讓激光射燈也“智能”起來(lái)

邱奕盛 謝作如

在街頭常常會(huì)看到各種激光射燈，用各種色彩斑斕的投影來(lái)吸引游客。在溫州中學(xué)的人工智能實(shí)驗(yàn)室建好后，筆者也想在門(mén)口裝一個(gè)激光射燈，每到晚上向走廊地板投射出實(shí)驗(yàn)室的LOGO，肯定能吸引很多好奇的學(xué)生。但是，如果激光射燈不能和學(xué)生們交互，總覺(jué)得配不上“智能”這個(gè)說(shuō)法。因此，筆者希望做一個(gè)可以與用戶互動(dòng)的激光射燈作品。

這個(gè)激光射燈作品的互動(dòng)功能其實(shí)也簡(jiǎn)單：當(dāng)用戶走入照射范圍時(shí)，激光LOGO就轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，在沒(méi)有人的時(shí)候則保持靜止。之所以這么簡(jiǎn)單，是因?yàn)槭袌?chǎng)能買(mǎi)到的激光射燈圖案都是固定的，做不到動(dòng)態(tài)更換，那唯一能“動(dòng)”的就只有旋轉(zhuǎn)了。但是遺憾的是，市場(chǎng)上連“能感知用戶是否經(jīng)過(guò)”的激光射燈也買(mǎi)不到。在權(quán)衡再三后，筆者買(mǎi)了一個(gè)帶遙控功能的激光射燈來(lái)改造。

● 實(shí)現(xiàn)激光射燈感知功能的可行性分析

因?yàn)檫@個(gè)激光射燈是長(zhǎng)期工作的，基于穩(wěn)定性考慮，筆者不希望破壞原有的激光射燈結(jié)構(gòu)。在購(gòu)買(mǎi)射燈前，筆者已經(jīng)想好了兩種改造方案。

方案一：使用激光射燈的自帶旋轉(zhuǎn)功能，做一個(gè)小模塊，模擬遙控器發(fā)送“旋轉(zhuǎn)”指令。

方案二：將激光射燈裝在旋轉(zhuǎn)底座上，通過(guò)控制安裝在底座上的旋轉(zhuǎn)裝置實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)激光射燈買(mǎi)到后，筆者卻很遺憾地發(fā)現(xiàn)，其自帶的遙控器使用的不是常見(jiàn)的紅外模塊。拆開(kāi)遙控器外殼，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部的信號(hào)發(fā)生芯片是HS2245PT，它產(chǎn)生的不是紅外信號(hào)，而是類似汽車(chē)遙控的300MHz到450MHz信號(hào)，模擬這個(gè)遙控信號(hào)不僅需要特殊的信號(hào)發(fā)射器，還要用專用工具分析信號(hào)，難度太高，于是第一種方案宣告失敗。筆者掂了掂激光射燈的重量，將近一公斤，如果底座安裝不牢固的話，隨時(shí)有墜落的風(fēng)險(xiǎn)，方案二也只能放棄。

當(dāng)然，還有第三種方案，那就是將激光射燈的遙控器改造為旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)。從電子電路的角度來(lái)看，按鈕按下，就相當(dāng)于將兩個(gè)原本斷開(kāi)的線路接通，以此改變電壓值，帶來(lái)信號(hào)的變化，從而產(chǎn)生控制信號(hào)。那么，只要想辦法將兩個(gè)線路用可編程控制的“開(kāi)關(guān)”接通與斷開(kāi)就行了，而這個(gè)“開(kāi)關(guān)”可以用實(shí)驗(yàn)室中唾手可得的繼電器（如圖1）來(lái)?yè)?dān)任。綜合分析一下，這是目前看來(lái)最可行、最便捷的方案了。

● 激光射燈的改造過(guò)程

1.拆解遙控器，增加繼電器

將遙控器拆開(kāi)一看，內(nèi)部其實(shí)很簡(jiǎn)單，由一個(gè)電路主板、一個(gè)電池電源和四個(gè)按鈕組成。因此，只需要在按鈕電路旁，焊接上繼電器，繼電器的信號(hào)由Arduino控制即可。

