CN108828972A - 一种智慧家庭生活系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生活服务系统，其公开了一种智慧家庭生活系统，为人们居家生活提供更多安全、便捷的体验。该系统包括：本地服务器，用于进行数据处理和控制命令的中转；云服务器，用于进行数据存储，提供数据查询功能；远程控制终端，用于远程下发控制命令以及从云服务器处获取数据，对家庭进行远程监控；语音控制系统，用于基于语音识别技术实现语音控制命令的下发，基于语音合成技术实现信息的语音反馈；视频监控系统，用于对家庭进行视频监控；家庭网关，用于提供本地服务器与各个智能家居子系统之间的联网；智能家居子系统，用于根据对应的控制命令控制对应的设备。此外，本发明还公开了上述系统的控制方法，适用于实现便捷的居家服务。

Description

一种智慧家庭生活系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及生活服务系统，具体涉及一种智慧家庭生活系统及其控制方法。

背景技术

随着经济的快速发展，人们对生活质量的要求也越来越高，对家庭安全以及居家便捷等方面的需求也越来越大。为了满足人们日益增长的生活需求，目前越来越多的智能家居产品出现在市场上，其中以基于局域网实现本地智能安防的系统居多。然而要真正实现家居上网，构成一套完整的智慧家居解决方案，达到真正的物联网结构体系对于目前来说还处于探索期。

随着无线网络技术的成熟，网络覆盖范围的无缝化、广阔化以及手机的普遍化和小程序的便捷化，为基于无线网关的智能家居系统提供了巨大的应用空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种智慧家庭生活系统及其控制方法，为人们居家生活提供更多安全、便捷的体验。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种智慧家庭生活系统，包括:

本地服务器、云服务器、远程控制终端、语音控制系统、视频监控系统、家庭网关和多个智能家居子系统；其中，远程控制终端与云服务器之间通过互联网通信，云服务器与本地服务器之间通过互联网通信，本地服务器与语音控制系统和视频监控系统之间通过串口连接；各个智能家居子系统通过家庭网关与本地服务器连接；

所述本地服务器，用于进行数据处理和控制命令的中转；

所述云服务器，用于进行数据存储，提供数据查询功能；

所述远程控制终端，用于远程下发控制命令以及从云服务器处获取数据，对家庭进行远程监控；

所述语音控制系统，用于基于语音识别技术实现语音控制命令的下发，基于语音合成技术实现信息的语音反馈；

所述视频监控系统，用于对家庭进行视频监控；

所述家庭网关，用于提供本地服务器与各个智能家居子系统之间的联网；

所述智能家居子系统，用于根据对应的控制命令控制对应的设备。

作为进一步优化，所述智能家居子系统，采用Node MCU作为处理器，具体包括：安全防护系统、家电控制系统、灯光调节系统、门禁系统和家庭环境系统；

所述安全防护系统提供防盗报警功能；

所述家电控制系统提供对窗帘以及家电的智能控制功能；

所述灯光调节系统提供电灯开关及调光功能；

所述门禁系统提供进门权限管理功能；

所述家庭环境系统提供温度检测、湿度检测、甲醛浓度检测和PM2.5浓度检测功能。

作为进一步优化，所述本地服务器基于树莓派搭建，具体用于：

获取远程控制终端通过云服务器下发的远程控制命令，并转发给智能家居子系统；

处理并上报室内环境数据和防盗数据；

获取视频流数据推流给云服务器；所述视频流数据来源于视频监控系统的视频流和门禁系统的视频流；

获取语音控制系统的语音命令处理后下发给智能家居子系统，并上报云服务器。

作为进一步优化，所述远程控制终端为搭载微信小程序的移动终端，可在微信小程序上显示各设备操作开关按钮，开启室内视频监控窗口、显示室内环境数据以及绘制室内环境数据折线图；所述室内环境数据包括温度数据、湿度数据、甲醛浓度数据和PM2.5浓度数据。

