陳海松+陳容娜

摘 要： 本項目為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、語音、體感技術(shù)在數(shù)字化校園建設(shè)中的最新應(yīng)用及信息技術(shù)與教育融合的應(yīng)用項目，把未來潮流的應(yīng)用帶入教室，告別傳統(tǒng)的鼠標(biāo)、鍵盤、遙控器等等。采用KINECT體感感應(yīng)器、利用手持設(shè)備作為控制終端，通過利用體感技術(shù)、Android技術(shù)、WIFI網(wǎng)絡(luò)及Zigbee無線自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)智能控制，實現(xiàn)讓學(xué)生和教師用語音、手勢和體感進行PPT的翻頁控制，用智能手機作為控制終端，實現(xiàn)教室燈光、窗簾的智能控制和調(diào)節(jié)。

關(guān)鍵詞： 體感技術(shù)； zigbee； Wife； 控制信號

中圖分類號：TN919.5 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2016）12-49-04

Abstract： This project is the latest application of the Internet of Things technology， voice and somatosensory technology in the digital campus construction and the integration of information technology and education， which brings the upcoming application into the classroom and says goodbye to the traditional mouse， keyboard， and remote controller and so on. Using KINECT somatosensory sensors， using a hand-held device as a control terminal， and using the somatosensory technology， Android technology， WIFI network and Zigbee wireless network technology to realize intelligent control， let the students and teachers to control the PPT page by voice， gesture and body language， and to realize the intelligent control and adjustment of the classroom lighting and curtain by using a smart phone as the control terminal.

Key words： somatosensory technology； Zigbee； WiFi； control signal

0 引言

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的領(lǐng)域應(yīng)用到體感、無線智能控制等現(xiàn)代化技術(shù)。體感技術(shù)一般需要借助體感設(shè)備如手柄、腳帶、感應(yīng)帽等完成人體動作、表情的捕捉，如最為大眾所知的wii游戲。本項目采用先進的體感技術(shù)，不需要借助設(shè)備，只需動手、動腳，即能通過識別器捕捉人體的運動線程，來控制終端設(shè)備?，F(xiàn)在體感技術(shù)還處于發(fā)展階段，但已經(jīng)廣泛應(yīng)用到了游戲、影視、醫(yī)療等方面，隨著時代的變遷與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，體感技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域必將進一步擴大，如我們把它應(yīng)用在教學(xué)領(lǐng)域，來控制教學(xué)軟件PPT的自動翻頁和畫圖功能，以及用手勢和語音控制教室的智能設(shè)備。我們采用短距離無線通信Zigbee技術(shù)實現(xiàn)對智能教室設(shè)備的控制以及環(huán)境的監(jiān)測和控制。采用無線路由器、網(wǎng)關(guān)設(shè)備、zigbee模塊完成對智能教室設(shè)備的控制。用戶通過手機或平板電腦以無線wife的形式發(fā)送控制信號至無線路由器，控制信號經(jīng)網(wǎng)線至以太網(wǎng)模塊后發(fā)送至zigbee模塊，Zigbee模塊接收控制信號后經(jīng)放大后通過天線以zigbee信號的形式發(fā)送至zigbee設(shè)備，從而實現(xiàn)體感技術(shù)對zigbee設(shè)備的控制[1]。

1 基于體感技術(shù)的智慧校園控制系統(tǒng)

采用內(nèi)嵌Windows操作系統(tǒng)，使用體感技術(shù)、語音控制技術(shù)、zigbee技術(shù)、多點觸控等目前世界上先進的人機互動交流技術(shù)，建立一套軟硬件結(jié)合的系統(tǒng)，把未來潮流的應(yīng)用帶入教室。本系統(tǒng)共由五個單元模塊組成：教學(xué)互動模塊，教學(xué)展示模塊，教室環(huán)境控制模塊，教學(xué)資源網(wǎng)絡(luò)模塊和總控制中心。我們主要介紹體感控制，語音控制及教室智能設(shè)備控制這幾個部分，通過利用體感、Android技術(shù)、WIFI網(wǎng)絡(luò)及Zigbee無線自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)控制教室內(nèi)部燈光、窗簾以及利用體感技術(shù)、語音識別技術(shù)實現(xiàn)教室內(nèi)部燈光、窗簾的控制，并實現(xiàn)采用體感技術(shù)實現(xiàn)教學(xué)輔助軟件的智能控制?？驁D如圖1所示。主要研究內(nèi)容如下：

