家居系统一体化智能控制系统

2017 DDC中国区选拔赛作品  |  智能家居

超人I77   项目发起人 06-20
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家居系统一体化智能控制系统,该系统具备语音智能管家、一键场景切换、移动墙体等特色功能,还具备智能窗帘、智能门窗、并可自动调整室内温湿度。该系统可由PC端或者移动端进行控制,具备手动\自动控制的选择切换功能。PC端运行LABVIEW程序,在界面,可实时显示室内状态(温湿度、光照等环境因素、智能家电的开关状态),并可输入控制参数、设定功能。移动端运行相应的APP,具备类似PC端上软件的的操作功能。
下位机由BEAGLEBONE BLACK开发板负责通信、数据处理、控制等。开发板连接摄像头和传感器、执行器件及其驱动电路。

项目采用平台:

LabVIEW for BeagleBone DIGILENT套件

数量 1

项目采用传感器:

PmodTMP3:温度传感器

数量 1

项目采用传感器:

PmodOLED:128x32像素单色OLED屏

数量 4

项目采用传感器:

PmodHYGRO:温湿度传感器

数量 1

项目详情

项目创意灵感

家居生活上人们生活中最核心的一部分、但由于人口、城市发展等压力,人们常常会有住房面积小、生活空间小、家具智能化程度低的问题。针对于此问题、我们便捷简约低成本的实现对家居系统进行一体化控制,使家居智能化,优化居住环境,让生活更加智能、美好。

设计特色创新

1.实现了家居系统的一体化,从一个终端实现家居的全局控制,并可实现远程控制。
创新点:采用串口+WIFI 无线通信方式,因此很好地满足内部与模块间信息传递的需求;外部通信采用 WIFI 的无线通信方式,因此解决了采用有线控制方式所带来的布线困难、灵活性差、成本高等缺点。
2. 智能语音控制系统,语音系统作为家居全局控制的一种控制端,通过人机语音交互,可以对家中的声光电进行控制,同事也能反馈房间当前信息,例如门窗的状态和室内温湿度等。
创新点:在BEAGLEBONE BLACK 嵌入式开发板上运行“讯飞语音识别”和“讯飞语音播报”的SDK,通过编写程序,实现能与人进行语音交互,实现智能提醒,语音控制,人机对话等功能,解放了人的双手,在忙碌时也可实现对家居的控制,通过对LABVIEW的编程可以实现在控制面板输入播报语音文本和功能设定。
3.可变换墙体,屋内墙体可控制变换,改变房间格局,扩展空间。
创新点:通过墙体的移动变换,可以实现空间的多重利用。
适用范围:智能家居
推广前景:随着社会、经济水平的发展,人们对家居品质的追求也越来越高,要求家居舒适化、安全化,家居生活舒适化、智能化,对智能家居系统的需求也越来越强烈。本作品具备实现家居一体化控制、智能语音管家、智能家电、移动墙体等功能,丰富、提高了人们的生活品质,符合人们对未来家居的期望和追求,相信在未来,类似本作品的智能家居系统将走进千家万户。

系统原理功能

基本思路:
输入-程序控制-输出
实现对智能家居的控制,控制对象包括灯、窗帘、门窗、音响系统等。输入量为智能家居的环境因素、智能电器的状态量、语音等。通过传感器获取输入量,并将获得数据输入到BEAGLEBONE BLACK嵌入式开发板,经过嵌入式开发板的程序处理,通过特定算法,输出控制量至控制对象。
而LABVIEW作为上位机,作为输入量、输出量的显示界面、以及对功能的选择控制界面,是人机交互的核心。电脑和嵌入式开发板建立无线通信,通过WIFI进行通信、控制。实现对智能家居的一体化控制。
切换家庭情景模式、四季温湿宜人、家用电器智能互联、墙体变换、PC机和智能终端无线遥控控制等功能以及时下流行的、可实现人房交互的语音助手功能的实现,需要攻克下列技术关键。
(一)情景模式:
一键切换的场景选择模式,避免了众多家电逐一操作的繁琐,节省时间,实现高效智能的控制家居系统。
在LABVIEW中设定情景模式界面,情景模式主要的控制量是声、光
在智能家居的模型设计中,采用扬声器、蜂鸣器、彩色LED灯作为执行器件来模拟实际家居中的音响、灯光系统,通过对嵌入式开发板的编程实现对声光、智能家电的控制。
列举一两例子如下:
会客模式:
客厅灯光打开并自动调至预设亮度,窗帘打开到预设位置,空调调至舒适温度,背景音乐缓缓响起,提供舒适高雅的休闲聊天环境。
早安模式:
根据智能闹钟的设定,在最适宜的时间,灯光自动缓慢变亮,轻柔的背景音乐缓缓响起,窗帘拉开,透入清晨的第一缕阳光将你自然唤醒,语音管家播报当天的天气状况。

