基于Kinect的智能家居控制系統的研發

盧文雯 楊元超 李陽

摘 要：通過對現在智能家居的研究現狀分析得出，目前智能家居的控制系統還沒有一個十分完美的方案。比如網絡遠程控制，手機控制和遙控設備控制等控制方式都很常見。而人機互動的方式卻大部分采用傳統的鼠標和鍵盤，并沒有所突破。因此，本研究方案將Kinect作為智能家居控制系統的新轉折點，主研究方向為kinect與智能家居的有效融合，使我們的生活可以真正的像科幻電影中的高科技生活一樣，使我們真正擁有便捷化，智能化的智能家居生活。

關鍵詞：Kinect；智能家居；智能控制

一、國內智能家居的現狀

（一）智能家居的產生背景

智能家居這一詞語來自于上世紀二十世紀八十年代初期，由美國首先提出這一新興代表詞[1]。我們現在所接觸的智能家居共經歷了四代變化，智能家居這一詞語作為21世紀的新型詞語，既代表了人們對于生活舒適便捷的追求，又表明人類在探索人生的過程中對于生活的享受。

（二）國內智能家居的當前現狀

智能家居的改革為新時代的家庭帶來便捷與舒適，雖然隨著物聯網時代的到來，智能家居的家居環境發展有了跨越性的發展，但由于許多智能家居的控制系統的可操作性非常差，人們還沒有形成要對于自家家居環境的消費意識，充滿了對智能家居的不信任。未來智能環境住宅離不開智能家居，但目前智能家居的控制系統還沒有一個十分完美的方案。人機互動的方式大部分采用傳統的鼠標和鍵盤，并沒有所突破，所以智能家居的控制方式必須是便捷、即時以及可操作的[3]。在多次實踐探索下，我們決定以手勢識別的方式來為國內智能家居注入一種新型控制方式，使智能家居變得更方便、快捷。

二、Kinect的智能家居控制系統的研制

（一）手勢識別為智能家居帶來新型控制方式

目前市內常見的控制方式有網絡遠程控制，手機控制和遙控設備控制，且大多數人機互動的方式并沒有凸顯出人機互動的靈敏以及便捷。因此，國內的智能家居想要普及全國大多數城市需要一個方便、即時且新穎的控制方式，而kinect的手勢識別系統為智能家居的控制帶來一種新型的控制方式，使智能家居控制方式變得多方向化，便捷化，有趣化[4]。

（二）將kinect應用于智能家居的背景

（1）kinect的研發背景

雖然中國的智能家居的發展速度在近幾年有了很大的提升，但在控制方式上仍有欠缺，，我們現在了解的Kinect是微軟公司推出的基于人的體感交互的人機交互設備，它包含了影像識別、即時動態骨骼追蹤、麥克風輸入、語音識別等功能，使用戶用自己的肢體動作來控制電器，并且kinect價格便宜，各功能強大，能夠為全國大多數家庭所接受。自此以后，許多人都開始將kinect作為各個領域的研發平臺上進行各種研究與開發[2]。

（2）kinect的組成

Kinect由彩色攝像頭、紅外線裝置、邏輯電路、麥克風陣列和馬達等部分組成。kinect攝像頭分別是紅外線發射器、BGB VGA彩色攝像頭以及CMOS紅外攝像頭構成的3D深度感應器，BGB VGA彩色攝像頭獲取色彩信息和3D深度感應器獲取空間信息，麥克風輸入功能采集聲音數據，即時動態骨骼追蹤可人類的20個骨骼點，達到可精確識別兩人以上的功能。核心部件是light coding技術的Prime Senser設備，展現了強大的人機互動功能，且深度成像原理為kinect對于人物的測量和掃描都先進于其他人機交互設備，使得kinect在人機互動控制上起到領導作用[2]。

（3）kinect對于智能家居的應用領域

因為微軟kinect的體感交互設備具有強大的多功能性，引起了國內外許多研究人群和研究機構爭相研究與開發，kinect不只是應用于游戲的外接設備，更是對于機器人、教育、醫療和計算機等領域做出了大量的貢獻，而這些大量的研究實驗對于智能家居的普遍化有重大的研究貢獻[2]。

（三）kinect智能家居控制系統的研制

本文主要針對智能家居的人機交互方式進行的改進，利用kinect的動態骨骼識別達到控制智能家居的目的，為智能家居的控制方式帶來一種新的控制方式，人們未來的家居生活將更加智能化。主要技術涵蓋了kinect的開發，zigbee的無線數據傳輸和arduino環境的控制系統。基本思路是利用kinect對人體動態骨骼的識別，數據處理后通過zigbee將信號無線傳輸到arduino環境控制系統，arduino根據預設的程序對信號處理后控制繼電器開關電源。

（kinect智能家居控制系統原理圖）

（kinect智能家居控制系統）實物圖

kinect智能家居控制系統操作說明：

1.連接所有設備的電源和數據線。

2.開啟pc端軟件KinectLighting，點擊“連接串口”按鈕。

3.站在kinect可檢測到的有效距離（軟件中出現人體骨骼）。

4.揮動右手，紅色led點亮并接通插座電源。再次揮動右手，紅色led熄滅并斷開插座電源（繼續揮動右手即可反復接通和斷開插座電源）。

5.揮動左手，點亮綠色led和節能燈。再次揮動左手，熄滅綠色led和節能燈（繼續揮動左手即可反復點亮和熄滅節能燈）

三、Kinect的智能家居控制系統的前景及推廣

二十一世紀新時代智能住宅的重要組成部分必定是智能家居，它間接的反映人們在家居生活中渴望擁有舒適化、智能化的家居環境，夢想著家居生活更加科學化。kinect擁有的手勢識別、動態骨骼成像以及語音輸入等功能可幫助國內的智能家居有一個新的研究方向，將kinect作為智能家居研究方向的新轉折點，可以使我們的家居生活可以真正的像科幻電影中的高科技生活一樣，從而使便捷化、舒適化以及智能化的家居生活呈現在我們眼前。

四、結束語

智能家居需要一個操作便捷，老少皆宜的操作方式，本文根據微軟開發的kinect體感交互器作為研究基礎，對智能家居進行新型控制方式的研究與開發。目前kinect控制智能家居已經實現控制簡單的家用設備，使老人、小孩等弱勢群體能適應智能家居生活，做到智能家居一體化[1]。雖然目前kinect的動態骨骼識別只能精確識別兩人，且識別范圍較小，但 Kinect2代更容易識別，能精確識別六人以上的動態骨骼，相信在不久的將來，kinect控制智能家居必將掀起一股家居生活智能化的熱潮，使中國的智能家居的研究與開發有一個新的轉折點。

參考文獻

[1]朱敏玲，李寧.智能家居發展現狀及未來淺析[J].電視技術，2015，39（4）：82.

[2]朱濤，金國棟，蘆利斌.Kinect應用概述及發展前景[J].現代計算機，2013（6）：2.

[3]鄧中祚.智能家居控制系統設計與實現[D].哈爾濱工業大學，2015（6）：273.

[4]劉杰，關醒文.基于Kinect人體動作識別技術的智能家居控制系統的研究[J].科技論壇，2016（3）：50.

項目信息：重慶第二師范學院大學生科研立項（課題號：xk20160104）

（作者單位：重慶第二師范學院）