基于機(jī)器學(xué)習(xí)的防盜防丟智能口袋設(shè)計(jì)

針對日常生活中的偷盜行為如何防治，采用無線通信設(shè)備的腕式傳感器和主體科拆卸智能口袋進(jìn)行了巧妙的結(jié)合。運(yùn)用不同模塊信息采集以及綜合分析方式，獲得口袋內(nèi)物品突然丟失的報(bào)警功能實(shí)現(xiàn)。其目的是為了公民的財(cái)產(chǎn)獲得安全保護(hù)的同時(shí)，讓產(chǎn)品具有一定的市場開發(fā)價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】防盜 智能口袋 機(jī)器學(xué)習(xí)

通過多傳感器數(shù)據(jù)信息采集以及分析，運(yùn)用無線通信傳輸系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警功能的實(shí)時(shí)連接，獲得用戶交互系統(tǒng)以及信息存儲(chǔ)系統(tǒng)的輔助，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其物品安全防范的功能。

1 設(shè)計(jì)的意義

1.1 探測靈敏度高

防盜系統(tǒng)的核心是探測器，針對目前很多產(chǎn)品不能獲得靈敏預(yù)報(bào)的問題。選擇多傳感器裝置進(jìn)行多角度的物品數(shù)據(jù)信息的檢測，并進(jìn)行監(jiān)督式的機(jī)器學(xué)習(xí)算法的建立，進(jìn)而解決傳統(tǒng)產(chǎn)品探測靈敏度不高的問題。

1.2 報(bào)警直觀度優(yōu)良

市面很多產(chǎn)品的報(bào)警器設(shè)計(jì)存在不合理的問題，待機(jī)和檢測的時(shí)間偏低。因此，本次設(shè)計(jì)針對報(bào)警裝置采用了腕式顯示器振動(dòng)方式，讓手環(huán)和口袋獲得了聯(lián)系，極大的提高抗干擾性以及實(shí)時(shí)性。

1.3 通用型較強(qiáng)

市場上的很多產(chǎn)品受到距離、內(nèi)部物品大小、外界環(huán)境影響等因素較大。因此，本次設(shè)計(jì)采用了抗環(huán)境干擾特點(diǎn)，并選擇節(jié)能環(huán)保材料，讓成本以及便攜度都獲得了顯著的提升，極大的提高了社會(huì)使用價(jià)值。

2 硬件總體方案

本次設(shè)計(jì)主要分為腕式顯示交互部分以及智能口袋部分進(jìn)行整體的組成，并劃分出七個(gè)主體模塊。為主要分為電源模塊，控制與接口模塊，傳感器與信息采集系統(tǒng)模塊，顯示與用戶交互模塊，通信模塊，預(yù)警提醒模塊和信息存儲(chǔ)模塊。應(yīng)用鋰離子可從點(diǎn)電池提供電能，選擇多傳感器方式進(jìn)行信息的獲取和模塊的處理。

3 口袋外觀與硬件位置分布設(shè)計(jì)

選擇可拆卸的功能呢設(shè)計(jì)，運(yùn)用魔術(shù)貼方式進(jìn)行口袋黏著性的提高。并針對不同模塊在口袋中的分布情況進(jìn)行了合理的及，紅外傳感器進(jìn)行了人手進(jìn)入位置的安置。并把其他相應(yīng)的模塊裝置設(shè)計(jì)在口袋底部，提高穩(wěn)定性以及防止掉落的安全性。

4 硬件方案

4.1 電源部分

采用鋰電池供電，電源輸入采用Micro-USB接口輸入，經(jīng)過LM1117-3.3給主控單片機(jī)穩(wěn)壓以3.3V優(yōu)質(zhì)電壓供電，稱重模塊采用鋰電池直接輸入的5V電壓進(jìn)行供電。

4.2 控制模塊

控制模塊分為兩個(gè)部分，一個(gè)是智能口袋的部分，一個(gè)是腕式顯示器的部分。采用了基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的STM32F103系列微控制器，該微控制器基于32位的ARM內(nèi)核，具有72MHz的強(qiáng)勁運(yùn)算性能，并且采用了具有獨(dú)立的指令總線和數(shù)據(jù)總線的哈佛結(jié)構(gòu)，可以同時(shí)進(jìn)行取指和數(shù)據(jù)讀寫操作，從而提高了處理器的運(yùn)行性能，避免了單一總線引起的沖突。

4.3 傳感器與信息采集模塊

采集智能口袋內(nèi)的壓力傳感器所獲得的物品壓力參數(shù)以及加速度與陀螺儀傳感器所提供的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)，結(jié)合紅外傳感器和超聲波傳感器，通過使用有監(jiān)督式機(jī)器學(xué)習(xí)算法對多傳感器信息進(jìn)行處理，判斷口袋內(nèi)物品是否丟失，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)等。采用1Kg的稱重傳感器。在通信模塊上，本項(xiàng)目選擇藍(lán)牙4.0協(xié)議中的低功耗規(guī)范（Bluetooth 4.0 LE）作為本設(shè)備的無線通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)以藍(lán)牙的方式接收與發(fā)送信息。最后，預(yù)警提醒模塊主要位于手環(huán)部位，用于在物品丟失或被盜時(shí)提供及時(shí)的報(bào)警，由蜂鳴器和震動(dòng)馬達(dá)兩個(gè)部分組成，在物品丟失或被盜時(shí)提供及時(shí)的報(bào)警。

5 軟件設(shè)計(jì)方案

5.1 軟件程序運(yùn)行流程

本次設(shè)計(jì)的軟件主要包括口袋內(nèi)的數(shù)據(jù)采集處理部分和腕表顯示控制兩個(gè)部分構(gòu)成。

5.2 Supervised Learning有監(jiān)督式機(jī)器學(xué)習(xí)算法

在有監(jiān)督式機(jī)器學(xué)習(xí)算法中，輸入的數(shù)據(jù)被稱為訓(xùn)練數(shù)據(jù)。一個(gè)模型需要通過一個(gè)訓(xùn)練過程，在這個(gè)過程中進(jìn)行預(yù)期判斷，如果錯(cuò)誤了再進(jìn)行修正，訓(xùn)練過程一直持續(xù)直至訓(xùn)練數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)期的精確性。人在行走過程中會(huì)有上下的豎直加速度，MCU獲得的壓力傳感器的壓力數(shù)據(jù)會(huì)進(jìn)行上下波動(dòng)。

6 總結(jié)

綜上所述，本次設(shè)計(jì)合理和簡潔，產(chǎn)品具有廣闊的開發(fā)應(yīng)用前景。本產(chǎn)品可拆卸以和其他多種產(chǎn)品配合使用，攜帶輕便，節(jié)能環(huán)保，同時(shí)具有一定的美觀作用，適合廣大人群使用，符合當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展趨勢?？梢杂行У慕鉀Q日常生活中的偷盜問題。

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作者簡介

郝悅（1995-），女，河北省保定市人。在讀本科生，研究方向?yàn)樾畔⑴c通信系統(tǒng)。

余璠（1997-），女，安徽省合肥市人。在讀本科生，研究方向?yàn)橥ㄐ殴こ獭?/p>

董士洋（1997-），男，安徽省合肥市人。在讀本科生，研究方向?yàn)橥ㄐ殴こ獭?/p>

吳耀軍（1996-），男，浙江省麗水市人。在讀本科生，研究方向?yàn)橥ㄐ殴こ獭?/p>

作者單位

安徽大學(xué)電子信息工程學(xué)院通信工程系 安徽省合肥市 230601