CN105155969B - 智能窗户自动开启平台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于室内外温差的窗户自动开启平台，包括室外温度传感器、室内温度传感器、窗户控制设备和数字信号处理器，所述室外温度传感器用于检测卧室内部的室内温度，所述室外温度传感器用于检测卧室外部的室外温度，所述数学信号处理器与所述室外温度传感器、所述室内温度传感器和所述窗户控制设备分别连接，计算室内温度和室外温度之间的温差，基于所述温差控制所述窗户控制设备实现对卧室窗户的开启控制。通过本发明，能够根据卧室人体出汗情况和室内外温差自动控制卧室窗户的开度。
Description
技术领域
本发明涉及温度检测领域，尤其涉及一种智能窗户自动开启平台。
背景技术
现有技术中，并不存在卧室人员熟睡时根据室内外温差和室内人员流汗程度对卧室窗户进行智能化开启控制的方案，这样很容易导致以下问题：室内人员流汗很多，但窗户一直处于关闭状态；室内人员不流汗，但窗户一直处于打开状态；又或者，窗户不能根据室内外温差自动控制窗户的开启程度。上述情况都会给卧室中处于睡眠状态的人员造成一定的不适，严重时可能导致受凉或中暑情况发生。
为此，本发明提出了一种基于室内外温差的窗户自动开启平台，能够在卧室人员熟睡时根据室内外温差和室内人员流汗程度对卧室窗户进行智能化开启控制，从而为卧室中处于睡眠状态的人员提供一个良好的睡眠环境。
发明内容
为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种基于室内外温差的窗户自动开启平台，首先根据环境亮度确定红外热相设备和可见光成像设备的开启关闭，以保障无论在哪一种环境亮度情况下，都有适合的图像采集设备，随后，采用室内温度传感器、室外温度传感器和具有自适应阈值分割机制的汗水检测设备实现根据室内外温差和室内人员流汗程度对卧室窗户进行的自动化开启控制，从而为熟睡人员提供一个适宜的睡眠环境。
根据本发明的一方面，提供了一种基于室内外温差的窗户自动开启平台，所述开启平台包括室外温度传感器、室内温度传感器、窗户控制设备和数字信号处理器，所述室外温度传感器用于检测卧室内部的室内温度，所述室外温度传感器用于检测卧室外部的室外温度，所述数学信号处理器与所述室外温度传感器、所述室内温度传感器和所述窗户控制设备分别连接，计算室内温度和室外温度之间的温差，基于所述温差控制所述窗户控制设备实现对卧室窗户的开启控制。
更具体地，在所述基于室内外温差的窗户自动开启平台中，还包括：红外热相设备，设置在卧室室内，用于对卧室室内拍摄以获得红外图像；可见光成像设备，设置在卧室室内，用于对卧室室内拍摄以获得可见光图像；亮度传感设备，设置在卧室内，用于实时检测并输出卧室内部的环境亮度；汗水检测设备，设置在卧室睡床位置，与所述红外热相设备和所述可见光成像设备分别连接，用于对所述红外图像或所述可见光图像进行图像处理；供电设备，设置在卧室外部的外墙上，包括太阳能供电器件、市电接口、切换开关和电压转换器，所述切换开关与所述太阳能供电器件和所述市电接口分别连接，根据市电接口处的市电电压大小决定是否切换到所述太阳能供电器件以由所述太阳能供电器件供电，所述电压转换器与所述切换开关连接，以将通过切换开关输入的5V电压转换为3.3V电压；移动硬盘，用于预先存储亮度阈值、人体灰度阈值范围和预设像素数量阈值；所述汗水检测设备与所述红外热相设备和所述可见光成像设备分别连接，用于接收红外图像或可见光图像以作为检测图像；所述汗水检测设备包括图像预处理子设备、阈值选择子设备、人体分割子设备和汗水提取子设备；所述图像预处理子设备对所述检测图像依次执行边缘增强处理、自适应递归滤波处理、图像膨胀处理、图像腐蚀处理和灰度化处理，以获得灰度化图像；所述阈值选择子设备与所述移动硬盘和所述图像预处理子设备分别连接，用于依次从所述人体灰度阈值范围中选择一个值作为预选灰度阈值，采用预选灰度阈值将灰度化图像划分为预选背景区域和预选目标区域，计算预选背景区域占据灰度化图像的面积比例作