(二)智能家电及环境控制
智能窗帘(可智能化地控制窗帘的开关程度),智能门窗(具有防盗、检测人员入侵功能)、智能环境控制(温度、湿度)
实现方案:
智能窗帘通过电机牵引驱动,电机连入智能控制模块,具备以下功能:
【自动开关】根据预先设定的时间,自动开关窗帘。
【语音控制开关】配合智能语音管家,主人发出声音指令即可实现窗帘的开合。
【智能唤醒】窗帘配合闹铃,在闹铃响时,自动打开窗帘,实现主人唤醒功能。
【手电两用】无论有电停电均可轻松手拉窗帘。
智能门窗同样使用电机牵引,改进传统门窗的弊端,实现以下功能:
门:
【混合开锁】使用指纹识别与机械混合开锁方式
【自动开合】开锁后自动开门,并通过人体红外传感器,感知是否还有人进入,确认没人后自动关门。
【防盗系统】门配有霍尔传感器,根据霍尔效应的原理,即霍尔传感器能感应磁场的变化并产生与磁场大小成比例的电势差,称为霍尔电压。在门窗处于关闭的状态时,由于此时磁场最强,因此霍尔电压最大。而当门窗被打开,因此磁铁的磁场方向不再正对霍尔传感器及距离的原因,导致霍尔电压减小甚至为零。通过对霍尔电压大小变化范围进行设定,就能起到对门窗状态检测作用,在离家模式开启时,一旦门窗被暴力开启,霍尔传感器与人体红外传感器共同作用,感应人闯入会马上传出信号,警报会立刻响起,摄像头对其自动抓拍。用户通过移动智能终端,也将在第一时间收到报警信息,从而有效的防止可能出现的损失。
窗:
【语音开启】主人在家时,可以通过智能语音管家,语言控制窗户的开关。
【手动控制】无论有电停电均可轻松打开窗户。
【防盗系统】原理与门类似,当主人离开家时,窗户自动关闭,远程显示家中窗户状态,让出行更安心,有人闯入时自动发送警报。
智能环境控制采用温度传感器、湿度传感器采集环境因素,采用制冷片、加热片、加湿器、排风扇模拟空调的制冷、暖气、抽湿功能。在LABVIEW控制面板上实时显示当前环境量,绘制变化曲线,可设定温度、湿度、通过嵌入式开发板实现智能调节。
采用人体红外传感器,获取附近是否有生命体征,关闭无人区域的灯光等用电器,节约用电。

以上都是通过有线或无线的方式与BEAGLEBONE BLACK开发板连接,在LABVIEW上编写程序可控制面板,实现状态量的获取和控制。
(三)语音管家
具有能与人进行语音交互的智能管家,实现智能提醒、语音控制、人机对话等功能。
实现方案:
科大讯飞作为中国最大的智能语音技术提供商,在智能语音技术领域有着长期的研究积累,并在中文语音合成、语音识别、口语评测等多项技术上拥有国际领先的成果。对于智能家居语音控制的应用,必须解决好距离、效率、个性化、方言、唤醒等问题,科大讯飞在这些方面都有非常成熟的解决方案,所以我们选择在BEAGLEBONE BLACK 嵌入式开发板上运行“讯飞语音识别”和“讯飞语音播报”的SDK,通过编写程序,实现能与人进行语音交互,实现智能提醒,语音控制,人机对话等功能。
通过对LABVIEW的编程实现在控制面板输入播报语音文本和功能设定。
语音控制:使用麦克风阵列获取人的语音输入,然后由嵌入

完成情况概述

1.实现多种情景模式的一键切换。
2.实现语音控制、语音交互功能。
3.实现PC端、移动端控制界面实现对智能家居的一体化控制。
4.实现墙体的移动控制。
5.实现远程通信和远程控制。
6.实现温度、湿度、灯光的智能调节。

制作周期分工

制作周期:3个月
制作团队:沈竞兴、刘灿斌、任如彪、陈敏、张徳浩
制作分工:
电控:刘灿斌、任如彪
通信:张德浩
机械:沈竞兴、陈敏

展望项目未来

目前语音适配依赖于市面上现有的语音模块、其功能比较局限、下一步拟自行开发语音识别系统。另外、目前联网功能受限于局域网下、下一步将接入互联网中、实现远程的检测于控制。

收获感悟分享

我们拥有梦想、我们制作希望。感谢团队这段时间的付出、期间我们花费了很多时间、虽然作品和我们最初的想象仍有差距、是的、结果不完美、过程很快乐。大家齐心协力地区完成一件事、真好。


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