⑴ 采用體感技術(shù)實現(xiàn)設(shè)備智能控制等功能；

⑵ 采用體感技術(shù)實現(xiàn)PPT的控制、實現(xiàn)在屏幕上簡易畫圖；

⑶ 采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)教室特設(shè)的智能設(shè)備的控制等功能；

⑷ 采用語音技術(shù)實現(xiàn)設(shè)備智能控制；

⑸ 采用語音技術(shù)實現(xiàn)PPT的控制。

在體感控制應(yīng)用領(lǐng)域，最主流的應(yīng)用當(dāng)屬體感游戲，體感游戲，顧名思義是通過身體運動的感應(yīng)，來實現(xiàn)游戲中的各種操作，簡單地說，就是指通過人體動作來實現(xiàn)游戲[2]。體感技術(shù)之所以能夠受到廣大玩家的推崇與喜愛，是因為其獨特的形式。在教育領(lǐng)域，體感控制技術(shù)還未做到有效應(yīng)用。我們把體感技術(shù)引入教學(xué)，增強和學(xué)生的互動，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性。其實現(xiàn)功能是采用體感及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，感知教學(xué)場景，通過手勢及語音實現(xiàn)教學(xué)軟件及教室教學(xué)設(shè)備智能控制。軟件設(shè)計流程如圖2所示。

2.1 體感控制PPT的自動翻頁

體感交互是一項無需借助任何控制設(shè)備，可以直接使用肢體動作與數(shù)字設(shè)備和環(huán)境互動，隨心所欲地操控的智能技術(shù)。它的核心在于讓計算機有了更精準(zhǔn)有效的“眼睛”去觀察這個世界，并根據(jù)人的動作來完成各種指令，不是簡單地利用體感技術(shù)代替鼠標(biāo)鍵盤的點擊操作。我們通過體感設(shè)備模擬windows操作系統(tǒng)的鼠標(biāo)和鍵盤操作事件，讓電腦瞬間變成體感控制，通過定義多個手勢，例如向左，向右，向上，向下?lián)]動手勢對應(yīng)多個鼠標(biāo)鍵盤的左右上下箭頭鍵盤操作響應(yīng)事件，這樣就可以通過手勢來控制PPT的自動翻頁功能了。我們可以讓每一個鼠標(biāo)鍵盤事件都對應(yīng)一個體感手勢，從而實現(xiàn)完全自定義化的通過體感手勢來操作軟件，完全實現(xiàn)體感操作代替鼠標(biāo)鍵盤的操作。實現(xiàn)的功能是采用體感技術(shù)實現(xiàn)PPT的控制：右手向左揮動，PPT演示文稿往前翻一頁；左手向右揮動，PPT演示文稿向后翻一頁。采用語音技術(shù)實現(xiàn)PPT的控制：開口說“前”，PPT演示文稿往前翻一頁；開口說“后”，PPT演示文稿向后翻一頁。體感識別和控制的框圖如圖3所示。

體感控制PPT向前翻頁的程序如圖4所示。

2.2 體感控制教室智能設(shè)備

通過體感技術(shù)，實現(xiàn)教室內(nèi)部燈光、窗簾的控制：揮動左手開燈、窗簾；揮動右手關(guān)燈、窗簾。采用語音技術(shù)實現(xiàn)教室內(nèi)部燈光、窗簾的控制：開口說“開燈”，燈點亮，開口說“關(guān)燈”，燈熄滅；開口說“開窗簾”，窗簾打開，開口說“關(guān)窗簾”，窗簾關(guān)閉。

