智能玩具云服務(wù)系統(tǒng)的研究

何電明，孫吉?jiǎng)偅T北海

（廣東工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，廣東 廣州 510006）

智能玩具云服務(wù)系統(tǒng)的研究

何電明，孫吉?jiǎng)偅T北海

（廣東工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，廣東 廣州 510006）

文章提出了一種智能玩具云服務(wù)系統(tǒng)的架構(gòu)及應(yīng)用場(chǎng)景，為早期的幼兒提供了遠(yuǎn)程互動(dòng)、語(yǔ)音推送、視頻錄制、遠(yuǎn)程拍照、情景感知等服務(wù)。在幼兒輕松玩耍的同時(shí)，也能提高兒童對(duì)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的知識(shí)認(rèn)知，相對(duì)于傳統(tǒng)的幼兒玩具產(chǎn)品而言，智能教育云服務(wù)系統(tǒng)用戶體驗(yàn)更佳，使用更加有趣。

智能玩具；遠(yuǎn)程互動(dòng)；情景感知

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的在生活中的廣泛應(yīng)用，人類進(jìn)入高速的信息化時(shí)代［1-2］。教育信息的獲取從傳統(tǒng)的單一課堂方式向網(wǎng)上自動(dòng)獲取與人工獲取雙向進(jìn)行，從而教育資源獲取的需求度為智能教育的發(fā)展提供了強(qiáng)大的動(dòng)力，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用也隨之產(chǎn)生［3-4］。現(xiàn)在隨著人們對(duì)娛樂(lè)要求的提高，智能玩具已經(jīng)在市場(chǎng)上占據(jù)了很大的份額，其結(jié)構(gòu)、機(jī)械、電子等智能含義愈加明顯［5-6］。這類技術(shù)性玩具突破了傳統(tǒng)玩具概念的局限，將幼教產(chǎn)品、科普產(chǎn)品、娛樂(lè)產(chǎn)品吸納進(jìn)賣場(chǎng)，極大豐富了玩具的內(nèi)涵［7］。事實(shí)上，玩具已不僅僅是與人們童稚時(shí)代相伴的階段性產(chǎn)品，而是以不同的形式與人們的一生相聯(lián)系［8］的東西。從傳統(tǒng)的幼兒教育產(chǎn)品來(lái)看，有以下不足之處：產(chǎn)品樣式過(guò)于單一、內(nèi)容得不到及時(shí)更新、學(xué)習(xí)過(guò)程中不能與他人進(jìn)行過(guò)程互動(dòng)、用戶體驗(yàn)相對(duì)較差、學(xué)習(xí)娛樂(lè)過(guò)程中不能對(duì)幼兒的周圍環(huán)境進(jìn)行有效的安全監(jiān)護(hù)、管理用戶不能實(shí)時(shí)地對(duì)幼兒的學(xué)習(xí)及成長(zhǎng)曲線進(jìn)行智能分析、同時(shí)對(duì)幼兒的學(xué)習(xí)、娛樂(lè)行為也缺少數(shù)據(jù)分析和支撐［9］。針對(duì)以上傳統(tǒng)幼兒教育產(chǎn)品的缺陷，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用下，智能教育云服務(wù)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

1　智能幼兒教學(xué)玩具產(chǎn)品創(chuàng)新

本文基于當(dāng)前教育領(lǐng)域中幼兒教學(xué)玩具產(chǎn)品現(xiàn)狀的不足，進(jìn)行了如下創(chuàng)新。

1.1資源個(gè)性定制創(chuàng)新

針對(duì)傳統(tǒng)的幼兒玩具產(chǎn)品資源固化，學(xué)習(xí)內(nèi)容無(wú)法得到。及時(shí)更新的問(wèn)題，本文通過(guò)使用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，統(tǒng)計(jì)分析用戶瀏覽過(guò)的內(nèi)容記錄，挖掘出用戶真正感興趣的學(xué)習(xí)、娛樂(lè)等資源，并同時(shí)在云服務(wù)端、Web前端及相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)中更新［10］。智能教育云服務(wù)系統(tǒng)的智能客戶端使用者，在保證這個(gè)系統(tǒng)處于連接WiFi網(wǎng)絡(luò)的情況下，可以快速自動(dòng)地獲取云后臺(tái)服務(wù)端對(duì)應(yīng)的更新內(nèi)容。

1.2遠(yuǎn)程消息互動(dòng)創(chuàng)新

針對(duì)傳統(tǒng)幼兒玩具產(chǎn)品缺少消息互動(dòng)，幼兒用戶無(wú)法體驗(yàn)親人共同參與的趣味的問(wèn)題。本文通過(guò)使用微信公眾號(hào)作為客戶端的監(jiān)控平臺(tái)綁定對(duì)應(yīng)的智能客戶端，與其在有網(wǎng)絡(luò)的情況下保持長(zhǎng)連接，幼兒用戶可以通過(guò)系統(tǒng)客戶端與遠(yuǎn)端的微信公眾號(hào)監(jiān)控者實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程語(yǔ)言、歌曲推送、視頻拍照等消息互動(dòng)。