遙控器上一共有四個(gè)按鈕，分別表示開(kāi)燈、關(guān)燈、旋轉(zhuǎn)、靜止。只需要改造后兩個(gè)，因此筆者將對(duì)應(yīng)按鈕的線路用導(dǎo)線焊接引出，分別接到兩個(gè)繼電器上。由于焊接不能保證完全牢固，筆者又用熱熔膠在焊點(diǎn)上加固。

筆者采用DFRobot的PinPong board mini這款小型的Arduino主板，這樣可以進(jìn)一步減小控制器的整體體積。原本的兩節(jié)7號(hào)供電電池，也可以利用Arduino板載的3.3V替代統(tǒng)一供電，這就進(jìn)一步減小了裝置的體積（如圖2）。

2.制作感知“人”就發(fā)射信號(hào)的智能作品

為了實(shí)現(xiàn)感知“人”的存在，筆者對(duì)比了數(shù)字人體紅外熱釋電運(yùn)動(dòng)傳感器、紅外數(shù)字避障傳感器和超聲波測(cè)距傳感器，其中紅外熱釋電傳感器的感應(yīng)角度有110度，感應(yīng)范圍太廣，沒(méi)辦法將范圍限制在LOGO照射區(qū)域。實(shí)驗(yàn)室里現(xiàn)有的紅外避障傳感器感應(yīng)距離最大只有80cm，達(dá)不到需求。因此，筆者選擇了感應(yīng)角度小、感應(yīng)距離長(zhǎng)的超聲波測(cè)距模塊。

這個(gè)感知“人”就發(fā)射信號(hào)的智能作品工作原理如上頁(yè)圖3所示。

為了固定超聲波傳感器，筆者在紙板盒上外開(kāi)一個(gè)穿線的孔，將超聲波傳感器露在盒子外面，其他器件裝在里面（如上頁(yè)圖4）。

通過(guò)Mind+對(duì)其編程，當(dāng)有人經(jīng)過(guò)的時(shí)候，就讓LOGO旋轉(zhuǎn)5秒，沒(méi)有人時(shí)，就不旋轉(zhuǎn)。以Arduino代碼形式燒錄。代碼很簡(jiǎn)單，如圖5所示。

● 激光射燈的安裝

1.位置調(diào)整

激光射燈的亮度很強(qiáng)，如果用戶與光源直視，強(qiáng)光會(huì)對(duì)肉眼造成傷害，考慮到這一點(diǎn)，筆者將射燈的照射角度調(diào)整為比較小的傾角（如圖6），這樣，除非走得很近，否則光線不會(huì)直接射入眼睛。另外，筆者把燈裝在走廊的側(cè)面，減小了與行走方向一致造成直視光源的可能性。

2.定時(shí)開(kāi)啟

由于射燈只需要在天黑后開(kāi)啟，那么改造后的遙控器智能作品同樣只需要晚上開(kāi)啟，筆者利用一個(gè)米家智能插座Wi-Fi板，設(shè)置了兩個(gè)自定義智能場(chǎng)景（如圖7），其中一個(gè)是傍晚開(kāi)燈，另一個(gè)是深夜關(guān)燈，以達(dá)到節(jié)能的效果。

經(jīng)過(guò)上述步驟，已經(jīng)完成了激光射燈裝置的改造和部署。經(jīng)過(guò)測(cè)試，效果還是挺不錯(cuò)的，第一天點(diǎn)亮，就吸引了好多學(xué)生來(lái)圍觀，效果如圖8所示。

● 更多的想法

這次筆者選擇的主控板是最簡(jiǎn)單的Arduino，如果想實(shí)現(xiàn)無(wú)線控制，只要將Arduino換成掌控板、行空板或者虛谷號(hào)等即可。筆者下一步想增加更加酷炫的“智能”，如在某款迷你電腦上加一個(gè)攝像頭，通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)的方法，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)檢測(cè)、目標(biāo)分類、目標(biāo)追蹤、姿勢(shì)檢測(cè)等。例如，如果檢測(cè)到的是穿校服的學(xué)生，激光射燈就轉(zhuǎn)，如果檢測(cè)到的學(xué)生沒(méi)有穿校服，激光射燈就不轉(zhuǎn)。總之，好玩的想法挺多，等著學(xué)生們?nèi)?shí)現(xiàn)。