电气专业论文

2021级“计算思维与人工智能”文献检索考核

班级电气2111 学号 ** 姓名 **

智能家居

**(陕西科技大学，陕西 西安，710021)

摘 要 :智能家居是互联网大数据影响下的物联化的产物。家中的各种设备被智能家具通过物联网技术链接起来，将其提供对家庭的控制。智能家具不仅仅有居住，还兼备着网络通信、设备自动化、节约各种能源，最重要的一点是智能化。智能家具实现“以人为本”的住宅乐趣。智能家居控制系统所设计出的工作界面具体包含如下几个方面：主界面、控制界面与历史操作界面。首先利用手 机就能够进入到系统界面内，可以连续接收2次号码，进行系统确认之后就能够从下方获取连接号码，然后就能够进入到控制界面中，就能够进行智能家居的终端设备操作开启或者关闭。而历史界面主要可以给用户提供历史记录查询功能，可以有效地检查各项操作的运行情况。设计智能医护机器人，极大解决了目前医院的病护难题，解决众多病人需求，作为嫁接医生和病人的纽带， 本机器人致力于方便病人和医生，帮助医院接轨高智能领域， 完成全自动化智能化改造。今天，我们处在人工智能、物联网、5G 三大技术的交汇期，一个全新的智能新时代。人工智能、5G、大数据、云计算等技术的运用，将促使传统的 IoT 发生质的改变， 向智慧互联的AIoT 演进。手机是智能新时代的核心设备，而以智能家居设备为代表的 AIoT 终端则渗透更多场景，成为进入智能新时代的催化剂、助燃剂，也促使物联网发生了质的改变。新一代的智能家居设备与其背后的人工智能、大数据、云计算能力结合，将深刻改变我们的生活。

关键词:实际应用，智能家居，控制系统设计，物联网，Manufacturing,Sensors

一、基于自动化的智能家居系统探究

设计智能家居就是为人们提供一个舒适安全又方便高效 的生活环境。智能家居产品，要以实用为核心，华而不实的产品，只能充作摆设的功能。把定时控制器，语音电话远程控制器等一些智能产品组合在一起，就能轻松实现对家用电器的智能控制。比如智能LED 灯泡可以设置离开房屋时关闭，智能电器都可以感知何时完成工作，何时自动关闭电器等。方便性智能家居系统可以通过因特网远程调试和维护。用户可 以通过网络实现对智能家居系统的控制，还可以检查系统的作状态、过程，当系统出现故障时，还能对其进行诊断和维护。这样，就可以异地进行系统的更新设置等，不仅大大减少了出 错率，提高了响应速度，还降低了维护成本。可持续发展 智能家居系统的可持续发展性是一大特色。一个智能机 器人就能解决家庭灯光、空气、饮水、新风等问题。让智能家居 融入家庭生活，形成一个可选择、可持续，可升级的智能家居基 本框架，这才是未来智能家居共同发展的奠基石。智能家居的优点不止上述几项，在生活中智能家居还有更 多的方面影响着我们的生活。未来的智能家居系统进入 2019 年，几乎各行各业都在谈论5G，谈论5G将对各自的行业产生何种影响。相比4G，5G带 来的改变将远远超乎我们的想象。5G对智能家居又有什么影响呢？ (1) 高速稳定的传输目前，限制智能家居发展的一大原因就是通信网络。智能家居需要在短时间内完成大量数据的转换和传输，现在的4G 网络的传输速率却无法满足这一要求，导致出现延迟卡顿的现 象。而5G的传输速率可以达到4G传输的10倍以上，这不仅意 味着5G网络能搭载更多的设备链接，也能让设备之间的交互 更加灵敏稳定。届时，高质量的全屋智能家居将会为业主带来 更智能更便捷的舒适居住体验。 (2) 覆盖场所更广目前智能家居行业已经覆盖家居、别墅、酒店等各类生活 场所，但是由于技术限制，还有很多生活场所尚未覆盖，比如企 业等办公场所。如果要将智能家居覆盖各个生活场所，则意味着信息加密、智能检测等安全技术的需求将进一步提高。而 5G的时代的到来，网络将拥有更稳定的信号，单位流量能传输 更多的信号，安防的问题将迎刃而解。比如家居监控可利用无线实时传输高清监控视频，实现随时随地移动监控，更好的障家庭安全。

