CN209731576U - 一种基于无线信号的人体存在检测系统 - Google Patents

Abstract

提出了一种基于无线信号的室内人体存在检测系统，包括：主机设备和从机设备，其中主机设备具有无线信号收发能力，与从机设备进行数据通信，通过有线或无线方式连接到互联网。从机设备通过无线方式与所述主机设备进行联网及数据通信。主机设备与一个或多个从机设备组成无线局域网络，通过主机设备可以查看不同区域不同所述从机设备的无线信号强度。通过对当前区域无人和有人情况下的所述主机设备和所述从机设备之间无线信号强度的变化对比进而判断出当前区域是否有人存在。

Description

一种基于无线信号的人体存在检测系统

【交叉引用】

本实用新型主张本申请人于2018年10月8日提交的实用新型专利号201821629126.5，专利名称为“一种基于无线信号的人体存在检测系统”的优先权，该专利说明书的至少部分内容是以引用之方式并入本文。

【技术领域】

本实用新型涉及智能家居技术领域，特别是一种基于无线信号的室内人体存在检测的方法，在室内无线覆盖环境下，人体的存在会对无线信号的强度产生变化，从而利用这一变化来实现室内人体的存在检测，进而实现智能家居系统的感应控制。

【背景技术】

“人来灯亮，人走灯灭”，这是智能家居、智能照明系统应满足的最基本需求，现有的人体移动检测技术主要通过热释电红外检测技术，这种检测方法最大的缺点是无法检测静止的人体，比如卧室、卫生间、办公室等场合就不适用，而且也容易收到外界环境温度的影响。而最新的改进方案，通过红外阵列来检测人体的存在，虽然能检测静止的人体，但是存在检测范围小，成本高的不足。本实用新型将设计一种低成本的无需额外检测设备的，检测精度更高的室内人体存在和状态检测的方法。

【发明内容】

本实用新型首先要解决的技术问题是针对现有技术中存在的技术问题提出了一种基于无线信号的室内人体存在检测的系统，包括：具有无线信号收发能力的主机设备，通过有线或无线方式连接外部互联网，以及布置在不同室内区域中的从机设备，与所述主机设备或另一或多个从机设备无线地通信；其中每一从机设备包括：信号收发器，用于向一室内区域发射无线辐射，并接收来自人体对该无线辐射的反射；以及与信号收发器电连接的信号控制器，用于测算该反射波形的无线信号强度RSSI的特质值以确定在当前室内区域中有人存在。

所述主机设备与一个或多个所述从机设备组成无线局域网络，通过所述主机设备可以查看不同区域不同所述从机设备的无线信号强度。通过对当前区域无人和有人情况下的所述主机设备和所述从机设备之间无线信号强度的变化做对比，进而判断出当前区域是否有人存在。

进一步的，所述主机设备通过无线(如Wi-Fi、ZigBee、Bluetooth、射频RF等)与所述从机设备之间进行数据通信。所述主机设备能够通过采集所述从机设备的无线信号强度RSSI的特质值来区分当前区域内有人和无人，以及走动或静止的状态。从而通过判断的值来实现对所述从机设备的智能化控制，如人来灯亮。

作为所述的人体存在检测系统的一个变型，所述从机设备是具有彼此间建立无线通信以及与主机设备建立无线通信的智能家居设备。

进一步来说，所述从机设备包括：信号收发器，被配置为向一室内区域发射无线辐射，并接收来自人体对该无线辐射的反射波形；以及与信号收发器连接的信号控制器，被配置为：测算该反射波形的无线信号强度RSSI的特质值以确定在当前室内区域中有人存在；通过所述的信号收发器向主机设备传输表示所述确定的第一测算信息，其中所述的特质值包含了所发射的每一该无线辐射的对应标识信息以及该无线辐射的发射频率。

更进一步来说，所述信号控制器还被配置为识别所接收的第二测算信息，并基于所述第一、第二测算信息中至少一者来修改处于同一室内区域中另一从机设备的运行模式，其中所述第二测算信息是来自于另一从机设备或者主机设备。

在此基础上的一个变型，所述主机设备还被配置为基于该第一、第二测算信息的内容生成第三测算信息，将该第一、第二测算信息向处于另一室内区域的至少一从机设备的信号控制器传递。

