CN109673092B - 一种教室智能灯光管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种教室智能灯光管理系统及方法，包括处理器和执行部件，执行部件包括设置于教室内的监控设施，安装在室内灯管组线路的并联节点处、分别控制每个灯管的电路开闭合的继电器组，控制继电器组动作的控制器；处理器接收监控信息，被配置为基于人物识别算法对室内是否有人员进行识别，结合识别结果，基于标定矩形框起始坐标的定位算法对人员位置进行定位，将定位信息转化为控制指令，控制相应的继电器闭合或断开，以控制人员所在区域内的灯管。

Description

一种教室智能灯光管理系统及方法

技术领域

本公开涉及一种教室智能灯光管理系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

为了给上晚自习的同学创造良好的学习环境，校园的教学楼在夜间未静校之前通常会将教室的照明灯全部打开。而现实情况则是许多灯管全亮的教室仅有几个学生甚至空无一人。同时，夜间学习的学生普遍没有离去后随手关灯的习惯，所以很大程度上依赖于人的主动性。这不仅造成了校园电力资源的极大浪费，还白白增加了校方的开销与维护费用。

国内室内摄像头技术已经过了数十年的开发，红外监控摄像头技术早已于数年前基本完成全国范围内的普及。尤其是高校及企业内等人流量大的公共场所，已大量采用红外监控摄像头。因此，在进行基于红外监控摄像头的技术开发时，并不需要大范围的进行硬件设备的更换。而通过简单改造，能够实用的教室智能灯光控制系统更加可行。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种教室智能灯光管理系统及方法，本公开实现了教室内人数少且作为分散情况下“一人开一灯”的最大节电效果，避免了大片灯光造成的资源浪费。本公开的识别效果好，灯光延时关闭具有人性化，对教师硬件环境改造小，实用性强，节电效果好。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种教室智能灯光管理系统，包括处理器和执行部件，其中：

所述执行部件包括设置于教室内的监控设施，安装在室内灯管组线路的并联节点处、分别控制每个灯管的电路开闭合的继电器组，控制继电器组动作的控制器；

所述处理器接收监控信息，被配置为基于人物识别算法对室内是否有人员进行识别，并结合识别结果，基于标定矩形框起始坐标的定位算法对人员位置进行定位，进而将人员定位信息转化为控制指令，控制相应的继电器闭合或断开，以控制人员所在区域内的灯管，实现节电的效果。

作为一种可选的实施方案，还包括无线传输模块，所述监控设施和控制器均通过无线传输模块与所述处理器通信。

作为一种可选的实施方案，还包括延时器，所述延时器与控制器相连接，所述处理器在识别人员离开后，发送关闭控制指令，经过延时器延时后，对应的继电器执行所述关闭控制指令。

作为一种可选的实施方案，还包括定时器和光检测传感器，所述定时器、光检测传感器均与处理器相连接，所述处理器根据光照信息，设置继电器组的开关时长，并传输给所述定时器，所述定时器在设定的时间发送信号给控制器，控制器控制所述继电器组执行设定的开关动作。

当然，定时器、光检测传感器也可以通过无线传输模块与控制器/处理器通信。

作为进一步的限定，所述处理器被配置为设置有优先级工作模式，在监控设施检测到室内有人时，室内各灯管的机械开关的优先级高于所述处理器的优先级；在室内无人时，所述处理器的优先级高于机械开关的优先级。

作为一种可选的实施方案，所述控制器为单片机。

作为一种可选的实施方案，所述光检测传感器为光敏电阻串联电位器。

一种教室智能灯光管理方法，基于人物识别算法对室内的人员进行识别，并基于标定矩形框起始坐标的定位算法对人员位置进行定位，将定位信息转化为控制指令，控制相应的继电器闭合，点亮人员所在区域内的灯管；如果室内没有人员，则断开室内所有的继电器。

作为进一步的限定，所述人物识别算法为基于YOLOv3的人物识别算法。

作为进一步的限定，所述定位的过程包括根据标定矩形框会将图像中的人物圈出的原理，通过已有类，定义并存储一个标定矩形框的所需坐标参数，利用坐标将屏幕分为任意多个区域，将标定矩形框的坐标作为人物的坐标，即对人物进行定位。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

