多频采光智能矫姿护眼照明设备的应用需求开发,大学论文.docx
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1、多频采光智能矫姿护眼照明设备的应用需求开发,大学论文本篇论文目录导航:【】【】【】【】 多频采光智能矫姿护眼照明设备的应用需求开发【】 智能台灯论文:多频采光智能矫姿护眼照明设备的应用需求开发 内容摘要:随着用户对智能照明设备要求的不断提升,当前市面上的照明产品已难以很好地知足智能家居的应用需求。设计一款以ESPS32芯片和Jetson Nano为主控的多频采光智能矫姿护眼照明设备,将红外人体检测、多频采集光线强度、智能调光及坐姿辨别等技术集于一体。采集外界环境光线后通过PID控制算法得出当下环境最佳光线的调节方案,以到达护眼效果;通过Jetson Nano板载摄像头实时检测用户坐姿,在检测到
2、不良坐姿时通过语音提醒用户端正坐姿。设计的设备操作简单便捷,运行安全稳定,应用广泛,低功耗、高性能,具有一定的应用价值。 本文关键词语:智能台灯; ESP32;多频采光; Jetson Nano;姿态辨别; Abstract:With the continuous improvement of users requirements for intelligent lighting equipment, the current lighting products on the market can not better meet the application needs of smart ho
3、me. A multi-frequency lighting intelligent orthopetic eye protection lighting device was designed with ESPS32 chip and Jetson Nano as the main control, which integrated infrared body detection, multi-frequency light intensity acquisition, intelligent dimming and sitting pose recognition technology i
4、nto one. After collecting the external environment light, the best adjustment scheme of the current environment light was obtained through the PID control algorithm, so as to achieve the effect of eye protection. The Jetson Nano on-board camera was used to detect the user s sitting posture in real t
5、ime, and when bad sitting posture was detected, the sitting posture could be corrected by voice reminder. The equipment is simple and convenient to operate,safe and stable operation, widely used, low power consumption, high performance, has a certain application value. 0 引言 随着当代科学技术的不断发展,生活用品的智能化程度也
6、越来越高,人们对家居物品的人性化、智能化设计要求越来越高1,智能台灯属于智能居家大架构成员,传统的单一亮灭的照明方式逐步被智能照明设备所替代。当下,学生学习时间较长,其间会存在驼背、低头、坐姿不正、眼睛距离桌面和纸张越来越近等问题,眼睛使用频率高,容易造成眼疲惫。长此以往,用户会出现驼背、脊柱不正、颈椎病等疾病2。于是,智能台灯的发展也越来越受迫切3。 本文设计的多频采光智能矫姿护眼照明设备,采用光感器件采集当下周围环境亮度后通过主控计算得出最佳的光线方案,最后对LED灯组亮度进行调节,进而对使用者到达护眼抗疲惫效果。该设备通过摄像头实时检测用户的坐姿,当用户坐姿与标准坐姿偏差超过阈值时,系统
7、会进行语音播报提醒用户端正坐姿。同时,该设备接有人体红外传感器,若使用者离开台灯过久则会自动熄灭,进而到达节约能源的效果。 1 系统硬件架构及总体设计方案 系统分为硬件设计和软件两部分。硬件部分由ESP32、Jetson Nano、LED护眼灯组、OLED屏幕、热释电红外传感器、光感热感传感模块、语音模块及电源模块组成;软件部分由ESP32对各外围模块的驱动程序、多频采光程序、PID智能调光算法和Jetson Nano的人体坐姿检测算法组成。该设备可实现红外人体检测、多频采集光线强度、智能调光、坐姿辨别及语音提醒。系统硬件架构如此图1所示。 图1 系统硬件架构 2 系统硬件设计 2.1 ESP
8、32 该芯片是一款高集成度、高性价比、功耗超低、主打安全的单核Wi Fi So C,其除了含有CPU外,还集成了2.4 GHz Wi Fi、蓝牙模块、丰富的I/O口4。ESP32在本项目产品中担任系统主控的工作,通过SPI/SDIO或I2C/UART接口控制外围电路,通过实时操作系统,多线程与外围模块进行通信。ESP32可选择多种频率对外进行采光和测温,以及处理数字信息并计算出当下最佳的调光方案。ESP32接收Jetson Nano对坐姿的判别结果并进行语音提醒。ESP32最小系统如此图2所示。 图2 ESP32最小系统 2.2 Jetson Nano Jetson Nano开发板装载4核Co
9、rtex-A57CPU,GPU选用规模最小的Maxwell架构显卡,有128个CUDA单元,配备了4 GB LPDDR4内存5。因而可通过其实现图像辨别、对象检测和定位、姿势估计、智能分析等强大功能。 在本项目中,Jetson Nano搭载Dlib人脸辨别库,通过检测68个人脸特征点进行姿态分析。采用经典的梯度方向直方图提取+线性分类器+图像金字塔+滑动窗口的人脸检测方式方法进行坐姿辨别,分析产生的结果通过GPIO转换成相应的电平信号发送给ESP32单片机,最终由ESP32进行对用户的矫姿提醒。 2.3 采光模块 PCF8591芯片是一款低功耗的8位CMOS数据获取模块,有4个模拟输入端口、1
10、个模拟输出端口和1个串行I2C总线接口6。本设计通过ESP32与该芯片进行IIC通信,配合光敏电阻搭建的外围电路能够实现以多种频率精到准确地采集外界光线强度并转化为数字信息,再将其数字信息交由ESP32进行下一步的智能调光操作。采光电路如此图3所示。 图3 采光电路 2.4 照明模块 照明设备调光可通过PWM脉冲宽制进行调节或直接对灯源功率进行调节。短时间内使用采用传统PWM调光的照明设别用户不会出现明显不适,由于灯源的闪烁频率比拟高以致于人眼感觉不出来,但长时间使用会使用户产生眼睛疲惫。该设备利用主控ESP32的模数转换功能对灯组输入电压进行调节,但ESP32的I/O口最大输出电流较低,驱动
11、能力较差,因而需对其进行功率放大的电路设计,从根本上解决了光源处频闪和驱动能力缺乏的问题。经过优化后,该方式输入功率平稳,通过智能调节可获得知足工作学习需求的舒适的光线环境。同时,冷暖光灯珠隔行排布,使两种光源能更自然地混合,以到达护眼、抗疲惫的照明效果。光源功率放大电路如此图4所示。 图4 光源功率放大电路 2.5 显示模块 为了让用户直观地看到当下的环境温湿度,选用类似于点阵屏的OLED显示屏。OLED显示屏具有构造简单、自发光不需背光源、能耗低、比照度高、厚度薄、抗振荡、视角广、反响速度快、使用温度范围广等优点,显示稳定且效果好7。在本项目产品中作为人机交互界面,可显示当下环境的温度、亮
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