CN112074040A - 一种太阳能智能监控路灯及其监控控制方法 - Google Patents

一种太阳能智能监控路灯及其监控控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种太阳能智能监控路灯及其监控控制方法，太阳能电池板、可充电锂电池、光伏控制器电路模块、红外传感器电路模块、CMOS传感器电路模块、视频管理电路模块、视频管理电路供电电路模块、Flash电路模块、LED驱动电路模块和LED灯；太阳能电池板通过光伏控制器电路与可充电锂电池电连接；可充电锂电池通过视频管理电路供电电路模块与视频管理电路模块电连接；LED驱动电路与LED灯电连接，LED驱动电路、红外传感器电路模块和CMOS传感器电路模块分别与视频管理电路模块电连接。红外传感器检测到红外信号后控制LED灯亮起；N秒后，视频管理电路模块分析监控视频中是否人，进而控制LED灯继续亮起或熄灭。

Description

一种太阳能智能监控路灯及其监控控制方法
技术领域
本发明涉及路灯技术领域，尤其涉及一种太阳能智能监控路灯及其监控控 制方法。
背景技术
目前，大部分小区、医院、办公楼等公共区域的路灯一般是采用声控路灯。 声控路灯使用时，在有人经过时发出声音触发声控LED灯亮起，而声音消失一 段时间(如2min)则声控LED灯熄灭，有时候人还在就熄灭了，需要重新触发。 再者，一般人经过路口时间短，而人经过后路灯还要亮起一定时间，造成电能 浪费。
发明内容
因此，针对上述的问题，本发明提出一种太阳能智能监控路灯及其监控控 制方法，能够准确监控人在监控区域内LED灯亮起，人离开监控区域LED灯熄 灭。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种太阳能智能监控路灯， 太阳能电池板、可充电锂电池、光伏控制器电路模块、红外传感器电路模块、 CMOS传感器电路模块、视频管理电路模块、视频管理电路供电电路模块、Flash 电路模块、LED驱动电路模块和LED灯；
所述太阳能电池板通过光伏控制器电路与可充电锂电池电连接，通过太阳 能电池板为可充电锂电池充电；所述可充电锂电池输出端通过视频管理电路供 电电路模块与视频管理电路模块电连接；所述可充电锂电池输出端与LED驱动 电路的电源输入端电连接，所述LED驱动电路的输出端与LED灯电连接形成导 电回路，所述LED驱动电路与视频管理电路模块电连接，通过视频管理电路模 块控制LED驱动电路导通或断路；
所述红外传感器电路模块采集监控区域的红外线信号生成电信号传递给视 频管理电路模块；
所述视频管理电路模块接收到红外传感器电路模块传递的电信号后控制 LED驱动电路导通N秒，LED灯亮起；同时视频管理电路模块触发CMOS传感器 电路模块启动，CMOS传感器电路模块用于拍摄监控视频并实时回传给视频管理 电路模块并存储在Flash电路模块，CMOS传感器电路模块拍摄监控视频所覆盖 的区域即为监控区域；所述视频管理电路模块还用于根据分析监控视频中是否 出现符合人体轮廓相符合的物体；若在LED驱动电路导通的N秒之后，视频管 理电路模块分析监控视频中有持续出现符合人体轮廓相符合的物体，则视频管 理电路模块控制LED驱动电路持续导通，LED灯持续亮起；若在LED驱动电路导通的N秒之后，视频管理电路模块分析监控视频中没有出现符合人体轮廓相符 合的物体，则视频管理电路模块控制LED驱动电路持续断开，LED灯熄灭。
进一步的，还包括音频电路模块，所述音频电路模块与视频管理电路模块 电连接，在在LED驱动电路导通期间，通过音频电路模块播放音乐。
一种应用于上述太阳能智能监控路灯的监控控制方法，包括以下步骤：
步骤一、当红外传感器电路模块采集监控区域的红外线信号产生电信号传 递给视频管理电路模块；
步骤二、触发CMOS传感器电路模块启动，CMOS传感器电路模块用于拍摄监 控视频并实时回传给视频管理电路模块并存储在Flash电路模块；
