[發明專利]一種基于智能家居感知與控制的實驗教學平臺

在審

• 申請號: 201710903309.5
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN107623739A
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 戴亞平;張超穎;楊國賽;張巖;徐意鈞;徐凡
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;H04L12/28
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙)11639
• 代理人: 毛燕

1.一種基于智能家居感知與控制的實驗教學平臺，其特征在于：搭建于實景沙盤模型，包括感知與控制模塊、智能網關、云平臺服務器和用戶終端模塊，并配套有實驗說明書；

所述的實景沙盤家居模型要求合理布局房間結構并進行室內裝飾，實景還原家庭房間布局和智能家居設備，用于模擬真實環境下家居房間構成與家居設備；實景沙盤模型配備各個模塊的調試下載接口、程序源碼；

所述的感知與控制模塊用于完成環境信息數據的采集與監測、控制設備的手勢信息的提取，并用于智能家居沙盤中家電設備的開關控制；

所述的智能網關用于實現下述功能：(1)實現實驗室內外網的通信，將實驗室內部所有智能設備與之相連；(2)將感知與控制模塊設備接入Internet；(3)具備云端與本地兩種工作模式，學生根據需要進行云端或本地工作模式選擇；

所述的云平臺服務器用于實現下述功能：(1)完成感知與控制模塊環境信息數據的實時處理，通過智能網關傳輸至用戶終端模塊實時顯示；(2)當實驗環境信息數據不合理時給出相應的調整策略，包括向操作者推送消息提醒和自動觸發預先設定的規則；(3)能夠同時完成大量實驗產生的海量傳感器數據的接入和存儲任務；(4)計算能力強，用于減輕傳統智能家居實驗系統中的中控設備的負擔，完成復雜的邏輯處理；(5)隨時增添或刪減所需的傳感器和控制器到系統中，實現按需擴展，設備具有自定義功能；

所述的用戶終端模塊用于實現下述功能：(1)以WEB或終端APP的形式為學生提供遠程查看的人機交互界面，使得學生對于實驗的學習不僅僅局限于室內，方便學生隨時隨地的高效率學習；(2)提供給學生基本控制家居操作的功能，通過手機等移動設備能夠查看實驗模型中的環境信息數據，并向控制器發出請求，實現對感知與控制模塊的控制，讓學生體會到智能家居系統的便捷性；

所述的配套實驗說明書，以供學生進行實驗課程使用，使學生能夠針對各個模塊進行思路清晰的教學實驗，并記錄分析實驗結果，撰寫實驗總結；實驗說明書包括智能家居的簡介、各個模塊的簡介、各個模塊的使用說明、理論講解、開發環境搭建分步過程講解、開發工具使用講解、實驗目的、實驗原理、實驗步驟和程序運行流程圖；

感知與控制模塊通過智能網關與云平臺服務器進行連接，將采集到的環境信息數據經由路由器傳至云平臺服務器或者本地局域網，從而實現數據的實時傳輸；云平臺服務器和用戶終端模塊之間通過Internet進行連接，能夠實時查看實驗中的環境信息數據并控制設備進行動作。

2.如權利要求1所述的一種基于智能家居感知與控制的實驗教學平臺，其特征在于：所述的感知與控制模塊包括主控制器、環境數據采集與控制子模塊、顯示與報警子模塊、語音識別與合成子模塊和網絡接入子模塊；由于選用云平臺服務器取代傳統的PC機或某種嵌入式設備作為服務器，只保留AVR單片機作為感知與控制模塊和用戶終端模塊的中控，所以選用主控制器無需滿足存儲空間大的要求，因此選用具有低功耗、控制效率高的控制器即可；主控制器用于將環境信息數據和手勢信息傳送給云平臺服務器以及控制終端設備；環境數據采集與控制子模塊由Kinect體感設備、各種傳感器及繼電器設備組成，用于完成手勢動作的識別、環境信息數據的采集與電器開關控制；顯示與報警子模塊包括液晶顯示屏、LED燈和蜂鳴器，用于環境信息數據的本地顯示與超閾值報警；語音識別與合成子模塊包括語音識別模塊和語音合成模塊，用于接收控制指令與反饋執行結果；網絡接入模塊選用以太網控制器，并配合WiFi模塊，用于實現下述功能：(1)終端設備的Internet接入；(2)與Internet通信，通過無線模塊與感知控制模塊，將傳感器數據上傳至云平臺服務器；(3)接受云平臺服務器控制指令，從而驅動控制器控制實驗設備。

3.如權利要求2所述的一種基于智能家居感知與控制的實驗教學平臺，其特征在于：所述的環境數據采集與控制子模塊包括感知二級子模塊，手勢識別二級子模塊和控制終端二級子模塊；其中感知二級子模塊選用各種傳感器，用于完成實驗環境的檢測與監視，并將環境信息數據發送給智能網關；手勢識別二級子模塊是Kinect攝像頭，通過微軟Kinect攝像頭進行手勢深度圖的采集，進而對手勢信息進行提取、分析與判斷，產生相應的控制信號，通過Internet將控制信號傳給單片機，從而驅動實驗平臺的家居動作；控制終端二級子模塊是被控的實驗家居設備對象，用于接收智能網關發送的控制指令完成相應的操作。