为背景面积比，计算预选背景区域的像素平均灰度值作为背景平均灰度值，计算预选目标区域占据灰度化图像的面积比例作为目标面积比，计算预选目标区域的像素平均灰度值作为目标平均灰度值，将背景平均灰度值减去目标平均灰度值，获得的差的平方乘以目标面积比和背景面积比，获得的乘积作为阈值乘积，选择阈值乘积最大的预选灰度阈值作为目标灰度阈值；所述人体分割子设备与所述阈值选择子设备连接，用于采用目标灰度阈值将灰度化图像划分为背景图像和人体图像；所述汗水提取子设备与所述人体分割子设备和所述移动硬盘分别连接，从人体图像中提取符合汗水形态的各个汗水子图像，累计各个汗水子图像中的像素总和，当得到的像素总和大于预设像素数量阈值时，判断人体存在汗水并输出存在汗水信号，当得到的像素总和小于等于预设像素数量阈值时，判断人体不存在汗水并输出不存在汗水信号；所述数字信号处理器与所述室外温度传感器、所述室内温度传感器、所述红外热相设备、所述可见光成像设备、所述室内亮度传感设备、所述移动硬盘、所述汗水检测设备和所述窗户控制设备分别连接，当接收到的环境亮度小于等于亮度阈值时，打开所述红外热相设备并关闭所述可见光成像设备，当接收到的环境亮度大于亮度阈值时，关闭所述红外热相设备并打开所述可见光成像设备；所述数字信号处理器还在接收到存在汗水信号，将室内温度减去室外温度以获得温差，根据温差实现对卧室窗户的开启控制；其中，在所述汗水检测设备中，在将红外图像作为检测图像前，将红外图像进行可见光式图像转换，将转换后的图像作为检测图像；所述数字信号处理器根据温差实现对卧室窗户的开启控制具体包括：所述数字信号处理器控制所述窗户控制设备，使得所述窗户控制设备控制窗户的开度与温差成正比；所述移动硬盘预先存储了温差开度对照表，所述温差开度对照表给出了每一个温差范围与窗户开度的映射关系，所述数字信号处理器根据所述温差开度对照表使得所述窗户控制设备控制窗户的开度与温差成正比。
更具体地，在所述基于室内外温差的窗户自动开启平台中：所述数字信号处理器为TI公司的DSP芯片。
更具体地，在所述基于室内外温差的窗户自动开启平台中：所述图像预处理子设备、所述阈值选择子设备、所述人体分割子设备和所述汗水提取子设备分别采用不同型号的FPGA芯片来实现。
更具体地，在所述基于室内外温差的窗户自动开启平台中：所述图像预处理子设备、所述阈值选择子设备、所述人体分割子设备和所述汗水提取子设备被集成在同一块集成电路板上。
更具体地，在所述基于室内外温差的窗户自动开启平台中，所述开启平台还包括：无线通信接口，与所述数字信号处理器连接，用于接收并无线发送所述环境亮度和所述温差。
更具体地，在所述基于室内外温差的窗户自动开启平台中：所述无线通信接口为GPRS移动通信接口、3G移动通信接口和4G移动通信接口中的一种。
附图说明
以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：
图1为根据本发明实施方案示出的基于室内外温差的窗户自动开启平台的结构方框图。
附图标记：1室外温度传感器；2室内温度传感器；3窗户控制设备；4数字信号处理器
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的基于室内外温差的窗户自动开启平台的实施方案进行详细说明。
对于卧室来说，其窗户是决定室内通风情况的重要工具。窗户的开闭和窗户开启的程度决定了室内的温度、湿度以及室内空气的质量。在白天，卧室内的人们可以自行对窗户进行开闭和开启度控制，甚至在白天，可能没有人在卧室内休息，然而在夜间，一般卧室内都存在人员休息，而且人员处于睡眠状态，无法对窗户进行控制，这时只能在睡觉前将窗户控制在打开和关闭两个状态，而在睡眠中无法灵活根据室内外温差和室内人员流汗程度进行窗户的开闭和开启度控制。
为了克服上述不足，本发明搭建了一种基于室内外温差的窗户自动开启平台，采用视觉机器控制的方式，即使卧室内人员处于睡眠状态，也能灵活根据室内外温差和室内人员流汗程度进行窗户的开闭和开启度控制。
