邱奕盛 謝作如

在街頭常常會看到各種激光射燈，用各種色彩斑斕的投影來吸引游客。在溫州中學的人工智能實驗室建好后，筆者也想在門口裝一個激光射燈，每到晚上向走廊地板投射出實驗室的LOGO，肯定能吸引很多好奇的學生。但是，如果激光射燈不能和學生們交互，總覺得配不上“智能”這個說法。因此，筆者希望做一個可以與用戶互動的激光射燈作品。

這個激光射燈作品的互動功能其實也簡單：當用戶走入照射范圍時，激光LOGO就轉(zhuǎn)動起來，在沒有人的時候則保持靜止。之所以這么簡單，是因為市場能買到的激光射燈圖案都是固定的，做不到動態(tài)更換，那唯一能“動”的就只有旋轉(zhuǎn)了。但是遺憾的是，市場上連“能感知用戶是否經(jīng)過”的激光射燈也買不到。在權(quán)衡再三后，筆者買了一個帶遙控功能的激光射燈來改造。

● 實現(xiàn)激光射燈感知功能的可行性分析

因為這個激光射燈是長期工作的，基于穩(wěn)定性考慮，筆者不希望破壞原有的激光射燈結(jié)構(gòu)。在購買射燈前，筆者已經(jīng)想好了兩種改造方案。

方案一：使用激光射燈的自帶旋轉(zhuǎn)功能，做一個小模塊，模擬遙控器發(fā)送“旋轉(zhuǎn)”指令。

方案二：將激光射燈裝在旋轉(zhuǎn)底座上，通過控制安裝在底座上的旋轉(zhuǎn)裝置實現(xiàn)。

當激光射燈買到后，筆者卻很遺憾地發(fā)現(xiàn)，其自帶的遙控器使用的不是常見的紅外模塊。拆開遙控器外殼，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部的信號發(fā)生芯片是HS2245PT，它產(chǎn)生的不是紅外信號，而是類似汽車遙控的300MHz到450MHz信號，模擬這個遙控信號不僅需要特殊的信號發(fā)射器，還要用專用工具分析信號，難度太高，于是第一種方案宣告失敗。筆者掂了掂激光射燈的重量，將近一公斤，如果底座安裝不牢固的話，隨時有墜落的風險，方案二也只能放棄。

當然，還有第三種方案，那就是將激光射燈的遙控器改造為旋轉(zhuǎn)開關(guān)。從電子電路的角度來看，按鈕按下，就相當于將兩個原本斷開的線路接通，以此改變電壓值，帶來信號的變化，從而產(chǎn)生控制信號。那么，只要想辦法將兩個線路用可編程控制的“開關(guān)”接通與斷開就行了，而這個“開關(guān)”可以用實驗室中唾手可得的繼電器（如圖1）來擔任。綜合分析一下，這是目前看來最可行、最便捷的方案了。

● 激光射燈的改造過程

1.拆解遙控器，增加繼電器

將遙控器拆開一看，內(nèi)部其實很簡單，由一個電路主板、一個電池電源和四個按鈕組成。因此，只需要在按鈕電路旁，焊接上繼電器，繼電器的信號由Arduino控制即可。

遙控器上一共有四個按鈕，分別表示開燈、關(guān)燈、旋轉(zhuǎn)、靜止。只需要改造后兩個，因此筆者將對應按鈕的線路用導線焊接引出，分別接到兩個繼電器上。由于焊接不能保證完全牢固，筆者又用熱熔膠在焊點上加固。

筆者采用DFRobot的PinPong board mini這款小型的Arduino主板，這樣可以進一步減小控制器的整體體積。原本的兩節(jié)7號供電電池，也可以利用Arduino板載的3.3V替代統(tǒng)一供電，這就進一步減小了裝置的體積（如圖2）。

2.制作感知“人”就發(fā)射信號的智能作品

為了實現(xiàn)感知“人”的存在，筆者對比了數(shù)字人體紅外熱釋電運動傳感器、紅外數(shù)字避障傳感器和超聲波測距傳感器，其中紅外熱釋電傳感器的感應角度有110度，感應范圍太廣，沒辦法將范圍限制在LOGO照射區(qū)域。實驗室里現(xiàn)有的紅外避障傳感器感應距離最大只有80cm，達不到需求。因此，筆者選擇了感應角度小、感應距離長的超聲波測距模塊。

這個感知“人”就發(fā)射信號的智能作品工作原理如上頁圖3所示。

為了固定超聲波傳感器，筆者在紙板盒上外開一個穿線的孔，將超聲波傳感器露在盒子外面，其他器件裝在里面（如上頁圖4）。

通過Mind+對其編程，當有人經(jīng)過的時候，就讓LOGO旋轉(zhuǎn)5秒，沒有人時，就不旋轉(zhuǎn)。以Arduino代碼形式燒錄。代碼很簡單，如圖5所示。

● 激光射燈的安裝

1.位置調(diào)整

激光射燈的亮度很強，如果用戶與光源直視，強光會對肉眼造成傷害，考慮到這一點，筆者將射燈的照射角度調(diào)整為比較小的傾角（如圖6），這樣，除非走得很近，否則光線不會直接射入眼睛。另外，筆者把燈裝在走廊的側(cè)面，減小了與行走方向一致造成直視光源的可能性。

2.定時開啟

由于射燈只需要在天黑后開啟，那么改造后的遙控器智能作品同樣只需要晚上開啟，筆者利用一個米家智能插座Wi-Fi板，設(shè)置了兩個自定義智能場景（如圖7），其中一個是傍晚開燈，另一個是深夜關(guān)燈，以達到節(jié)能的效果。

經(jīng)過上述步驟，已經(jīng)完成了激光射燈裝置的改造和部署。經(jīng)過測試，效果還是挺不錯的，第一天點亮，就吸引了好多學生來圍觀，效果如圖8所示。

● 更多的想法

這次筆者選擇的主控板是最簡單的Arduino，如果想實現(xiàn)無線控制，只要將Arduino換成掌控板、行空板或者虛谷號等即可。筆者下一步想增加更加酷炫的“智能”，如在某款迷你電腦上加一個攝像頭，通過計算機視覺的方法，實現(xiàn)目標檢測、目標分類、目標追蹤、姿勢檢測等。例如，如果檢測到的是穿校服的學生，激光射燈就轉(zhuǎn)，如果檢測到的學生沒有穿校服，激光射燈就不轉(zhuǎn)?？傊?，好玩的想法挺多，等著學生們?nèi)崿F(xiàn)。