CN102880176A

CN102880176A - 智能小车及基于智能小车的可视化智能家居控制方法

Info

Publication number: CN102880176A
Application number: CN2012101589921A
Authority: CN
Inventors: 王嘉珺; 孟濬; 陈啸
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2032-05-22
Also published as: CN102880176B

Abstract

本发明公开了一种智能小车及基于智能小车的可视化智能家居控制方法，用户通过操作手机发出控制命令到互联网中的用户账号，电脑监控用户账号得到控制信息并通过无线传输装置发送控制命令，小车接收控制命令后完成对家具的控制；本发明可以根据不同家庭室内布局绘制个性化地图，操作简单，适用于所有家庭。

Description

智能小车及基于智能小车的可视化智能家居控制方法

技术领域

本发明涉及物联网领域，尤其涉及一种智能小车及基于该智能小车的可视化智能家居控制方法。

背景技术

随着科技的发展与社会的进步,智能家居已经开始进入人们的日常生活。智能家居控制***具有提高现代生活的科技档次,改善生活品质,以及提升生活舒适性的特点。但是老式的智能家居***存在布线难、造价高、结构复杂等问题，即便是现在市场上流行的以蓝牙为代表的无线技术，由于大量使用射频设备，在住家这种小范围环境内容易产生电磁辐射，长期使用带来的电磁污染也会对住户带来健康问题。此外，现有的监控体系都是在房间内部安装摄像头，对于隔间多且房间面积相对小的家庭环境来说，如果要达到整体监控则需要在每个房间都安装摄像头，而这么做显然极大的威胁到住户隐私。

因此解决总线形式智能家居结构复杂、无线形式有潜在的电磁污染隐患、摄像头固定带来的多摄像头成本高并且隐私性差这三大问题，是推广智能家居***广泛应用的主要途径之一。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种智能小车及基于智能小车的可视化智能家居控制方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种智能小车，它包括：控制单元、红外信号发射装置、车载无线摄像头、无线通信模块、角度传感器、距离传感器、步进电机、舵机和光照传感器等；其中，所述红外信号发射装置、车载无线摄像头、无线通信模块、角度传感器、距离传感器、步进电机、舵机和光照传感器均与控制单元相连。

一种基于上述智能小车的可视化智能家居控制方法，基于智能小车的可视化智能家居主要由用户手机、电脑、智能小车和被控家具组成，电脑包括一无线通信装置，该方法包括如下步骤：

（1）绘制轨迹地图：控制智能小车在家中行进，智能小车通过角度传感器和距离传感器获取自身转过角度θ和行进距离s；自身转过角度θ和行进距离s这两个数据以频率f传到电脑。电脑2接收到信息，在画面上记录下每个点的位置，当智能小车路过某一被控家具i时，向智能小车发送光照信号，光照传感器在接收到光照信号之后记录此时经过的路程s_i和转过的角度θ_i，以便在这条路线上标识家具i，并在地图上面显示；当智能小车走完全部路线后，用户小小车发送停止命令，最后按照各点形成的时间先后顺序连线成图；

（2）轨迹地图绘制完成后，将轨迹地图下载到用户手机中。

（3）用户通过用户手机将控制命令经由电脑2发送至智能小车：点击用户手机上轨迹地图上某一点P(X,Y)时，用户手机根据智能小车当前位置点P₀(X₀,Y₀)，按照已有的固定行进轨迹，给出从P₀运动到P点所要前进的路程

和转过角度α；用户手机将前进的路程

和转过角度α发送至用户个人微博账号，电脑通过监视这个账号所发布信息的关键字获取命令，并将微博中的控制命令导出到excel文件中；通过由电脑的无线通信装置将excel中的内容发送到智能小车上的无线通信模块，进而发送给控制单元的方式，命令完成从用户手机到智能小车的传送；

（4）智能小车根据接收到的命令实现对家居的控制：控制单元将接收到的命令转化成控制步进电机和舵机的信号，最终完成对智能小车运动的控制。智能小车运动到被控家具处执行控制命令；同时，车载无线摄像头将拍摄到的视频图像通过移动通信网络经过视频压缩编码传送到用户手机，实现用户对家中状况的实时监控。