作为进一步优化，所述云服务器为腾讯云服务器。

此外，基于上述智慧家庭生活系统，本发明还提出了一种控制方法，其包括：

a.通过远程控制终端向云服务器发送远程控制命令；

b.云服务器将远程控制命令转发给本地服务器；

c.本地服务器对所述远程控制命令进行解析后，发送给对应的智能家居子系统；

d.对应的智能家居子系统根据远程控制命令控制对应设备执行相应操作。

作为进一步优化，步骤a中，通过远程控制终端向云服务器发送远程控制命令的方法是：

在移动终端的微信小程序上操作对应设备的开关/调节按钮或安全防护模式的开关/调节按钮，微信小程序将所述操作转化为对应的远程控制命令通过互联网发送给云服务器。

作为进一步优化，在步骤a之前，还包括步骤：

a0.本地服务器在收到家庭环境系统上报的环境数据后，将所述环境数据上报给云服务器；

本地服务器在收到来自门禁系统的视频流和来自视频监控系统的视频流后，将所述视频流传送给云服务器；

本地服务器在收到安全防护系统的防盗报警信号后，发送报警地点信息到指定邮箱。

此外，基于上述智慧家庭生活系统，本发明还提供了另外一种控制方法，其包括：

a.通过语音控制系统向本地服务器发送语音控制命令；

b.本地服务器对所述语音控制命令进行语音识别，对识别后的语音控制命令进行解析；

c.本地服务器根据解析出来的控制命令控制对应的智能家居子系统或者进行数据查询，将获得的查询内容进行语音播放。

作为进一步优化，步骤c具体包括：

c1.本地服务器判断解析出来的控制命令是否为针对设备的开关控制命令，若是，则将开关控制命令发送给对应的智能家居子系统，进入步骤c2；否则，进入步骤c3；

c2.对应的智能家居子系统根据开关控制命令控制对应设备执行相应操作；

c3.判断是否为查询命令，若为查询命令，则从云服务器获取相关查询内容上传百度语音合成，然后播放合成的语音内容；若不为查询命令，则由图灵机器人实现人机对话，反馈的对话文字上传百度语音合成，然后后播放合成的语音内容。

本发明的有益效果是：

基于物联网技术和云平台的应用设计的智慧家庭生活系统是一套安全、可靠、便捷的居家生活系统，其功能完善、可操作性高、实用性强、模块独立、安全性好，具有良好的发展前景；此系统的实现使得智能居家变得触手可及，让人们能够体验到轻松便捷的居家服务。

附图说明

图1为本发明实施例中的智慧家庭生活系统架构图；

图2为本发明实施例中的本地服务器对远程控制命令处理流程图；

图3为本发明实施例中的本地服务器对语音控制命令处理流程图；

图4为本发明实施例中的一种下位机程序流程图；

图5为本发明实施例中的另一种下位机程序流程图；

图6为本发明实施例中的下位机实现门禁、家电控制的硬件电路图；

图7为本发明实施例中的下位机实现安全防护和家庭环境系统的硬件电路图。

具体实施方式

本发明旨在提出一种智慧家庭生活系统及其控制方法，为人们居家生活提供更多安全、便捷的体验。该系统具体包括本地服务器、云服务器、远程控制终端、语音控制系统、视频监控系统、家庭网关和智能家居子系统六个组成部分。其中，远程控制终端与云服务器之间通过互联网通信，云服务器与本地服务器之间通过互联网通信，本地服务器与语音控制系统和视频监控系统之间通过串口连接；各个智能家居子系统通过家庭网关与本地服务器连接；各个组成部分的功能如下：

