【《基于物联网技术的家庭环境感知异常检测系统设计》12000字（论文）】

第页第1章绪论1.1背景与意义对于当前阶段而言，随着物联网技术的飞速发展和第五代通信技术应用的积极部署，不仅仅带来非凡的高速体验，更重要的是其无处不在的特点，即网络存在世界上的各个角落。人们的生活方式从以前遥不可及的科幻电影慢慢的将要变成现实，万物互联的趋势不可阻挡，促进人们对在各种情况下对自适应环境的感知的需求不断增长，并且对性能的要求也逐渐提高。无线传感器网络的应用场景已从最初的军事领域逐渐扩展到更多的领域比如人机交互感知、安全监控、后勤监督、新型医疗和智能家居等。物联网技术的兴起使得自适应环境感知技术显得尤为重要，而智能感知技术的应用所创造的商业价值是不可估量的。物联网技术的不断发展，使人们的生活方式不断的朝着科幻电影中智能化的生活方式发展，人们对于各种智能化的应用的需求也是不断提高，智能化的生活方式不再是梦幻。目前室外环境的智能感知应用已经有了长足的发展，有如谷歌地图、高德地图等的室外定位软件，让现代人们的出行不在受制于陌生环境的影响；如滴滴打车、美团外卖、饿了么也便捷了人们的生活。近几年来，室内环境的智能感知应用发展也逐渐进入人们的视线当中。在室内环境当中，通过部署不同的传感器设备，可以让人们轻易的了解到自己居住的室内环境的信息，利用对于室内环境的智能感知技术，可以让在外工作或者忙碌其他的人们随时随地的掌握自己家里面的情况，比如及时检测不正当的入侵行为，监测独居或者留守的老人、小孩以及宠物大概的身体状况，预防火灾等之类的意外情况。然而室内环境的智能感知技术也是近几年才慢慢发展起来，尚处于一个初级的阶段，正是百家争鸣、百花齐放的时代，没能形成统一的规定与准则。因此，设计开发一款专门用于家庭个人室内环境感知的系统的可行性是非常大的。1.2国内外发展（应用）现状1.2.1CSI的环境感知应用现状WIFI的环境感知技术有着广泛的基础物理设施以及极高的商业价值，从而吸引了大批国内外科研人员开展研究工作。Woyach等人提出了第一项人类无设备检测工作，称为“无传感器检测”。通过观察无线传感器网络中的人体运动和信号变化，Woyach等人注意到人体移动将导致一系列信号衰减，从而进一步证明了使用无线传感器检测非接触式设备中人员的存在的可能性和前景。张等人提出了一种基于几何模型的定位和跟踪方法，通过将链路的RSS方差与其相对于当前人体的视距（LOS)位置联系起来。物理层的信道状态信息CSI中的信息（具有振幅和相位）比RSSI提供更细粒度的信息。2007年，为了打破传统方法的局限性，Youssef等首次提出基于Wi-Fi信号的入侵检测技术，该技术凭借其低成本、高可靠性和小尺寸等优点得到了广泛关注。这种感知物理世界的方式将显著降低部署成本，在易用性、普适性等方面均取得重要突破。2010年以来，麻省理工学院、斯坦福大学、华盛顿大学、清华大学、西安交通大学等高校研究人员陆续开展基于CSI的相关研究工作。在众多国际学术会议和期刊也发表了大量的高质量论文，根据对CSI的不同使用方式，可以将其工作分为4类:人体检测、室内定位、视距路径识别和活动识别。针对其中的人体检测，Zhou等人提出了全向被动式人体检测(Omni-directionalPassiveHumanDetection，Omni-PHD)的概念，具体指在以链接为中心的监控单元架构的基础上，利用全向天线设备，实现圆形小区覆盖的被动式检测。该系统经过实验表明，普通的办公环境可以在多个方向达到90%左右的检测率。Qian等人则提出了一个利用CSI全部信息(幅度和相位)进行被动式人体检测的系统PADS。该系统经过实验表明PADS能够检测不同步行速度的运动人体，性能优于传统基于RSS/CSI的系统。而基于对由人体运动引起的信号衰落的深入研究，Wu等人提出了一个利用商用WiFi设备对移动和静止人体实现非入侵式检测的统一方案De-Man。该方案通过实验结果表明，DeMan对移动和静止人体的检测率均达到95%左右，识别无人场景的准确率也达到96%，远远优于先前的检测方法。