1.节约能源，绿色经济。运用新型技术调控照明灯光的开关能够节约电能，我国绝大多数的电力资源为火力发电，节约电能可以减少火电厂工作生产，减少温室气体的排放。同时合理的管控灯光，避免无用的灯光使用可以减少现如今世界上越来越严重的光污染。

2.技术和相关算法先进、成熟。随着深度学习的兴起，现在人脸、人体识别的技术已经相对成熟，相关算法多样且趋于稳定，人物识别已经广泛应用于市场用来完成各种功能。通过采用国际先进的基于YOLOv3的人物识别算法，使得教室智能灯光管理系统的人物识别准确率高，能够更加稳定、高效的使用教室智能灯光管理系统。

3.成本低廉。教室智能灯光管理系统多使用普及性广，性能优异，发展完善的相关硬件基础设备单元，在保证教室智能灯光管理系统性能的条件下选取较为低廉的器件，易于器件的采购与教室智能灯光管理系统的推广，大大增强了教室智能灯光管理系统的市场竞争力。

4.进行高精度调控(仅开启部分灯管，甚至人物正上方的一根灯管)，从而使节电效果更加显著。

5.定时控制系统保证师生正常作息、光敏系统保证阴雨天正常使用、延时关闭系统改善用户临时外出处理事务时的使用效果。多种功能共同改善管控效果，在最大限度降低成本的同时，有效提高系统可行性、实用性、人性化程度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本公开的主要硬件设施结构图；

图2是本公开的核心服务器内主要算法流程图；

图3是本公开的基于标定矩形框起始坐标的定位算法流程示意图；

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

本实施例的整体装置结构如图1所示，主要包括由监控摄像头、电灯、继电器组、Wi-Fi信号传输模块、光敏电阻等构成的前端硬件，以及服务器阵列组成的核心服务器组成。

监控摄像头与核心服务器的输入部分相连；输入部分与基于视频的室内信息矫正技术模块相连；矫正后图像接入软件部分由基于YOLOv3的人物(人脸、人体)识别算法；处理后人物信息接入基于标定矩形框起始坐标的定位算法；定位算法生成的位置信息转化为控制信息，控制信息经服务器输出部分输出；核心服务器的输出部分与无线传输模块相连；无线传输模块与单片机控制器相连；单片机控制器与继电器组相连；继电器组安装在室内灯管组线路的并联节点处，分别控制每个灯管的电路开闭合；定时器、延时器与单片机控制器相连。

监控摄像头负责采集室内图像并传输给核心服务器；核心服务器置于监控室内，内置主要算法如图2所示，负责对室内图像进行人物识别、分区定位并生成控制信息，然后将控制信息通过无线(Wi-Fi)传输模块传输给单片机控制器；无线信号传输模块与单片机控制器继电器组集成为一体，负责将接收到控制信号传递给单片机控制器，完成对继电器组的控制；继电器组安装在室内灯管组线路的并联节点处，分别控制每个灯管的电路开闭合，继电器组由单片机控制器控制。

如图3所示，基于标定矩形框起始坐标的定位算法的主要流程为：根据标定矩形框会将图像中的人物圈出的原理，通过已有类，定义并存储一个标定矩形框的所需坐标参数，如宽度和高度等。利用坐标可将屏幕分为任意多个区域。将标定矩形框的坐标作为人物的坐标，即可对人物进行定位。

可以识别和人员定位结果判断是否有人进入，进入人员的身份、权限，以及所处位置，以便用于后续控制灯光的开关，实现节电的效果。

单片机控制模块1中的单片机型号为STM32F103C8T6。

光检测传感器使用光敏电阻串联电位器。

继电器组(6)由多个继电器组成安装在室内灯管组线路的并联节点处，每个继电器分别控制一个灯管的电路开启或闭合。继电器为SLC系列的普通继电器。

信号传输模块(4)采用有线或无线进行通信，由室内具体改造成本决定，成本低者优先。有线传输模块将对教室原来的网线和电线进行改造，无线传输模块选用Wi-Fi无线通信模块，型号为ESP8266。

