基于Dragon Board 410c實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭電器的智能開(kāi)關(guān)控制

一、前言

智能家居越來(lái)越多的在普通家庭普及，一套智能家居就是一個(gè)系統(tǒng)，包含傳感單元、中央處理單元、信號(hào)傳輸單元和控制單元等等，利用不同的傳感器和處理方法可以做出不同的體驗(yàn)效果，這里就基于Dragon Board 410C簡(jiǎn)單的搭建一個(gè)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)“智能家居”，旨在拋磚引玉。

二、概述

最近發(fā)現(xiàn)一種比較有趣的Sensor——Grid-EYE（紅外陣列傳感器），與普通的紅外感應(yīng)器不同，顧名思義，這種sensor的感應(yīng)區(qū)是由陣列排布的若干紅外感應(yīng)頭組成，此sensor可以將外界物體表面發(fā)出的紅外光轉(zhuǎn)成二維陣列點(diǎn)圖像，隨著物體的移動(dòng)，接收陣列紅外強(qiáng)度分別也相應(yīng)變化，那么我們可以應(yīng)用該Sensor做外界熱量分辯，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)物體移動(dòng)位置跟蹤。在此，我們就舉個(gè)例子，基于Dragon Board 410c結(jié)合此類(lèi)Sensor實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭電器（如電燈、風(fēng)扇）的智能開(kāi)關(guān)控制。

三、設(shè)計(jì)說(shuō)明

3.1 系統(tǒng)原理

系統(tǒng)框圖如下圖所示，Grid-Eye通過(guò)I2C接口與Dragon Board 410C相連，接收到的外界紅外圖像由I2C傳給CPU APQ8016，由CPU分析當(dāng)前位置，相對(duì)與上次采集的數(shù)據(jù)對(duì)比，判斷物體（如：人體）的移動(dòng)方向，根據(jù)這些數(shù)據(jù)，CPU可以提前發(fā)出電器（如：電燈）動(dòng)作控制指令，考慮到家庭現(xiàn)成布線情況，使用無(wú)線通信控制，可以大大簡(jiǎn)化安裝工作，所以CPU發(fā)出的指令會(huì)通過(guò)Dragon Board自帶的Wifi/BT模塊發(fā)送出去，由MCU Board上的Wifi/BT接收，再由MCU將指令解調(diào)并做出處理，通過(guò)GPIO對(duì)繼電器做出控制，最終使家用電器成功開(kāi)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)電器“智能化”。

3.2 Grid-EYE原理

如上面所提到的，sensor的感應(yīng)區(qū)是由陣列排布的若干紅外感應(yīng)頭組成，舉例Panasonic的AMG88xx系列，感應(yīng)器由8*8=64個(gè)感應(yīng)頭，如下圖所示，人體發(fā)出的紅外線被感應(yīng)形成與人體形態(tài)對(duì)應(yīng)的圖像，人體做出不同形態(tài)，對(duì)應(yīng)不同感應(yīng)圖像。同理，當(dāng)人體在“可視”范圍內(nèi)移動(dòng)，Sensor會(huì)感應(yīng)到人體的運(yùn)動(dòng)位置，通過(guò)一定算法，還可以預(yù)測(cè)人體的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，進(jìn)而預(yù)先對(duì)外做出控制，給用戶(hù)帶來(lái)更貼心體驗(yàn)。

Sensor原理框圖如下，紅外接收頭陣列接收的光強(qiáng)通過(guò)光電轉(zhuǎn)換后，每一個(gè)點(diǎn)強(qiáng)度與內(nèi)部自帶的基準(zhǔn)溫度傳感器，再經(jīng)ADC轉(zhuǎn)為64組數(shù)據(jù)，通過(guò)I2C接口一組一組送給CPU（APQ8016），數(shù)據(jù)處理和分析由CPU完成。

3.2 WiFi/BT模塊

在此Wifi/BT緊用于開(kāi)關(guān)控制指令的無(wú)線傳輸，考慮到不同無(wú)線通信距離的需求，一般同一房間內(nèi)BT可滿足10m可靠傳輸，若需要更遠(yuǎn)的距離可考慮使用Wifi模塊。由于傳輸數(shù)據(jù)量不大，對(duì)硬件接口速率要求不高，所以Wifi/BT模塊使用UART、SPI或者SDIO接口與MCU相連，又低端MCU一般不支持SDIO，選擇UART或者SPI接口較為適宜。

3.3 MCU控制

MCU通過(guò)UART/SPI從Wifi/BT模塊接收到數(shù)據(jù)，其實(shí)是一個(gè)控制指令，MCU只是簡(jiǎn)單的將這個(gè)控制指令轉(zhuǎn)成幾個(gè)GPIO輸出狀態(tài)的變化，如當(dāng)人體移動(dòng)到電燈1照明區(qū)域時(shí)，Dragon Board上的CPU會(huì)做出判斷，發(fā)出點(diǎn)亮電燈1的指令，MCU接收到指令后使GPIO1輸出高電平，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路電流放大使繼電器1閉合，于是電燈1被點(diǎn)亮。

四、體驗(yàn)

搭建好此系統(tǒng)，我們便可以記錄室內(nèi)/監(jiān)控范圍內(nèi)的人員情況，如存在的時(shí)間及簡(jiǎn)單的人數(shù)統(tǒng)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，我們可以實(shí)現(xiàn)對(duì)人體所在的區(qū)域用電器的控制，如：在有人在的地方打開(kāi)照明，沒(méi)人的地方關(guān)閉照明，如下圖所示。再進(jìn)一步的，我們還可以預(yù)測(cè)室內(nèi)人體的運(yùn)動(dòng)方向，就可以預(yù)先打開(kāi)即將進(jìn)入?yún)^(qū)域的電器，顯得更人性化。