图1为根据本发明实施方案示出的基于室内外温差的窗户自动开启平台的结构方框图，所述开启平台包括室外温度传感器、室内温度传感器、窗户控制设备和数字信号处理器，所述室外温度传感器用于检测卧室内部的室内温度，所述室外温度传感器用于检测卧室外部的室外温度，所述数学信号处理器与所述室外温度传感器、所述室内温度传感器和所述窗户控制设备分别连接，计算室内温度和室外温度之间的温差，基于所述温差控制所述窗户控制设备实现对卧室窗户的开启控制。
接着，继续对本发明的基于室内外温差的窗户自动开启平台的具体结构进行进一步的说明。
所述开启平台还包括：红外热相设备，设置在卧室室内，用于对卧室室内拍摄以获得红外图像。
所述开启平台还包括：可见光成像设备，设置在卧室室内，用于对卧室室内拍摄以获得可见光图像。
所述开启平台还包括：亮度传感设备，设置在卧室内，用于实时检测并输出卧室内部的环境亮度。
所述开启平台还包括：汗水检测设备，设置在卧室睡床位置，与所述红外热相设备和所述可见光成像设备分别连接，用于对所述红外图像或所述可见光图像进行图像处理。
所述开启平台还包括：供电设备，设置在卧室外部的外墙上，包括太阳能供电器件、市电接口、切换开关和电压转换器，所述切换开关与所述太阳能供电器件和所述市电接口分别连接，根据市电接口处的市电电压大小决定是否切换到所述太阳能供电器件以由所述太阳能供电器件供电，所述电压转换器与所述切换开关连接，以将通过切换开关输入的5V电压转换为3.3V电压。
所述开启平台还包括：移动硬盘，用于预先存储亮度阈值、人体灰度阈值范围和预设像素数量阈值；所述汗水检测设备与所述红外热相设备和所述可见光成像设备分别连接，用于接收红外图像或可见光图像以作为检测图像。
所述汗水检测设备包括图像预处理子设备、阈值选择子设备、人体分割子设备和汗水提取子设备；所述图像预处理子设备对所述检测图像依次执行边缘增强处理、自适应递归滤波处理、图像膨胀处理、图像腐蚀处理和灰度化处理，以获得灰度化图像。
所述阈值选择子设备与所述移动硬盘和所述图像预处理子设备分别连接，用于依次从所述人体灰度阈值范围中选择一个值作为预选灰度阈值，采用预选灰度阈值将灰度化图像划分为预选背景区域和预选目标区域，计算预选背景区域占据灰度化图像的面积比例作为背景面积比，计算预选背景区域的像素平均灰度值作为背景平均灰度值，计算预选目标区域占据灰度化图像的面积比例作为目标面积比，计算预选目标区域的像素平均灰度值作为目标平均灰度值，将背景平均灰度值减去目标平均灰度值，获得的差的平方乘以目标面积比和背景面积比，获得的乘积作为阈值乘积，选择阈值乘积最大的预选灰度阈值作为目标灰度阈值。
所述人体分割子设备与所述阈值选择子设备连接，用于采用目标灰度阈值将灰度化图像划分为背景图像和人体图像。
所述汗水提取子设备与所述人体分割子设备和所述移动硬盘分别连接，从人体图像中提取符合汗水形态的各个汗水子图像，累计各个汗水子图像中的像素总和，当得到的像素总和大于预设像素数量阈值时，判断人体存在汗水并输出存在汗水信号，当得到的像素总和小于等于预设像素数量阈值时，判断人体不存在汗水并输出不存在汗水信号。
所述数字信号处理器与所述室外温度传感器、所述室内温度传感器、所述红外热相设备、所述可见光成像设备、所述室内亮度传感设备、所述移动硬盘、所述汗水检测设备和所述窗户控制设备分别连接，当接收到的环境亮度小于等于亮度阈值时，打开所述红外热相设备并关闭所述可见光成像设备，当接收到的环境亮度大于亮度阈值时，关闭所述红外热相设备并打开所述可见光成像设备。
所述数字信号处理器还在接收到存在汗水信号，将室内温度减去室外温度以获得温差，根据温差实现对卧室窗户的开启控制。
其中，在所述汗水检测设备中，在将红外图像作为检测图像前，将红外图像进行可见光式图像转换，将转换后的图像作为检测图像；所述数字信号处理器根据温差实现对卧室窗户的开启控制具体包括：所述数字信号处理器控制所述窗户控制设备，使得所述窗户控制设备控制窗户的开度与温差成正比；所述移动硬盘预先存储了温差开度对照表，所述温差开度对照表给出了每一个温差范围与窗户开度的映射关系，所述数字信号处理器根据所述温差开度对照表使得所述窗户控制设备控制窗户的开度与温差成正比。
