基于红外阵列传感器的室内动静人体智能探测器的研发

基于红外阵列传感器的室内动静人体智能探测器的研发

王姿晴 郭志波 史宏图 安童 田小浪

扬州大学，江苏 扬州 225127

基金项目：

扬州大学2020年创新创业训练计划项目（X20200405）

作者简介：

王姿晴(2000-)，女，回族，江苏宿迁人，扬州大学本科在读，自动化专业

摘要：随着人们对于电量需求逐渐增大，为了响应绿色节能号召，减缓电量的供需矛盾，在保证人们舒适度的前提下对办公及家具电器实现智能节能的需求刻不容缓。基于AMG8833红外阵列传感器的室内动静人体探测器可以检测静态人体及其移动和细微动作，将获取的温度信号正确输入单片机内，并构建LoRa无线传输网络，经过计算分析下达指令到用户端，实现自动调节室内照明设备、空调等，实现“人走断电”的效果。这种探测器既避免了传统摄像头所带来的人身隐私侵犯问题，又解决了普通红外传感器对于静态人体无法准确检测的缺陷。此外，自2020年开始，全球人民受到的新冠病毒的威胁，新冠的主要表现形式发热，如果实现对人体温度的及时检测并反馈异常，对疫情的控制也起到至关重要的作用。

关键词：红外阵列传感器；动静人体检测；LoRa无线传输网络；云平台；

0引言

中国作为人口大国，随着国民经济的逐步增长，电量的消耗也逐步增大。特别到了夏季用电高峰期，如何减缓电量的供需矛盾是一个十分棘手的问题。2016年，国家发布了《“十三五”节能行动计划》其中提到全民节能计划包括节能科技支撑行动、节能产品推广行动。2020年中国全社会的用电量，达到7万多亿千瓦时，相比下增长了3.1%,其中第一、二、三产业用电分为八百多亿千瓦时、51215亿千瓦时、12087亿千瓦时，相比下分别增长10.2%、2.5%、1.9%；百姓居民生活所用的电量为一万多亿千瓦时，相比增长了6.9%。在节能需求强烈及政府大力支持的背景下，智能家具节能的研发刻不容缓，这课题的研究具有很强的实用性和适用性。

1系统结构设计

采用的是AMG8833红外热像仪，实现二维温度检测。根据设定的温度范围检测到室内温度的差异，从而察觉到人员的存在，并且将温度根据人的位置分布在8*8的热敏单元中，并实时根据人体的姿态变化改变热敏单元中所呈现温度变化范围，从而实现对静止人体和移动方向与细微动作的检测，并在IC内部进行估阵演算对热敏单元内温度信息进行数字化输出，将数据显示成热图像.返还一组64的红外温度度数。通过基于LoRa技术的低功耗广域网的系统架构，转化为互联网传至云平台，最后转送到空调、照明，预警等物联网开关控制中。

图1系统结构框图

2对静态人体及移动和细微动作的检测

人体检测及采集是整个探测器正常运作的关键。通过颠末红外线反射的原理，当在红外地区内检测到人的肢体，红外线发射管反馈遮挡信息，即就能勘测到人体被篡改红外光谱，利用 IC的输出信号。可判断人体的具体动作，创建人体红外数据库，使用傅里叶变换及小波变换相融合的数学方法，对数据处理分析并提取特征，特征量为时域信号和小波近似系数的频谱信息。然后通过BP神经网络法和聚类法实现分类处理，基于红外数据库的基础上进行实验，并取得初步成果。

图2 AMG88内部电路图

图3 AMG88像素排列

图4 连接电路图

3基于LoRa技术的低功耗广域网的系统架构

基本上LorWAN这种网络协议都是基于LoRa技术的，但就此而言，星形网络体系结构是一般常用结构，有以下几个类型：一、点对点的通信，即通信在点A处启动，并在有或没有响应确认的情况下直接在点B接收。该网络体系结构仅使用LoRa调制的高灵敏度。优点在于最简单，但不足是没有网络。星型网络并发可以看作一点对多点，通信的网络体系结构。在实际操作中，多个节点也可以在同一时刻与中心点通信。二、星型网络并行系统具有出色的连续性，可用于独立网络构建或跨网络。三、星型网络轮询可以做到单一通讯多个的功能，它和第二种通讯方式的不同在于无法实现同步，它的优势是其成本相比之下较低，不足在于网络的实时性能却不高。
以上三种网络体系结构，前两种的系统配置是比较简单的。因为它们的网络体系结构都是简单的端点节点，分为主节点和从节点。当数据信息传送给主节点后，从节点会接受到来自主节点的下行确认帧，即从节点进入休眠状态。星型网络并行系统包括节点、网关、服务器三个方面。

4嵌入式操作系统Linux

这是一款很常见的操作系统，经常应用于许多便携式控制系统之中。较好的可移植性，可自由裁剪的模块都是它的特点。可移植具体来看是，能够从一种平台到另外一种操作平台上，正确的运行自身。模块可自由裁剪即是：Linux 操作系统的许多子系统是由模块构成，这种独特的模块结构使得 Linux 能够自由的裁剪自身，以适应各种应用场合，这一特性使得 Linux 在各种便携式设备中运用自如。

文本操作界面和系统调用接口是Linux系统的两种控制方式。一方面文本操作界面使得系统管理人员能更好的配置系统，其提供的shell脚本编辑功能使得系统能够自动执行复杂的系统命令。另一方面系统调用接口提供给用户更加丰富的文件操作功能，使得程序的运行更加高效。Linux的网络支持相当丰富，其中一个是能够连接互联网，用户可以通过Linux操作系统与任何人在互联网上通信。另一个重要的网络功能是远程访问和文件传输，该功能使得用户在任何一个地放都可以通过Internet访问系统，并能对系统上的文件进行读取，是修 改。这使得 Linux 的维护免得机器方面，成本大大降低。

5云平台

对于云平台，选择近些年比较热门的基于Ayal模块的云平台，这种云平台模式也被很多电器厂家使用。通过Ayal模块我们可以将用户端与智能设备连接，为探测器提供更加智能人性化快捷服务。在Ayal正常工作的前提下，数据传输单元利用局域网或者广域网与用户端或者云平台相连接，这样就可以做到智能设备和用户直接的数据传输，传输的数据通过数据处理单元，对接收到的数据进行分析处理，快速有效的通过总线传送给智能设备端或者将处理信息反馈给用户端。

图5 云平台工作原理框图

6智能控制的软件设计

器件智能控制的软件设计是实现智能的主要纽带采集点主要流程：当电器控制系统检测到LoRa入网成功，采集点等汇聚点发送指令，一旦解析到的指令信息为传感器数据采集指令，将会调动传感器检测人体及温度，然后将采集参数打包经过LoRa网络发送到汇聚点，进入单片机进行处理，解析后发至云平台，调用执行机构运行程序，调节电器的参数。采集点完成一次采集后，程序回到中断请求状态，以便执行下一次指令。

7结束语

红外温度检测同传统的摄像头检测相比，在物体检测有着得天独厚的优势，精度高，体积小，便携性好，除此之外，有着良好兼容性。红外温度传感器应用范围十分广泛，不会受制于光线，气候等方面的影响。在环境复杂的情况下依旧可以保持高性能工作状态。在这，红外温度传感器可以出发保护使用者的隐私，以免受到来自各种环节的侵犯。

在网络告诉发展的今天，我们很难保证家用摄影头不会收到来自互联网的攻击，从而导致使用者的隐私泄露，造成经济和心理上的伤害。我们的软件就是红外温度检测的基础上设计，实现对室内动静人体的检测并呈现。

参考文献

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