所述本地服务器，用于进行数据处理和控制命令的中转；

所述云服务器，用于进行数据存储，提供数据查询功能；

所述远程控制终端，用于远程下发控制命令以及从云服务器处获取数据，对家庭进行远程监控；

所述语音控制系统，用于基于语音识别技术实现语音控制命令的下发，基于语音合成技术实现信息的语音反馈；

所述视频监控系统，用于对家庭进行视频监控；

所述家庭网关，用于提供本地服务器与各个智能家居子系统之间的联网；

所述智能家居子系统，用于根据对应的控制命令控制对应的设备。

下面结合附图及实施例对本发明的方案做进一步的描述：

实施例：

如图1所示，本实施例中的智慧家庭生活系统以树莓派为本地服务器搭建系统核心，以微信小程序为客户端，基于NodeMCU设计下位机，实现整个系统框架。

在该系统框架中，采用微信小程序及语音控制系统的麦克风分别为远程控制和语音控制入口，由腾讯云服务器负责数据的存储，基于NodeMCU设计的下位机可实现数据上报树莓派并随时获取由树莓派发送来的控制指令；树莓派对负责将NodeMCU上报的数据及时更新到腾讯云服务器，树莓派还实时获取由小程序发出的开关控制指令，并下发给对应的硬件设备实现控制。树莓派安装有摄像头实时推流给小程序客户端实现远程监控，安装有麦克风通过百度的语音识别和语音合成技术实现对设备的开关。

在整个系统中树莓派起到了数据处理和命令中转的作用。所有数据均实时显示在小程序端，并绘制室内环境数据折线图，室内视频监控窗口，各设备操作开关按钮。该系统功能完善、可操作性高、实用性强、模块独立、安全性好具有一定的发展前景。

下面具体介绍小程序端、树莓派和下位机的具体设计实现：

小程序端设计：使用官方开发工具-“微信web开发者工具”，前端使用Nodejs语言进行用户交互逻辑开发。主要涉及有JS文件设计，WXML文件设计，WXSS文件设计,JSON文件设计。其中，JS文件为逻辑处理文件，包含有页面初始化数据及方法，页面刷新的方法，用户点击事件的方法，用户登录的方法等。WXML文件为页面布局文件，它设定了小程序页面的框架布局，包含图片视频等媒体组件及按钮文本等表单组件。WXSS文件为页面样式文件，它设定了每个组件的显示样式，包含颜色，大小，位置等基础显示信息。JSON文件则为全局配置文件，它设定了每个页面的名称，页面路径、界面表现、网络超时时间、底部tab，是否下拉刷新等配置。后端采用腾讯云提供的Wafer2解决方案(Nodejs)，一站式部署小程序资源套件，自动分配云端资源，配备BGP高防、域名智能解析及防劫持等多重安全防护体系。在controllers中设计后端代码，处理前端发起的事件，在routes中添加路由，这样能够完成前台访问后台。前后端交互采用HTTP协议，通过小程序的点击事件(bindtap)发起POST和GET请求，实现与后台通讯，从而获取和修改云端数据库中的数据。

设计的小程序界面包括：设备控制、家庭监控和折线图三个部分，此三个部分可以自由切换；其中设备控制部分显示各个设备的操作开关按钮，安全防护模式的开关按钮，家庭环境数据(包括温度数据、湿度数据、甲醛浓度和PM2.5浓度数据)；家庭监控部分显示各个监控摄像头的视频监控窗口；折线图部分可以显示家庭环境数据的当日走势图和近7日的走势图等等。

树莓派(本地服务器)设计：因为Python的语法简洁清晰，具有丰富和强大的库，使得开发变得迅速。故使用Python脚本语言搭建本地server。程序设计包含四大方面，获取云端命令并转发给下位机、处理并上报室内环境数据和防盗数据、获取视频流数据推流给腾讯云、获取语音命令处理后下发给下位机并上报云端。具体实现，先搭建TCP服务器，流程为创建套接字，绑定地址，监听，连接，数据的收发。这使得下位机设备得以接入服务器。在创建三个线程，分别实现下发命令、上报数据、语音控制。下发命令即使用send()函数给客户端发送指令，上报数据则使用request库的POST方法给指定域名发送数据，语音控制则使用百度提供的语音识别(STT)和语音合成(TTS)的REST API调用，修改数据库命令实现语音控制。最后使用Linux版的OBS实现视频推流到腾讯云的视频服务，在小程序端使用live-player组件实现播放。