可选地，在所述开启平台中：所述数字信号处理器为TI公司的DSP芯片；所述图像预处理子设备、所述阈值选择子设备、所述人体分割子设备和所述汗水提取子设备分别采用不同型号的FPGA芯片来实现；所述图像预处理子设备、所述阈值选择子设备、所述人体分割子设备和所述汗水提取子设备被集成在同一块集成电路板上；所述开启平台还包括：无线通信接口，与所述数字信号处理器连接，用于接收并无线发送所述环境亮度和所述温差；以及，所述无线通信接口可以为GPRS移动通信接口、3G移动通信接口和4G移动通信接口中的一种。
另外，FPGA(Field－Programmable Gate Array)，即现场可编程门阵列，他是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。他是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
以硬件描述语言(Verilog或VHDL)所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至FPGA上进行测试，是现代IC设计验证的技术主流。这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路(比如AND、OR、XOR、NOT)或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器(Flip－flop)或者其他更加完整的记忆块。系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来，就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里。一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变，所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。
FPGA一般来说比ASIC(专用集成电路)的速度要慢，实现同样的功能比ASIC电路面积要大。但是他们也有很多的优点比如可以快速成品，可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。厂商也可能会提供便宜的但是编辑能力差的FPGA。因为这些芯片有比较差的可编辑能力，所以这些设计的开发是在普通的FPGA上完成的，然后将设计转移到一个类似于ASIC的芯片上。另外一种方法是用CPLD(Complex Programmable LogicDevice，复杂可编程逻辑器件)。FPGA的开发相对于传统PC、单片机的开发有很大不同。FPGA以并行运算为主，以硬件描述语言来实现；相比于PC或单片机(无论是冯诺依曼结构还是哈佛结构)的顺序操作有很大区别。
早在1980年代中期，FPGA已经在PLD设备中扎根。CPLD和FPGA包括了一些相对大数量的可编辑逻辑单元。CPLD逻辑门的密度在几千到几万个逻辑单元之间，而FPGA通常是在几万到几百万。CPLD和FPGA的主要区别是他们的系统结构。CPLD是一个有点限制性的结构。这个结构由一个或者多个可编辑的结果之和的逻辑组列和一些相对少量的锁定的寄存器组成。这样的结果是缺乏编辑灵活性，但是却有可以预计的延迟时间和逻辑单元对连接单元高比率的优点。而FPGA却是有很多的连接单元，这样虽然让他可以更加灵活的编辑，但是结构却复杂的多。
采用本发明的基于室内外温差的窗户自动开启平台，针对现有技术中卧室人员在睡眠状态时窗户无法控制的技术问题，引入了亮度传感设备和室内外传感器和采用自适应分割阈值的汗水检测设备，实现在卧室人员熟睡时根据室内外温差和室内人员流汗程度对卧室窗户进行的自动化控制。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (1)