二、解析Android平台的智能家居控制系统设计

1 Android介绍 Android系统即为智能手机操作系统，为Google公司研 发的，系统内主要有操作系统、中间件、用户界面与应用程 序3个部分。智能手机已经是人们生活中所必不可少的设 备，其应用范围极大，已经是人们日常生活中非常重要的 生活方式。Android系统操作灵活性高，可以满足多种环境 的使用，所以其应用范围较大。2 智能家居系统的总体设计 智能家居系统具体包含以下几个 部分：远程控制终 端；ARM服务器；底层家电控制设备。如果智能手机系统 中安装了终端控制软件甲，就可以利用屏幕与用户进行稳 定的连接。智能家居系统中，以ARM为主要的服务器，客 户通过该服务器来实现智能家居系统的全面控制，以满足通信性能的要求。一方面，智能手机利用无线网络可以 把相应的指令发出去，底层家电设备中的系统会接收到该 方面的信息，然后就能够实现手机与家电的交互；另一方 面，Zigbee无线节点可以把全部的信息都能够发送到服务 器终端，然后经过了系统的处理后，再将最终的结果反馈 到终端上，同时能够展现出各项数据信息，便于操作者使 用。这种交互的运行状态之下，能够使用户更加准确地了 解居住环境的实际情况，还能够避免发生意外问题，利用 Android系统就能够全面地了解家中发生的一切情况，能 够有效地处理各种突发事件。3 Android手机端软件设计 3.1 Android应用程序的构成在 A n d r o i d 框架之下总计包含4种构程序，即 Activity、Service、Broadcast Receiver、Content Provider，我们目前所应用的Android系统也是这几个程序。Android系 统的主要优势就是安全性高、流畅性强，在程序编写过程 中，其所应用的代码全部是Activities形式，手机软件就能 够实现信息的展示和模块的运行。 3.2 手机客户端的界面设计 如果只是应用Android系统进行智能家居程序的设计， 其设计理念和软件功能就能够达到用户的使用需要，应 用该系统所设计的软件可以满足一键发送控制质量的效 果，同时还能够记录历史记录，控制相应电器。 智能家居控制系统所设计出的工作界面具体包含如下 几个方面：主界面、控制界面与历史操作界面。首先利用手 机就能够进入到系统界面内，可以连续接收2次号码，进行 系统确认之后就能够从下方获取连接号码，然后就能够进 入到控制界面中，就能够进行智能家居的终端设备操作开 启或者关闭。而历史界面主要可以给用户提供历史记录查 询功能，可以有效地检查各项操作的运行情况4家庭主控端设计 4.1 信息处理模块 系统信息处理的过程中，首先利用串口输入AT命令来 调试GSM模块，进行了各方面的操作调试处理之后，将单片机与GSM的串口连接，然后就能够保证各个硬件系统都 能够稳定地连接。系统连接过程中，因为单片机中只配置 有一组硬件串口，所以，在与ZigBee协调器端连接时需要 应用I/O模拟串口。如果GSM模块具备信息模拟的功能，此 时就能够通过该单片机来获取系统发出的终端信号，然后 通过使用AT命令来获取智能手机系统内的相应信息，进 行信息的判断之后，首先应该给ZigBee协调器端信号，保 证系统通信正常之后，再将所需要执行的指令输入到系统内，再利用模拟串口直接发送到ZigBee协调器端，就能够 有效地处理智能手机的相应信息。4.2 ZigBee模块概述 ZigBee是目前比较先进的无线网络通信技术，其可以 将距离相对较近的无线网络连接起来，运行成本较低且 容量比较大。在该系统中，主要是通过CC2530芯片作来进 行信号的传输与接收，融合了RF收发器和8051微处理器 的优势，系统的抗干扰能力比较强

