基于场所人数检测的照明节能控制系统设计

　　引言

　　目前许多公共场所的照明用电处于粗放式的管理状态，这种管理存在着较大的缺陷，从而造成电能的大量浪费。这种现象与国家创建节约型社会的号召相违背，所以迫切需要合适的控制系统对这些公共场所进行管理。现在普遍采用的节能系统有松下智能照明节能控制系统和美国仁斯利尔大学开发的节能控制系统。前者采用热线传感器和计算机控制，后者采用日光转换器控制。这些设备不仅操作复杂，而且增加整个系统的成本。针对以上问题设计了一种新型的公共场所的节能控制系统，采用基于ARM9内核的S3C2440芯片和USB摄像头，在Windows CE操作系统下进行程序开发，使整个系统除具有一般的控制照明灯开关的功能之外，还能较准确地检测公共场所人的数目，具有成本低、稳定性强的优点。

　　1 系统设计及主要算法

　　1.1 设计思路及系统结构

　　本系统主要是针对目前教室等公共场所的节能需求研究开发的，依据动态滤波、颜色匹配和归一化等相关图像视频处理技术以及基于ARM9微处理器的嵌入式系统开发技术。系统工作流程如下：

　　第一步，初始化系统，即进行一系列的人机交互工作，获取公共场所无人时的图像并采取一定的图像处理技术对图像进行处理。

　　第二步，当公共场所的照明灯被打开，此时整个系统就进入工作状态。系统获取教室的实时图像并进行一定的处理，然后采取一定的算法将图像与模板进行图形计算从而得到人。由于初始化时依据边缘检测的方法将整个图像进行了分割，那么也就可以大致得出公共场所各个区域人的密度。

　　第三步，系统依据所得出的人的数目从GPIO接口传出开关灯的脉冲信号，信号经放大后控制照明灯开关。

　　当系统运行时，通过设定系统工作的时钟频率使整个系统定时获取公共场所的实时图像进行开关灯操作。系统工作框图如图1所示。

　　基于模块化的设计思想，根据系统工作流程可将系统分为以下4个部分：模板图像的制作、公共场所实时图像的采集、图形计算和智能开关控制。这4个部分既保持相互独立又通过一定的方式连接起来，这不仅使整个系统的稳定性和可维护性得到提高，也使整个系统具有层次性和扩展性。

　　1.2 S3C2440芯片开发

　　(1)WinCE条件下USB设备的开发

　　由于本系统运用USB接口来进行图像的采集，所以要对Windows CE下的USB设备驱动进行开发。在Windows CE系统下对USB设备进行开发需要运用系统本身提供的流接口驱动模型，它能够为设备驱动的开发提供通用的接口函数，系统将会对设备进行编号，这样就可以在程序中直接打开设备并且对其进行操作。本系统的USB摄像头驱动的设计采用了4个流接口函数：CAM_Init、CAM_Open、CAM_IOControl、CAM_Close，完成获取注册表中驱动、初始化系统、处理用户命令、释放分配资源的功能。