基于机器视觉的教室节能照明系统研究

摘要

随着国民经济的快速发展和社会的不断进步，高等教育越来越被关注和重视，特别是从99年高校扩招之后，由于受教育者人数迅速增加，高校办学规模成倍扩大，首先带来的是高校教室数量的剧增。由于高校教室采用开放式管理模式，无固定学生群体，加之全员节能意识不高，教室长明灯、无人也开灯及人少灯全开的现象随处可见，不仅浪费电能也增加了学校的办学成本。在满足师生正常学习工作需要的前提下，解决智能化教室照明已成为人们十分关注的问题。近年来，国家提倡绿色环保的低碳生活，高校提倡建设“节约型校园”，而教室照明用电浪费就是其急需解决的问题。虽然高校照明节电的相关研究已经取得了很大的成果，但在日常运作中，还存在很多不必要的耗能问题。
　　为了解决高校教室照明中不必要能耗的问题，本文在调查目前已采用的教室照明节电技术基础上，进行系统分析，提出了基于机器视觉的教室节能照明控制方案与关键技术。通过视频监控系统，对教室图像进行实时采集，并通过计算机图像处理得出教室各区域有无人员的结果，并将判断结果经由串口通信传输给基于PLC的电气控制模块，最后实现对教室各区域照明设备的控制，避免了无人灯还亮现象的发生，节省了能耗。
　　本文主要研究内容如下:
　　(1)提出了基于机器视觉的教室节能照明控制方案和关键技术。
　　(2)通过视频监控系统对教室内图像进行实时采集，并将图像处理结果通过串口通信传输给PLC，实现对教室各区域照明设备的控制。
　　(3)针对教室图像不同的处理方法进行了研究对比，提出了模板帧差法，并通过编程得以实现，验证了此图像处理方法效果。
　　(4)通过仿真模型系统进行模拟仿真，证明了基于机器视觉的教室节能照明系统具有一定的可行性。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 选题背景及意义

1．1．1 选题背景

1．1．2 选题意义

1．2 研究领域在国内外的研究动态及发展趋势

1．2．1 国内外相关技术研究现状

1．2．2 国内外相关技术发展趋势

1．3 本课题的主要研究内容及技术路线

1．4 论文组织安排

2 系统工作原理

2．1 系统总体框架及工作原理

2．2 测控系统控制对象

2．3 控制信号数据流

2．3．1 图像信号流入计算机

2．3．2 数据信号流入计算机

2．3．3 计算机处理结果输出至下位机

2．3．4 下位机控制教室照明设备

2．4 本章小节

3 硬件系统设计

3．1 主控电路设计

3．2 监控摄像头选择及安装位置

3．2．1 镜头焦距的选择

3．2．2 监控摄像头选择及安装位置

3．3 开关状态检测电路设计

3．3．1 数据采集卡功能描述

3．4 串口通信的实现

3．4．1 PLC的选择

3．4．2 串口通信的连线及接口

3．5 电气控制电路设计

3．5．1 中间继电器的选择

3．6 本章小节

4 软件系统设计

4．1 上位机软件模块设计与编程

4．1．1 软件系统模块结构及功能描述

4．1．2 图像处理模块设计与编程

4．1．3 开关状态检测模块设计与编程

4．2 串口通信模块软件设计

4．2．1 上位机串口通信软件模块设计与编程

4．2．2 下位机串口通信软件模块设计与编程

4．3 下位机软件设计与编程

4．4 本章小节

5 实验及仿真模型系统验证

5．1 仿真模型系统验证及结果

5．1．1 仿真模型系统设计

5．1．2 仿真模型系统构建

5．1．3 仿真模型软件系统

5．1．4 仿真模型系统验证及结果

5．2 图像处理实验及结果

5．3 串口通信和数据采集实验及结果

5．3．1 串口通信实验及结果

5．3．2 数据采集实验及结果

5．4 本章小节

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

8 攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