基於無線感知的智能管家系統檢視原始碼討論檢視歷史

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基於無線感知的智能管家系統隨着科技水平的發展，傳統家居面臨着巨大的挑戰，越來越多的智能家居產品進入普通用戶的家庭。用戶對居住條件的要求不再只是物理空間的大小，還包括能否提供一個溫馨的居家環境。如何讓這些智能家居產品高效、節能、人性化地運作是一個亟待解決的問題。因此，我們把關注點放在提高整體智能家居系統的用戶體驗。如圖2-1所示，目前的主流智能家居產品都把智能手機作為產品控制的重要一環，智能手機具有方便隨身攜帶的特點，便捷性強，用戶能夠隨時隨地地對智能家居進行管理。但是，隨着家庭中智能家居產品越來越多，用戶每次出門或回家後都要一個個將其關閉或打開，用戶體驗較差。從這個角度出發，還需要構建用戶體驗更加良好的智能家居控制系統。

簡介

一種可行的方案為檢測家庭中各個用戶進出的情況，通過區分不同用戶，若檢測到某用戶回家，為用戶提供個性化的用戶體驗；若檢測到某用戶出門，則關閉智能家居系統或執行預設的行為。目前最常用的檢測方式為指紋檢測或視頻檢測，但指紋檢測需要用戶手指接觸檢測設備，會在設備上留下指紋信息，視頻檢測受光線影響較大，在黑夜中可靠性較差。除此之外，用戶隱私也需要重點關注，視頻檢測的方法必須通過攝像頭拍攝室內場景，用戶隱私的安全性難以保證。通過以上分析對比，雷達波檢測不受光線等外界環境的影響，且採集的用戶數據均為雷達波形，極大地保護了用戶的個人隱私，適用於家庭中智能家居系統的控制。

2.2家庭門禁發展現狀

門禁系統是住戶家庭安全的直接保障，管理人員的進出，保障財產不受侵犯。二十世紀七十年代，在科技的推動下，微電子技術廣泛應用於門鎖領域，隨後陸續出現了各種智能鎖。到二十世紀九十年代，真正意義上的電子門禁系統逐漸形成。我國於1995年開始出現 RFID 卡，隨後射頻卡被廣泛應用於各個行業。2000年迎來IC卡的時代。2002年，Global HD推出第一代 iCLASS，使得門禁系統在當時變得更加安全、更加強大，中頻(13.56MHz）RFID技術一度成為當時門禁行業的規範。繼射頻技術之後，指紋技術不斷興起，研究表明人體指紋存在着唯一性。2010年，指紋密碼出現在門禁系統中。指紋門禁系統開始進入商業化發展。之後，人臉、虹膜等技術也在門禁應用中取得突破。2014年以後，在智能手機的迅猛發展下，門禁與手機結合越來越緊密。用戶可以使用二維碼鑰匙進行身份認證，通過掃碼開門。門禁系統也開始使用藍牙、Wi-Fi、Zigbee 等無線連接的方式，使得開門變得更加方便快捷。

目前主流的家庭門禁系統及其優缺點：

（1） 密碼門禁系統。數字密碼較傳統鑰匙具有更高的安全性，但密碼門禁系統存在容易遺忘和混淆的問題，且若不及時更新密碼，容易被非法獲取。

（2） 射頻門禁系統。基於射頻識別技術實現用戶身份識別，但存在容易消磁、射頻卡容易遺失和管理困難等問題。

（3） 指紋識別門禁系統。人體指紋具有唯一性，安全性較高。相比於密碼和射頻卡，指紋不存在遺忘和丟失的風險。但隨着技術的發展，指紋泄露的風險不斷增加，並且用戶若手指受傷可能會導致識別失效。

（4） 人臉識別門禁系統。通過預採集用戶人臉圖片對人臉進行識別。在車站、駕校、機場等場所都有大範圍應用。但不適用於對精度要求苛刻的場所，人臉圖像識別仍有被盜用風險，精度和穩定性都還需進一步提高。