1.2.2智能家居（应用）发展现状1970年代初期，美国等欧美发达国家开始研究家庭的内部网络系统，从而形成智能建筑，即现代智能家居的雏形。同时，美国也是第一个为其制定法律标准的国家。从此以后欧美发达国家提出了许多成套的智能家居系统的方案，国家层面也积极推广智能家居控制系统，智能家居在欧美国家都有了广泛的应用发展。我国则在二十一世纪初期左右开始起步，但从开始到现在不过20多年的时间，可以分为四个阶段，二十世纪九十年代中后期为新生萌芽阶段，此时国内的相关行业正处于一个对产品概念和知识的熟悉阶段，并没有没有专业的生产厂家。进入二十一世纪开始的5年，这5年的时间是一个开拓进取的阶段。国内的相关行业发展出了五十多家的智能家居研发生产企业，正是一个蓬勃发展的时期，市场与技术体系一步一步完善。从2006到2010年，国内相关行业的不顾市场经济规律的野蛮扩展与恶心竞争，给行业带来巨大的负面影响，发展的生产厂家当中有二十多家退出了市场，此时国内智能家居处于一个徘徊不定的阶段。自2011开始，随着国外品牌进入国内市场以后，行业的发展处在一个相互融合、相互演变的阶段，市场呈现了一个快速发展的状态，涌现各式各样的新产品。其中，美的、格力、海尔等的企业，其主打的产品有空调、智能冰箱、洗衣机等。海康威视、大华等企业，其涉及的产品包括家庭监控设备、智能门锁、以及各种传感器。小米以及BAT等的互联网企业，其涉及的产品智能电视、路由器等。家居智能化已经成为未来生活的发展趋势，并在全球范围内呈现强劲的活力。1.3论文所做工作及思路本文主要内容是设计一个面向家庭应用的智能监控系统，监控的内容包括：异常入侵检测、室内的实时温度、湿度以及光照强度检测，同时需要有良好的交互界面。如上所述，对于异常入侵检测而言：本文将使用摄像头与WIFI技术进行检测，在室内部署ASUS(华硕)RT-AC86U路由器，以WIFI信号泛而广的特点，实现对室内环境的全方位检测，采集相应CSI（信道状态信息）保存并做简单的数据分析；同时在特殊区域部署摄像头，实现对特殊区域的实时监控。通过摄像头与WIFI技术的双重检测，一是满足了当下本文中异常入侵检测的基本功能，同时也为系统以后的更新换代夯实基础。比如抛弃摄像头（保护隐私）并对所采集CSI进行更深程度的数据分析实现同样的功能，或者再基于CSI实现更多比如室内定位功能、手势识别等的功能。对于温度、湿度以及光照强度检测而言：本文将在室内部署温度传感器、湿度传感器和光照传感器进行数据的采集，通过Zigbee实现通信交流，将所采集的数据通过串口上传到LinuxUbuntu14.04环境下搭建的服务器中，并实时传输予客户端。对于人机交互界面而言：本文将使用Qtcreater设计实现本系统的交互界面。1.4论文章节安排论文共分6章。第1章部分是绪论，主要陈述了本论文的研究背景与意义，明确课题研究的目的。其次分析CSI环境感知应用研究现状和智能家居（应用）的发展现状，并简单的介绍本论文的主要研究工作及思路以及论文的章节安排。第2章分是研究前必要的预备知识和原理说明，首先对RSS进行介绍并简单的分析RSS；其次陈述CSI的特性，分析CSI的优势；最后将RSS于CSI进行比较分析。第3章是系统分析，首先是需求分析，其中包括可行性分析、功能性需求分析以及非功能性需求分析，整体的对系统进行介绍，其次对系统的各个模块所负责的功能(刚需、非刚需)逐一进行说明。第4章是系统设计，首先对系统的工作流程以图文的形式进行说明，分析系统的代码模块组成，其次介绍系统的关键线程和系统中用到的重要数据结构，最后对系统重要模块(环境信息采集模块、视频监控模块、CSI模块)的详细设计一一展开描述。第5章是系统实现与测试，首先是对课题实验环境搭建的介绍，包括硬件平台与软件平台搭建，其次对系统的各个模块进行独立测试，保证模块之间的健壮性，最后对系统整体进行测试。第6章是结论。主要总结了本文所做的工作，存在的局限性，并对今后的研究工作进行展望。第2章预备知识及原理说明2信道状态信息现阶段，基于无线信号的环境感知获取的数据格式有RSS和CSI。