1.一种基于室内外温差的窗户自动开启平台，所述开启平台包括室外温度传感器、室内温度传感器、窗户控制设备和数字信号处理器，所述室外温度传感器用于检测卧室内部的室内温度，所述室外温度传感器用于检测卧室外部的室外温度，所述数字信号处理器与所述室外温度传感器、所述室内温度传感器和所述窗户控制设备分别连接，计算室内温度和室外温度之间的温差，基于所述温差控制所述窗户控制设备实现对卧室窗户的开启控制；
其特征在于，所述开启平台还包括：
红外热相设备，设置在卧室室内，用于对卧室室内拍摄以获得红外图像；
可见光成像设备，设置在卧室室内，用于对卧室室内拍摄以获得可见光图像；
亮度传感设备，设置在卧室内，用于实时检测并输出卧室内部的环境亮度；
汗水检测设备，设置在卧室睡床位置，与所述红外热相设备和所述可见光成像设备分别连接，用于对所述红外图像或所述可见光图像进行图像处理；
供电设备，设置在卧室外部的外墙上，包括太阳能供电器件、市电接口、切换开关和电压转换器，所述切换开关与所述太阳能供电器件和所述市电接口分别连接，根据市电接口处的市电电压大小决定是否切换到所述太阳能供电器件以由所述太阳能供电器件供电，所述电压转换器与所述切换开关连接，以将通过切换开关输入的5V电压转换为3.3V电压；
移动硬盘，用于预先存储亮度阈值、人体灰度阈值范围和预设像素数量阈值；
所述汗水检测设备与所述红外热相设备和所述可见光成像设备分别连接，用于接收红外图像或可见光图像以作为检测图像；所述汗水检测设备包括图像预处理子设备、阈值选择子设备、人体分割子设备和汗水提取子设备；所述图像预处理子设备对所述检测图像依次执行边缘增强处理、 自适应递归滤波处理、图像膨胀处理、图像腐蚀处理和灰度化处理，以获得灰度化图像；所述阈值选择子设备与所述移动硬盘和所述图像预处理子设备分别连接，用于依次从所述人体灰度阈值范围中选择一个值作为预选灰度阈值，采用预选灰度阈值将灰度化图像划分为预选背景区域和预选目标区域，计算预选背景区域占据灰度化图像的面积比例作为背景面积比，计算预选背景区域的像素平均灰度值作为背景平均灰度值，计算预选目标区域占据灰度化图像的面积比例作为目标面积比，计算预选目标区域的像素平均灰度值作为目标平均灰度值，将背景平均灰度值减去目标平均灰度值，获得的差的平方乘以目标面积比和背景面积比，获得的乘积作为阈值乘积，选择阈值乘积最大的预选灰度阈值作为目标灰度阈值；所述人体分割子设备与所述阈值选择子设备连接，用于采用目标灰度阈值将灰度化图像划分为背景图像和人体图像；所述汗水提取子设备与所述人体分割子设备和所述移动硬盘分别连接，从人体图像中提取符合汗水形态的各个汗水子图像，累计各个汗水子图像中的像素总和，当得到的像素总和大于预设像素数量阈值时，判断人体存在汗水并输出存在汗水信号，当得到的像素总和小于等于预设像素数量阈值时，判断人体不存在汗水并输出不存在汗水信号；
所述数字信号处理器与所述室外温度传感器、所述室内温度传感器、所述红外热相设备、所述可见光成像设备、所述室内亮度传感设备、所述移动硬盘、所述汗水检测设备和所述窗户控制设备分别连接，当接收到的环境亮度小于等于亮度阈值时，打开所述红外热相设备并关闭所述可见光成像设备，当接收到的环境亮度大于亮度阈值时，关闭所述红外热相设备并打开所述可见光成像设备；所述数字信号处理器还在接收到存在汗水信号，将室内温度减去室外温度以获得温差，根据温差实现对卧室窗户的开启控制；
其中，在所述汗水检测设备中，在将红外图像作为检测图像前，将红外图像进行可见光式图像转换，将转换后的图像作为检测图像；
其中，所述数字信号处理器根据温差实现对卧室窗户的开启控制具体包括：所述数字信号处理器控制所述窗户控制设备，使得所述窗户控制设备控制窗户的开度与温差成正比；
其中，所述移动硬盘预先存储了温差开度对照表，所述温差开度对照表给出了每一个温差范围与窗户开度的映射关系，所述数字信号处理器根据所述温差开度对照表使得所述窗户控制设备控制窗户的开度与温差成正比。
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