張力文++薛仕高　張雅晴　李俊青

摘 要：本系統(tǒng)以樹莓派為核心控制器，配置攝像頭、紅外對射傳感器、溫濕度傳感器等設(shè)備，采用單片機和繼電器作為智能節(jié)點開關(guān)，運用圖像處理等技術(shù)，實現(xiàn)了在web端對教室用電設(shè)備的遠程管理和智能控制，并對教室的上座率進行統(tǒng)計。起到了節(jié)約能源、減輕管理人員工作量、提高學生查找自習室效率的作用。

關(guān)鍵詞：樹莓派；智能控制；圖像處理；上座率

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.126

1 引言

新年來，高等教育越來越受重視，各大高校頻頻擴建教學樓，教室的用電負荷也不斷增加。而目前教室用電設(shè)備的管理主要依靠樓層的管理人員，實時性差，容易造成資源浪費。另外，多數(shù)高校沒有對學生提供空閑自習室的信息查詢服務(wù)。針對上述情況，本文設(shè)計了基于樹莓派的智能教室系統(tǒng)。

樹莓派由注冊于英國的慈善組織“Raspberry Pi 基金會”開發(fā)，是一款基于 ARM 的微型電腦主板，它基于 Linux 的操作系統(tǒng)、提供 Python 語言開發(fā)環(huán)境，同時也支持 C、Java 等編程語言。它提供40個GPIO接口供用戶搭建外圍電路，還提供了以太網(wǎng)接口、USB接口，HDMI視頻輸出接口等。樹莓派不僅具備了PC的基本功能，并且接口豐富，價格低廉，為我們提供了一個理想的嵌入式開發(fā)平臺[1]。

2 總體設(shè)計

本系統(tǒng)以樹莓派作為控制器，并配置紅外傳感器、溫濕度傳感器、usb攝像頭等設(shè)備。樹莓派通過485總線與單片機進行通訊，通過TCP/IP協(xié)議，與上位機建立聯(lián)系。并采用單片機和繼電器結(jié)合的方式作為智能開關(guān)。[2]樹莓派通過攝像頭定時抓拍照片并應(yīng)用圖像處理技術(shù)，分辨人所在的方位，從而達到有人的時候才開始工作的節(jié)能這一目標[3]。

3 模塊設(shè)計

3.1 智能光控模塊

當教室有課時，系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)庫里的課程表來控制教室燈光的開啟與關(guān)閉；當教室沒課時，學生進入教室，安裝在進門處的紅外線傳感器感應(yīng)，教室燈光全部開啟，通過程序設(shè)定使攝像頭定時拍照，并對圖像進行二值化處理、高斯濾波等操作，提取人的頭部輪廓。再將教室座位進行區(qū)域劃分，調(diào)用opencv的邊緣檢測函數(shù)來確定人在教室中所處的位置。如果對應(yīng)的位置有人，燈光處于開啟狀態(tài)，反之，燈光則處于關(guān)閉狀態(tài)。

3.2 智能溫控模塊

空調(diào)控制模塊主要由空調(diào)控制器、溫濕度傳感器構(gòu)成。通過溫濕度傳感器實時監(jiān)測室內(nèi)的溫度并分析數(shù)據(jù)，與預(yù)設(shè)值相比較，當室內(nèi)溫度高于最高門限值時，自動開啟空調(diào)。低于最低門限值時自動關(guān)閉空調(diào)。從而實現(xiàn)根據(jù)溫度變化實時控制空調(diào)運行溫度。

3.3 上座率查詢模塊

根據(jù)上述圖像處理技術(shù)計算出上座率信息，用戶可以在移動終端查詢信息，提高了學生查找自習室的效率，也提升了教室的利用率。

4 總結(jié)

本系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計思想，通過搭建教室的網(wǎng)絡(luò)來采集環(huán)境中的溫濕度、圖像等信息，來實現(xiàn)對教室環(huán)境的實時監(jiān)測，并通過web端進行訪問，實現(xiàn)了遠程監(jiān)控的功能。本系統(tǒng)不僅可以節(jié)約能源，又提高了管理人員的工作效率和學生查找空閑自習室的效率。大大提升了現(xiàn)代化教室的智能性和便利性。

“北京市大學生科學研究與創(chuàng)業(yè)行動計劃”（項目編號：S201610022068）

參考文獻：

[1]張永安.基于樹莓派的智能家居系統(tǒng)[J].電子世界，2016（15）：53.

[2]樊振宇，戴小鵬，彭心雨，申聰.基于Raspberry Pi的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計[J].福建電腦，2016（09）：11-13.

[3]劉繼元.基于樹莓派的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用[J].電子世界，2016（08）：24-25.