无线(Wi-Fi)通过网络调试助手实现核心服务器与模块的收发数据功能。

通过对继电器模块组的控制，可根据实际使用要求实现“一人对一灯”的高精确度控制或较大面积分区域控制的不同管理方式，以满足用户的不同使用要求。

本实施例共有两种模式可供选择，模式的切换可由后台程序人为控制。模式一为主要模式：在摄像头检测到教室内有人时，系统正常运行，同时机械开关优先级高于识别系统，保证在系统认为亮度足够但师生认为亮度不足或室内需要关灯放映影片等的事实情况；而在室内无人时，系统的优先级则要高于机械开关，保证开灯后有人遗忘关灯的情况下可自动关灯。模式二为辅助模式：管理人员可通过对后台管理系统的操作强制对室内灯光的管理，如室内无人时依旧需要灯光等。

在系统正式使用前，后台管理人员可根据学校的实际桌椅及灯光电路连接情况辅助系统进行课桌区和走廊区的初始化设定。同时也可根据应用地点的实际工作时间和四季的昼夜交替定时设置系统的开启时间和关闭时间。完成系统的基本初始化。

本实施例还具有识别延时、光敏感应等功能，能够利用好现有的灯管组、机械开关，监控摄像头和局域网，实现较为高效的照明能源的利用。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种教室智能灯光管理系统，其特征是：包括处理器和执行部件，其中：

所述执行部件包括设置于教室内的监控设施，安装在室内灯管组线路的并联节点处、分别控制每个灯管的电路开闭合的继电器组，控制继电器组动作的控制器；

所述处理器接收监控信息，被配置为基于人物识别算法对室内是否有人员进行识别，并结合识别结果，基于标定矩形框起始坐标的定位算法对人员位置进行定位，进而将人员定位信息转化为控制指令，控制相应的继电器闭合或断开，以控制人员所在区域内的灯管；

所述监控设施与核心服务器的输入部分相连；所述输入部分与基于视频的室内信息矫正技术模块相连；处理后人物信息接入基于标定矩形框起始坐标的定位算法；

延时器与控制器相连接，所述处理器在识别人员离开后，发送关闭控制指令，经过延时器延时后，对应的继电器执行所述关闭控制指令；

所述处理器被配置为设置有优先级工作模式，在监控设施检测到室内有人时，室内各灯管的机械开关的优先级高于所述处理器的优先级；在室内无人时，所述处理器的优先级高于机械开关的优先级。

2.如权利要求1所述的一种教室智能灯光管理系统，其特征是：还包括无线传输模块，所述监控设施和控制器均通过无线传输模块与所述处理器通信。

3.如权利要求1所述的一种教室智能灯光管理系统，其特征是：还包括定时器和光检测传感器，所述定时器、光检测传感器均与处理器相连接，所述处理器根据光照信息，设置继电器组的开关时长，并传输给所述定时器，所述定时器在设定的时间发送信号给控制器，控制器控制所述继电器组执行设定的开关动作。

4.如权利要求1所述的一种教室智能灯光管理系统，其特征是：所述控制器为单片机。

5.如权利要求3所述的一种教室智能灯光管理系统，其特征是：所述光检测传感器为光敏电阻串联电位器。

6.一种教室智能灯光管理方法，其特征是：应用在权利要求1-5任一项所述的教室智能灯光管理系统，还包括，基于人物识别算法对室内的人员进行识别，并基于标定矩形框起始坐标的定位算法对人员位置进行定位，将定位信息转化为控制指令，控制相应的继电器闭合，点亮人员所在区域内的灯管；如果室内没有人员，则断开室内所有的继电器。

7.如权利要求6所述的一种教室智能灯光管理方法，其特征是：所述人物识别算法为基于YOLOv3的人物识别算法。

8.如权利要求7所述的一种教室智能灯光管理方法，其特征是：所述定位的过程包括根据标定矩形框会将图像中的人物圈出的原理，通过已有类，定义并存储一个标定矩形框的所需坐标参数，利用坐标将屏幕分为任意多个区域，将标定矩形框的坐标作为人物的坐标，即对人物进行定位。

Images