三、浅析智能家居系统的技术应用

从20世纪80年代初，大量电子技术的家用电器面市，电子化(HE,Homen Electronics)形式的住宅出现。到80年代中期，将 家电、通信设备与安保防灾设备的功能综合为一体后，形成了 自动化住宅概念再到80年代末通信与信息技术迅速发展，出现了对住宅中各种通信、家电、安保设备通过总线技术进行监视、控制与管理的商用系统，智能家居雏形概念出现，最后直到 现在，智能家居已经相对成熟，但仍有巨大发展空间，2018年，智能家居迎来新的成就。以下是相对具有代表性的品牌: 嘟嘟E家是重庆房慧科技有限公司旗下品牌，专注于智慧 家居和智慧社区解决方案。嘟嘟E家智能家居品牌，依托“复 杂环境下的自组网”、模糊控制、自适应机器学习等核心技术推 出的智慧家庭解决方案，具有“低成本、易安装、易维护、稳定可靠”的优点。 Wardefo沃德浮是深圳胜安远泽智能科技公司旗下品牌,引用德国技术，致力于研发和制造品质精良、使用便捷舒适、外 观简约时尚的智能锁具产品，专注家用防盗指纹锁、密码锁、感应卡锁、酒店锁等研发、生产和销售。广东广禹文化产业有限公司是一家多功能智能镜的研发,智能家居生产、智能镜及优智智能幼儿安全接送系统等产品销售为一体的全能型企业;旗下優智品牌专注于智能镜等系列的 研售，推出智能浴镜、化妆镜、厨房镜、广告镜等各种多功能智 能镜子。 深圳市恒众鑫智能技术有限公司是一家致力于物联网技 术开发应用推广及智能家居产品生产研发的高新技术企业，旗下智畅Z-enjoy品牌专注研发智能家居中央控制系统，采用ZWave技术，实现智能家居中控系统通过手机等设备远程控制。 百思易隶属于上海倍适智能科技有限公司，定位于终端和家装行业，立志做真正贴近大众的智能家居品牌，坚定走终端路线，服务每一个家庭。Baseen百思易智能家居系统拥有智慧主机、感知设备、控制装置及APP软件，倡导最大限度提高智能化体验。以上众多智能家居公司不过是管中窥豹而已，智能家居每时每秒都在不断打破传统，创造未来。大家现在对智能家居肯定不陌生了，扫地机，自动窗帘，智能安防系统，智能照明控制系统等我们都十分的熟悉。 1984 年时的美国，智能家居首次出现于联合科技公司 (United Technologies Building System)。首栋“智能型建筑”出现于美国康涅狄格州(Connecticut)哈特佛市(Hartford)，它将家具智能化，整合化应用于其中，从此打开了全世界争先恐后地去建 造智能家具的序幕。智能家居是互联网大数据影响下的物联化的产物。家中的各种设备被智能家具通过物联网技术链接起来，将其提供对家庭的控制。智能家具不仅仅有居住，还兼备着网络通信、设备自动化、节约各种能源，最重要的一点是智能化。智能家具实现“以人为本”的住宅乐趣。用芯片来表达人们的需求。芯片通过了解心、肺和体温调节中枢，运用了光学测量原理以及红外线接收传送原理。首先利用红外线输送信息，然后在大脑表面测定血液流动的变化，从而将这其中的变化传送给智能家居系统，再进行相应的指令控制，以便我们回到家里有适宜的心情。在这个情况，遇到一个难题，怎样长距离传输？用蓝牙？ZIgbee？WIFI？ZigBee 与 WiFi 都属于短距离的无线通信技术。

