智能 3D 传感器：基于 Walabot 与 Alexa 的语音定向灯光控制

组件与材料

项目动机

智能家居设备多了容易记不住名字，语音指令常被误识别或需强制指定设备名。本项目利用 Walabot 毫米波雷达感知人体位置，结合 Alexa 语音指令，实现“打开这盏灯”式的自然交互：用户靠近哪盏灯、对着哪盏灯说话，系统自动关联并控制对应继电器。

核心硬件架构

• Walabot：可编程 3D 射频成像传感器，通过 RFID 技术追踪人体坐标 (x, y, z)，通过 USB 接入 LattePanda
• LattePanda：x86 单板电脑（Intel Atom x8300，Win10），内置 Arduino Leonardo 协处理器（GPIO 直连继电器），一机双用
• Node-RED：可视化流编程工具，运行在 LattePanda 上，连接 Walabot 数据流、Alexa 本地技能节点、Arduino Firmata 控制

软件安装与配置

1. Walabot SDK：官网下载安装，配置 Python 环境
2. Arduino Firmata：IDE 打开 StandardFirmata，选 Leonardo 板型，上传至 LattePanda 内置 MCU
3. Node.js + Node-RED：安装 Node.js，npm install -g node-red，启动 node-red 访问 https://localhost:1880
4. Node-RED 关键节点：
   • node-red-contrib-alexa-local：模拟 Philips Hue 设备，让 Alexa 直接发现“灯”
   • node-red-node-arduino：通过 Firmata 读写 Arduino GPIO
5. Python 3：运行 Walabot 数据采集脚本
6. 项目代码：GitHub 仓库，npm install && npm start 启动完整流程

数据流向（三步走）

1. Walabot 服务 (Python)：配置雷达参数（距离 50-400cm、方位 ±45°、俯仰 ±20°、MTI 动态滤波），每帧触发扫描，提取最近目标坐标，打包 JSON 通过 TCP 1890 端口推送
2. Node-RED 解析与缓存：TCP 节点接收 JSON，解析 targets[0].x/y/z 存入全局变量 X/Y/Z
3. Alexa 指令处理：收到“开灯/关灯”指令，读取最近坐标，根据 X/Y 正负判断用户面向左/右灯，驱动对应 Arduino 引脚控制继电器

关键代码片段

Walabot Python 采集脚本

WalabotAPI.Init(); WalabotAPI.SetSettingsFolder(); WalabotAPI.ConnectAny()
WalabotAPI.SetProfile(WalabotAPI.PROF_SENSOR)
WalabotAPI.SetThreshold(35)
WalabotAPI.SetArenaR(50, 400, 4)
WalabotAPI.SetArenaPhi(-45, 45, 2)
WalabotAPI.SetArenaTheta(-20, 20, 10)
WalabotAPI.SetDynamicImageFilter(WalabotAPI.FILTER_TYPE_MTI)
WalabotAPI.Start()

# TCP 服务端
s = socket.socket(); s.bind(('127.0.0.1', 1890)); s.listen(1)
conn, addr = s.accept()
while True:
    WalabotAPI.Trigger()
    targets = WalabotAPI.GetSensorTargets()
    finds = '{"targets":['
    for i, t in enumerate(targets):
        if i == 0:
            finds += '{"x":"%s","y":"%s","z":"%s"}' % (t.xPosCm, t.yPosCm, t.zPosCm)
    finds += ']}'
    conn.sendall(finds.encode())

Node-RED 函数节点：解析坐标存全局

var raw = msg.payload.toString('utf8');
var j = JSON.parse(raw);
if (raw.length > 20) {
    global.set('X', j.targets[0].x);
    global.set('Y', j.targets[0].y);
    global.set('Z', j.targets[0].z);
}
return [msg, {payload: j.targets[0].x}, {payload: j.targets[0].y}, {payload: j.targets[0].z}];

使用效果

用户对着任一台灯说 “Alexa, turn on this lamp”，系统根据 Walabot 实时位置自动匹配灯具，无需预设设备名。Node-RED 可视化流程便于扩展更多传感器与执行器。