1.3用戶情景感知?jiǎng)?chuàng)新

針對(duì)幼兒監(jiān)護(hù)困難、容易在玩耍時(shí)受傷或者迷失走丟的問(wèn)題［11］，本文通過(guò)在智能客戶端嵌入溫濕度、GPS定位、加速度等傳感器對(duì)幼兒使用者在玩耍的環(huán)境進(jìn)行情景感知和監(jiān)測(cè)，在客戶端處于聯(lián)網(wǎng)的情況下，會(huì)自動(dòng)將傳輸數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆坪笈_(tái)服務(wù)器及數(shù)據(jù)庫(kù)中，微信公眾號(hào)監(jiān)測(cè)端會(huì)同步更新相應(yīng)的數(shù)據(jù)，方便家長(zhǎng)對(duì)幼兒的實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)。

2　智能玩具云服務(wù)系統(tǒng)

本系統(tǒng)由智能玩具系統(tǒng)，移動(dòng)智能終端微信公眾號(hào)、后臺(tái)云服務(wù)器及無(wú)線路由器3個(gè)系統(tǒng)模塊組成，如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)圖

智能玩具云服務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)原理工作流程如下：①用戶在使用該系統(tǒng)前，用戶可以通過(guò)使用微信掃描玩具自帶的出廠的二維碼方式，將玩具與手機(jī)用戶進(jìn)行綁定；②用戶應(yīng)對(duì)智能玩具進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置，配置時(shí)應(yīng)采取就近原則與附近的無(wú)線路由熱點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)接；③無(wú)線路由器智能玩具的請(qǐng)求信息列表轉(zhuǎn)發(fā)到私有云服務(wù)器進(jìn)行資源請(qǐng)求，同時(shí)私有云服務(wù)器保存玩具段端序列號(hào)，實(shí)現(xiàn)智能玩具到私有云服務(wù)器的長(zhǎng)連接請(qǐng)求；④當(dāng)智能玩具向綁定它的微信公眾號(hào)傳輸資源時(shí)，傳輸路徑則是通過(guò)無(wú)線路由器，私有云服務(wù)器轉(zhuǎn)至微信云服務(wù)器，通過(guò)騰訊平臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)給綁定玩具的微信客戶端上。

3　智能公交云服務(wù)系統(tǒng)主要模塊介紹

本文主要就智能玩具云服務(wù)系統(tǒng)各個(gè)模塊分別逐一介紹，各模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.1智能玩具

本系統(tǒng)除了擁有正常的玩具功能外，玩具自帶的二維識(shí)別碼可以與移動(dòng)智能微信公眾號(hào)進(jìn)行識(shí)別綁定，智能玩具的數(shù)據(jù)信息通過(guò)處于WiFi網(wǎng)絡(luò)連接的情況下傳輸?shù)皆品?wù)器。智能玩具傳輸?shù)恼Z(yǔ)音、視頻、情景感知參數(shù)等數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)更新到與玩具綁定的微信公眾號(hào)上，在微信終端可以實(shí)時(shí)與玩具用戶進(jìn)行遠(yuǎn)程語(yǔ)音等操作，也可以觀測(cè)玩具端發(fā)送過(guò)來(lái)的情景參數(shù)，對(duì)玩具用戶進(jìn)行監(jiān)護(hù)。

3.2微信公眾號(hào)

本系統(tǒng)的終端監(jiān)測(cè)是通過(guò)微信公眾進(jìn)行的管理的，管理者通過(guò)微信公眾號(hào)可以及時(shí)與智能玩具云服務(wù)系統(tǒng)的用戶進(jìn)行消息互動(dòng)，對(duì)幼兒用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)單向視頻及情景感知，還可以向客戶端來(lái)推送有趣的音頻等學(xué)習(xí)資源，遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)，特別適用家長(zhǎng)對(duì)小孩的監(jiān)護(hù)［12］。

3.3云服務(wù)器

云服務(wù)器是本系統(tǒng)的核心部分，可以實(shí)現(xiàn)接收智能玩具傳送的語(yǔ)音、視頻的數(shù)據(jù)信息，并且實(shí)時(shí)刷新與微信公眾號(hào)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的記錄列表，將接收的智能玩具的唯一識(shí)別ID記錄在內(nèi)；云服務(wù)器接收的智能玩具的數(shù)據(jù)信息放至云端存儲(chǔ)；云服務(wù)器與智能玩具存在查詢應(yīng)答交互過(guò)程。云服務(wù)器還有一個(gè)重要的功能，針對(duì)玩具用戶瀏覽的內(nèi)容和發(fā)送的多媒體消息進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析、預(yù)測(cè)，當(dāng)玩具用戶想要再次獲得相應(yīng)資源時(shí)，由云服務(wù)器的后臺(tái)算法對(duì)用戶的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并及時(shí)推送用戶感興趣的學(xué)習(xí)資源。