（5） 虹膜識別門禁系統。通過對用戶眼睛裡面的虹膜進行檢測識別確定用戶身份。虹膜識別的安全性能相對於前面幾種方式具有巨大的提升，但由於設備成本較高，一般只用於重要商業場所或者重要軍事場所。

（6） 二維碼門禁系統。使用系統隨機產生的二維碼來掃碼認證開門，動態二維碼實時性好、安全性高，但必須使用手機等智能設備進行掃碼操作，家庭中的老年人操作可能會有困難。

經過以上分析對比，我們發現現有的家庭門禁系統中，最方便且應用最廣泛的為密碼門禁系統、指紋識別門禁系統和人臉識別門禁系統，雖然三種門禁系統的識別對象都具有唯一性，但仍存在密碼、指紋或人臉被盜用的風險。家庭門禁需要較高的安全性和穩定性。密碼、指紋和人臉均較易複製，但用戶的身形、步態，是非常難盜用的，步態識別較以上方案的安全性更高。且考慮特殊情況，若用戶身體不適或受傷導致步態發生變化， 因此使用傳統的門禁與步態識別門禁系統相互配合的方案，在提高了安全性同時，保證無論什麼情況用戶均可以方便地打開家庭門禁，保障了系統的穩定性。

2.3系統簡介

本設計為基於無線感知的智能管家系統，重點實現兩方面的功能，包括用作智能家庭門禁以及在識別出具體用戶後根據不同用戶的不同偏好為其提供個性化的體驗，安全性高、各智能家居產品的聯動性強。其中，由於人的步態、身形的唯一性以及難以模仿的特性，因此將步態識別用於家庭門禁較目前現有的門禁系統具有更高的安全性，能夠更好地保護家庭中的人身、財產安全。當用戶回家後，使用基於雷達的人體步態微多普勒特徵識別技術進行用戶識別，再根據不同用戶的喜好為其提供個性化的定製用戶體驗，例如用戶對家庭溫度、濕度、燈光等的偏好，或其他生活上的習慣，例如煮咖啡、關閉臥室窗簾等。當檢測到用戶離開家後，關閉相應的功能進入節約能源。相較於目前應用廣泛的視頻用戶識別，雷達步態檢測不會拍攝和存儲用戶圖像，更適合用於家庭等私人場所，能夠很好地保護用戶隱私。除此之外，還開發出一套智能雲平台，通過雲端服務器連接雷達平台、電腦、手機實現互聯互通，家庭成員可以隨時在手機端APP上設置不同用戶的偏好需求，設置完成以後雷達微多普勒特徵識別系統便可以全天候地為用戶提供個性化的定製體驗。

雷達人體檢測即使用雷達對用戶進行識別，通過雷達信號發射裝置發射電磁波，然後使用接收裝置接收被物體反射回來的信號並進行分析處理，從而得到需要的信息。當被檢測用戶處於運動狀態時，一定頻率的電磁波發射到用戶身上並反射回來，反射回波信號的頻率會發生變化，這種雷達與人體之間的相對運動引起的頻率調製效應被稱為多普勒效應。利用測量得到的多普勒頻移，可以計算出運動人體的徑向速度等信息。除此之外，人體由主軀幹和四肢等多個部分構成，並且除了軀幹的運動外，其他部位還存在振動、轉動等運動，這些部位的運動將會引起對回波信號附加的頻率調製，稱為微多普勒效應。通過對微多普勒頻移的分析，能夠得到豐富的人體運動信息，人體微多普勒特徵如圖2-2所示。由於人體結構複雜，並且在運動中身體的各個部位之間存在較強的耦合性，使用雷達對人體目標進行探測時就會產生複雜的微多普勒效應，這些由於人體運動對雷達電磁波產生的頻率調製，包含着豐富的人體運動信息和特徵。因此，通過提取和應用人體運動微多普勒效應中的有用信息，能夠有效地檢測出不同的用戶，從而開啟家庭門禁，並為其提供個性化的用戶體驗。