家居智能控制系统，其特征在于：所述家居器件划分模块在对各个家居器件进行划分的过程中，一个家居器件只对应一个类别，但同一类别中不同的组可包含同一家居器件。

3.根据权利要求1所述的一种基于人机交互的物联网家居智能控制系统，其特征在于：所述位置动作调控模块包括动作校验信息获取模块及控制动作获取模块，

在位置动作调控模块获取调控控制指令的过程中用户的位置动作信息时，

所述动作校验信息获取模块获取用户的位置动作信息中初始的第一单位时间t1内对应的数据，并将获取的结果作为相应的控制指令的动作校验信息；

所述控制动作获取模块获取用户的位置动作信息中初始的第一单位时间t1之后对应的数据，并将获取的结果作为相应的控制指令的控制动作信息；

所述语音调控模块包括语音校验信息获取模块及控制语音获取模块，

在语音调控模块获取调控控制指令的过程中用户的语音信息时，所述语音校验信息获取模块获取用户的语音信息中初始第一单位时间t1内对应的语音信息，并将获取的结果作为相应的控制指令的语音校验信息；

所述控制语音获取模块获取用户的语音信息中初始的第一单位时间t1之后的语音信息，并将获取的结果作为相应的控制指令的控制语音信息；

所述语音信息包括音色种类、音量波动峰谷差异值及语音文本信息，

所述音量波动峰谷差异值表示语音信息中声音的最大响度与最小响度之间的差值，

所述语音信息通过拾音传感器进行获取。

4.根据权利要求3所述的一种基于人机交互的物联网家居智能控制系统，其特征在于：所述智能调控模块分别获取位置动作调控模块及语音调控模块中得到的结果，

将同一控制指令分别对应的动作校验信息、语音校验信息构成一个指令校验对，

将同一控制指令分别对应的控制动作信息、控制语音信息构成一个指令控制对，

将同一控制指令分别对应的指令校验对、指令控制对按顺序录入一个空集合中，将录入后得到的集合记为指令控制集合，不同的控制指令对应不同的指令控制集合，

所述智能调控模块将获取的指令控制集合保存到指令数据库中。

5.根据权利要求4所述的一种基于人机交互的物联网家居智能控制系统，其特征在于：所述识别控制模块实时获取用户的位置动作信息与语音信息，分别提取最近第二单位时间t2内用户的位置动作信息及语音信息，

获取指令数据库的各指令控制集合中指令校验对内的动作校验信息，将提取的用户的位置动作信息与从指令数据库中获取的动作校验信息进行对比，判断两者是否相符，

获取指令数据库的各指令控制集合中指令校验对内的语音校验信息，将提取的用户的语音信息与从指令数据库中获取的语音校验信息进行对比，判断两者是否相符。

6.根据权利要求5所述的一种基于人机交互的物联网家居智能控制系统，其特征在于：将提取的用户的位置动作信息与从指令数据库中获取的动作校验信息进行对比的方法包括以下步骤：

S2.1、分别获取指令数据库中每个动作校验信息对应的拟合曲线部分，将拟合曲线部分对应的函数记为f1(x1)，其中，0≤x1≤t1，

获取提取的用户的位置动作信息对应的拟合曲线部分，将该拟合曲线部分对应的函数记为f2(x2)，其中，0≤x2≤t2，

其中，x1、x2均表示对应的拟合曲线部分中，各拟合曲线上的点对应的时间与拟合曲线起始点对应时间的差值；

S2.2、计算t2与t1的差值，将所得差值均分成n份，每份对应的值记为w，

所述

S2.3、对f2(x2)向左平移，平移的量为k*w，0≤k≤n，得到f3(x3)，f3(x3)＝f2(x2-k*w)；

S2.4、分别计算k为不同值时，f3(x3)与f1(x1)中对应拟合曲线的平均高度差h_k，

所述其中，f3(x4)表示x3等于x4时的f3(x3)，f1(x4)表示x1等于x4时的f1(x1)；

S2.5、分别计算k为不同值时，f3(x3)与f1(x1)中对应拟合曲线的差异值H_k，

所述按k从小到大的顺序分别将各个差异值H_k逐个录入第一集合Q中；

S2.6、获取第一集合中的最小值，记为Qmin，将Qmin与第一预设值进行比较，判断提取的用户的位置动作信息与该动作校验信息是否相符，

当Qmin大于等于第一预设值时，则判定提取的用户的位置动作信息与该动作校验信息不相符，

当Qmin小于第一预设值时，则判定提取的用户的位置动作信息与该动作校验信息相符。

7.根据权利要求6所述的一种基于人机交互的物联网家居智能控制系统，其特征在于：将提取的用户的语音信息与从指令数据库中获取的语音校验信息进行对比的方法包括以下步骤：