圖2　系統(tǒng)模塊之間信息傳輸圖

4　智能玩具云服務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景

智能公交云服務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景如圖3所示。①用戶在使用該系統(tǒng)前，用戶可以通過(guò)使用微信掃描玩具自帶的出廠的二維碼方式，將玩具與手機(jī)用戶進(jìn)行綁定；②用戶應(yīng)對(duì)智能玩具進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置，配置時(shí)應(yīng)采取就近原則與附近的無(wú)線路由熱點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接；③無(wú)線路由器智能玩具的請(qǐng)求信息列表轉(zhuǎn)發(fā)到私有云服務(wù)器進(jìn)行資源請(qǐng)求，同時(shí)私有云服務(wù)器保存玩具段端序列號(hào)，實(shí)現(xiàn)智能玩具到私有云服務(wù)器的長(zhǎng)連接請(qǐng)求；④當(dāng)智能玩具向綁定它的微信公眾號(hào)傳輸資源時(shí)，傳輸路徑則是通過(guò)無(wú)線路由器，私有云服務(wù)器轉(zhuǎn)至微信云服務(wù)器，通過(guò)騰訊平臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)給綁定玩具的微信客戶端上；⑤私有云服務(wù)器通過(guò)接收微信客戶端經(jīng)過(guò)微信云服務(wù)器中的消息，充當(dāng)中轉(zhuǎn)站的角色。

圖3　系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景圖

為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)流程，將系統(tǒng)場(chǎng)景應(yīng)用圖簡(jiǎn)化為系統(tǒng)操作流程算法，如圖4所示。

圖4　系統(tǒng)簡(jiǎn)化算法操作流程圖

5　智能教育服務(wù)系統(tǒng)的發(fā)展前景

本系統(tǒng)將微信公眾號(hào)與智能玩具進(jìn)行綁定，讓幼兒用戶在有趣的智能玩具下與家人進(jìn)行學(xué)習(xí)、娛樂(lè)、互動(dòng)，管理用戶能通過(guò)微信客戶端給智能玩具用戶推送適合自己幼兒的學(xué)習(xí)和娛樂(lè)信息及互動(dòng)語(yǔ)音。管理用戶也能通過(guò)微信對(duì)幼兒進(jìn)行視頻監(jiān)護(hù)，以及對(duì)幼兒的成長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行安全分析，實(shí)時(shí)呵護(hù)幼兒的健康，讓幼兒在愉快的環(huán)境下進(jìn)行學(xué)習(xí)和對(duì)信息世界的感性認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)幼兒在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的早期認(rèn)知［13］。

它與現(xiàn)有的幼兒玩具比有以下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)和改進(jìn)：其一，現(xiàn)有的幼兒玩具產(chǎn)品樣式過(guò)于單一，內(nèi)容得不到及時(shí)更新，學(xué)習(xí)過(guò)程中不能與他人進(jìn)行過(guò)程互動(dòng)，用戶體驗(yàn)相對(duì)較差［14］。其二，該智能玩具云服務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)玩具信息與微信客戶端的信息交互，微信客戶端可以通過(guò)WiFi與玩具進(jìn)行實(shí)時(shí)的信息交互和視頻通話，另一方面也帶動(dòng)了傳統(tǒng)玩具技術(shù)的發(fā)展，為本系統(tǒng)的發(fā)展提供了合作伙伴［15］。

6　結(jié)語(yǔ)

智能玩具是智能教育建設(shè)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，智能玩具的建設(shè)對(duì)提升教育的信息化和智能化具有重要意義［16］。本文利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提出了針對(duì)幼兒的智能玩具云服務(wù)系統(tǒng)的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)，增強(qiáng)了用戶對(duì)信息技術(shù)領(lǐng)域的認(rèn)知，提高了幼兒的學(xué)習(xí)興趣。

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Research on cloud service system on intelligent toy

He Dianming, Sun Jigang, Tan Beihai
（Automation School of Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China）

The paper presents an architecture of cloud service system on intelligent education and a scene of application in the system. It provides some services for early child education, such as interactive learning , voice push, video recording, remote camera and situational awareness services. Children not only play relaxed , but also can improve the cognitive knowledge of the era of IoT for children. As opposed to the traditional early childhood education products, the system is for the user experience better and more fun.

intelligent toy; remote interaction; situational awareness

中國(guó)移動(dòng)研發(fā)基金資助項(xiàng)目；項(xiàng)目編號(hào)：6120340。

何電明（1991— ），男，湖南永州，碩士研究生；研究方向：車聯(lián)網(wǎng)，智能教育云服務(wù)系統(tǒng)。