在此基础上的另一变型，所述主机设备还被配置为根据第一、第三测算信息的内容生成第四测算信息，向若干个室内区域中的从机设备传递。

在一个较佳例子里，所述信号控制器还包括用于检测所述无线辐射的部件，用于感测无线辐射能量以传输给信号收发器。这种部件可以是使用用于测量Wi-Fi收发功率的热敏元件、光敏元件来测量所吸收的无线辐射的电磁波能量。有时，这种部件也可设置在主机设备中，例如使用场强仪、扫频仪等电子模块。

本实用新型的有益效果是：通过所述主机设备对当前室内区域内多个所述从机设备的无线信号强度RSSI进行采集，首先采集和计算无人情况下某一段时间内该室内区域内从机设备的RSSI特质值，接着采集在有人但静止情况下某一段时间内的RSSI特质值，利用数据的对比分析和计算，实现在有人和无人等不同状态下的状态判别；进一步的，所述从机设备一般指具有无线通信能力的智能家居设备，如智能开关、智能插座、智能灯具、智能家电等，所述从机设备不仅与所述主机设备通过无线网络形成室内无线信号局域网络来检测有人或无人，同时可以被所述主机设备进行自动化控制，实现无需手动控制就能精确判断有人无人，以及人体位置的定位等；进一步的，所述从机设备采用嵌入式86安装方式，采用市电供电；每个区域由多个所述从机设备组成，实现该区域的无线信号的检测，提高判断精度。

在室内无线覆盖环境下，通过人体对无线信号强度的影响产生变化，从而利用这一变化来实现室内人体的存在、移动等行为的检测，进而实现智能家居系统的感应控制。解决目前热释电红外人体红外感应无法实现静止人体的存在，以及红外阵列检测的高成本小范围的问题。

【附图说明】

图1是本实用新型的家居控制系统的框架图；

图2是本实用新型的无线信号检测分布图。

【具体实施方式】

以下结合实施例对本实用新型的技术方案作进一步具体说明，在本实用新型各个实施例中出现的特质、要素和组件等将以实例的方式加以呈现，但并非是对本实用新型技术方案的限制。另外，在每个下文和附图中出现的这些特质、要素和组件是具有多个，并且为了表示方便而标记了不同的符号或数字，但均表示相同或相似构造或功能的部件。在本说明书所附的附图中示出的处理是由包括硬件(例如电路、专用逻辑芯片单元等)、固件(诸如在通用装置或专用机器上运行)或这二者的组合的处理逻辑执行的。尽管以下依据一些顺序操作描述了处理，但应该理解一些描述的操作可按不同次序执行。此外,一些操作可被并行地执行而非顺序地执行。

另外，在本实用新型所附说明书和权利要求书中,可使用术语“耦合”和“耦接”及其衍生词。技术人员应该理解，这些术语不是要作为彼此的同义词。“耦合”用于指示彼此可直接物理接触或电接触或者可不直接物理接触或电接触的两个或更多个元件彼此共同操作或相互作用。“连接”用于表示彼此耦合的两个或更多元件之间的通讯的建立。

图1示意性地示出了一种基于无线信号的人体存在检测系统的较佳实施例，此类检测系统包括具有无线信号收发能力的主机设备101，通过有线或无线方式连接互联网；与所述主机设备数据通信并且具有无线信号收发能力的多个从机设备102～112；所述主机设备101被配置为在与一个或多个从机设备组成无线局域网络时：检测处于不同室内区域内多个从机设备发射和接收的无线信号强度；以及通过对当前室内区域内无人或有人情况下的主机设备101和从机设备之间无线信号强度的变化对比，判断出当前区域是否有人113存在。

在一个较佳例子里，主机设备101可被配置为将这些从机设备102～112按照不同的室内空间区域的类型进行组合以形成多个场景群组。例如，可按照房屋主体布局将从机设备104、105和107作为一个定义为“书房”的场景群组。或者，可将从机设备102、103、106作为定义为“客厅”的场景群组。所述主机设备101可通过无线射频RF信号与所述从机设备102或103之间进行数据通信。例如，所述主机设备101通过采集所述从机设备102的无线信号强度RSSI的特质值来区分当前室内区域内的有人和无人状态，以及走动或静止状态。

具体来说，所述从机设备被配置为不仅与所述主机设备101通过无线信号形成室内无线信号网络来检测有人或无人状态，同时被所述主机设备101控制以判断有人/无人状态以及对人体所处室内区域中不同位置的定位。例如，人113处于“客厅”场景群组内，该场景群组内的从机设备是固定安装，当人113处于该室内区域的不同位置时，可被较接近人体的从机设备检测到。