步骤三、视频管理电路模块加载摄监控视频，并从摄监控视频中获取若干 帧静态图像的平均值对背景图像建模，背景图像建模公式1为：
Ba(k+1)＝(1-α)Ba(k)+αIa(k)——公式1；
公式1中Ba表示当前背景模型，Ia表示当前帧图像，α表示背景更新系数， K为当前帧图像帧数，并实时更新背景图像数据；
步骤四、将获取到的静态帧彩色图片转换成灰度图像并二值化，得到一些 离散的黑白点块，利用图像平滑出去噪声，再对图像进行锐化处理，增强人形 与背景差异，提取运动目标，得到前景二值图像公式2：
Figure BDA0002639279460000031
公式2中Ba(x,y)表示当前二值图像，Ia(x,y)表示背景二值图像，(x,y) 为像素坐标，如果当前帧图像与背景的二值图像差值大于阈值时，则值为1，反 之为0；
步骤五、通过背景差，提取运动人形轮廓，对轮廓进行水平和垂直投影， 将水平和垂直投影矢量合成一维矢量，并进行归一化处理，在此基础上求得人 形重心位置，从而得到动态特征向量，计算出目标的大小和位置公式3-公式8， 分别为：
Figure BDA0002639279460000032
Figure BDA0002639279460000033
Figure BDA0002639279460000034
Figure BDA0002639279460000035
Figure BDA0002639279460000036
Figure BDA0002639279460000037
上述公式3-公式8中fx(y，t)表示垂直投影矢量，fx(x，t)表示水平 投影矢量，x(t)表示垂直投影归一化矢量，y(t)表示水平投影归一化矢量， yc表示人形重心水平位置，xc表示人形重心垂直位置；
步骤六、在系统中设置一个检测区域，并实时扫描监测区域内的像素，当 运动目标连续出现时，表示有人形目标经过检测区域；当像素恢复为背景像素 时，表示人形目标已经经过，表示为公式9；
Figure BDA0002639279460000041
公式9中：Mp表示目标特征像素，Z表示虚拟区域状态，1表示有物体进入 监测区域，0表示监测区域内无目标；
步骤七、当Mp＞0时，视频管理电路模块控制LED驱动电路驱动LED灯亮 起照明，同时控制音频电路模块播放音乐；当Mp＝0时,视频管理电路模块控制 LED驱动电路驱动LED灯熄灭，并且音频电路模块停止播放音乐。
通过采用前述技术方案，本发明的有益效果是：本太阳能智能监控路灯在 红外传感器电路模块感应到监控区域有红外线时，由视频管理电路模块首先控 制LED驱动电路导通N秒，LED灯亮起；同时视频管理电路模块触发CMOS传感 器电路模块启动，CMOS传感器电路模块用于拍摄监控视频并实时回传给视频管 理电路模块并存储在Flash电路模块；视频管理电路模块根据分析监控视频中 是否出现符合人体轮廓相符合的物体；若在LED驱动电路导通的N秒之后，视 频管理电路模块分析监控视频中有持续出现符合人体轮廓相符合的物体，则视 频管理电路模块控制LED驱动电路持续导通，LED灯持续亮起；若在LED驱动电路导通的N秒之后，视频管理电路模块分析监控视频中没有出现符合人体轮廓 相符合的物体，则视频管理电路模块控制LED驱动电路持续断开，LED灯熄灭。 能够准确监控人在监控区域内LED灯亮起，人离开监控区域LED灯熄灭，以节 约电能。
附图说明
图1是本发明实施例的电路连接框图；
图2是本发明实施例的光伏控制器电路模块电路原理图；
图3是本发明实施例的红外传感器电路模块电路原理图；
图4是本发明实施例的CMOS传感器电路模块的第一部分电路原理图；
图5是本发明实施例的CMOS传感器电路模块的第二部分电路原理图；
图6是本发明实施例的视频管理电路供电电路模块电路原理图；
图7是本发明实施例的音频电路模块电路原理图；
图8是本发明实施例的Flash电路模块电路原理图；
图9是本发明实施例的LED驱动电路模块电路原理图；
