摘 要：智能家居是利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、医疗电子技术依照人体工程学原理，融合个性需求，将与家居生活有关的各个子系统如安防、灯光控制、窗帘控制、煤气阀控制、信息家电、场景联动、地板采暖、健康保健、卫生防疫、安防保安等有机地结合在一起，通过网络化综合智能控制和管理，实现“以人为本”的全新家居生活体验。
　　关键词：树莓派;智能;寝室
　　智能家居系统让您轻松享受生活。出门在外，您可以通过电话、电脑来远程遥控您的家居各智能系统，例如在回家的路上提前打开家中的空调和热水器;到家开门时，借助门磁或红外传感器，系统会自动打开过道灯，同时打开电子门锁，安防撤防，开启家中的照明灯具和窗帘迎接您的归来;回到家里，使用遥控器您可以方便地控制房间内各种电器设备，可以通过智能化照明系统选择预设的灯光场景，读书时营造书房舒适的安静;卧室里营造浪漫的灯光氛围……这一切，主人都可以安坐在沙发上从容操作，一个控制器可以遥控家里的一切，比如拉窗帘，给浴池放水并自动加热调节水温，调整窗帘、灯光、音响的状态;厨房配有可视电话，您可以一边做饭，一边接打电话或查看门口的来访者;在公司上班时，家里的情况还可以显示在办公室的电脑或手机上，随时查看;门口机具有拍照留影功能，家中无人时如果有来访者，系统会拍下照片供您回来查询。
　　在未来上面的场景都会实现，而智能家居最核心的部分就在于有一个核心的控制部分。被誉为 “世界上最流行最便宜的小型电脑” 的「树莓派」Raspberry Pi 是一款性价比超高的迷你电脑主机 （仅有信用卡大小），深受全球开发者、极客、技术爱好者们的追捧和喜爱。树莓派可以安装多种 Linux 系统发行版 （官方为 Debian 的衍生版），可当服务器搭建各种网站、应用服务来使用，也能用来学习编程、控制硬件或日常办公。由于树莓派的体积很小很轻，并且功能极其丰富强大，这也使得它的应用范围和潜力几乎是无限的。
　　而智能寝室可以看作为智能家居的一个缩小版，作为大学生来说可以通过自己的创作打造一个更加智能化的寝室环境，例如可以用手机操控开关寝室灯，app发送指令让树莓派打开寝室门，控制寝室音响，语音控制实现等等。
　　主要模块：
　　路由器：控制寝室网络，在内网中树莓派和各个部件可以直接通信交互
　　树莓派：控制中心，frp内网穿透（可远程操控）
　　继电器：控制电路，电灯开关，电磁铁通断
　　电磁铁：牵引门锁，用开控制门锁开关
　　智能音响：语音信息的交互
　　NAS：存取各种资料的硬件设备
　　RC522模块：识别校园卡，实现校园卡开门
　　opencv人脸识别摄像头
　　先从路由器开始，路由器作为寝室网络的核心支撑，树莓派及其各部分组件通过路由器接入校园网互联实现信息的交互和同步，同时路由器提供的wifi可以让寝室的同学们接入到和树莓派一个网络中，这样手机端就可以直接和树莓派交互。树莓派作为智能寝室的核心部分，是一个linux终端，可以看作一台微型电脑，用户是可以直接通过命令和树莓派交互的，树莓派自带的raspberry操作系统操作极为方便。树莓派与其他电子元件连接，作为发送命令的控制器。当用户与树莓派所处在同一内网环境下时可以直接向树莓派发送指令，当然也可以将树莓派内网穿透出去，这样就可以实现真正意义上的远程控制。内网穿透需要在外网上部署一台具有公网ip的vps将树莓派的端口映射到外网上，这里实现的方式有很多种，比如frp或者ngork等等。因为智能寝室大部分的是属于物联网范畴的，所以在实现的过程中也就会涉及到很多的电子元件。
　　设计寝室开门的部分，由于目前大部分的寝室门都是拉开的门锁，所以出于减少成本考虑可以在不更换门锁的前提下，直接使用电磁铁从寝室内部控制门锁的开关，将电磁铁的控制接入树莓派，树莓派通过向电磁铁发送指令控制电流的通行从而实现门锁的开与关。同理将继电器应用在寝室的电灯开关上，也是行之有效的办法，通过控制继电器的熔断，确定开关的闭合。当然也可以用到平时大家所使用的校园卡，这类卡通常属于m1卡，每个含有1kb的数据可供读写，所以ic卡也可以作为开门的方式之一。
　　RC522 RFID模块在单片机开发中常用来作为读卡器使用，是应用于13.56MHz 非接触式通信中高集成度读写卡系列芯片中的一员。 是NXP 公司针对“三表”应用推出的一款低电压、低成本、体积小的非接触式读写卡芯片，是智能仪表和便携式手持设备研发的较好选择。通过提前录入寝室同学的ic卡，将其作为身份信息开门，之后就可以直接刷取校园卡进行寝室的开门，从而将校园卡的用途做到最大化。