对于前者，RSS比较容易获取而且理论成熟，大多数国内外科研人员使用MAC层的RSS信息进行入侵检测、室内定位、姿势以及动作识别等方面的研究。自2010，随着CSI信息可以通过Intel5300网卡和一般的路由器（比如本文使用的ASUSRT-AC86U）获取以后，使用CSI进行人体检测、室内定位、视距路径识别和活动识别已逐渐成为研究的潮流。下面将对RSS和CSI信号进行介绍，并且将两者进行对比。2.1RSS接收信号强度（ReceivedSignalStrength，RSS）表示无线信号发射端发射信号后，在该信号覆盖区域内，接收端所接收到的信号强度。理想环境的状态下的空间成分布均匀，无线信号发射器与接收器的传播模型比较简单，即其衰减程度与波长、距离存在一定的关系，可用如下公式表示示：D=4π其中，D表示衰减程度，d表示无线信号发射器与接收器之间的距离，λ表示信号波长。然而，在室内环境中，无线信号并非是直接从发射器到达接收器的，发射器其中的一部分信号发射以后会因为室内物体的存在而产生了折射、反射等现象，然后信号就会通过不同的路径到达接收器，但是每条路径几乎是不一样的，所以直接结果就是信号在传输的过程中产生的变化也是不相同的，这就会使接收器接收到信号有了不同的相位、幅值。路径传输不同的变化，又会导致信号在到达接收器时产生时间上的差距，即不同路径的延时也是不一样的。在室内环境下，接收信号强度可用如下公式表示：V=i=1N其中，Vi、θRSSI=10log2从公式中可以看出，RSS具有很强的不稳定性且容易随着时间发生波动，环境中任何一个微小变化都会引起RSS的显著变化，RSSI是多条路径信号在快速变化下信号的叠加效果，是一种粗粒度信息。综上所述，信号接收强度RSS不仅仅与信号发射端和信号接收端的距离有关，同时还与信号在传输路径中的干扰和损耗有关。此上因素的叠加使其感知精准度下降，不能提供足够的辨识度与健壮性，因此RSS的应用具有一定的局限性。2.2CSIRSS是无线信号多径传播后的信号的叠加效果，实验分析验证了其不稳定，使科研人员很难判断出信号发生变化的根源，因此RSS并不能后提供足够的精确性与可靠性。然而在近年以来，正交频分复用（OrthogonalFrequencyDi-visionMultiplexing，OFDM）技术在主流无线网络的不断应用，目前已经可以便捷的获得信号频谱的采样。所谓正交分频复用技术，其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。在OFDM技术的基础上，无线信号发射端和接收端之间的信道路径、到达时间等信息以信道状态信息（CSI）的形式从物理层解析出来。CSI（ChannelStateInformation，信道状态信息），用来描述通信链路的信道属性。它描述了信号在每条传输路径上的衰弱因子，即信道增益矩阵H中每个元素的值，如信号散射（Scattering）,环境衰弱（fading，multipathfadingorshadowingfading）,距离衰减（powerdecayofdistance）等信息。CSI包含信号在各个传输路径上的衰弱因素，具有能传输大量信息、稳定性好而且不容易受环境影响的优点，在多天线系统中为高可靠性高速率的通信提供了保障。许多IEEE802.11标准使用正交频分复用调制技术，将信号通过多个正交的子载波进行传送，在每个子载波上传送的信号都有不同的信号强度和相位。而通过该技术传输的信号，我们可以用正交频分复用技术（OFDM）将无线信号发射端和接收端之间的信号响应信息通过信号状态信息（CSI）的形式从物理层解析出来。无线信号发射端、接收端的WIFI信号可以表示为：Y=HX+N (2.4)其中，X表示发射信号；Y表示接收信号；H表示信道矩阵，N表示噪声。H可以进一步表示为：H(i)=H(i)e其中H(i)、H(i)、∠H(i)分别表示第i个子载波的无线信号状态信息CSI的值、振幅以及相位。