本地服务器的软件程序流程图参见图2和图3，在图2中，本地服务器初始化后，等待客户端的连接，在客户端1连接成功后，开启线程1，通过该线程对远程控制命令进行监听，当收到远程通过腾讯云下发的控制命令后，如果是开关设备的指令，则向对应智能家居子系统的Node MCU发送针对对应设备的开关控制命令；同样，在客户端2连接成功后，开启线程2，通过该线程对远程控制命令进行监听，同时监听家庭环境系统上报的环境数据，在收到上报的环境数据进行处理后提交给腾讯云服务器进行存储；若监听到腾讯云下发的远程控制命令，通过判断若为针对安全防护系统的防盗模式的开关，则向安全防护系统的Node MCU发送防盗模式的开关命令，在本地服务器获取安全防护系统发送的报警信息后，发送报警地点到指定邮箱，从而便于快速应急处理。

对于图3，本地服务器开启语音控制系统的录音后，存储录音，并将录音文件上传百度语音势必，在获取识别的文字信息后解析是否包含了开关命令，如果包含了开关命令，则向对应的智能家居子系统的Node MCU发送开关命令；如果解析出来不为开关命令，则判断是否为查询命令，若为查询命令，则从云服务器获取相关查询内容上传百度语音合成，然后播放合成的语音内容；若不为查询命令，则由图灵机器人实现人机对话，反馈的对话文字上传百度语音合成，然后后播放合成的语音内容。

下位机设计：如图6和图7所示，采用安信可和乐鑫设计的基于ESP8266的NodeMCU测试板为主控装置，添加外围硬件实现无线对接及远程遥控。门禁系统可采用电磁锁，两头连接在继电器的NO和COM端，继电器的DC+端接三极管的发射极，DC-接地,三极管的基极连接在NodeMCU的D0管脚口。电灯开关及明暗度调节使用PWM进行调节，LED灯的正极接D2口和D3口，负极接地，通过设置D1、D2口为PWM输出，调节PWM改变LED1和LED2灯光的明暗。窗帘的伸缩则使用直流电机转动齿轮带动链条实现窗帘伸缩。电机驱动使用TB6612fng模块。模块的STBY接VCC，VM接12V电源，VCC接5V电源，GND接地，PWMA接NodeMCU的D4口，AIN1和AIN2接NodeMCU的D5和D6口，AO1和AO2接电机的两个脚。家庭环境系统则使用串口获取数据，传感器的TXD和RXD接NodeMCU的RXD和TXD，VCC接5V电源，GND接地。安全防护系统是使用红外测距原理，分别安装在大门和窗户一侧，当测试距离减小到预设值，则传感器的COM口接NodeMCU的D1管脚变为高电平,从而程序读取到后发送给本地服务器报警并触发蜂鸣器警示闯入者。语音采集可采用免驱USB麦克风，视频监控则使用普通摄像头采集视频。

下位机的程序流程参见图4和图5，在图4中，下位机初始化后连接服务器，在收到服务器命令后，下位机的NodeMCU对命令进行解析，然后控制对应设备执行开关命令；在图5中，下位机初始化后连接服务器，在收到服务器命令后，下位机的NodeMCU对命令进行解析，然后控制对应设备执行开关命令，如果开启了防盗模式，则判断红外传感器是否被触发，若被触发，则向服务器发送防盗报警信息，若未开启防盗模式或者红外传感器未被触发，则读取环境数据并发送给服务器。

Claims (10)

1.一种智慧家庭生活系统，其特征在于，包括:

本地服务器、云服务器、远程控制终端、语音控制系统、视频监控系统、家庭网关和多个智能家居子系统；其中，远程控制终端与云服务器之间通过互联网通信，云服务器与本地服务器之间通过互联网通信，本地服务器与语音控制系统和视频监控系统之间通过串口连接；各个智能家居子系统通过家庭网关与本地服务器连接；