本发明的有益效果是，本发明对于结构不同的住家来说可通过自行控制智能小车轨迹，绘制个性化初始地图来实现，无需设备厂家上门布线或是指导安装，操作简单。同时，车载无线摄像头具有活动范围大，控制灵活的特点，在降低成本的同时既满足用户监控需要又保护用户隐私。此外，智能小车上的红外发射装置相当于一个可移动的万用遥控器，节省成本、控制灵活的同时避免了电磁污染。

附图说明

图1是基于智能小车的可视化智能家居***中各模块间数据传递的***构架图；

图2是基于智能小车的可视化智能家居***所用到的智能小车内部模块连接图；

图3是基于智能小车的可视化智能家居***所用到的智能小车内部数据传递图；

图4是基于智能小车的可视化智能家居***所用到的智能小车上装有的红外信号发射装置结构图；

图5是基于智能小车的可视化智能家居***的实现流程图；

图6是基于智能小车的可视化智能家居***中绘制地图软件的程序流程图；

图7是基于智能小车的可视化智能家居***所用到的显示小车轨迹和家具位置的轨迹地图；

图8是基于智能小车的可视化智能家居***所用到的用户手机的软件流程图

图9是基于智能小车的可视化智能家居***所用到的智能小车中控制单元的内部程序流程图；

图中，用户手机1、电脑2、智能小车3、饮水机4、空调5、窗帘6、控制单元7、红外信号发射装置8、车载无线摄像头9、无线通信模块10、角度传感器11、距离传感器12、步进电机13、舵机14、光照传感器15。

具体实施方式

本发明采用智能小车车载可控摄像头在家内运动采集图像、利用红外信号发射装置控制红外开关的方式，搭建智能家居***；同时在用户手机上有高度可视化的用户友好界面，方便用户不在家的时候实施远程控制。同时该智能家居***具有普适性，对于结构不同的住家来说可通过自行控制智能小车轨迹，绘制个性化初始地图，并且地图绘制有别于获取二维平面上所有信息的方法，它只显示智能小车路径和被控家具的位置，去除了大量冗余无效信息后***简练并且显示明了。

下面结合附图详细描述本发明，本专利的目的和效果将变得更加明显。

如图2所示，本发明的智能小车3包括：控制单元7、红外信号发射装置8、车载无线摄像头9、无线通信模块10、角度传感器11、距离传感器12、步进电机13、舵机14和光照传感器15；红外信号发射装置8、车载无线摄像头9、无线通信模块10、角度传感器11、距离传感器12、步进电机13、舵机14和光照传感器15均与控制单元7相连。

智能小车3内部模块之间的信息传递如图3所示。智能小车3在绘制地图时，将角度传感器11、距离传感器12和光照传感器15采集到的参数发送给控制单元7，经过控制单元7的处理后发送给无线通信模块10，并由无线通信模块10将参数发送到电脑2。无线通信模块10负责接收电脑2传来的控制命令，并将控制命令发送给控制单元7。控制单元7接收到无线通信模块10传送来的命令之后首先判断是何种命令，如果是智能小车3运动命令，则控制单元7将控制信号（例如PWM波）发送给步进电机13和舵机14，通过步进电机13和舵机14控制智能小车3是前进或者转弯；如果是家具控制命令，则控制单元7将控制信号（例如编码脉冲）发送给红外信号发射装置8，通过红外信号发射装置8发射出的红外脉冲来控制家具。其中红外信号发射装置8的结构如图4所示，红外信号发射装置8可以在水平和垂直两个维度内180°旋转，以适应不同家具开关位置不同的情况。当用户选择不监控家中环境或者启动监控时，可发送关闭或者打开车载无线摄像头9的命令，这个命令被控制单元7接收后转化成开关控制信号，输出给车载无线摄像头9控制其关闭或者打开。

