基于Arduino的情緒智能控制系統的開發與應用

殷瑞鴻

成都市第七中學

基于Arduino的情緒智能控制系統的開發與應用

殷瑞鴻

成都市第七中學

搭建的微信公眾平臺的人臉識別系統，通過微信采集、上傳人臉照片，判定主人身份并且識別情緒，即可把情緒識別結果推送給用戶，同時根據主人情緒，由arduino控制控制燈光及音樂的切換。經測試，系統可以穩定、可靠運行。

人臉識別；微信平臺；Arduino；智能控制

1 控制系統的研究和開發

1.1 控制系統開發的技術方案

為實現系統的基本功能，將該系統大致分為兩個獨立部分，一個是人臉識別系統，二個是燈光及音樂的智能切換系統。

目前有很多開源的人臉識別算法，在充分調研了現有的開源資料以后，本項目采用基于微軟牛津計劃的人臉識別網絡應用程序接口，微軟公開給用戶的網絡接口分別是Face Verify和Emotion可以滿足本系統開發。

人臉識別需要進行圖片的采集，采集可以是攝像頭，或者是手機微信接口。為了減小系統體積，增強用戶交互和體驗，本項目采用的圖片采集方法是微信接口。

嵌入式系統的選取需具有足夠多的輸入輸出接口以及處理音頻信號的能力，鑒于此，本次項目采用Arduino Yun作為主控芯片[4-6]，其接口眾多，方便接入多種傳感器，還板載有OpenWrt系統，可以方便的進行音頻處理。

燈光的控制選用RGB LED燈帶，這個燈帶方便控制，而且可以呈現很多顏色；音樂的播放選用USB音響，具有可控制的特性。

1.2 系統的搭建和實施

1.2.1 人臉識別系統的搭建

按照微軟牛津計劃提供的教程和接口，搭建了人臉識別測試系統，該系統可以成功進行人臉比對，人臉情緒識別，以及判斷人臉的特征數據。用戶通過微信傳入照片后，首先需要判定用戶的身份是不是主人，在確定了是主人的身份后，就可進行主人情緒的判斷及后面的ArduinoYun控制音樂切換和燈光。

1.2.2 微信服務器的搭建

按照提供的微信公眾平臺接口，以及微信公眾平臺的開發教程，搭建微信公眾平臺的開發系統，該系統可以進行照片、文本的處理。微信提供給開發者的平臺是微信公眾平臺（也就是微信公眾號，不過個人只能是訂閱號），在該平臺上，開發者可以對微信的消息回復菜單，根據需要做定制。

1.2.3 RGB LED系統的搭建

首先搭建燈帶的物理模型，然后合理計算電路的電壓和電流參數，燈光的控制選用LED燈帶，它們的供電電壓為5V，它們的點亮電流需要5-10mA，所以為了安全考慮，需要在電路串入電阻，以使得LED既能正常工作。最后選定電路串聯了470歐姆的電阻，保證了燈泡的正常工作。

1.2.4 音樂播放系統的搭建

ArduinoYun板載有OpenWrt系統，該系統是Linux系統面向嵌入式的一個發行版，方便的安裝外設的包文件，實現用嵌入式開發板ArduinoYun控制音響的播放，完成播放、暫停、停止等基本操作。

2 系統測試結果

2.1 微信服務器測試

搭建微信服務器時，集成了人臉的上傳、查詢及刪除功能。分別進行了人臉的上傳、查詢及刪除功能測試：其中，輸入“12”表示要上傳主人人臉照片，輸入“13”表示查詢當前系統識別的主人，輸入“14”表示刪除系統對某個主人的識別。

2.2 人臉比對、情緒識別測試

項目中針對人臉識別這塊，主要的功能有人臉比對、確認及情緒識別。測試時，服務器的響應結果包括：主人的識別，主人情緒（平靜、憂郁、開心等）。

2.3 RGB LED燈光切換

在實驗時，arduino接受到是主人后，根據主人情緒的改變，控制RGB LED燈帶根據主人的情緒做相應的改變。RGB LED燈帶的效果圖如下圖。

平靜

憂郁

開心

2.4 音樂播放系統切換

根據主人不同的情緒，arduino讀取和播放mini card上相應的情緒音樂包（用戶自行選擇），與燈光同步切換。

3 討論

現階段的生物識別大多應用在企業或住宅的安全和管理，比如人臉識別門禁系統、人臉識別防盜門等。2015年How-Old.net風靡網絡，用戶上傳照片后，會返回系統測試的用戶年齡，其實這只是一個簡單的人臉識別和互聯網的結合[1-3]，不過從這個事情還是可以看出，大眾對于這種新奇的高科技很感興趣，這項技術融入生活之中具有廣泛的社會價值。

通過查新和分析國內外文獻，沒有發現人臉識別和生活中玩物的結合。該項目通過面部情緒識別算法，判斷出主人的情緒，根據主人的情緒合理的調節燈光的亮度和顏色，以及同步播放音樂。系統能穩定，可靠的運行，具有較大的使用價值，可推廣應用于智能家居臥室、咖啡廳、家用轎車音響和燈光設計，實現音樂對人體情緒的有益的調節作用。

4 結論

4.1 ArduinoYun實現的基于人臉識別的智能燈光音樂切換系統，開發的系統可根據人的情緒智能的切換。

4.2 微軟的開源人臉比對算法的精確程度、情緒識別的準確程度能滿足系統開發要求，增強了用戶在使用系統時的體驗感。

4.3 微信公眾平臺能很好的進行消息的中轉，完成服務器到用戶信息的推送。

[1]蒲東兵.用生生物識別技術及其嵌入式應用研究物識.吉林：吉林大學，2009.

[2]嚴嚴,章毓晉.基于視頻的人臉識別研究進展.計算機學報，2009(05).

[3]吳巾一,龍毓晉.人臉識別方法綜述.計算機應用研究，2009 (09).

[4]楊楠.基于Arduino的智能產品原型設計研究.江蘇：江南大學，2014.

[5]蔡睿妍.Arduino的原理及應用.電子設計工程，2012(16). [6]繼志，郭敬.Arduino的互動產品平臺創新設計.單片機與嵌入式系統應用，2012(04).