所述从机设备是具有彼此间建立无线通信以及与主机设备建立无线通信的智能家居设备。例如，当位于“书房”场景群组中的从机设备107感测到人113进入当前室内区域时，由于主机设备101与从机设备107之间无线信号传输的有效距离的限制(例如在某些时候主机设备101检测到从机设备107的信号强度受到障碍物干扰可能是较弱的)，从机设备107可将检测的内容通过从机104传递给主机设备101。

在一个实施例中，每一从机设备包括：信号收发器，被配置为向一室内区域发射无线辐射，并接收来自人体对该无线辐射的反射波形；以及与信号收发器连接的信号控制器，被配置为：测算该反射波形的无线信号强度RSSI的特质值以确定在当前室内区域中有人存在；通过所述的信号收发器向主机设备传输表示所述确定的第一测算信息，其中所述的特质值包含了所发射的每一该无线辐射的对应标识信息以及该无线辐射的发射频率。

在一个例子里，所述特质值至少包含了该第一测算信息中写入的所发射无线信号的特性参数。举例来说，一从机设备105发射和接收无线射频波形时，上述用于测量无线辐射能的部件对无线信号强度RSSI的计算是依据表达式(1)来测算：

RSSI＝Tx_wl+P_loss+Rx_wl (1)

其中Tx_wl表示该从机设备105的无线信号发射功率因子，Rx_wl表示该从机设备105的无线信号接收功率因子，P_loss表示在向空间自由辐射过程中的功率损耗因子，在某些情况下，该功率损耗可包含该无线信号波形穿透障碍物继续辐射的波形能量部分。通常，在所述信号收发器的信号接收部件中还适当地执行接收增益。接收增益可通过例如布置合适的天线结构和接收器的实际功率调制来实现。在此，上述第一测算信息可包含了对在信号收发器接收到该接收功率因子时生成的信号标识。在某些例子里考虑在理想环境下，忽略功率损耗因子，该信号收发器的无线信号发射功率P_Tx(对应于对发射功率因子Tx_wl)和接收功率P_Rx(对应于对接收功率因子Rx_wl)可满足关系式(2)：

其中R为人体或障碍物到上述信号接收部件之间的距离。如此，随着人113朝向该从机设备105移动时，距离R可被测算为不断缩小并且有时伴随着接收功率的非线性增加，在此情况下，该第一测算信息还包含对所述距离R的变化测量以及可能伴随的接收功率增益，从而可通过信号控制器判断为人113正在向靠近该从机设备105的方向移动。进一步地，所述信号控制器还被配置为识别所接收的第二测算信息，并基于所述第一测算信息来修改当前该从机设备的运行模式，其中所述第二测算信息是来自于另一从机设备或者主机设备。例如按照之前描述，第一测算信息中可包含判断人113是否进入当前室内区域、是否在靠近任一从机设备以及可能伴随的无线信号接收增益。在一个较佳例子里，根据该第一测算信息确定人113处于当前室内区域，第二测算信息被生成为表示两个或多个处于当前室内区域的从机设备同时执行上述感测动作并将这两个或多个从机设备感测到的第一测算信息来确定例如人113在当前室内区域中的行走位置和可能存在的动作。这样的一个效果是，当人113进入到例如“餐厅”场景群组中的一个子场景群组(诸如“厨房”区域)中时，可确定人113走动到该场景群组“厨房”中时，启动从机设备108或者通过主机设备101更改该从机设备108原先的运行状态，例如从待机状态到全功率运行状态等。或者，当人113离开一个场景群组(诸如“卧室”区域)一定时间段后，可通过主机设备101更改(例如待机)处于当前卧室区域内的一或多个从机设备的运行状态。

在以上例子里，任何所述的从机设备可采用建筑面嵌入式86盒安装方式，采用市电供电；每个区域由多个所述从机设备组成。这样的效果是，相对于可能频繁移动的人113来说，作为感测设备的任何从机设备的传感模式和测算角度是固定的，例如随着从机设备的移动，感测的模式有时会随着这种移动频繁的发生变化。