角度传感器11可以采用陀螺仪来实现，距离传感器12可以采用编码盘来实现，控制单元7可以由普通单片机来实现，但均不限于此。

如图1所示，本发明基于智能小车的可视化智能家居***由用户手机1、电脑2、智能小车3和被控家具组成，被控家具包括但不仅限于饮水机4、空调5和窗帘6。用户通过用户手机1发送控制命令到互联网用户账号，电脑2负责监控那个账号并且将接收到的命令进行翻译，转化成智能小车3可以识别的命令后将命令通过无线发射装置（例如zigbee）发送给智能小车3，智能小车3接收命令并执行，最终发送出可被饮水机4、空调5、窗帘6识别的控制信号（如红外信号），饮水机4、空调5、窗帘6接收到信号之后执行命令，最终完成对家具的控制。同时，智能小车3上带有的车载无线摄像头2装置可以拍摄饮水机4、空调5、窗帘6的控制面板，将面板上面的显示画面通过3Ｇ无线网络发送到用户手机1，最后经由用户手机1将控制结果反馈给用户。

如图5所示，本发明基于智能小车的可视化智能家居***的控制方法，包括如下步骤：

1、绘制地图：在VisualC++6.0环境下使用MapX控件，编写应用程序实现小车轨迹的矢量图绘制。程序软件流程图如图6所示。用户控制智能小车3在家中行进，智能小车3通过角度传感器11和距离传感器12获取自身转过角度θ和行进距离s。自身转过角度θ和行进距离s这两个数据以频率f传到电脑2。绘图程序接收到信息，在画面上记录下每个点的位置，最后按照各点形成的时间先后顺序连线成图。

当智能小车3路过待控制的家具i(例如i=4,5,6)时，用户向智能小车3发送特定信号，例如光照，光照传感器15在接收到信号之后记录此时经过的路程s_i和转过的角度θ_i，以便在这条路线上标识家具i，并在地图上面显示。当智能小车3走完全部路线后，用户小小车发送停止命令，例如不同强度的光照。绘图方法或者也可参考文献《一种桌面机器人及其自主地图绘制算法》（阮晓钢《控制工程》2010年第17卷第6期）。

地图绘制完成后，得到如图7所示界面。图7为二维界面，坐标原点O对应于智能小车3的起点位置，黑色线段代表用户控制智能小车3所走过的距离，家具（饮水机4、空调5、窗帘6）在图中表现为椭圆形标记，并且相对位置关系和实际情况一样。

2、轨迹地图完成后，将地图下载到用户手机1中。

3、用户通过用户手机1将控制命令经由电脑2发送至智能小车3：当点击已形成的轨迹上某一点P(X,Y)时，根据智能小车3当前位置点P₀(X₀,Y₀)，按照已有的固定行进轨迹，程序给出从P₀运动到P点所要前进的路程

和转过角度α。图8为用户手机软件流程图，将小车的行进轨迹图以直线段为单位分为

₁-

_n段，判断小车当前位置P₀点在

_c段，目标位置P点在

_k段，则小车的行进轨迹依次为

_c-

_c+1-…-

_k。用户手机1将_前进的路程和转过角度α发送至用户个人微博账号（例如autohome），利用电脑2监视这个账号所发布信息的关键字（例如：“前进”、“开”、“关”）获取命令。其中获取命令的具体方式可选用下载专门的微博监视器软件，例如：科耐信网络舆情通软件，并将微博中的控制命令导出到excel文件中。电脑2通过串口与无线装置（例如zigbee无线装置）相连接，利用串口自动发送excel中的内容到智能小车3上的无线通信模块10，进而发送给控制单元7的方式，***完成命令从用户到智能小车3的传送。这一过程的实现可以参考“VBA的妙用：串口通讯程序与EXCEL相结合”（http://www.hqew.com/tech/doc/136169.html）。

4、智能小车3根据接收到的命令实现对家居的控制：图9所示为控制单元7执行命令的软件程序流程图，控制单元以单片机为例采用C语言编程。控制单元7将接收到的命令转化成可控制步进电机13、舵机14的信号（例如PWM波），最终完成对智能小车3运动的控制。智能小车3运动目的有二：一为监控家中不同位置的状况；二为运动到被控家具（例如饮水机4、空调5、窗帘6）执行控制命令。

