是誰動了我的電腦
——基于Arduino 的智能監控抓拍器設計

◆廣東省東莞中學松山湖學校高一（十四）班 陳霖凱

最近朋友A向我訴苦：“總有人趁我不在的時候偷用我的電腦，不是打亂桌面的圖標順序，就是刪除我的文件。你能幫我想個辦法，找到偷用我電腦的‘真兇’嗎？”

要抓到“真兇”，就得找到其偷用電腦的證據，最好的證據就是留下相關的影像！最初，我建議A用電腦自帶的攝像頭充當監控器。但研討后我們發現，電腦自帶的攝像頭錄制的視頻時間過長，不便于快速查找“真兇”，所以這個方案被否定了。

于是我便思考，能否讓筆記本電腦上自帶的攝像頭在有人靠近電腦時自動拍照，記錄“真兇”的影像證據，以便找出“真兇”？

我提出的第一版方案是使用python對攝像頭返回的每一幀進行處理，識別出人臉并拍照。這個方案主要通過opencv庫及其內置的人臉檢測分類器工作，技術較成熟，進行相關的開發也十分便捷。

編寫程序后，我發現這個方案存在如下兩個問題。

1.該方案在識別人臉時，易受外部環境的干擾而導致識別失敗。例如，用一張紙遮住人臉的下半部分后，程序便無法確認攝像頭傳回的畫面中有無人臉。如果“真兇”稍加偽裝，遮住人臉的某些特征部位，程序便無法識別。

2.該方案對電腦資源占用過大，性能不佳的電腦運行程序時易導致系統崩潰（朋友A的電腦就因為性能不佳而出現了這樣的情況）。

為解決上述問題，我又開始思索：既然基于人臉的識別方式不夠精準，能否對人體的其他特征進行監測？

人體會向外輻射紅外光，紅外光很難被屏蔽。所以，我想使用Arduino這一開源創客神器與人體紅外感應模塊來找出“真兇”。只要“真兇”進入感應模塊的感應區域，紅外感應模塊就會通過高低電平的變化向Arduino控制板發出信號，Arduino通過USB線與電腦進行串口通信，電腦中運行的上位機程序收到串口傳來的信號后，通過接口調用攝像頭自動抓拍。

圖2為根據上述方案做的裝置半成品，但缺少了3D打印的外殼。該裝置的主控是一塊Arduino Uno，傳感器部分使用了人體紅外感應模塊HC-SR501，用一根數據線與電腦連接，通過串口與電腦端的python腳本通信，操控電腦攝像頭拍照。Arduino的具體接線如圖3。

圖 1 opencv人臉識別易受環境干擾導致識別失敗

圖2 半成品裝置

圖3 Arduino的接線

人體紅外感應模塊HC-SR501價格低，按照上圖連接性能也可以滿足該項目的需求。這個傳感器有可重復和不可重復兩種觸發模式。我選擇的是默認不可重復觸發模式，即感應輸出高電平后，延時時間一結束，輸出將自動從高電平變為低電平。模塊上有兩個可用螺絲刀調節的旋鈕，可根據自身情況，調整探測距離等參數。

圖4 模塊上有兩個可用螺絲刀調節的旋鈕

接下來是編寫Arduino與python腳本的具體程序。將Arduino程序輸入開發板中，運行python腳本（注意，應將python腳本中的端口號改為自己的電腦對應的端口號，可以通過Arduino IDE查看)，先等待傳感器初始化（初始化的過程大概耗時一分鐘），將裝置擺在合適的位置，傳感器探頭指向需要探測的方向，例如與電腦屏幕對準同一方向，即“真兇”可能出現的方向，然后就可以開啟Arduino并正常工作了。

當有人靠近傳感器時，電腦會自動拍照。測試時，我模仿“真兇”靠近傳感器，該裝置立即自動拍照。測試成功！

我已經將這個小裝置及腳本的資料發給了A，希望他能早日找到“真兇”！