当前频谱资源变得越来越匮乏，利用多天线和MIMO技术是基于802.11n标准的设备不同于早期的802.11a/g设备的关键特征。MIMO技术并不受限于带宽和传输功率的影响，多天线的使用能够提高吞吐的数据量、扩大传输的距离。使用MIMO技术的系统中，发送端与接收端都配备有多根天线，系统当中的每根接收天线和发送天线的组合都可以被看作是一个流，则所有流的CSI可以表示为：H=H11H12H21H其中，H为信道矩阵，M表示发送天线的个数，N表示接收天线的个数，H表示第n根接收天线和第m根发送天线之间的信道状态信息CSI。2.3RSS与CSI对比通过对RSS和CSI的分析，可以得出CSI相对于RSS具有以下优点：（1）RSS属于粗粒度的信息，CSI为更细粒度的信息。RSS是多径信号的快速变化的信号叠加的总幅度，而CSI通过CFDM技术，可以将WIFI信号调制成56个或114个子载波从而更加细粒度的描述了信道状态信息，不仅仅描述了各个子载波的振幅，同时也刻画了各个子载波的相位信息，即比RSS具有更多的特征。（2）在同样的室内环境中，RSS容易受到多径干扰的影响，同时也难让人发现干扰的根源，即使是在静态环境当中；而CSI却能保持稳定，对于受到的干扰也能及时做出反应。因此相对于RSS而言，CSI的变化趋势不如RSS受多径效应影响的波动大，能保持稳定的变化趋势。（3）CSI反映的是多径传播，能够分辨来自多条路径的信号，多径效应对其而言影响小。从概念上来说，CSI和RSS就如同彩虹与一束白光的关系，在CFDM技术的作用下，CSI中不同的波长的信号成分被分隔开来。如下图图2-1所示。图2-1CSI与RSS关系图类别网络层次时间分辨率频率分辨率稳定性可访问性RSSMAC层数据包尺度无低容易获取CSI物理层多径信号簇尺度子载波尺度高通过WIFI网卡获取表2.1CSI与RSS的简单对比如表2.1对比CSI与RSS的特性，可以得出的结论是，RSS只体现了信号强度，并且是多径信号的叠加。而CSI考虑到了天线数量和子载波数量，包括各个发射天线与各个接收天线之间的针对每个子载波的矩阵，包括频率域中的每个子载波的信道，一次可以获得多个随时间变化保持稳定的CSI值，能够比RSS测量更多的数据和更细粒度的信息源。这也是CSI在入侵检测、室内定位等方面环境感知应用收到越来越多国内外研究人员青睐的原因。2.4本章小结本章首先是对RSS进行了简单介绍，再对RSS进行分析；其次介绍了CSI的基础理论知识，并分析了CSI的特性等；最后将两者对比，分析得出CSI的优势。第3章系统分析3需求分析现代人生活观念的改变，孕育而生了许许多多的新的需求。对于室外环境，目前的应用已经有了质的发展，比如GPS（GlobalPositioningSystem，全球定位系统）、谷歌地图、百度地图等的定位软件；滴滴打车、美团、饿了么等便捷的生活软件。但是相对于室内环境的应用而言，正是蓬勃发展的阶段，尚没有统一的标准和规则。本文旨在设计出一款适用于个人家庭室内的异常检测软件，其包括了室内的各种实时信息，可以让用户随时随地的掌控个人家庭室内环境的状况。本系统的结构层次如下图所示。图3-1家庭异常检测系统层次家庭异常检测系统分为五个模块：(1)环境信息采集模块，主要用于采集所设定的室内实时变量。(2)视频监控模块，用于室内的实时监控。(3)CSI模块，用于收集室内的信道状态信息。(4)服务器模块，服务的启动以及事务的处理。(5)客户端模块，主要用于人机交互。3.1可行性分析室内环境的环境感知以及应用已经逐渐成为研究的热潮，但并不意味着已经有了长足的发展，而是仍然处于高速发展中的阶段，各大高校科研人员和社会的科研力量都在积极的参与当中，在不断添砖加瓦，恍如百家争鸣、百花齐放。因此，本文对于室内环境相关应用的开发具有很大的意义。从技术可行性上而言，本课题开发所涉及的技术以及理论知识：C/C++语言开发、Linux高级编程、网络编程、数据结构、多线程等，在本科四年的学习生涯，或以课程形式学习抑或以自学的方式而掌握。因此，本课题在技术可行性上而言是不存在关键性的问题。