一种婴幼儿智能家居监护系统及监护方法

摘要

本发明涉及一种婴幼儿智能家居监护系统及监护方法，包括主控单元、以及分别与主控单元通信连接的环境检测单元、婴幼儿检测单元、身份识别单元、执行单元、报警单元、麦克风及摄像头；还包括可以和主控单元远程通信的移动终端；可以通过环境检测单元及婴幼儿检测单元实时监测室内环境及婴幼儿身体实时状况并自动进行环境调节；可以通过摄像头实时采集婴幼儿当前视频数据，并判断婴幼儿状态是否异常；还可以通过麦克风采集室内音频数据并判断婴幼儿是否哭泣以及哭泣原因，进行智能安抚，或者提醒监护人。本发明的监护系统，无需看护人时时守护在婴幼儿身旁，在解放家庭人力不足压力的同时，又能够确保婴幼儿安全无虞。

说明书

技术领域

本发明属于智能家居领域，具体涉及一种婴幼儿智能家居监护系统及监护方法。

背景技术

随着生活节奏越来越快，新生儿出生率逐渐下降，有很大部分原因是很多家庭没有足够的精力去照顾新生婴幼儿，特别是双职工家庭，夫妻双方平时均需要上班，家中老人精力有限，照顾新生儿成为一个很棘手的问题。

随着社会的快速发展，智能家居近年来快速进入很多普通家庭，它给人们的生活带来了极大的便利性，如何将智能家居系统引入婴幼儿监护领域，是一个急需解决的问题。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提供一种婴幼儿智能家居监护系统及监护方法，本发明的婴幼儿智能家居监护系统，包括主控单元、以及分别与主控单元通信连接的环境检测单元、婴幼儿检测单元、身份识别单元、执行单元、报警单元、麦克风及摄像头；还包括可以和主控单元远程通信的移动终端；可以通过环境检测单元及婴幼儿检测单元实时监测室内环境及婴幼儿身体实时状况并自动进行环境调节；可以通过摄像头实时采集婴幼儿当前视频数据，并判断婴幼儿状态是否异常；还可以通过麦克风采集室内音频数据并判断婴幼儿是否哭泣以及哭泣原因，进行智能安抚，或者提醒监护人。本发明的监护系统，无需看护人时时守护在婴幼儿身旁，在解放家庭人力不足压力的同时，又能够确保婴幼儿安全无虞。

本发明涉及一种婴幼儿智能家居监护系统，其特征在于，包括主控单元、以及分别与主控单元通信连接的环境检测单元、婴幼儿检测单元、身份识别单元、执行单元、报警单元、麦克风及摄像头；还包括可以和主控单元远程通信的移动终端；其中，所述环境检测单元包括用于检测室内温度的温度检测模块、用于检测室内湿度的湿度湿度检测、用于检测室内光照强度的光强检测模块、用于检测室内烟雾浓度的烟雾检测模块以及用于检测室内空气质量的空气质量检测模块；所述婴幼儿检测单元包括安装在婴幼儿床垫上，用于检测床垫承受压力的压力检测模块、安装在婴幼儿床周边，用于检测婴幼儿是否靠近床边的红外检测模块、安装在婴幼儿床垫上，用于检测婴幼儿是否尿床的尿湿检测模块，以及用于检测婴幼儿体温的体温检测模块；所述执行单元包括音乐播放模块、安装在婴幼儿床垫或床体上，控制婴儿床晃动的振动模块、空调、加湿器、智能窗帘以及智能门窗；所述身份识别单元，安装在婴幼儿房间的门口，用于对欲进入房间内的人进行身份识别；所述摄像头，用于采集婴幼儿的实时状况并上传给主控单元，主控单元将采集的动态视频转换成静态图像，并提取静态图像中的目标区域，然后判断婴幼儿当前状态是否异常，若判断结果异常，则控制报警单元发出警报，并发送消息给绑定的移动终端；所述麦克风，用于采集房间内的声音，并将采集到的音频信息发送给主控单元，主控单元通过音频处理后，判断婴幼儿是否在哭泣，若哭泣，则根据预存的不同哭声及可能原因对照表进一步判断婴幼儿可能哭泣的原因，若判断出哭泣原因无需人为参与即可解决，则控制相关执行单元动作，若判断出哭泣原因需要呼叫监护人，则发出报警信号并发送消息给绑定的移动终端；用户还可以通过移动终端远程查看婴幼儿实时状况并远程遥控执行单元工作。

进一步的，对婴幼儿哭声识别之前，需要先建立哭声模型数据库，具体包括：采集各种哭声音频数据、对音频数据进行预处理、提取特征参数进行模型训练；在进行哭声识别时，先对麦克风采集到的音频数据进行信号预处理，然后提取特征参数并和模型数据库中存储的模型进行比对，比对后输出识别结果。