S3.1、分别获取提取的用户的语音信息与指令数据库中的各个语音校验信息；

S3.2、分别比较提取的用户语音信息与每个语音校验信息之间的差异情况，得到提取的用户语音信息与每个语音校验信息之间的音色差异系数α、音量波动峰谷差异值系数β及语音文本信息差异值系数γ；

S3.3、计算提取的用户语音信息与每个语音校验信息对应的归一化差异值G，

所述G＝α*β*γ，

其中，α对应两个值，分别为0或1，当α为0时表示提取的用户语音信息与该语音校验信息的音色种类不相同，当α为1时表示提取的用户语音信息与该语音校验信息的音色种类相同，

计算提取的用户语音信息中的音量波动峰谷差异值与该语音校验信息中的音量波动峰谷差异值的差值，并将所得差值除以该语音校验信息中的音量波动峰谷差异值，将1减去所得商后的差值作为β，

计算提取的用户语音信息中的语音文本信息与该语音校验信息中的语音文本信息中相同的字数，并将所得相同的字数除以该语音校验信息中的语音文本信息的总字数，所得的商为γ；

S3.4、将G与第二预设值进行比较，判断提取的用户语音信息与该语音校验信息是否相符，

当G大于等于第二预设值时，则判定提取的用户语音信息与该语音校验信息相符，

当G小于第二预设值时，则判定提取的用户语音信息与该语音校验信息不相符。

8.根据权利要求7所述的一种基于人机交互的物联网家居智能控制系统，其特征在于：在指令数据库中，所述识别控制模块筛选出动作校验信息与提取的用户位置动作信息相符且同一指令校验对内对应的语音校验信息与提取的用户语音信息相符的所有的指令控制集合，将筛选结果记为第一次筛选结果，

所述识别控制模块对第一次筛选结果进行判断，

当识别控制模块未筛选到动作校验信息与提取的用户位置动作信息相符且同一指令校验对内对应的语音校验信息与提取的用户语音信息相符的指令控制集合时，则判定未匹配到相应的控制指令，不对家居器件原有的状态进行更改；

当识别控制模块筛选到动作校验信息与提取的用户位置动作信息相符且同一指令校验对内对应的语音校验信息与提取的用户语音信息相符的指令控制集合时，

以当前时间为起点，获取接下来第三单位时间t3内用户的位置动作信息及语音信息，

将筛选的每个指令控制集合中指令控制对中的控制动作信息与接下来第三单位时间t3内用户的位置动作信息进行对比，判断两者是否相符，

提取的用户的位置动作信息与从指令数据库中获取的动作校验信息进行对比的方法的原理，与该对比方法对应的原理相同，

将筛选的每个指令控制集合中指令控制对中的控制语音信息与接下来第三单位时间t3内用户的语音信息进行对比，判断两者是否相符，

提取的用户的语音信息与从指令数据库中获取的语音校验信息进行对比的方法的原理，与该对比方法对应的原理相同；

所述识别控制模块在第一筛选结果的基础上，进一步筛选出控制动作信息与接下来第三单位时间t3内用户的位置动作信息相符且同一指令控制对内对应的控制语音信息与接下来第三单位时间t3内用户的语音信息相符的所有的指令控制集合，将筛选结果记为第二次筛选结果，

所述识别控制模块对第二次筛选结果进行判断，

当识别控制模块未筛选出控制动作信息与接下来第三单位时间t3内用户的位置动作信息相符且同一指令控制对内对应的控制语音信息与接下来第三单位时间t3内用户的语音信息相符的所有的指令控制集合时，则判定未匹配到相应的控制指令，不对家居器件原有的状态进行更改；

当识别控制模块筛选出控制动作信息与接下来第三单位时间t3内用户的位置动作信息相符且同一指令控制对内对应的控制语音信息与接下来第三单位时间t3内用户的语音信息相符的所有的指令控制集合时，则获取该指令控制集合对应的控制指令及该控制指令对应的组，进而识别控制模块对该控制指令对应的组内的家居器件进行控制。

9.应用权利要求1-8任意一项所述的一种基于人机交互的物联网家居智能控制系统的基于人机交互的物联网家居智能控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1、通过家居器件划分模块获取用户需要控制的家居器件，并根据各个家居器件的种类、用途分别划分成不同的类别及相应类别中的组，一个组对应一条控制指令；

S2、用户通过智能调控模块为各组调控相应的控制指令，不同的组调控的控制指令不同，并将调控的控制指令与对应的组以数据对的形式保存到指令数据控中；

S3、通过位置动作调控模块获取调控控制指令的过程中用户的位置动作信息；

S4、通过语音调控模块获取调控控制指令的过程中用户的语音信息；

S5、通过识别控制模块实时获取用户的位置动作信息与语音信息，并将获取的结果与指令数据库中的各个数据对内的控制指令进行匹配，进而实现对对应组内的家居器件进行控制。