殷瑞鴻

成都市第七中學(xué)

基于Arduino的情緒智能控制系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

殷瑞鴻

成都市第七中學(xué)

搭建的微信公眾平臺的人臉識別系統(tǒng)，通過微信采集、上傳人臉照片，判定主人身份并且識別情緒，即可把情緒識別結(jié)果推送給用戶，同時根據(jù)主人情緒，由arduino控制控制燈光及音樂的切換。經(jīng)測試，系統(tǒng)可以穩(wěn)定、可靠運行。

人臉識別；微信平臺；Arduino；智能控制

1 控制系統(tǒng)的研究和開發(fā)

1.1 控制系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)方案

為實現(xiàn)系統(tǒng)的基本功能，將該系統(tǒng)大致分為兩個獨立部分，一個是人臉識別系統(tǒng)，二個是燈光及音樂的智能切換系統(tǒng)。

目前有很多開源的人臉識別算法，在充分調(diào)研了現(xiàn)有的開源資料以后，本項目采用基于微軟牛津計劃的人臉識別網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序接口，微軟公開給用戶的網(wǎng)絡(luò)接口分別是Face Verify和Emotion可以滿足本系統(tǒng)開發(fā)。

人臉識別需要進(jìn)行圖片的采集，采集可以是攝像頭，或者是手機微信接口。為了減小系統(tǒng)體積，增強用戶交互和體驗，本項目采用的圖片采集方法是微信接口。

嵌入式系統(tǒng)的選取需具有足夠多的輸入輸出接口以及處理音頻信號的能力，鑒于此，本次項目采用Arduino Yun作為主控芯片[4-6]，其接口眾多，方便接入多種傳感器，還板載有OpenWrt系統(tǒng)，可以方便的進(jìn)行音頻處理。

燈光的控制選用RGB LED燈帶，這個燈帶方便控制，而且可以呈現(xiàn)很多顏色；音樂的播放選用USB音響，具有可控制的特性。

1.2 系統(tǒng)的搭建和實施

1.2.1 人臉識別系統(tǒng)的搭建

按照微軟牛津計劃提供的教程和接口，搭建了人臉識別測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以成功進(jìn)行人臉比對，人臉情緒識別，以及判斷人臉的特征數(shù)據(jù)。用戶通過微信傳入照片后，首先需要判定用戶的身份是不是主人，在確定了是主人的身份后，就可進(jìn)行主人情緒的判斷及后面的ArduinoYun控制音樂切換和燈光。

1.2.2 微信服務(wù)器的搭建

按照提供的微信公眾平臺接口，以及微信公眾平臺的開發(fā)教程，搭建微信公眾平臺的開發(fā)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以進(jìn)行照片、文本的處理。微信提供給開發(fā)者的平臺是微信公眾平臺（也就是微信公眾號，不過個人只能是訂閱號），在該平臺上，開發(fā)者可以對微信的消息回復(fù)菜單，根據(jù)需要做定制。

1.2.3 RGB LED系統(tǒng)的搭建

首先搭建燈帶的物理模型，然后合理計算電路的電壓和電流參數(shù)，燈光的控制選用LED燈帶，它們的供電電壓為5V，它們的點亮電流需要5-10mA，所以為了安全考慮，需要在電路串入電阻，以使得LED既能正常工作。最后選定電路串聯(lián)了470歐姆的電阻，保證了燈泡的正常工作。

1.2.4 音樂播放系統(tǒng)的搭建

ArduinoYun板載有OpenWrt系統(tǒng)，該系統(tǒng)是Linux系統(tǒng)面向嵌入式的一個發(fā)行版，方便的安裝外設(shè)的包文件，實現(xiàn)用嵌入式開發(fā)板ArduinoYun控制音響的播放，完成播放、暫停、停止等基本操作。

2 系統(tǒng)測試結(jié)果

2.1 微信服務(wù)器測試

搭建微信服務(wù)器時，集成了人臉的上傳、查詢及刪除功能。分別進(jìn)行了人臉的上傳、查詢及刪除功能測試：其中，輸入“12”表示要上傳主人人臉照片，輸入“13”表示查詢當(dāng)前系統(tǒng)識別的主人，輸入“14”表示刪除系統(tǒng)對某個主人的識別。

2.2 人臉比對、情緒識別測試

項目中針對人臉識別這塊，主要的功能有人臉比對、確認(rèn)及情緒識別。測試時，服務(wù)器的響應(yīng)結(jié)果包括：主人的識別，主人情緒（平靜、憂郁、開心等）。

2.3 RGB LED燈光切換

在實驗時，arduino接受到是主人后，根據(jù)主人情緒的改變，控制RGB LED燈帶根據(jù)主人的情緒做相應(yīng)的改變。RGB LED燈帶的效果圖如下圖。

平靜

憂郁

開心

2.4 音樂播放系統(tǒng)切換

根據(jù)主人不同的情緒，arduino讀取和播放mini card上相應(yīng)的情緒音樂包（用戶自行選擇），與燈光同步切換。

3 討論

現(xiàn)階段的生物識別大多應(yīng)用在企業(yè)或住宅的安全和管理，比如人臉識別門禁系統(tǒng)、人臉識別防盜門等。2015年How-Old.net風(fēng)靡網(wǎng)絡(luò)，用戶上傳照片后，會返回系統(tǒng)測試的用戶年齡，其實這只是一個簡單的人臉識別和互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合[1-3]，不過從這個事情還是可以看出，大眾對于這種新奇的高科技很感興趣，這項技術(shù)融入生活之中具有廣泛的社會價值。

通過查新和分析國內(nèi)外文獻(xiàn)，沒有發(fā)現(xiàn)人臉識別和生活中玩物的結(jié)合。該項目通過面部情緒識別算法，判斷出主人的情緒，根據(jù)主人的情緒合理的調(diào)節(jié)燈光的亮度和顏色，以及同步播放音樂。系統(tǒng)能穩(wěn)定，可靠的運行，具有較大的使用價值，可推廣應(yīng)用于智能家居臥室、咖啡廳、家用轎車音響和燈光設(shè)計，實現(xiàn)音樂對人體情緒的有益的調(diào)節(jié)作用。

4 結(jié)論

4.1 ArduinoYun實現(xiàn)的基于人臉識別的智能燈光音樂切換系統(tǒng)，開發(fā)的系統(tǒng)可根據(jù)人的情緒智能的切換。

4.2 微軟的開源人臉比對算法的精確程度、情緒識別的準(zhǔn)確程度能滿足系統(tǒng)開發(fā)要求，增強了用戶在使用系統(tǒng)時的體驗感。

4.3 微信公眾平臺能很好的進(jìn)行消息的中轉(zhuǎn)，完成服務(wù)器到用戶信息的推送。

[1]蒲東兵.用生生物識別技術(shù)及其嵌入式應(yīng)用研究物識.吉林：吉林大學(xué)，2009.

[2]嚴(yán)嚴(yán),章毓晉.基于視頻的人臉識別研究進(jìn)展.計算機學(xué)報，2009(05).

[3]吳巾一,龍毓晉.人臉識別方法綜述.計算機應(yīng)用研究，2009 (09).

[4]楊楠.基于Arduino的智能產(chǎn)品原型設(shè)計研究.江蘇：江南大學(xué)，2014.

[5]蔡睿妍.Arduino的原理及應(yīng)用.電子設(shè)計工程，2012(16). [6]繼志，郭敬.Arduino的互動產(chǎn)品平臺創(chuàng)新設(shè)計.單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2012(04).