进一步的，音频数据预处理，具体包括数据去噪、分帧、加窗；数据分帧方法为：用一定的窗函数乘以音频数据，得到帧数据。

进一步的，采用如下公式提取特征参数：

其中，k是第k个滤波器，N是滤波器的总数，m是第m个频率倒谱系数，X[k]为时域的音频数据。

进一步的，主控单元提取静态图像中的目标区域之前，需要先对图像进行去噪，设采集的图像数据为f(x，y)，去噪后的数据为g(x，y)，则降噪函数如下：

其中，K为以(x，y)为中心的邻域的集合，N为K内坐标点的总数。

本发明还涉及一种用于婴幼儿智能家居监护系统的监护方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：环境检测单元、婴幼儿检测单元实时采集相关参数并发送给主控单元；

步骤2：摄像头实时采集婴幼儿的视频数据并上传给主控单元；

步骤3：麦克风实时采集室内各种音频数据并上传给主控单元；

步骤4：主控单元判断环境检测单元、婴幼儿检测单元的检测数据是否异常，若异常，则控制执行单元工作；主控单元将摄像头采集的动态视频转换成静态图像，并提取静态图像中的目标区域，然后判断婴幼儿当前状态是否异常，若判断结果异常，则控制报警单元发出警报，并发送消息给绑定的移动终端；主控单元对麦克风采集的音频数据进行音频处理后，判断婴幼儿是否在哭泣，若哭泣，则根据预存的不同哭声及可能原因对照表进一步判断婴幼儿可能哭泣的原因，若判断出哭泣原因无需人为参与即可解决，则控制相关执行单元动作，若判断出哭泣原因需要呼叫监护人，则发出报警信号并发送消息给绑定的移动终端。

进一步的，对婴幼儿哭声识别之前，需要先建立哭声模型数据库，具体包括以下步骤：

步骤a、采集各种哭声音频数据；

步骤b、对音频数据进行预处理；

步骤c、提取特征参数进行模型训练；

在进行哭声识别时，先对麦克风采集到的音频数据进行信号预处理，然后提取特征参数并和模型数据库中存储的模型进行比对，比对后输出识别结果。

进一步的，音频数据预处理，具体包括数据去噪、分帧、加窗；数据分帧方法为：用一定的窗函数乘以音频数据，得到帧数据。

进一步的，采用如下公式提取特征参数：

其中，k是第k个滤波器，N是滤波器的总数，m是第m个频率倒谱系数，X[k]为时域的语音信息。

进一步的，主控单元提取静态图像中的目标区域之前，需要先对图像进行去噪，设采集的图像数据为f(x，y)，去噪后的数据为g(x，y)，则降噪函数如下：

其中，K为以(x，y)为中心的邻域的集合，N为K内坐标点的总数。

本发明具有如下的技术效果：

本发明可以通过环境检测单元及婴幼儿检测单元实时监测室内环境及婴幼儿身体实时状况并自动进行环境调节；可以通过摄像头实时采集婴幼儿当前视频数据，并判断婴幼儿状态是否异常；还可以通过麦克风采集室内音频数据并判断婴幼儿是否哭泣以及哭泣原因，进行智能安抚，或者提醒监护人。本发明的监护系统，无需看护人时时守护在婴幼儿身旁，在解放家庭人力不足压力的同时，又能够确保婴幼儿安全无虞。

附图说明

图1本发明婴幼儿智能家居监护系统的结构示意图；

图2本发明环境检测单元的结构示意图；

图3本发明婴幼儿检测单元的结构示意图；

图4本发明执行单元的结构示意图。

具体实施方式

现在将在下文中参考示出了本发明的实施例的附图来更全面地描述本发明的实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，并且不应被解释为限于在此阐述的实施例。而是，提供这些实施例以使得本公开将是彻底和完整的，并且将本发明的范围充分传达给本领域技术人员。贯穿全文，相同的数字表示相同的元素。

将理解的是，尽管本文可以使用术语第一，第二等来描述各种元件，但是这些元件不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元素和另一个元素。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地,第二元件可以被称为第一元件。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。

将理解的是，当诸如层，区域或衬底的元件被称为在另一元件“上”或在另一元件上“延伸”时，其可以直接在另一元件上或直接在另一元件上延伸，或者中间元件也可以是另一元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件上”或“直接延伸到另一个元件上”时，则不存在中间元件。还应理解，当一个元件被称为“连接”或“耦合”到另一个元件时，它可以直接连接或耦合到另一个元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦合”至另一元件时，则不存在中间元件。

