基于ZigBee和人臉檢測的燈光控制系統(tǒng)

鄭文楷 譚柏鴻 林曉虹 江梓鴻 楊銘?zhàn)?/p>

摘? 要：隨著人們對綠色節(jié)能生活高質(zhì)量的追求，智慧城市逐漸發(fā)展興起。人們對建筑節(jié)能環(huán)保的設(shè)計要求在不斷提高。而建筑照明是建筑耗能的主要指標(biāo)之一，因此人們對其節(jié)能性要求也越來越高。隨著智慧城市的建設(shè)與發(fā)展，對建筑節(jié)能環(huán)保的設(shè)計要求也越來越高。建筑照明作為建筑耗能的主要部分之一，對其節(jié)能性也提出了較高要求。本項目設(shè)計了一套基于ZigBee 和人臉識別的燈光控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分利用了ZigBee、人臉檢測等技術(shù)，可以對室內(nèi)的燈光進(jìn)行分區(qū)域控制，從而達(dá)到節(jié)約用電的效果。

關(guān)鍵詞：燈光控制;ZigBee;人臉檢測;分區(qū)檢測

中圖分類號：TP272 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）01-0043-03

Lighting Control System Based on ZigBee and Face Detection

ZHENG Wenkai，TAN Baihong，LIN Xiaohong，JIANG Zihong，YANG Minghao

（South China Agricultural University，Guangzhou? 510642，China）

Abstract：With the pursuit of green energy saving and high quality of life，smart cities are developing gradually. People’s design requirements for building energy conservation and environmental protection are constantly improving. Building lighting is one of the main indicators of building energy consumption，so people are increasingly demanding for its energy-saving. With the construction and development of smart city，the design requirements for building energy conservation and environmental protection are getting higher and higher. As one of the main parts of building energy consumption，building lighting also requires higher energy efficiency. This project designs a lighting control system based on ZigBee and face recognition. The system makes full use of ZigBee and face detection technology，and can control indoor lighting in different areas，so as to save electricity.

Keywords：lighting control;ZigBee;face detection;zone detection

0? 引? 言

近年來隨著高校的辦學(xué)規(guī)模不斷地擴(kuò)大，教學(xué)場所也在有計劃地進(jìn)行擴(kuò)建，縱觀各高校的教室、自習(xí)室、實驗室等場所，不難發(fā)現(xiàn)高校中教室、自習(xí)室、實驗室相對分散，且學(xué)生們出入教室是隨機(jī)事件，因此如何有效管理教學(xué)場所的燈光照明系統(tǒng)便成為一大難題。實際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)高校以人工管理為主，每棟教學(xué)樓由固定的工作人員對教室的燈光進(jìn)行人工手動控制，這樣的管理方式不僅成本較高，而且相對麻煩。由此可見按照傳統(tǒng)方式控制燈光照明系統(tǒng)難以實現(xiàn)節(jié)能的最大化，未來智能調(diào)光控制系統(tǒng)必將成為燈光控制發(fā)展的主流。

目前市面上較流行的智能燈光控制系統(tǒng)主要分為以下兩種類型。一種是在室內(nèi)的每個座位下安裝壓力傳感器，當(dāng)有人坐下時，傳感器傳遞信息，相應(yīng)處理器進(jìn)行記錄和統(tǒng)計。但這種方法過于復(fù)雜，成本太高，且容易遭到破壞。另一種是在室內(nèi)安裝紅外熱釋傳感器，當(dāng)感應(yīng)到室內(nèi)有人時，則開啟燈源，當(dāng)感應(yīng)到室內(nèi)沒有人時，則關(guān)閉燈源。但其系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性不足，該系統(tǒng)只能感應(yīng)到移動的人體;容易受熱源、光源和磁場的干擾;且當(dāng)環(huán)境溫度和人體溫度接近時，靈敏度下降明顯。

在此基礎(chǔ)上，本系統(tǒng)設(shè)計了一套基于ZigBee和人臉識別的燈光控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分利用ZigBee和人臉檢測等技術(shù)，對室內(nèi)的燈光進(jìn)行分區(qū)域控制。本系統(tǒng)是一個智能服務(wù)體系，既能夠很好地解決教室空亮燈的普遍現(xiàn)象，又可以智能調(diào)節(jié)燈光亮度，減少能耗。

1? 系統(tǒng)介紹

通過設(shè)計一套動態(tài)視頻的多人臉檢測算法對室內(nèi)人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計以及通過光敏檢測模塊檢測區(qū)域環(huán)境的光照強(qiáng)度。采用ZigBee模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，滿足實際應(yīng)用中需要多個節(jié)點同時運行以及節(jié)點之間互不干擾的需求，同時有低功耗，自組網(wǎng)的優(yōu)點。通過服務(wù)器對接收到的信息進(jìn)行整合分析，并將所得結(jié)果發(fā)送給燈光控制模塊，通過Arduino控制燈光的亮度以及通斷。

