基于树莓派手势识别的智能家居控制系统的制作方法

本实用新型涉及智能家居技术领域，更具体的说是涉及一种基于树莓派手势识别的智能家居控制系统。

背景技术：

智能家居(smarthome)，是以住宅为安装基础结合无线网络通讯技术、微机控制技术和总线技术等将住宅内部的家电系统、娱乐设施、安防设施以及安防系统等有效的连接在同一个网络内部进行智能化、网络化的控制与管理，从而形成以网络信息服务、住宅安全和家居系统智能控制于一体的智能家居系统。智能家居具有安全、高效、舒适、易管理等特征，使得家居生活有的质的飞跃，实现了科技与生活的有效融合。

目前，虽然市场上已经出现了多款智能家居设备，但是这些产品的用户体验是不令人满意的，如智能灯泡、智能空调、智能门锁等，需要手机app才能实现控制。而真正的智能设备是可以给用户带来优异的交互体验，以人所使用的场景来决定智能设备的设计，而不是让智能设备的功能来决定产品的设计。因此，人与家居系统的交互是智能家居的核心，也是影响其以后发展的关键，目前智能家居交互性的不足而导致较差的用户体验是因为用户不能有效的通过自然的方式与机器进行交互。

因此，如何提高人机的交互性是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种基于树莓派手势识别的智能家居控制系统，增强了人机的交互性，用户体验更好。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于树莓派手势识别的智能家居控制系统，包括：图像采集模块、数据中转模块、数据传输模块、数据处理模块、设备控制模块以及功能选择模块；其中，所述数据中转模块、所述数据传输模块、所述数据处理模块和所述功能选择模块集成于所述树莓派上；

所述图像采集模块与所述数据中转模块相连，所述数据中转模块通过所述数据传输模块分别与所述数据处理模块和所述设备控制模块相连；

所述图像采集模块采集用户手势图像，并保存到所述数据中转模块中；

所述数据中转模块将手势图像通过所述数据传输模块上传到所述数据处理模块；

所述数据处理模块对手势图像进行处理，识别用户的手势，并将手势识别结果对应的指令通过所述数据传输模块发送至所述数据中转模块；

所述数据中转模块将指令通过所述数据传输模块发送至所述设备控制模块；

所述设备控制模块基于指令控制家居设备；

所述功能选择模块分别与所述图像采集模块、所述数据处理模块以及设备控制模块相连，用于自定义手势功能与识别功能的切换，以及设置手势与家居设备的对应关系。

优选的，所述图像采集模块包括：红外补光技术辅助的摄像设备或具有夜视功能的摄像设备。

优选的，所述数据传输模块通过蓝牙广播方式与所述设备控制模块相连。

优选的，所述功能选择模块包括：触摸屏或外置按键。

优选的，所述设备控制模块包括：32位单片机。

优选的，所述数据中转模块包括：内嵌于树莓派上的数据存储单元。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种基于树莓派手势识别的智能家居控制系统，智能识别用户的手势，根据手势识别结果来控制家居设备的运行，有效提高了系统的可操作性，增强了人机的交互性，用户体验更佳。

此外，用户还可以通过功能选择模块实现手势的自定义，利用自己喜爱的手势来控制家居设备，大大提高了人机的交互性，进一步改善了用户体验。

附图说明

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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的基于树莓派手势识别的智能家居控制系统的示意图。

具体实施方式

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做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。

参见附图1，本实用新型实施例公开了一种基于树莓派手势识别的智能家居控制系统，包括：图像采集模块、数据中转模块、数据传输模块、数据处理模块、设备控制模块以及功能选择模块；其中，数据中转模块、数据传输模块、数据处理模块和功能选择模块均集成于树莓派上；

图像采集模块与数据中转模块相连，数据中转模块通过数据传输模块分别与数据处理模块和设备控制模块相连；

图像采集模块采集用户手势图像，并保存到数据中转模块中；

数据中转模块将手势图像通过数据传输模块上传到数据处理模块；

数据处理模块对手势图像进行处理，识别用户的手势，并将手势识别结果对应的指令通过数据传输模块发送至数据中转模块；

数据中转模块将指令通过数据传输模块发送至设备控制模块；

设备控制模块基于指令控制家居设备；

功能选择模块分别与图像采集模块、数据处理模块以及设备控制模块相连，用于自定义手势功能与识别功能的切换，以及设置手势与家居设备的对应关系。

图像采集模块将收集的手势图像信息保存在数据中转模块中，数据传输模块将数据中转模块的手势图像数据上传至数据处理模块，数据处理模块处理手势图像的特征信息完成训练或识别，将识别结果对应的指令反馈给数据中转模块，数据中转模块通过数据传输模块将指令发送给位于各个家居设备上的设备控制模块，设备控制模块通过控制电源或电机来控制相应家居设备。功能选择模块可以进行自定义手势训练与识别手势的功能切换。数据处理模块用于训练与处理手势图像数据，数据传输模块通过蓝牙与设备控制模块实现通信传输，设备控制模块嵌于家居设备内。