在本文中可以使用诸如“在...下方”或“在上方”，“在上方”或“在下方”或“水平”或“垂直”之类的相对术语来描述一个元件，层或区域与另一元件，层或区域的关系。如图所示，将理解的是，这些术语除了附图中描绘的取向之外还意图涵盖装置的不同取向。

本文所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明。如本文所使用的,单数形式“一”，“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指出。将进一步理解的是，当在本文中使用时，术语“包括”，“包含”，“包括”和/或“包括”指定存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或其组。

除非另有定义，否则本文使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。将进一步理解的是，除非在此明确地定义，否则本文中使用的术语应被解释为具有与本说明书和相关领域的上下文中的含义一致的含义，并且将不以理想化或过度正式的意义来解释。

下面参考根据本发明实施例的方法，系统和计算机程序产品的流程图和/或框图描述本发明。将理解的是，可以通过计算机程序指令来实现流程图图示和/或框图的一些框以及流程图图示和/或框图中的一些框的组合。这些计算机程序指令可以存储或实现在微控制器，微处理器，数字信号处理器(DSP)，现场可编程门阵列(FPGA)，状态机，可编程逻辑控制器(PLC)或其他处理电路,通用计算机,专用计算机中。用途计算机或其他可编程数据处理设备(例如生产机器)，以便通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令创建用于实现流程图和/或中指定的功能/动作的装置或方框图块。

这些计算机程序指令还可以存储在计算机可读存储器中，该计算机可读存储器可以指导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作，从而使得存储在计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制品。实现流程图和/或框图中指定的功能/动作。

也可以将计算机程序指令加载到计算机或其他可编程数据处理设备上，以使一系列操作步骤在计算机或其他可编程设备上执行以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机或其他可编程设备上执行的指令成为可能。其他可编程装置提供用于实现流程图和/或框图方框中指定的功能/动作的步骤。应当理解,方框中指出的功能/动作可以不按照操作图中指出的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/动作，实际上可以基本上同时执行连续示出的两个框,或者有时可以以相反的顺序执行这些框。尽管一些图在通信路径上包括箭头以示出通信的主要方向,但是应当理解，通信可以在与所描绘的箭头相反的方向上发生。

本发明具体实施过程如下：

如图1-4所示，本发明涉及一种婴幼儿智能家居监护系统，其特征在于，包括主控单元、以及分别与主控单元通信连接的环境检测单元、婴幼儿检测单元、身份识别单元、执行单元、报警单元、麦克风及摄像头；还包括可以和主控单元远程通信的移动终端；其中，所述环境检测单元包括用于检测室内温度的温度检测模块、用于检测室内湿度的湿度湿度检测、用于检测室内光照强度的光强检测模块、用于检测室内烟雾浓度的烟雾检测模块以及用于检测室内空气质量的空气质量检测模块；所述婴幼儿检测单元包括安装在婴幼儿床垫上，用于检测床垫承受压力的压力检测模块、安装在婴幼儿床周边，用于检测婴幼儿是否靠近床边的红外检测模块、安装在婴幼儿床垫上，用于检测婴幼儿是否尿床的尿湿检测模块，以及用于检测婴幼儿体温的体温检测模块；所述执行单元包括音乐播放模块、安装在婴幼儿床垫或床体上，控制婴儿床晃动的振动模块、空调、加湿器、智能窗帘以及智能门窗；所述身份识别单元，安装在婴幼儿房间的门口，用于对欲进入房间内的人进行身份识别；所述摄像头，用于采集婴幼儿的实时状况并上传给主控单元，主控单元将采集的动态视频转换成静态图像，并提取静态图像中的目标区域，然后判断婴幼儿当前状态是否异常，若判断结果异常，则控制报警单元发出警报，并发送消息给绑定的移动终端；所述麦克风，用于采集房间内的声音，并将采集到的音频信息发送给主控单元，主控单元通过音频处理后，判断婴幼儿是否在哭泣，若哭泣，则根据预存的不同哭声及可能原因对照表进一步判断婴幼儿可能哭泣的原因，若判断出哭泣原因无需人为参与即可解决，则控制相关执行单元动作，若判断出哭泣原因需要呼叫监护人，则发出报警信号并发送消息给绑定的移动终端；用户还可以通过移动终端远程查看婴幼儿实时状况并远程遥控执行单元工作。

移动终端，例如可以是手机、PAD、PC等，在此不做限定；空气质量检测模块例如可以包括甲醛传感器、CO传感器、粉尘浓度传感器等，在此不做限定；压力检测模块设置在婴幼儿床垫上，通过压力大小，判断婴儿是否发生了位置移动。

