基于Kinect的云智能实验室管理系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于Kinect的云智能实验室管理系统，其特征在于，包括设于实验室的至少一实验室设备、控制端以及云服务器；每一所述实验室设备与实验室网关通过Zigbee组网技术连接；所述云服务器通过Internet与所述控制端连接，所述云服务器还通过Internet与实验室网关连接；所述控制端包括Kinect采集器。本实用新型通过Kinect输入方式为云智能实验室检测管理平台提供姿势追踪及语音识别控制等直接操纵功能。
【专利说明】基于Kinect的云智能实验室管理系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及实验室管理平台领域，尤其涉及一种基于Kinect的云智能实验 室管理系统。
【背景技术】
[0002] 随着物联网技术的发展和日趋成熟，传统的实验室检测管理平台逐渐向现代智能 化实验室检测管理平台转变。目前，智能实验室检测管理平台的建设通常采用的通讯方式 有三种，蓝牙、WIFI、ZIGBEE。由于前两者成本高昂，设备扩展性能较差，且一个网端最多对 应10个端口。而ZIGBEE能无限制地接入新的端口，嵌入各种检测设备。这是一种低成本、 低复杂度、高安全的双向通讯技术，还能支持地理定位功能。然而，基于物联网技术建立的 智能实验室检测管理平台仍存在以下问题：
[0003] (1)传统服务器都是部署在物理机上，服务器长期不断运行，设备老化情况突出， 性能逐渐下降，应用软件运行的可靠性和稳定性都受到极大的影响。
[0004] (2)传统服务器数据安全性及计算能力不高，在应用方面有局限性，无法实现资源 整合及满足高性能计算的要求，不便于对大量检测及管理数据进行数据挖掘，寻找可供实 验室检测管理进一步利用的知识。
[0005] (3)实验室检测管理平台的设备智能控制主要停留在图形界面的控制，无法实现 姿势追踪及语音识别控制等直接操纵功能；
[0006] (4)形式语言界面的复杂性、抽象性、对记忆负荷要求等限制了平台应用的深入和 拓展，即使通过参数范围设定进行自动控制，应用类型依然受限；
[0007] (5)现阶段的人机交互效率和用户友好性以及系统的信息识别、理解能力不足以 实现"人机和谐"的多维信息空间发展云智能实验室检测管理平台。 实用新型内容
[0008] 本实用新型的多个方面提供一种基于Kinect的云智能实验室管理系统，通过 Kinect输入方式为云智能实验室检测管理平台提供姿势追踪及语音识别控制等直接操纵 功能。
[0009] 本实用新型提供了一种基于Kinect的云智能实验室管理系统，包括设于实验 室的至少一实验室设备、控制端以及云服务器；每一所述实验室设备与实验室网关通过 Zigbee组网技术连接；所述云服务器通过Internet与所述控制端连接，所述云服务器还通 过Internet与实验室网关连接；所述控制端包括Kinect采集器。
[0010] 作为上述技术方案的改进，所述云服务器为服务器集群。
[0011] 作为上述技术方案的改进，所述实验室设备包括各类应用设备和检测设备。
[0012] 作为上述技术方案的改进，所述应用设备包括但不限于打印机、投影仪、电灯、空 调和门窗。
[0013] 作为上述技术方案的改进，所述检测设备包括电流互感器、电压互感器、瓦斯传感 器、温度传感器、湿度传感器和/或光线传感器。
[0014] 作为上述技术方案的改进，所述检测设备还包括网络摄像头。
[0015] 作为上述技术方案的改进，所述控制端还包括PC、智能电视机、移动电脑、平板电 脑、手机或PDA。
[0016] 作为上述技术方案的改进，所述PC、智能电视机、移动电脑、平板电脑、手机或PDA 内置有报警装置和/或通过有线/无线方式连接报警装置。
[0017] 作为上述技术方案的改进，所述Kinect采集器包括红外摄影机、红外摄像头、彩 色摄像头、麦克风阵列和仰角控制马达。
[0018] 与现有技术相比，本实用新型公开的基于Kinect的云智能实验室管理系统通过 采用云计算服务器为核心建设的云智能实验室检测管理平台为基础，在云智能实验室检测 管理平台中引入Kinect，通过Kinect这种新颖的输入方式为云智能实验室检测管理平台 的操控提供新思路，以手势及语音作为输入元素，转化为系统可理解的命令，实现对系统的 智能操纵。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅 是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前 提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020] 图1是本实用新型一种基于Kinect的云智能实验室管理系统第一实施例的结构 框图。
[0021] 图2是图1所示的基于Kinect的云智能实验室管理系统的Kinect结构示意图；
[0022] 图3是图1所示的基于Kinect的云智能实验室管理系统的Kinect实现过程示意 图。
[0023] 图4是本实用新型一种基于Kinect的云智能实验室管理系统第二实施例的结构 框图。
[0024] 图5是图4所示的基于Kinect的云智能实验室管理系统的实体连接示意图。
【具体实施方式】
[0025] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0026] 实施例1