图10是本发明实施例的视频管理电路模块电路原理图。
具体实施方式
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
参考图1-图10，本实施例提供一种太阳能智能监控路灯，如图1，包括太 阳能电池板、可充电锂电池、光伏控制器电路模块、红外传感器电路模块、CMOS 传感器电路模块、视频管理电路模块、视频管理电路供电电路模块、音频电路 模块、Flash电路模块、LED驱动电路模块和LED灯。
所述太阳能电池板通过光伏控制器电路与可充电锂电池电连接，通过太阳 能电池板为可充电锂电池充电；所述可充电锂电池输出端通过视频管理电路供 电电路模块与视频管理电路模块电连接；所述可充电锂电池输出端与LED驱动 电路的电源输入端电连接，所述LED驱动电路的输出端与LED灯电连接形成导 电回路，所述LED驱动电路与视频管理电路模块电连接，通过视频管理电路模 块控制LED驱动电路导通或断路；
所述红外传感器电路模块采集监控区域的红外线信号生成电信号传递给视 频管理电路模块；
所述视频管理电路模块接收到红外传感器电路模块传递的电信号后控制LED驱动电路导通N秒，LED灯亮起；同时视频管理电路模块触发CMOS传感器 电路模块启动，CMOS传感器电路模块用于拍摄监控视频并实时回传给视频管理 电路模块并存储在Flash电路模块，CMOS传感器电路模块拍摄监控视频所覆盖 的区域即为监控区域；所述视频管理电路模块还用于根据分析监控视频中是否 出现符合人体轮廓相符合的物体；若在LED驱动电路导通的N秒之后，视频管 理电路模块分析监控视频中有持续出现符合人体轮廓相符合的物体，则视频管 理电路模块控制LED驱动电路持续导通，LED灯持续亮起；若在LED驱动电路导通的N秒之后，视频管理电路模块分析监控视频中没有出现符合人体轮廓相符 合的物体，则视频管理电路模块控制LED驱动电路持续断开，LED灯熄灭；
所述音频电路模块与视频管理电路模块电连接，在LED驱动电路导通期间， 通过音频电路模块播放音乐。
具体的红外传感器电路模块经过电阻R1及电容C5滤波后流入芯片U1输入 端，经过芯片U1稳压后输出3.3V的电压给红外传感器电路模块供电，当红外 传感器电路模块检测到红外线时，产生微小的信号变化，经过U2内部放大器的 放大、解析后，在U2的6Pin输出高电平，经电阻R5和电容C9滤波后输出， 此输出信号作为后续亮灯及监控的触发信号；
红外传感器电路模块的二极管D1供电电压由视频管理电路供电电路模块的 电容C16和电容C17滤波，电阻R12给芯片U2使能后，输出3.3V电压给视频 管理电路供电；经过二极管D1后的供电电压由视频管理电路供电电路模块电容 C35和电容C36滤波，经电阻R26使能后，输出5V给音频电路模块供电；经过 二极管D1后的供电电压由视频管理电路供电电路模块的电容C52和C53滤波， 经电阻R40和电阻C58使能后，输出SVB动态电压给视频管理电路模块供电； 经过二极管D1后的供电电压由电容C12和电容C13滤波，电阻R11和电阻R23使能后，输出1.8V电压给视频管理电路模块的IO口供电；经过二极管D1后的 供电电压由电容C30和电容C31滤波，经电阻R22和电容C40使能后，输出2.8V 给CMOS传感器电路模块供电；经过二极管D1后的供电电压由电容C45和电容 C46滤波，经电阻R35和电容C56使能后，输出1.2V给CMOS传感器电路模块供 电。
如果红外传感器电路模块未触发感应信号，则LED灯及CMOS传感器电路模 块不工作，当红外传感器电路模块触发感应信号后，触发信号经U1的88pin触 发视频管理电路的人形识别机制。若在LED驱动电路导通的N秒之后，视频管 理电路模块分析监控视频中没有出现符合人体轮廓相符合的物体，则视频管理 电路模块控制LED驱动电路持续断开，LED灯熄灭。
具体的，上述太阳能智能监控路灯的监控控制方法，包括以下步骤：