从经济成本而言，随着社会经济的发展，大多数家庭都以及配备了个人电脑，而本课题出个人电脑以外所包括的设备有：温度传感器、湿度传感器、光照强度传感器、蜂鸣器、ASUS(华硕)RT-AC86U路由器等，其价格不高。意外着本课题成本比较低廉，即在经济可行性而言是可行的。3.2功能性需求分析3.2.1环境信息采集模块环境信息采集模块：在室内环境部署相应传感器以收集室内环境的实时温度、湿度、光照强度等信息，使用Zigbee作为通信节点，将所收集的信息通过串口的方式上传至服务器。如下图所示。图3-2环境信息采集模块运行流程其中，信息过滤可根据用户的使用习惯设置相应的采集变量。3.2.2视频监控模块视频监控模块：用于对室内环境的实时视频监测，让用户实时掌握所部署区域的视频信息，同时用于配合CSI模块实现入侵检测功能，减少因为某些不定因素影响使系统做出错误判决。其运行流程如下图所示。图3-3视频模块运行流程3.2.3CSI模块CSI模块：在室内环境部署ASUS(华硕)RT-AC86U路由器，远程登录路由器后执行采集脚本，采集无线网卡的CSI数据并实施相应步骤，其运行流程如下图所示。图3-4CSI模块运行流程3.2.4服务器模块服务器模块：用于系统初始化串口，启动各种服务，处理由客户端或者其他模块产生的事件，其运行流程如下图所示。图3-5服务器模块运行流程3.2.5客户端客户端模块：系统的软件界面，用于与用户进行人机交互。用户可以根据系统界面的提示进行服务请求，其运行流程如下图所示。图3-6客户端运行流程3.3非功能性需求分析非功能需求包括三个方面：(1)软件界面设计：界面简洁明了，提示性信息通俗易懂，更多的向全年龄段的用户提供好的使用体验。(2)安全性：设置唯一IP地址与连接端口，只有用户知道连接的方式。(3)响应速度：设计并发服务器，控制服务器与视频服务器独立运行，多线程响应用户的请求，提高请求的响应速度。3.4本章小结本章所作工作：首先是对系统的需求分析进行说明，从其可行性(技术层次、系统成本)进行分析，说明本课题的可行性；其次是对系统的功能性需求进行简单介绍，展示其运行流程图；最后对系统的非功能性需求进行陈述。第4章系统设计4.1系统总体设计4.1.1系统的工作流程当家庭异常检测系统使用者需要某项服务的时候，根据所登录界面的提示进行操作，比如请求CSI服务，查询某段时间信道状态信息，使用对应的分析软件将所查询到的信息以图片方式展示或进行下一步的分析对比，以获得该段时间内室内的状况。抑或发送相应的请求到服务器，而服务器则根据请求的类别先进行判断，再以判断结果后的一系列操作后得到的相应信息回复与使用者，让使用者对室内情况有所掌握，这样就实现室内异常检测的功能。如4.1.1图所示。图4-1家庭异常检测系统工作流程图4.1.2系统的功能模块系统的整个程序代码分为六个部分：主程序、服务器模块、环境信息采集模块、视频监控模块、CSI模块以及客户端模块。主程序主要功能是启动各项服务，包括服务器服务、环境信息采集服务、视频监控服务。服务器模块则是分为控制服务器与视频服务器，控制服务器负责对接客户端的控制请求和一些其他请求，同时也存在预警功能，当所采集的信息比如光照强度到达一定的阈值时候，会自动打开家庭室内的灯光，而一旦温度超过所设定的阈值，则会直接向使用者发出警报。视频服务器则单独负责客户端的视频传输请求。环境采集模块的功能是采集家庭室内的温度、湿度、光照强度等的环境信息。视频监控模块的功能是实现对某些特定区域的监视。CSI模块的功能是以路由器为基础，通过WIFI信号的无死角全方位分布，不断的对室内进行扫描，收集信号状态信息，将其从路由器保存到本地主机上。客户端模块则是用户的使用界面，用于在这个界面可以通过一些简单的操作便能获取到部署设备的室内环境的各种状况。图4-2家庭异常检测系统功能模块图4.2系统详细设计在设计家庭异常检测系统时，程序代码主要六个部分：主程序、服务器模块、环境信息采集模块、视频监控模块、CSI模块以及客户端模块。为了使设计方便和合理，在程序中创建了许多结构体和宏定义。同时在程序中使用到了许多线程。