通過單片機接收到Kinect采集到的動作，轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)的指令，然后通過Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以簇狀連接方式組網(wǎng)，分別控制教室的窗簾動作、燈光亮度調(diào)節(jié)、空調(diào)的開關(guān)，系統(tǒng)硬件框圖如圖5所示。體感控制智能設(shè)備的程序如圖6所示。

[開關(guān)設(shè)備終端][Zigbee][Zigbee][Kinect體感器][單片機][開關(guān)設(shè)備終端][照明控制系統(tǒng)][窗簾控制系統(tǒng)]

3 智能教室設(shè)備控制系統(tǒng)

系統(tǒng)采用Chipcon公司的CC2530，通過Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以星狀連接方式組網(wǎng)。設(shè)備控制子網(wǎng)采用CC2530的單一I/O口控制，通過P1.0、P1.1、P1.2分別控制無線燈光、電動窗簾、空調(diào)開關(guān)，智能教室設(shè)備控制系統(tǒng)框圖如圖7所示。

[Internet][用戶手機][Zigbee][Zigbee][Wife][Zigbee] [無線路由器][網(wǎng)關(guān)設(shè)備（Wife-zigbee）] [開關(guān)設(shè)備終端][開關(guān)設(shè)備終端] [開關(guān)設(shè)備終

3.1 無線燈控實現(xiàn)

采用用戶終端發(fā)送開啟、關(guān)閉、調(diào)光、預(yù)約開啟、關(guān)閉和調(diào)光的控制信號給路由路由節(jié)點，路由節(jié)點接收到數(shù)據(jù)后，通過與WIFE轉(zhuǎn)Zigbee的網(wǎng)關(guān)設(shè)備完成握手后，輸出相應(yīng)的數(shù)據(jù)來驅(qū)動雙向可控硅，控制可控硅相控調(diào)光和控制燈光的開啟和關(guān)閉，實現(xiàn)教室燈光智能控制，同時通過鎖存器將上一次的數(shù)據(jù)存儲，以便與下一次數(shù)據(jù)作比較，從而實現(xiàn)對燈光亮暗的調(diào)節(jié)。燈光調(diào)節(jié)的界面如圖8所示。

3.2 電動窗簾的實現(xiàn)

電功窗簾控制采用自動控制和手動控制兩種方式。通過對環(huán)境的光照強度、濕度的變化以及無線控制來對智能窗簾網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)進行控制，光照強度強時，窗簾關(guān)起；濕度低時，窗簾關(guān)起。反之光照強度弱時，窗簾開啟；濕度高時，窗簾開啟。溫度傳感器采用CC2530自帶的溫度傳感器；同時還可以通過手動控制窗簾的開啟和關(guān)閉。窗簾控制系統(tǒng)由zigbee模塊和直流電機組成，用戶終端發(fā)送窗簾控制命令給路由器節(jié)點，路由器和網(wǎng)關(guān)完成握手后，CC2530接收到協(xié)調(diào)器的控制信號，確定自己是否被呼叫，如果被呼叫，則接收發(fā)送來的數(shù)據(jù)，然后確定是電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)還是停止，在接收數(shù)據(jù)信息的同時，與自身存儲的數(shù)據(jù)作對比，確定需要的脈沖數(shù)，從而控制窗簾的開關(guān)程度[4]。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)引入先進的體感技術(shù)在教學(xué)軟件、教室燈光及窗簾等控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，告別傳統(tǒng)的鼠標(biāo)、鍵盤、遙控器等，讓人以更自然的方式與控制終端進行交互。利用語音交互技術(shù)控制教學(xué)軟件和教室燈光，進一步提高了系統(tǒng)操作的便利性，而且對于一些有缺陷的人士，利用語音和手勢就可以控制智能設(shè)備，非常方便；利用手機或平板電腦，采用Zigbee、WiFi技術(shù)對燈光、風(fēng)扇、窗簾進行無線控制；無需布線，穩(wěn)定性高，維護費用低廉，操作簡單、適用性廣，前景比較廣闊。

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