[0027] 参见图1，是本实用新型实施例提供的一种基于Kinect的云智能实验室管理系统 的结构框图。该基于Kinect的云智能实验室管理系统1包括：控制端10、设于云端20的 至少一个云服务器201以及设于实验室30的至少一实验室设备301，每一所述实验室设 备301与实验室网关302通过Zigbee组网技术连接。所述云端20的云服务器201通过 Internet与所述控制端10连接，所述云端20的云服务器201还通过Internet与所述实验 室网关302连接。其中：
[0028] 该控制端10包括使用Kinect体感交互技术的Kinect采集器101。控制端10通 过Kinect采集器101来识别并获取定义好的手势指令合语音指令。
[0029] 该实验室30中的实验室设备301包括但不限于计算机、打印机、投影仪、电灯、空 调和/或门窗等的应用设备。实验室网关302是实验室资源管理和配置中心，完成实验室 组网和节点控制等功能。实验室网关302通过Zigbee组网技术连接实验室网络中各开关 节点（即各个实验室设备），通过标准的通信协议对内实现智能实验室内部网络（即各个实 验室设备）的管理和控制，对外作为实验室网络和外部网络的信息交互接口，即实验室网 关302将外部网络（例如云服务器）发送过来的控制数据发送给对应的实验室设备，以及 将各个设备的状态等信息数据发送给外部网络（例如云服务器）。该实验室30中的实验室 设备301还可包括检测设备（图未示）。
[0030] 该云端优选为多个云服务器201构成的云服务器集群。每个云服务器201通过 Internet与控制端10连接以接收来自控制端（Kinect采集器101)的指令，并向控制端提 供实验室管理系统的实时数据或历史数据。另外，每个云服务器201通过Internet接收来 自实验室网关302的数据并存储，并根据内置策略或来自控制端10的指令将控制数据传输 给实验室网关302。从而实现网络虚拟化管理，缩减并明确了网关的任务，便于实验室网关 302的标准化和通用性。提供安全可靠地数据存储中心，对存储的大量数据进行数据挖掘， 寻找可供进一步利用的数据。
[0031] 在本实施例中，该Kinect采集器101 -种三维体感摄像传感器，可以同时获取彩 色图像信息和深度图像信息，并可以进行实时人体骨骼跟踪，同时可以麦克风语音输入和 语音识别功能。如图2所示，Kinect采集器101主要包括红外摄影机1011、红外摄像头 1012、彩色摄像头1013、麦克风阵列1014和仰角控制马达1015,其中：
[0032] 红外摄影机1011:主动投射近红外光谱，照射到粗糙物体、或是穿透毛玻璃后，光 谱发生扭曲，会形成随机的反射斑点，即散斑，进而能被红外摄像头读取；
[0033] 红外摄像头1012:分析红外光谱，创建可视范围内的人体、物体的深度3D图像；
[0034] 彩色摄像头1013: -般常用的RGB摄像头，用于获取视角范围内的彩色信息；
[0035] 麦克风阵列1014:声音从4个麦克风采集，同时过滤背景噪声，可定位生源。
[0036] 仰角控制马达1015:可编程控制仰角的马达，用于获取最佳视角，实现追焦功能。
[0037] 为了实现对实验室检测及应用设备的控制，在本实施例中，可以预先对Kinect采 集器101定义好各种实验室设备301的操纵手势和语音识别指令，进行个性化定义。例如， 操作指令自定义可以如表1所示：
[0038]
【权利要求】
1. 一种基于Kinect的云智能实验室管理系统，其特征在于，包括设于实验室的至少一 实验室设备、控制端以及云服务器；每一所述实验室设备与实验室网关通过Zigbee组网技 术连接；所述云服务器通过Internet与所述控制端连接，所述云服务器还通过Internet与 实验室网关连接；所述控制端包括Kinect采集器。
2. 如权利要求1所述的基于Kinect的云智能实验室管理系统，其特征在于，所述云服 务器为服务器集群。
3. 如权利要求1所述的基于Kinect的云智能实验室管理系统，其特征在于，所述实验 室设备包括但不限于计算机、打印机、投影仪、电灯、空调和/或门窗的应用设备。
4. 如权利要求1所述的基于Kinect的云智能实验室管理系统，其特征在于，所述实验 室设备还包括检测设备。
5. 如权利要求4所述的基于Kinect的云智能实验室管理系统，其特征在于，所述检测 设备包括电流互感器、电压互感器、瓦斯传感器、温度传感器、湿度传感器和/或光线传感 器。
6. 如权利要求4所述的基于Kinect的云智能实验室管理系统，其特征在于，所述检测 设备还包括网络摄像头。
7. 如权利要求6所述的基于Kinect的云智能实验室管理系统，其特征在于，所述控制 端还包括PC、智能电视机、移动电脑、平板电脑、手机或PDA。
8. 如权利要求7所述的基于Kinect的云智能实验室管理系统，其特征在于，所述PC、 智能电视机、移动电脑、平板电脑、手机或PDA内置有报警装置和/或通过有线/无线方式 连接报警装置。
9. 如权利要求1所述的基于Kinect的云智能实验室管理系统，其特征在于，所述 Kinect采集器包括红外摄影机、红外摄像头、彩色摄像头、麦克风阵列和仰角控制马达。
【文档编号】G05B19/418GK204189004SQ201420609751
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年10月21日 优先权日:2014年10月21日
【发明者】张福铮, 刑涛, 郭晓斌, 许爱东, 杨航, 陈华军, 吴争荣, 张广清, 蔡渊, 蒙家晓, 关泽武 申请人:海南电网公司, 南方电网科学研究院有限责任公司