所述本地服务器，用于进行数据处理和控制命令的中转；

所述云服务器，用于进行数据存储，提供数据查询功能；

所述远程控制终端，用于远程下发控制命令以及从云服务器处获取数据，对家庭进行远程监控；

所述语音控制系统，用于基于语音识别技术实现语音控制命令的下发，基于语音合成技术实现信息的语音反馈；

所述视频监控系统，用于对家庭进行视频监控；

所述家庭网关，用于提供本地服务器与各个智能家居子系统之间的联网；

所述智能家居子系统，用于根据对应的控制命令控制对应的设备。

2.如权利要求1所述的智慧家庭生活系统，其特征在于，所述智能家居子系统，采用Node MCU作为处理器，具体包括：安全防护系统、家电控制系统、灯光调节系统、门禁系统和家庭环境系统；

所述安全防护系统提供防盗报警功能；

所述家电控制系统提供对窗帘以及家电的智能控制功能；

所述灯光调节系统提供电灯开关及调光功能；

所述门禁系统提供进门权限管理功能；

所述家庭环境系统提供温度检测、湿度检测、甲醛浓度检测和PM2.5浓度检测功能。

3.如权利要求1所述的智慧家庭生活系统，其特征在于，所述本地服务器基于树莓派搭建，具体用于：

获取远程控制终端通过云服务器下发的远程控制命令，并转发给智能家居子系统；

处理并上报室内环境数据和防盗数据；

获取视频流数据推流给云服务器；所述视频流数据来源于视频监控系统的视频流和门禁系统的视频流；

获取语音控制系统的语音命令处理后下发给智能家居子系统，并上报云服务器。

4.如权利要求1所述的智慧家庭生活系统，其特征在于，所述远程控制终端为搭载微信小程序的移动终端，可在微信小程序上显示各设备操作开关按钮，开启室内视频监控窗口、显示室内环境数据以及绘制室内环境数据折线图；所述室内环境数据包括温度数据、湿度数据、甲醛浓度数据和PM2.5浓度数据。

5.如权利要求1-4任意一项所述的智慧家庭生活系统，其特征在于，所述云服务器为腾讯云服务器。

6.智慧家庭生活系统的控制方法，应用于如权利要求1-5任意一项所述的系统，其特征在于，包括：

a.通过远程控制终端向云服务器发送远程控制命令；

b.云服务器将远程控制命令转发给本地服务器；

c.本地服务器对所述远程控制命令进行解析后，发送给对应的智能家居子系统；

d.对应的智能家居子系统根据远程控制命令控制对应设备执行相应操作。

7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，步骤a中，通过远程控制终端向云服务器发送远程控制命令的方法是：

在移动终端的微信小程序上操作对应设备的开关/调节按钮或安全防护模式的开关/调节按钮，微信小程序将所述操作转化为对应的远程控制命令通过互联网发送给云服务器。

8.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，在步骤a之前，还包括步骤：

a0.本地服务器在收到家庭环境系统上报的环境数据后，将所述环境数据上报给云服务器；

本地服务器在收到来自门禁系统的视频流和来自视频监控系统的视频流后，将所述视频流传送给云服务器；

本地服务器在收到安全防护系统的防盗报警信号后，发送报警地点信息到指定邮箱。

9.智慧家庭生活系统的控制方法，应用于如权利要求1-5任意一项所述的系统，其特征在于，包括：

a.通过语音控制系统向本地服务器发送语音控制命令；

b.本地服务器对所述语音控制命令进行语音识别，对识别后的语音控制命令进行解析；

c.本地服务器根据解析出来的控制命令控制对应的智能家居子系统或者进行数据查询，将获得的查询内容进行语音播放。

10.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，步骤c具体包括：

c1.本地服务器判断解析出来的控制命令是否为针对设备的开关控制命令，若是，则将开关控制命令发送给对应的智能家居子系统，进入步骤c2；否则，进入步骤c3；

c2.对应的智能家居子系统根据开关控制命令控制对应设备执行相应操作；

c3.判断是否为查询命令，若为查询命令，则从云服务器获取相关查询内容上传百度语音合成，然后播放合成的语音内容；若不为查询命令，则由图灵机器人实现人机对话，反馈的对话文字上传百度语音合成，然后后播放合成的语音内容。