同时，车载无线摄像头9拍摄到的视频图像也可以通过移动通信网络（例如3G）经过视频压缩编码传送到用户手机1，方便用户对家中状况的实时监控。这一过程的具体技术实现可以参考文献《基于3G无线网络的高质量实时视频监视***的设计》（谢红华，《计算机应用研究》，2007年第24卷第10期）。同时考虑到隐私问题，防止在网络传输过程中视频画面被恶意截取，在手机软件上设置控制车载无线摄像头9开关功能，或者智能小车上锁功能，经过信号传输最终表现为控制单元7控制车载无线摄像头9的开关或者智能小车3停止收发命令。

用户利用用户手机1向个人微博账号发送家具控制命令，命令的传送路径以及控制小车运动到家具前面的方法如前面步骤所示。对于家具的控制命令最终在控制单元7中表现为：输出例如PWM等可被红外信号发射装置8识别并执行的信号，通过红外信号发射装置8发射信号完成对饮水机4、空调5或是窗帘6的控制。具体来说，饮水机4、空调5、窗帘6的控制命令形式可以表现为开、关、参数调节等。将饮水机4、空调5、窗帘6的普通开关用智能遥控红外开关代替，红外信号发射装置8仿照红外遥控器的原理，控制命令最终表现形式为发射出不同的红外线脉冲，不同频率的脉冲代表不同的控制命令。这部分的实现可以参照文献《基于单片机***的红外遥控器应用》（裴彦纯陈志超《电子与封装》2005年第12期）。

在红外信号发射装置8发射信号的同时，车载无线摄像头9拍摄被控家具，例如空调5，自身的显示面板，将状态和参数以画面形式传递给用户，便于用户监控以及得知家里的整体状况。

Claims

1.一种智能小车，其特征在于，它包括：控制单元（7）、红外信号发射装置（8）、车载无线摄像头（9）、无线通信模块（10）、角度传感器（11）、距离传感器（12）、步进电机（13）、舵机（14）和光照传感器（15）；其中，所述红外信号发射装置（8）、车载无线摄像头（9）、无线通信模块（10）、角度传感器（11）、距离传感器（12）、步进电机（13）、舵机（14）和光照传感器（15）均与控制单元（7）相连。

2.一种基于权利要求1所述智能小车的可视化智能家居控制方法，基于智能小车的可视化智能家居主要由用户手机（1）、电脑（2）、智能小车（3）和被控家具组成，电脑（2）包括一无线通信装置，其特征在于，该方法包括如下步骤：

（1）绘制轨迹地图：控制智能小车（3）在家中行进，智能小车（3）通过角度传感器（11）和距离传感器（12）获取自身转过角度θ和行进距离s；自身转过角度θ和行进距离s这两个数据以频率f传到电脑（2）；电脑（2）接收到信息，在画面上记录下每个点的位置，当智能小车（3）路过某一被控家具i时，向智能小车（3）发送光照信号，光照传感器（15）在接收到光照信号之后记录此时经过的路程s_i和转过的角度θ_i，以便在这条路线上标识家具i，并在地图上面显示；当智能小车（3走完全部路线后，用户小小车发送停止命令，最后按照各点形成的时间先后顺序连线成图；

（2）轨迹地图绘制完成后，将轨迹地图下载到用户手机（1）中；

（3）用户通过用户手机（1）将控制命令经由电脑2发送至智能小车（3）：点击用户手机1上轨迹地图上某一点P(X,Y)时，用户手机1根据智能小车（3）当前位置点P₀(X₀,Y₀)，按照已有的固定行进轨迹，给出从P₀运动到P点所要前进的路程

和转过角度α；用户手机（1）将前进的路程和转过角度α发送至用户个人微博账号，电脑（2）通过监视这个账号所发布信息的关键字获取命令，并将微博中的控制命令导出到excel文件中；通过由电脑（2）的无线通信装置将excel中的内容发送到智能小车（3）上的无线通信模块（10），进而发送给控制单元（7）的方式，命令完成从用户手机（1）到智能小车（3）的传送；

（4）智能小车（3）根据接收到的命令实现对家居的控制：控制单元（7）将接收到的命令转化成控制步进电机（13）和舵机（14）的信号，最终完成对智能小车（3）运动的控制；智能小车（3）运动到被控家具处执行控制命令；同时，车载无线摄像头（9）将拍摄到的视频图像通过移动通信网络经过视频压缩编码传送到用户手机（1），实现用户对家中状况的实时监控。