2? 系統(tǒng)工作原理

設(shè)計一個基于ZigBee和人臉檢測的燈光控制系統(tǒng)。通過利用單片機(jī)體積小、質(zhì)量輕、價格便宜的特點，為應(yīng)用和開發(fā)系統(tǒng)提供便利條件。在以51單片機(jī)為基礎(chǔ)的嵌入式系統(tǒng)中，所使用的前后臺系統(tǒng)一般都比較簡單，在超級循環(huán)當(dāng)中進(jìn)行一定次序的任務(wù)調(diào)用，能夠?qū)崿F(xiàn)更加方便的處理。

ZigBee通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)上的應(yīng)用優(yōu)勢明顯。ZigBee相比較于WIFI和藍(lán)牙，有以下特點：使用簡便、安裝方便、自主組網(wǎng)和自行安裝;容易擴(kuò)展為大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，支持?jǐn)?shù)千個以上的設(shè)備組網(wǎng);長效電池壽命并支持多種供電方式;抗干擾性強(qiáng)、穩(wěn)定性高;數(shù)據(jù)完全有保障。使用頻段為2.4GHz，868MHz及915MHz，均為免執(zhí)照頻段。相比較于WIFI和藍(lán)牙，ZigBee的覆蓋范圍和移動性更強(qiáng)。

人臉檢測的基本方法是在知識和統(tǒng)計的基礎(chǔ)上對人臉進(jìn)行建模，通過比較所有可能的待檢測區(qū)域與人臉模型的匹配度，從而判斷出存在人臉的區(qū)域。

3? 系統(tǒng)設(shè)計

3.1? 整體裝置

燈光控制系統(tǒng)通過視頻監(jiān)控進(jìn)行人臉檢測，分區(qū)域檢測區(qū)域內(nèi)是否有人，通過光敏檢測模塊采集環(huán)境光照強(qiáng)度，判斷是否應(yīng)當(dāng)開燈以及燈的亮度。當(dāng)系統(tǒng)檢測到人，且環(huán)境亮度達(dá)到預(yù)設(shè)值時，燈光啟動系統(tǒng)便會立刻開啟，緊接著根據(jù)外部環(huán)境來調(diào)節(jié)燈的亮暗程度。假如環(huán)境亮度并未達(dá)到預(yù)設(shè)值，燈光啟動系統(tǒng)不會開啟;當(dāng)沒有檢測到人出現(xiàn)時，無論外部亮度有多小，燈光啟動系統(tǒng)也不會開啟。整體裝置示意圖如圖1所示。

3.2? 模塊設(shè)計

3.2.1? 光敏檢測模塊

光敏檢測模塊如圖2所示。

光敏檢測模塊的核心是光敏電阻，主要利用光敏電阻隨著光照強(qiáng)度變化其阻值發(fā)生變化的特性。隨著光照強(qiáng)度的變化，光敏電阻的阻值和電阻分壓壓值會隨之發(fā)生變化，進(jìn)而調(diào)制輸出光敏信號交由Arduino Pro Mini模塊做進(jìn)一步處理。

3.2.2? Arduino Pro Mini模塊

Arduino ProMini模塊是Arduino Mini的半定制版本，是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺。Arduino Pro Mini模塊能通過各種各樣的傳感器來感知環(huán)境，并對接收的信號進(jìn)行處理和反應(yīng)。Arduino Pro Mini模塊如圖3所示。

3.2.3? STC89C52模塊

STC89C52模塊引腳圖如圖4所示。

STC89C52RC是一種帶8K字節(jié)可編程可擦除只讀存儲器的CMOS8的微控制器，其具有高性能，低功耗的特點。在單芯片上，擁有系統(tǒng)可編程Flash和8位CPU，可以為嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供靈活且有效的解決方案。

3.2.4? ZigBee模塊

ZigBee是一種基于標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控、控制和傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)。ZigBee具有以下幾個特點，數(shù)據(jù)傳輸速率低：10Kb/s～250Kb/s，專注于低速率傳輸應(yīng)用;功耗低：在低功耗待機(jī)模式下，兩節(jié)普通5號電池可使用6～24個月;成本低：ZigBee數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡單，所以大大降低了成本;網(wǎng)絡(luò)容量大：網(wǎng)絡(luò)可容納65，000個設(shè)備，可用來實現(xiàn)模塊間的無線通信。ZigBee模塊連接如圖5所示。

4? 結(jié)? 論

社會各界越來越重視物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)帶給生活的智慧與便捷，傳統(tǒng)教室存在諸多不便，未實現(xiàn)管理智能化，資源浪費嚴(yán)重。本文設(shè)計并實現(xiàn)了一個基于ZigBee和人臉檢測的燈光控制系統(tǒng)，符合社會主流需求，以綠色環(huán)保、節(jié)約資源為目標(biāo)，旨在方便用戶生活和減少浪費，力求為用戶營造一個舒適休閑的生活環(huán)境。本系統(tǒng)應(yīng)用于公共室內(nèi)環(huán)境時無需對線路進(jìn)行改裝，又可調(diào)用原有視頻監(jiān)控，大大降低成本。體現(xiàn)了安裝便捷、成本低廉和系統(tǒng)可靠的特點，有一定的實用價值。

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