根据摄像头采集的视频信号判断婴儿状态是否异常，例如可以是根据数据库中存储的图像模型进行比对，判断婴幼儿的睡姿是否正确。

根据麦克风采集的音频信号判断婴幼儿是否哭泣以及哭泣原因，例如，在判断出婴幼儿哭泣原因为饿了时，通知看护人，在判断出婴幼儿是孤单时，控制音乐播放模块播放音乐。

对婴幼儿哭声识别之前，需要先建立哭声模型数据库，具体包括：采集各种哭声音频数据、对音频数据进行预处理、提取特征参数进行模型训练；在进行哭声识别时，先对麦克风采集到的音频数据进行信号预处理，然后提取特征参数并和模型数据库中存储的模型进行比对，比对后输出识别结果。

音频数据预处理，具体包括数据去噪、分帧、加窗；数据分帧方法为：用一定的窗函数乘以音频数据，得到帧数据。

采用如下公式提取特征参数：

其中，k是第k个滤波器，N是滤波器的总数，m是第m个频率倒谱系数，X[k]为时域的音频数据。

主控单元提取静态图像中的目标区域之前，需要先对图像进行去噪，设采集的图像数据为f(x，y)，去噪后的数据为g(x，y)，则降噪函数如下：

其中，K为以(x，y)为中心的邻域的集合，N为K内坐标点的总数。

本发明还涉及一种用于婴幼儿智能家居监护系统的监护方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：环境检测单元、婴幼儿检测单元实时采集相关参数并发送给主控单元；

步骤2：摄像头实时采集婴幼儿的视频数据并上传给主控单元；

步骤3：麦克风实时采集室内各种音频数据并上传给主控单元；

步骤4：主控单元判断环境检测单元、婴幼儿检测单元的检测数据是否异常，若异常，则控制执行单元工作；主控单元将摄像头采集的动态视频转换成静态图像，并提取静态图像中的目标区域，然后判断婴幼儿当前状态是否异常，若判断结果异常，则控制报警单元发出警报，并发送消息给绑定的移动终端；主控单元对麦克风采集的音频数据进行音频处理后，判断婴幼儿是否在哭泣，若哭泣，则根据预存的不同哭声及可能原因对照表进一步判断婴幼儿可能哭泣的原因，若判断出哭泣原因无需人为参与即可解决，则控制相关执行单元动作，若判断出哭泣原因需要呼叫监护人，则发出报警信号并发送消息给绑定的移动终端。

空气质量检测模块例如可以包括甲醛传感器、CO传感器、粉尘浓度传感器等，在此不做限定；压力检测模块设置在婴幼儿床垫上，通过压力大小，判断婴儿是否发生了位置移动。

根据摄像头采集的视频信号判断婴儿状态是否异常，例如可以是根据数据库中存储的图像模型进行比对，判断婴幼儿的睡姿是否正确。

根据麦克风采集的音频信号判断婴幼儿是否哭泣以及哭泣原因，例如，在判断出婴幼儿哭泣原因为饿了时，通知看护人，在判断出婴幼儿是孤单时，控制音乐播放模块播放音乐。

对婴幼儿哭声识别之前，需要先建立哭声模型数据库，具体包括以下步骤：

步骤a、采集各种哭声音频数据；

步骤b、对音频数据进行预处理；

步骤c、提取特征参数进行模型训练；

在进行哭声识别时，先对麦克风采集到的音频数据进行信号预处理，然后提取特征参数并和模型数据库中存储的模型进行比对，比对后输出识别结果。

音频数据预处理，具体包括数据去噪、分帧、加窗；数据分帧方法为：用一定的窗函数乘以音频数据，得到帧数据。

进一步的，采用如下公式提取特征参数：

其中，k是第k个滤波器，N是滤波器的总数，m是第m个频F率倒谱系数，X[k]为时域的语音信息。

主控单元提取静态图像中的目标区域之前，需要先对图像进行去噪，设采集的图像数据为f(x，y)，去噪后的数据为g(x，y)，则降噪函数如下：

其中，K为以(x，y)为中心的邻域的集合，N为K内坐标点的总数。

综上，本发明的婴幼儿智能家居监护系统，可以通过环境检测单元及婴幼儿检测单元实时监测室内环境及婴幼儿身体实时状况并自动进行环境调节；可以通过摄像头实时采集婴幼儿当前视频数据，并判断婴幼儿状态是否异常；还可以通过麦克风采集室内音频数据并判断婴幼儿是否哭泣以及哭泣原因，进行智能安抚，或者提醒监护人。本发明的监护系统，无需看护人时时守护在婴幼儿身旁，在解放家庭人力不足压力的同时，又能够确保婴幼儿安全无虞。

最后应该说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的技术人员阅读本申请后，参照上述实施例对本发明进行种种修改或变更的行为，均在本发明申请待批的权利申请要求保护范围之内。