图像采集模块实现用户手势图像的采集，将手势图像信息保存在树莓派中，具体的，可以采用红外补光技术辅助摄像设备或直接选用具有夜视功能的摄像设备进行图像采集，其性能能够满足图像采集模块的需要，有效避免了在夜晚或者光线较暗时手势识别设备不可用(准确度低)的缺点。图像采集模块以帧为单位采集手势图像，根据功能模式的不同，可以分为待机模式、训练拍摄模式和识别拍摄模式。待机模式下可以持续监测视频但不保存，训练拍摄模式下较长时间连续拍摄图片并保存，识别拍摄模式下较短时间拍摄图像并保存。在具体实现时，图像采集模块可以嵌入树莓派红外感光可调焦夜视摄像头中。

数据中转模块嵌入树莓派3b+中，包括了搭载下载在树莓派上的数据传输脚本，图片收集脚本、防误识别脚本、保存的图像文件以及相应家居控制指令脚本。数据中转模块内置于树莓派中，接收图像采集模块的手势图像，并通过数据传输模块将手势图像上传到数据处理模块，并可接收数据处理模块的识别反馈以及发送对设备控制模块的控制指令。设备控制模块嵌入到家居设备中，基于蓝牙模块发送的指令进行家居设备的控制。

数据传输模块接收处理结果，并通过蓝牙广播一对多向设备控制模块发送指令。

数据处理模块实现手势模型的训练以及识别，其包括：手势图像识别部分和手势模型训练两部分，手势图像识别部分从图像采集模块获取的图像中提取出手势图像数据，并将手势图像数据与手势模型训练部分连接的数据库进行手势比对，根据比对的识别结果获得相应的指令，进而实现家居设备的控制。手势模型训练部分将用户自定义的手势加入到手势训练库。

数据处理模块用于处理手势图像数据，识别用户的手势并将识别结果发送给数据中转模块。数据处理模块采取图像匹配的方式，应用python+imageai方法，实现用户自定义手势的训练以及识别用户手势。imageai本着简洁的原则，支持最先进的机器学习算法，用于图像预测，自定义图像预测，物体检测，视频检测，视频对象跟踪和图像预测训练，识别准确率可达到90％以上，可靠性高。

此外，还需要强调的是，本实用新型中并不限定对手势图像进行处理的具体算法以及对手势模型进行训练的具体方法，例如：可以采用已有技术实现手势图像的识别以及手势模型的训练。本实用新型提供的技术方案并没有对这部分内容做出改进。

设备控制模块通过数据传输模块接收数据中转模块发送的指令，以及对应功能选择模块设置的手势，实现控制家居设备的运行。设备控制模块可以用于控制窗户、电视、电扇等家庭常用设备。设备控制模块在具体实现时可以基于32位单片机实现。

功能选择模块中预先建立有手势与家居设备控制对应关系的指令，将指令通过蓝牙发送给设备控制模块上。功能选择模块供用户进行不同模式的切换：用户模式和管理模块；用户在管理模式下实现手势的自定义、利用自己所喜爱的手势来控制家居设备。用户模式通过训练库中的手势进行家居设备的控制。通过这两种模式，可以大大提高人机交互的性能。理论上，凡是可以对树莓派发送不同信号的方式皆可以作为功能选择模块的输入，如电容式触摸屏或外置按键。此外，还需要说明的是，建立手势与家居设备控制对应关系的指令的具体方法也不属于本实用新型提供的技术方案所要求保护的重点，采用现有已知技术实现即可。

在本实用新型提供的基于树莓派手势识别的智能家居控制系统中，通过识别手势对家居设备进行智能控制，同时，树莓派中预先存储有手势训练模型及数据库，能够保证本系统在没有网络的情况下仍然能够进行工作，图像采集模块采用红外补光技术辅助摄像设备或直接选用具有夜视功能的摄像设备进行图像采集，有效避免了在夜里或光线较暗时手势识别设备不可用的缺点。功能选择模块可以让用户在此模块中实现手势的自定义、利用自己所喜爱的手势来控制家居设备，大大提高了人机交互的性能。在系统中，采用树莓派服务器设备，既符合跨平台性，也降低了组建智能家居的成本。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。