4.2.1系统关键线程系统关键线程如下图4-3Thread所示。图4-3Thread其中，Main()：主线程，负责初始化串口，并创建环境信息采集线程、摄像头监测线程以及服务器线程。Thread_Collect_M0()：环境信息采集线程，负责实时检测室内的温度、湿度以及光照强度。Thread_Server()：服务器线程，用于创建控制服务器线程和视频服务器线程，向客户端提供相应的服务。Thread_Collect_Cam()：摄像头监测线程，用于摄像头实时采集视频。Thread_Client_CAM()：视频服务器线程，用于响应客户端的视频需求。Thread_Send_Video()：视频发送线程，当客户端发送相应的请求后，用于向客户端发送相应的视频信息。Thread_Client_CMD_M0()：控制服务器线程，用于处理客户端的控制信息等。Thread_Request_Client()：传感器控制线程，用于控制传感器上的硬件设备。Thread_Send_Env()：环境信息发送线程，当客户端发送相应的请求后，用于向客户端发送环境信息。4.2.2系统重要数据结构家庭异常检测系统中所涉及到的重要的结构体及其中的数据成员如图4-4所示。图4-4家庭异常检测系统重要数据结构图envirment结构体：用户对于家庭室内设备的控制，比如用户需要对某个设备进行操作，打开或者关闭，系统则会根据用户所的请求，设置相应的设备号以及控制命令等，发送到相应的设备上，从而达到控制的功能。cam_buf、jpeg_*、jpg_buf_t结构体：对于不同的视频采集设备的区别以及用户界面接收视频的清晰度的需求，需要在视频设备端进行相应的设置，比如所采集图片的格式、图片的分辨率之类等等。evi_data、Aotu_Ctrl_Info结构体：前者是对环境信息采集模块采集信息的过滤，将需要的信息临时保存到该结构体中；后者则是控制服务器对于室内的一些设备的自动控制，当所采集信息超过该结构体中设定的阈值以后，则会做出一些相应操作。4.2.3系统重要模块详细设计环境信息采集模块设计：主要负责室内实时温度、湿度以及光照强度的检测。通过Zigbee与传感器设备通信收集相应的信息，以串口传输方式将数据传输至服务器。串口传输如下图4-5所示图4-5串口通信函数其中UART_WROPEN_dev()：打开设备串口，函数执行成功则返回值为所打开串口的文件描述符，打开失败则返回值为-1。UART_SETOPTION()：设置串口的的波特率，数据位，停止位，和校验位等。函数执行成功返回值为0，失败则返回值为-1。UART_Init()：负责初始化串口设备，成功返回值为0，失败返回值为-1。UART_recv()：串口接收数据函数，成功返回值为接收到的数据的长度，失败返回值为-1。UART_send()：串口发送数据函数，成功返回值为0，失败返回值为-1。UART_close()：负责关闭串口，成功返回0，失败返回-1。Zigebee通信如下图4-6所示。图4-6Zigbee函数图其中，M0_CmdSend()：负责Zigbee数据的发送，对传感器设备的控制，成功执行返回值为0，若返回值非0则表示函数执行出错。M0_incollect()：负责Zigbee数据的收集，成功执行返回值为0，若返回值非0则表示函数执行出错。M0_handle()：设置采集参数，成功执行返回值为0，若返回值非0则表示函数执行出错。视频监控模块设计：主要功能是负责对某些特殊区域的实时监控，如下图4.7所示。图4-7camera函数设计其中，camera_init()：负责摄像头设备的初始化，检测摄像头支持的驱动，是否支持视频采集、视频流采集，以及设置捕获视频的格式。camera_start()：控制摄像头开始采集，执行成功返回值为0，失败返回值为-1。camera_dqbuf()：从用户空间取出照片，执行成功返回值为0，失败返回值为-1。camera_eqbuf()：将照片存入用户空间，执行成功返回值为0，失败返回值为-1。