基于人体轮廓检测算法的自习室照明控制系统

宫姗姗+李允俊

摘 要： 针对自习室自然光利用率低、电能浪费严重等情况，设计了一种基于人体轮廓检测算法的自习室照明分区控制系统。本地控制器通过Socket通信技术将传感器及摄像头采集到的数据发送到系统服务器，系统服务器通过人体轮廓检测技术及照明分区控制策略处理数据，将处理结果返回本地控制器，控制灯组开闭及恒照度调光。远程手机端通过微信公众平台实时查询自习室人数及光照强度。测试结果表明，本系统运行稳定，具有一定的实用价值。

关键词： 人体轮廓检测； HOG； SVM分类算法； 分区照明控制； Modbus协议

中图分类号：TP319 文献标志码：A 文章编号：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

电能短缺是束缚社会经济发展和人民生活的重要问题之一[1]。智能照明和避免电能浪费是十分必要的。例如学校自习室普遍存在照明量大、人员分布松散、电能消耗量高、自然光利用率低等现象，造成能源浪费和不必要的财政开销[2]。因此，电能的有效利用和减少自习室电能浪费严重的现象，做到人走灯灭、不无故开灯，并根据自习室实际人数分区域控制灯光，合理利用自然光，是目前自习室智能照明系统的发展趋势。

本文设计一种基于人体轮廓检测算法的自习室照明分区控制系统，结合红外传感器、光照度传感器、摄像头实现数据采集，利用Internet/4G/WIFI/现场总线实现数据传输，利用人体轮廓检测算法检测自习室内人数，利用PWM技术实现恒照度调光，利用微信公众平台实现远程查询自习室内人数及光照强度，改善电能浪费严重的情况，提高自然光利用率。

1 系统总体架构

本设计主要分为本地控制器、系统服务器、远程手机端三大部分。本系统架构如图1所示。本地控制器以Raspberry pi 3开发板为平台，扩展红外传感器、光照度传感器、摄像头用于数据采集，继电器和调光控制器用于控制灯组，通过Internet/现场总线进行数据传输。系统服务器同样以Raspberry pi 3开发板为平台，采用Python语言进行开发，采用HOG-SVM分类算法实现人体轮廓检测并计数，根据照明分区控制策略确定光补偿值，并搭建Web服务器，可使系统管理员直观地观察到各个自习室当前情况，便于管理。

远程手机端搭建微信公众平台，采用PHP语言进行开发，解决局域网内外数据交换问题，通过Internet/WIFI/4G进行数据传输，實现实时查询自习室内人数及光照强度功能，返回的光照强度为调光后开灯区域的平均值。本系统中数据存储部分采用本地MySQL数据库及阿里云MySQL数据库。

2 本地控制器设计

本地控制器主要实现对自习室环境采集、监测、通信、控制等功能。本地控制器通过采集室内红外传感器、光照度传感器、摄像头等数据，将数据通过Internet传输到系统服务器，并接收系统服务器返回的控制命令，进而控制灯组，包括灯具开关及恒定照度的控制。

本地控制器通过Socket通信技术与系统服务器建立连接，主循环每隔一定时间将传感器及摄像头采集到的数据发送到系统服务器，系统服务器通过人体轮廓检测技术及照明分区控制策略处理接收到的数据，将处理结果保存到阿里云服务器数据库，并返回本地控制器，本地控制器将命令封装成modbus协议帧，控制继电器及调光控制器，最后控制灯组。控制器工作流程如图2所示。endprint