四、人工智能技术驱动下的新一代智能家居

1背景人工智能、大数据和物联网技术的出现和高速发展颠覆了人们的生活。随着智能家居概念的提出和普及，越来越多的人工智能技术被应用到智能设备中，例如图像识别、语音识别、自然语言处理等技术，都在智能家居场景中发挥着重要的作用。显然，家居空间与人工智能技术结合将成为未来家居产业发展的技术突破点和投资增长点。目前，人工智能对于智能家居的技术支持还是处于初级阶段，无论是家居智能化单品，还是智能家居平台及系统，大都停留在单一功能层面，还未形成集成优势，与消费者期望的理 想用户体验还存在差距。智能化家居的综合应用在我国还有巨大的发展潜力。AIoT（人 工智能物联网）概念的提出对智能家居领域产生了积极的影响。AIoT 即 AI（人工智能） +IoT（物联网），其核心是 AI 技术与 IoT 技术的融合，通过技术上的不断革新，在万物互联互通的基础上赋予其智能化，做到真正意义上的万物智慧互联。 2 产业现状及发展趋势 人工智能技术与家居领域的深度融合将产生巨大的经济效益和社会价值。家居产品和 服务领域拥有广阔的市场以及大量的创新机会。目前，人工智能在智能家居领域的应用处 于比较初级的阶段，仅通过智能识别控制一些智能硬件的开关和使用，尚未对用户形成整 体的智能体验，人工智能技术驱动下的新一代智能家居还有更为广泛的应用。 2.1 家电智能控制 通过语音识别、手势识别等人工智能技术赋予家用电器新形态的智能化控制，可 将传统的 GUI（Graphical User Interface，图形用户接口）控制扩展到 VUI（Voice/ Vision User Interface，语音 / 视觉用户接口）。2014 年，亚马逊发布内置 Alexa 虚 拟家居助手的 Echo 音箱；2016 年，三星公司推出内嵌 Tizen 智能系统的智能冰箱 Family Hub；2017 年，微软发售搭载 Cortana（小娜）的智能音箱。国内方面，小米、阿里巴巴、百度、喜马拉雅等均发布了内置虚拟助手的音箱产品。此外，小米、苏宁、美的等企业都已进军智能家电产业，积极布局空调、冰箱、洗衣机、电视等领域。2.2 智能家居控制平台 通过开发完整的智能家居控制平台，可实现用户对全品类智能家居单品设配的远程 控制及特定场景下的自动化触发控制。谷歌于 2014 年收购智能家居控制平台 Nest， 苹果公司发布了 HomeKit 智能家居平台，用户可以使用 iOS 设备控制兼容 HomeKit配件的智能设备。国内方面，海尔 U-home、京东微联、华为 HiLink、阿里智能、小米米家等家居智能控制平台也发展迅速。以小米米家平台为例，用户可以通过平台，实时控制包括智能门锁、灯、电视、智能门铃等全品类小米及其生态链智能产品，亦可通 过条件设定，触发特定场景下的设备联动。 2.3 智能安防与智能看护 通过多种传感器技术与人工智能技术的融合，可实现对家居安防和特定人群的智 能看护。传统的家庭安防系统通常采用红外、门磁等物理传感器设备检测异常，但误报率、漏报率较高。在人工智能技术的赋能下，通过计算机视觉技术中的人脸识别、移动目标检测等能力，并结合传统的物理传感器信号，可以更准确地发现异常，并通过图像 传输发出警报，大大减少误报情况的发生。此外，全球老龄化日趋严重，独居老人的数量不断增加，如何及时发现老年人突发状况显得尤为迫切。目前，比较容易实现的检测 报警方式是通过家用摄像头的图像采集，配合人体姿态检测算法，分析检测对象的状态，并发出报警指令。随着传感器技术和人工智能算法的不断发展，人们可以实现可穿戴设 备与智能家居设备的联动，通过更为准确的人工智能算法预测检测对象的状态，做到“未卜先知”

五、A Virtual Reality System for Smart Home Environments

Virtual reality (VR) technologies and systems have the potential to play a key role in assisting disabled inhabitants of smart home environments with instrumental activities of daily living (IADLs). While immersive environments have useful applications in the fields of gaming, simulation, and manufacturing, their capabilities have been largely untapped in smart home environments. We have developed an integrated CAD and virtual reality system which assists a smart home resident in locating and navigating to objects in the home. Using the methods presented in this paper, a room modeled in a CAD system is imported into a virtual environment, which is linked to an audio query-response interface. The user’s head and room objects are fitted with the sensors which are part of a six DOF motion tracking system. Methods have been created to allow the inhabitant to move objects around in the room and then later issue an audio query for the location of the object. The system generates an audio response with the object’s position relative to the person’s current position and orientation. As he approaches the object, information is derived from the virtual models of both the room and the objects within the room to provide better guidance. The ability of the VR-SMART system to guide a resident to an object was tested by mounting a head mounted display (HMD) on a user located in a room. This allowed the user to navigate through the virtual world that simulated the room he occupied, thereby providing a way to test the positional accuracy of the virtual system. Results of the testing in the immersive environment showed that although the overall system shows promise at a 30% success rate, the success of the system depends on the accuracy and calibration of the tracking system. In order to improve the success of the system, we explored the precision of a second motion capture system, with more accurate results. Results confirmed that the VR-SMART system could significantly improve the assistance of disabled people in finding objects easily in the room when implemented only as an assistive system without the head-mounted display.

参考文献

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[2]解析Android平台的智能家居控制系统设计.贺红斌.科技资讯.2020.18(14)p21-22

[3]浅析智能家居系统的技术应用. 马文娟，吴宁，马瑜晴，孙文静. 电脑知识与技术. 2020, 16(3).p200-201

[4] 人工智能技术驱动下的新一代智能家居. 崔宝秋，王斌，周珏嘉，陈虹雨. 人工智能. 2020, (5). 6-13

[5]A Virtual Reality System for Smart Home Environments.Nathan D.Darnall,VinayMishra,Sankar Jayaram,Uma Jayaram. 31st Computers and Information in Engineering Conference. June 12, 2012. 10 pages

1 **，辽宁省营口市

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