基于人體輪廓檢測算法的自習(xí)室照明控制系統(tǒng)

宮姍姍+李允俊

摘 要： 針對自習(xí)室自然光利用率低、電能浪費(fèi)嚴(yán)重等情況，設(shè)計(jì)了一種基于人體輪廓檢測算法的自習(xí)室照明分區(qū)控制系統(tǒng)。本地控制器通過Socket通信技術(shù)將傳感器及攝像頭采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到系統(tǒng)服務(wù)器，系統(tǒng)服務(wù)器通過人體輪廓檢測技術(shù)及照明分區(qū)控制策略處理數(shù)據(jù)，將處理結(jié)果返回本地控制器，控制燈組開閉及恒照度調(diào)光。遠(yuǎn)程手機(jī)端通過微信公眾平臺實(shí)時(shí)查詢自習(xí)室人數(shù)及光照強(qiáng)度。測試結(jié)果表明，本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 人體輪廓檢測； HOG； SVM分類算法； 分區(qū)照明控制； Modbus協(xié)議

中圖分類號：TP319 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2018）01-49-05

Self-study room lighting control system based on human contour detection algorithm

Gong Shanshan， Li Yunjun

（Institute of Technology， YanBian University， Yanji， Jilin 133002， China）

Abstract： In view of the low utilization of natural light and serious energy waste in the self-study room， a lighting control system for self-study room is designed based on human contour detection algorithm. The local controller sends the data that collected by sensor and camera to the server by Socket communication technology， the system server analyzes the data by human contour detection algorithm and lighting zoning control strategy， then sends the results to local controller， controls the lamps and realizes the constant illuminance， the remote-mobile can query the number of self-study room and lighting intensity in real time by WeChat. The result shows that the system has remarkable energy saving effect and practical value.

Key words： human contour detection； HOG； SVM classification algorithm； zoning lighting control； Modbus protocol

0 引言

電能短缺是束縛社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活的重要問題之一[1]。智能照明和避免電能浪費(fèi)是十分必要的。例如學(xué)校自習(xí)室普遍存在照明量大、人員分布松散、電能消耗量高、自然光利用率低等現(xiàn)象，造成能源浪費(fèi)和不必要的財(cái)政開銷[2]。因此，電能的有效利用和減少自習(xí)室電能浪費(fèi)嚴(yán)重的現(xiàn)象，做到人走燈滅、不無故開燈，并根據(jù)自習(xí)室實(shí)際人數(shù)分區(qū)域控制燈光，合理利用自然光，是目前自習(xí)室智能照明系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

本文設(shè)計(jì)一種基于人體輪廓檢測算法的自習(xí)室照明分區(qū)控制系統(tǒng)，結(jié)合紅外傳感器、光照度傳感器、攝像頭實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，利用Internet/4G/WIFI/現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，利用人體輪廓檢測算法檢測自習(xí)室內(nèi)人數(shù)，利用PWM技術(shù)實(shí)現(xiàn)恒照度調(diào)光，利用微信公眾平臺實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程查詢自習(xí)室內(nèi)人數(shù)及光照強(qiáng)度，改善電能浪費(fèi)嚴(yán)重的情況，提高自然光利用率。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

本設(shè)計(jì)主要分為本地控制器、系統(tǒng)服務(wù)器、遠(yuǎn)程手機(jī)端三大部分。本系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。本地控制器以Raspberry pi 3開發(fā)板為平臺，擴(kuò)展紅外傳感器、光照度傳感器、攝像頭用于數(shù)據(jù)采集，繼電器和調(diào)光控制器用于控制燈組，通過Internet/現(xiàn)場總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)服務(wù)器同樣以Raspberry pi 3開發(fā)板為平臺，采用Python語言進(jìn)行開發(fā)，采用HOG-SVM分類算法實(shí)現(xiàn)人體輪廓檢測并計(jì)數(shù)，根據(jù)照明分區(qū)控制策略確定光補(bǔ)償值，并搭建Web服務(wù)器，可使系統(tǒng)管理員直觀地觀察到各個(gè)自習(xí)室當(dāng)前情況，便于管理。

遠(yuǎn)程手機(jī)端搭建微信公眾平臺，采用PHP語言進(jìn)行開發(fā)，解決局域網(wǎng)內(nèi)外數(shù)據(jù)交換問題，通過Internet/WIFI/4G進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)查詢自習(xí)室內(nèi)人數(shù)及光照強(qiáng)度功能，返回的光照強(qiáng)度為調(diào)光后開燈區(qū)域的平均值。本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)存儲部分采用本地MySQL數(shù)據(jù)庫及阿里云MySQL數(shù)據(jù)庫。

2 本地控制器設(shè)計(jì)

本地控制器主要實(shí)現(xiàn)對自習(xí)室環(huán)境采集、監(jiān)測、通信、控制等功能。本地控制器通過采集室內(nèi)紅外傳感器、光照度傳感器、攝像頭等數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)通過Internet傳輸?shù)较到y(tǒng)服務(wù)器，并接收系統(tǒng)服務(wù)器返回的控制命令，進(jìn)而控制燈組，包括燈具開關(guān)及恒定照度的控制。

本地控制器通過Socket通信技術(shù)與系統(tǒng)服務(wù)器建立連接，主循環(huán)每隔一定時(shí)間將傳感器及攝像頭采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到系統(tǒng)服務(wù)器，系統(tǒng)服務(wù)器通過人體輪廓檢測技術(shù)及照明分區(qū)控制策略處理接收到的數(shù)據(jù)，將處理結(jié)果保存到阿里云服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，并返回本地控制器，本地控制器將命令封裝成modbus協(xié)議幀，控制繼電器及調(diào)光控制器，最后控制燈組。控制器工作流程如圖2所示。endprint