步骤一、当红外传感器电路模块采集监控区域的红外线信号产生电信号传 递给视频管理电路模块；
步骤二、触发CMOS传感器电路模块启动，CMOS传感器电路模块用于拍摄监 控视频并实时回传给视频管理电路模块并存储在Flash电路模块；
步骤三、视频管理电路模块加载摄监控视频，并从摄监控视频中获取若干 帧静态图像的平均值对背景图像建模，背景图像建模公式1为：
Ba(k+1)＝(1-α)Ba(k)+αIa(k)——公式1；
公式1中Ba表示当前背景模型，Ia表示当前帧图像，α表示背景更新系数， K为当前帧图像帧数，并实时更新背景图像数据；
步骤四、将获取到的静态帧彩色图片转换成灰度图像并二值化，得到一些 离散的黑白点块，利用图像平滑出去噪声，再对图像进行锐化处理，增强人形 与背景差异，提取运动目标，得到前景二值图像公式2：
Figure BDA0002639279460000071
Figure BDA0002639279460000081
公式2中Ba(x,y)表示当前二值图像，Ia(x,y)表示背景二值图像，(x,y) 为像素坐标，如果当前帧图像与背景的二值图像差值大于阈值时，则值为1，反 之为0；
步骤五、通过背景差，提取运动人形轮廓，对轮廓进行水平和垂直投影， 将水平和垂直投影矢量合成一维矢量，并进行归一化处理，在此基础上求得人 形重心位置，从而得到动态特征向量，计算出目标的大小和位置公式3-公式8， 分别为：
Figure BDA0002639279460000082
Figure BDA0002639279460000083
Figure BDA0002639279460000084
Figure BDA0002639279460000085
Figure BDA0002639279460000086
Figure BDA0002639279460000087
上述公式3-公式8中fx(y，t)表示垂直投影矢量，fx(x，t)表示水平 投影矢量，x(t)表示垂直投影归一化矢量，y(t)表示水平投影归一化矢量， yc表示人形重心水平位置，xc表示人形重心垂直位置；
步骤六、在系统中设置一个检测区域，并实时扫描监测区域内的像素，当 运动目标连续出现时，表示有人形目标经过检测区域；当像素恢复为背景像素 时，表示人形目标已经经过，表示为公式9；
Figure BDA0002639279460000088
公式9中：Mp表示目标特征像素，Z表示虚拟区域状态，1表示有物体进入 监测区域，0表示监测区域内无目标；
步骤七、当Mp＞0时，视频管理电路模块控制LED驱动电路驱动LED灯亮 起照明，同时控制音频电路模块播放音乐；当Mp＝0时,视频管理电路模块控制 LED驱动电路驱动LED灯熄灭，并且音频电路模块停止播放音乐。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员 应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式 上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种太阳能智能监控路灯，其特征在于：太阳能电池板、可充电锂电池、光伏控制器电路模块、红外传感器电路模块、CMOS传感器电路模块、视频管理电路模块、视频管理电路供电电路模块、Flash电路模块、LED驱动电路模块和LED灯；
所述太阳能电池板通过光伏控制器电路与可充电锂电池电连接，通过太阳能电池板为可充电锂电池充电；所述可充电锂电池输出端通过视频管理电路供电电路模块与视频管理电路模块电连接；所述可充电锂电池输出端与LED驱动电路的电源输入端电连接，所述LED驱动电路的输出端与LED灯电连接形成导电回路，所述LED驱动电路与视频管理电路模块电连接，通过视频管理电路模块控制LED驱动电路导通或断路；
所述红外传感器电路模块采集监控区域的红外线信号生成电信号传递给视频管理电路模块；
