基于ZigBee和人臉檢測的燈光控制系統

鄭文楷 譚柏鴻 林曉虹 江梓鴻 楊銘皓

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

關鍵詞：燈光控制;ZigBee;人臉檢測;分區檢測

中圖分類號：TP272 文獻標識碼：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規模不斷地擴大，教學場所也在有計劃地進行擴建，縱觀各高校的教室、自習室、實驗室等場所，不難發現高校中教室、自習室、實驗室相對分散，且學生們出入教室是隨機事件，因此如何有效管理教學場所的燈光照明系統便成為一大難題。實際調查發現，大多數高校以人工管理為主，每棟教學樓由固定的工作人員對教室的燈光進行人工手動控制，這樣的管理方式不僅成本較高，而且相對麻煩。由此可見按照傳統方式控制燈光照明系統難以實現節能的最大化，未來智能調光控制系統必將成為燈光控制發展的主流。

目前市面上較流行的智能燈光控制系統主要分為以下兩種類型。一種是在室內的每個座位下安裝壓力傳感器，當有人坐下時，傳感器傳遞信息，相應處理器進行記錄和統計。但這種方法過于復雜，成本太高，且容易遭到破壞。另一種是在室內安裝紅外熱釋傳感器，當感應到室內有人時，則開啟燈源，當感應到室內沒有人時，則關閉燈源。但其系統的穩定性和準確性不足，該系統只能感應到移動的人體;容易受熱源、光源和磁場的干擾;且當環境溫度和人體溫度接近時，靈敏度下降明顯。

在此基礎上，本系統設計了一套基于ZigBee和人臉識別的燈光控制系統，該系統充分利用ZigBee和人臉檢測等技術，對室內的燈光進行分區域控制。本系統是一個智能服務體系，既能夠很好地解決教室空亮燈的普遍現象，又可以智能調節燈光亮度，減少能耗。

1? 系統介紹

通過設計一套動態視頻的多人臉檢測算法對室內人數進行統計以及通過光敏檢測模塊檢測區域環境的光照強度。采用ZigBee模塊進行數據的傳輸，滿足實際應用中需要多個節點同時運行以及節點之間互不干擾的需求，同時有低功耗，自組網的優點。通過服務器對接收到的信息進行整合分析，并將所得結果發送給燈光控制模塊，通過Arduino控制燈光的亮度以及通斷。

2? 系統工作原理

設計一個基于ZigBee和人臉檢測的燈光控制系統。通過利用單片機體積小、質量輕、價格便宜的特點，為應用和開發系統提供便利條件。在以51單片機為基礎的嵌入式系統中，所使用的前后臺系統一般都比較簡單，在超級循環當中進行一定次序的任務調用，能夠實現更加方便的處理。

ZigBee通信技術在物聯網上的應用優勢明顯。ZigBee相比較于WIFI和藍牙，有以下特點：使用簡便、安裝方便、自主組網和自行安裝;容易擴展為大規模網絡，支持數千個以上的設備組網;長效電池壽命并支持多種供電方式;抗干擾性強、穩定性高;數據完全有保障。使用頻段為2.4GHz，868MHz及915MHz，均為免執照頻段。相比較于WIFI和藍牙，ZigBee的覆蓋范圍和移動性更強。

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

3? 系統設計

3.1? 整體裝置

燈光控制系統通過視頻監控進行人臉檢測，分區域檢測區域內是否有人，通過光敏檢測模塊采集環境光照強度，判斷是否應當開燈以及燈的亮度。當系統檢測到人，且環境亮度達到預設值時，燈光啟動系統便會立刻開啟，緊接著根據外部環境來調節燈的亮暗程度。假如環境亮度并未達到預設值，燈光啟動系統不會開啟;當沒有檢測到人出現時，無論外部亮度有多小，燈光啟動系統也不會開啟。整體裝置示意圖如圖1所示。

3.2? 模塊設計

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度變化其阻值發生變化的特性。隨著光照強度的變化，光敏電阻的阻值和電阻分壓壓值會隨之發生變化，進而調制輸出光敏信號交由Arduino Pro Mini模塊做進一步處理。

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境，并對接收的信號進行處理和反應。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，擁有系統可編程Flash和8位CPU，可以為嵌入式控制應用系統提供靈活且有效的解決方案。

3.2.4? ZigBee模塊

ZigBee是一種基于標準的遠程監控、控制和傳感器網絡應用技術。ZigBee具有以下幾個特點，數據傳輸速率低：10Kb/s～250Kb/s，專注于低速率傳輸應用;功耗低：在低功耗待機模式下，兩節普通5號電池可使用6～24個月;成本低：ZigBee數據傳輸速率低，協議簡單，所以大大降低了成本;網絡容量大：網絡可容納65，000個設備，可用來實現模塊間的無線通信。ZigBee模塊連接如圖5所示。

4? 結? 論

社會各界越來越重視物聯網技術帶給生活的智慧與便捷，傳統教室存在諸多不便，未實現管理智能化，資源浪費嚴重。本文設計并實現了一個基于ZigBee和人臉檢測的燈光控制系統，符合社會主流需求，以綠色環保、節約資源為目標，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境。本系統應用于公共室內環境時無需對線路進行改裝，又可調用原有視頻監控，大大降低成本。體現了安裝便捷、成本低廉和系統可靠的特點，有一定的實用價值。

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