在另一个例子中，主机设备101具有对无线信号收发过程中感测信号强度变化的部件，与所述从机设备102、103之间组成一个更小的无线局域网，例如，这些从机设备可支持在任何场景群组中构成星型组网和网状组网的信息通讯方式。主机设备101可被配置为与所述从机设备102之间进行无线数据通信，从机设备发送的数据内容可包括需要对另一或多个从机设备执行控制的信息、持续监听所执行动作的状态的心跳帧等。主机设备101另外也可通过有线或无线WLAN方式连接到互联网。

如图1所示，所述主机设备101与一个或多个所述从机设备102-112组成无线局域网络，通过所述主机设备101识别不同的室内区域(如客厅、卧室、书房等场景群组)内所述从机设备102-112接收的无线射频信号强度的变化。如果人113进入当前室内区域(如“客厅”区域)，所述主机设备101可以通过该场景群组内从机设备102、103和106的信号强度变化或接收的无线射频信号强度来判断当前区域有人存在。同样的，所述主机设备101可通过例如“卧室”群组内的从机设备109、111和112的信号强度来判读当前区域无人。

在以上例子中，所述主机设备101通过无线通讯(如Wi-Fi、ZigBee、Bluetooth等)与所述从机设备102-112之间进行数据通信。所述主机设备102能够通过采集所述从机设备112的无线信号强度RSSI的此类特质值来区分当前室内区域内有人和无人，以及走动或静止。从而通过判断的参数值(例如无线信号接收功率)来实现对所述从机设备112的智能化控制。

在此基础上的一个变型，所述主机设备还被配置为基于该第一、第二测算信息的内容生成第三测算信息，将该第一、第二测算信息向处于另一室内区域的至少一从机设备的信号控制器传递。在一个例子里，第三测算信息包含了该第一、第二测算信息的数据内容以形成的数据列表，可按照表1来表示：

表1

第三测算信息可被形成为指令集以提供室内区域中任何从机设备的信号控制器可读的数据内容。该指令集因此被主机设备101形成数据结构体和/或数据封装以便无线地传递。因此，可设置合适的加密/解密逻辑来执行安全传输，从而设置任何从机设备(包括从机设备之间)可识别的头(head)、尾(tail)数据结构。该数据集的数据列表中包含某一或多个场景群组reg1，reg2…，regN在主机设备101上的注册标识以及与这些注册标识对应的该场景群组下的状态标识。按照之前的实施例及其变型所描述，状态标识位可包含该第一和/或第二测算信息的内容，诸如确定人113在某一子群组内频繁移动而可能造成多个从机设备反复地响应这种接近或移动而频繁地触发，因此在结合第一、第二测算信息的情况下，这种频繁触发可仅通过一个在人113移动路径上布置的从机设备来感测和执行对应的电子动作来避免。如此，在人113转移到另一场景群组中时，实现这种避免的指令可传递给当前场景群组下的一个或多个从机设备来作为执行动作的逻辑参考。

进一步来说，可在该指令集中设置传递逻辑，该传递逻辑位包含了根据例如第一测算信息所执行的电子动作。例如，处于“卧室”群组中的从机设备(诸如空调机、灯等)的调节参数的改变可通过上述第二测算信息的数据内容来表示。另外，用户处于新的场景群组时，处于前后两个场景群组下的空调机的初始化设置可被前一个场景群组中的测算信息内容覆盖，执行这种覆盖的前提是各自空调机之间对表1示出结构体的可识别性以及可能的解密算法。

在此基础上的另一变型，所述主机设备还被配置为根据第一、第三测算信息的内容生成第四测算信息，向若干个室内区域中的从机设备传递。在一个例子里，来自于某一场景群组中的从机设备感测到新的第一测算信息可通过主机设备101获取和识别后对应于该第三测算信息的指令集，这样的效果是，人113可相较于一室内区域远程地触发人体存在时的指令给另一室内区域。在另一个例子里，第一测算信息也可通过和主机设备101建立无线通讯(诸如建立了握手协议)的其它设备来生成，例如外部的标准时钟设备、全球定位系统(GPS)设备、人113佩戴的穿戴设备等。

如图2所示，通过所述主机设备101对当前室内区域内从机设备112的无线信号强度变化的采集，首先采集和计算无人情况下某一段时间内的RSSI特质值，接着采集在有人但静止情况下某一段时间内的RSSI特质值，利用数据的分析和计算，实现不同状态下的判别；在另一种实施方式中，所述从机设备是指具有无线通信能力的智能家居设备，如智能开关、智能插座、智能灯具、智能家用电器等，所述从机设备不仅与所述主机设备通过无线形成室内无线信号网络来检测有人或无人，同时可以被所述主机设备进行自动化控制，实现无需手动控制就能精确判断有人无人，以及人113位置的定位等。