所述视频管理电路模块接收到红外传感器电路模块传递的电信号后控制LED驱动电路导通N秒，LED灯亮起；同时视频管理电路模块触发CMOS传感器电路模块启动，CMOS传感器电路模块用于拍摄监控视频并实时回传给视频管理电路模块并存储在Flash电路模块，CMOS传感器电路模块拍摄监控视频所覆盖的区域即为监控区域；所述视频管理电路模块还用于根据分析监控视频中是否出现符合人体轮廓相符合的物体；若在LED驱动电路导通的N秒之后，视频管理电路模块分析监控视频中有持续出现符合人体轮廓相符合的物体，则视频管理电路模块控制LED驱动电路持续导通，LED灯持续亮起；若在LED驱动电路导通的N秒之后，视频管理电路模块分析监控视频中没有出现符合人体轮廓相符合的物体，则视频管理电路模块控制LED驱动电路持续断开，LED灯熄灭。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能智能监控路灯，其特征在于：还包括音频电路模块，所述音频电路模块与视频管理电路模块电连接，在在LED驱动电路导通期间，通过音频电路模块播放音乐。
3.一种应用于上述权利要求2所述的一种太阳能智能监控路灯的监控控制方法，包括以下步骤：
步骤一、当红外传感器电路模块采集监控区域的红外线信号产生电信号传递给视频管理电路模块；
步骤二、触发CMOS传感器电路模块启动，CMOS传感器电路模块用于拍摄监控视频并实时回传给视频管理电路模块并存储在Flash电路模块；
步骤三、视频管理电路模块加载摄监控视频，并从摄监控视频中获取若干帧静态图像的平均值对背景图像建模，背景图像建模公式1为：
Ba(k+1)＝(1-α)Ba(k)+αIa(k)——公式1；
公式1中Ba表示当前背景模型，Ia表示当前帧图像，α表示背景更新系数，K为当前帧图像帧数，并实时更新背景图像数据；
步骤四、将获取到的静态帧彩色图片转换成灰度图像并二值化，得到一些离散的黑白点块，利用图像平滑出去噪声，再对图像进行锐化处理，增强人形与背景差异，提取运动目标，得到前景二值图像公式2：
Figure FDA0002639279450000021
公式2中Ba(x,y)表示当前二值图像，Ia(x,y)表示背景二值图像，(x,y)为像素坐标，如果当前帧图像与背景的二值图像差值大于阈值时，则值为1，反之为0；
步骤五、通过背景差，提取运动人形轮廓，对轮廓进行水平和垂直投影，将水平和垂直投影矢量合成一维矢量，并进行归一化处理，在此基础上求得人形重心位置，从而得到动态特征向量，计算出目标的大小和位置公式3-公式8，分别为：
Figure FDA0002639279450000031
Figure FDA0002639279450000032
Figure FDA0002639279450000033
Figure FDA0002639279450000034
Figure FDA0002639279450000035
Figure FDA0002639279450000036
上述公式3-公式8中fx(y，t)表示垂直投影矢量，fx(x，t)表示水平投影矢量，x(t)表示垂直投影归一化矢量，y(t)表示水平投影归一化矢量，yc表示人形重心水平位置，xc表示人形重心垂直位置；
步骤六、在系统中设置一个检测区域，并实时扫描监测区域内的像素，当运动目标连续出现时，表示有人形目标经过检测区域；当像素恢复为背景像素时，表示人形目标已经经过，表示为公式9；
Figure FDA0002639279450000037
公式9中：Mp表示目标特征像素，Z表示虚拟区域状态，1表示有物体进入监测区域，0表示监测区域内无目标；
步骤七、当Mp＞0时，视频管理电路模块控制LED驱动电路驱动LED灯亮起照明，同时控制音频电路模块播放音乐；当Mp＝0时,视频管理电路模块控制LED驱动电路驱动LED灯熄灭，并且音频电路模块停止播放音乐。
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