camera_stop()：控制摄像头停止采集。camera_exit()：关闭摄像头。camera_on()：向主程序提供的调用接口函数，负责图片的循环采集。CSI模块设计：通过路由器的网卡不断采集CSI数据。主要由两个脚本程序组成，图4-9csi_collect.sh脚本负责路由器相应设置的初始化，并循环采集CSI数据临时保存在路由器本地，每隔一段时间将路由器上所采集的数据传输到主机上，然后将发送的数据删除，保证路由器空间的足够。图4-9auto_ctrl.sh脚本图4-10auto_ctrl.sh脚本负责远程登录路由器执行csi_collect.sh脚本程序，通过expect的方式处理CSI数据传输过程中需要处理的事件。图4-9csi_collect.sh脚本4.3本章小结本章首先对于家庭异常检测系统的工作流程进行详细描述，其次介绍了该系统的功能模块，并对系统中所设计的一些重要函数进行介绍，最后对系统中重要三个模块环境信息采集模块、视频监控模块、CSI模块的详细设计进行描述，从而明确了系统的实施路线。系统实现及测试本系统在开发设计时，使用了ASUS（华硕）RT-AC86U路由器和温度传感器、湿度传感器、光照传感器以及摄像头等的硬件设备，同时根据课题要求的需要有一定的界面。既有对硬件的操作，同时也有软件方面的设计。所以选择合适的开发工具对于课题的实现是有很大的帮助。5.1实验环境选择合适的开发工具与语言可以有效的提高开发效率。5.1.1硬件平台搭建实验硬件平台主要包括：（1）PC；（2）配备无线网卡bcm4366c0的ASUS(华硕)RT-AC86U路由器：无线标准为IEEE802.11a/b/g/n；备8流5GWiFi，拥有三根天线；支持多输入多输出技术（MIMO）1024QAM支持，零等待DFS和显式发射波束成形，可以连接到标准的局域网，可提供高达5.4Gb/s的吞吐量。（3）USB免驱动摄像头；（4）搭载有温度湿度以及光照强度传感器的开发板。5-1硬件平台设备5.1.2软件环境实现本课题使用的软件平台。一是硬件设备的使用平台——LinuxUbuntu12.04LTS；二是获取CSI工具——Nexmon；三是人机交互界面——QtCreater；四是分析CSI数据的工具——MATLAB(R2021a)；图5-2实验软件平台5.2系统测试5.2.1系统模块测试CSI数据采集：对已部署好的设备的室内环境，通过路由器的无线网卡进行数据的采集。其运行流程：在LinuxUbuntu系统中打开终端，运行auto_ctrl.sh脚本自动远程登录路由器，并在路由器上面执行csi_collect.sh脚本程序，实现采集过程，如下图5-3CSI模块测试所示。5-3CSI模块测试对所采集的CSI数据进行简单分析。图5-4CSI数据图示服务器模块测试：服务器模块主要用于串口设备的初始化，以及各个启动各个服务，其运行过程如下图所示5-5服务器模块测试环境信息采集模块测试：环境信息采集模块主要是采集室内的温度、湿度以及光照强度，其测试如下图所示。图5-6环境信息采集测试摄像头模块测试：当启动摄像头设备后，摄像头将持续采集视频图片，如下图所示。5-7摄像头模块测试客户端模块测试：人机交互的主界面，如下图所示。图5-8客户端测试5.2.2系统整体测试系统整体测试如下图所示。图5-9系统总体测试其中，客户端在连接上系统的服务器后，回不断向用户显示所部署设备室内环境的信息，如温度湿度以及对特定区域的监控；同时客户端还可以通过功能按钮对设备进行简单的操控。5.3本章小结本章所作工作：本章首先是对实验环境搭建进行介绍；其次家庭异常检测系统的各个模块进行单独的测试，排除各个模块是否出现问题，防微杜渐；最后对系统的整体进行相应的测试。结论6.1工作总结环境感知、入侵检测是智能应用研究中的重要组成部分。本文使用搭载bcm4366c0网卡的路由器和一些传感器设备以及摄像头进行了家庭异常检测方面的研究。从初步对系统的分析，各个模块所负责的职能以及联系，到对整体系统的详细设计以及实现，最后对整个系统进行最终的测试。表明在课题之