在以上举例的系统实例基础上，基于无线信号的人体存在检测方法可包括在主机设备101与一个或多个从机设备组成一个处于某一或多个室内区域的本地无线局域网络时：

S1、检测处于不同室内区域内多个从机设备所接收的无线信号强度。例如，当在“客厅”场景群组中主机设备101和从机设备102、103、106建立一本地无线局域网并可在主机设备101上注册该网络名称的标识。在此，每一标识用于指示给主机设备101当前室内区域可能创建的若干种场景群组，并且可通过该主机设备或某一场景群组内的从机设备提供各自的无线局域网络。

S2、通过对当前室内区域内无人和有人情况下的主机设备和从机设备之间无线信号强度的变化对比，判断出当前区域是否有人存在。

作为一种变型，步骤S2还可包括：测算该反射波形的无线信号强度RSSI的特质值以确定在当前室内区域中有人存在。

作为一种变型，上述检测方法还包括：步骤S3、通过所述的信号收发器向主机设备传输表示所述确定的第一测算信息，其中所述的特质值包含了所发射的每一该无线辐射的对应标识信息以及该无线辐射的发射频率。

其中，步骤S3还包括S31、识别所接收的第二测算信息，并基于所述第一测算信息来修改当前该从机设备的运行模式，其中所述第二测算信息是来自于另一从机设备或者主机设备。

在此基础上的一个变型，步骤S3还可包括S32、基于该第一、第二测算信息的内容生成第三测算信息，将该第一、第二测算信息向处于另一室内区域的至少一从机设备的信号控制器传递。

在此基础上的另一变型，步骤S3还可包括S33、根据第一、第三测算信息的内容生成第四测算信息，向若干个室内区域中的从机设备传递。

在一些实现中，主机设备101还可被配置为检测来自一个或多个传感器的数据以确定用户正在移动。从机设备可被配置为评估该数据以确定移动模式并调整例如警报输出以考虑移动模式。在一些具体实施中，从机设备可通过基于移动模式延迟警报输出来调整警报输出，例如延迟直到人113不再移动或者活动水平下降，延迟到当从机设备比其它时间将更靠近用户，基于不同类型的移动延迟不同的时间段，延迟直到从机设备估计警报输出尽管在移动下仍突出的时间等。在其它具体实施中，从机设备可通过基于移动模式的节奏将警报输出改变为尽管在移动模式下仍可辨别的，来调整警报输出，例如通过使警报输出与移动模式的节奏不匹配，通过基于不同类型的移动以不同方式改变警报输出等。

在一些实施例中，系统还可包括在其上存储有指令的非暂态机器可读介质的计算机程序产品或软件，该非暂态机器可读介质可用于对计算机系统(或其他电子设备)进行编程以根据本实用新型描述的方法来执行过程。非暂态机器可读介质包括用于以机器(例如计算机)可读的形式(例如软件、处理应用程序)存储信息的任何机构。非暂态机器可读介质可采取但不限于如下形式：磁存储介质(例如软盘、盒式录像带等)、光学存储介质(例如CD-ROM)、磁光存储介质、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、可擦除可编程存储器(例如EPROM和EEPROM)；闪存存储器等。

Claims (4)

1.一种基于无线信号的人体存在检测系统，其特征在于包括：

具有无线信号收发能力的主机设备，通过有线或无线方式连接外部互联网，以及布置在不同室内区域中的从机设备，与所述主机设备或另一或多个从机设备无线地通信；其中每一从机设备包括：

信号收发器，用于向一室内区域发射无线辐射，并接收来自人体对该无线辐射的反射；以及

与信号收发器连接的信号控制器，用于测算该反射波形的无线信号强度RSSI的特质值以确定在当前室内区域中有人存在。

2.根据权利要求1所述的人体存在检测系统，其特征在于，所述从机设备是具有彼此间建立无线通信以及与主机设备建立无线通信的智能家居设备。

3.根据权利要求2所述的人体存在检测系统，其特征在于，所述从机设备采用建筑面嵌入式86盒安装方式，采用市电供电；每个室内区域由多个所述从机设备组成。

4.根据权利要求1所述的人体存在检测系统，其特征在于，所述信号控制器还包括用于检测所述无线辐射的部件，用于感测无线辐射能量以传输给信号收发器。