　　开门部分的设计还可以采用另外一种方式，考虑这样一种场景，当寝室同学都没带钥匙和校园卡时，如果能使用人脸识别进行身份验证则是最好不过的方式，简单方便只用提供一个摄像头即可，即使用opencv摄像头进行人脸识别。OpenCV是一个基于BSD许可（开源）发行的跨平台计算机视觉库，可以运行在Linux、Windows、Android和Mac OS操作系统上。它轻量级而且高效——由一系列 C 函数和少量 C++ 类構成，同时提供了Python、Ruby、MATLAB等语言的接口，实现了图像处理和计算机视觉方面的很多通用算法。人脸识别基于几何特征的方法、基于模板的方法和基于模型的方法。1. 基于几何特征的方法是最早、最传统的方法，通常需要和其他算法结合才能有比较好的效果;2. 基于模板的方法可以分为基于相关匹配的方法、特征脸方法、线性判别等。但是这里不用去深究如何去实现的。因为有别人训练好的模型可以直接使用，就可以直接进行人脸识别。
　　同时考虑智能寝室不可或缺的就是智能语音交互部分，因为智能音箱是音箱的升级产物，智能音箱是传统音箱+网络+AI语音助手+互联网服务及内容+场景化智能家居控制能力，智能化程度与应用丰富度决定产品体验。智能音箱在传统音箱基础上，增加智能化功能，通过WiFi连接网络，利用AI语音助手完成语音交互，提供音乐与有声读物等音频内容、时间天气等信息查询、充值购物等服务，并具备场景化智能家居控制能力。智能音箱是智能家居的组成部分之一，智能音箱的功能延伸与智能家居产生了密切联系。如果把智能家居看作是一个智能生活系统的话，那智能音箱就是人工智能管家，是核心操控者。智能音箱独特的人机交互功能可以成为智能家居的总指挥，因此智能音箱的发展离不开智能家居的带动。语音交互能省去很多不必要的信息减缓步骤，例如想知道现在几点了，还需要打开手机查看时间。这里就可以通过将普通音响接入树莓派让其更加智能，音响可以接受用户的语音输入，通过调用市场很多常见的语音转文字的api，而此时树莓派也作为一个中介将信息传输给云端处理，将其转换为树莓派可执行的指令。这里也是由于树莓派的性能影响，只能借助云计算而非边缘计算来处理整个技术实现过程。 　　就以市面上最常见的小米的智能音响为例，作为信息的输入输出媒介，是非常影响用户体验的一环。因为语音识别的准确率直接影响了指令输入是否准确，当然目前机器学习也已经有训练好的模型可以直接调用，大大减少了开发上的成本，调用api即可快速将语音转换为树莓派可以执行的指令，比如询问树莓派现在几点了，api将其转换为time命令执行，再通过人工合成的语音对外输出。例如下面的场景，可以通过树莓派控制音响的输出，定好闹钟，叫寝室的同学每天早上起床，以及告知大家今天的课表安排，每节课之前提前通知大家上课等等。
　　接着就是NAS的接入。简单的说就是连接在网络上，让大家可以透过网络（内网，外网）来进行储存和读取资料的设备。通俗点说，就是有一台很小很小的台式主机，里面只装了很多颗的磁盘，这台电脑很省电，又不会发热，只要有网络，就可以连到这台小电脑里面，把自己的资料储存进去，把需要的资料拿出来使用，而且你需要多少储存容量只要你买硬盘加上去就行了。比如今天想看一部电影，而电影的下载往往需要花费很长的时间，此时有部署NAS，就可以通过远程控制树莓派发送指令进行影片的下载操作。回到寝室时就可以直接观看影片，用户体验更好。
　　另外APP的开发也是重要的一环，因为想树莓派发送指令不可能一直以用输入命令的方式，这样是极为不方便的操作，所以需要开发一个简单的app即可，通过将一些简单的指令集成到一起，例如开关寝室门，控制电灯的开关。以及对树莓派的远程操控，app可以ssh远程连接到远端主机转发的端口上实现远程控制，通过app就可以更加人性化，便捷地操控寝室里的一些设备。
　　虽然这样存在很多优势，但是智能寝室在实现上还是有一些不足的。这里以米家的智能设备为例就是通过app终端控制家里的一切设备，当然这里还并不能做到像非常高级的一些操作，比如使用红外感应識别人的进出来控制灯的快关，一方面是成本过高，另一方需要大量部署各个传感器到个角落才能得以实现全方位的控制，因此智能寝室作为智能家居的一个缩小版，无论从成本控制和实用程度，都要考虑得更加均衡。比如正常家庭里可以通过app控制家里的扫地机器人，但是这个场景并不适用于寝室的环境，通常寝室的大小都只有10平米以内，空间的大小限制就使得很多可以想智能家居的内容就不得不被平衡掉。不过智能最核心之处就是考虑各种设备的实用性与性价比，作为学生往往没有太多的经济能力，所以在设计上考虑的也就相对容易实现且成本尽可能降低。