智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、北京理工大學(xué)第十二屆“世紀(jì)杯”學(xué)生參賽作品智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘 要智能家居作為家庭信息化的實(shí)現(xiàn)方式，已經(jīng)成為社會(huì)信息化發(fā)展的重要組成部分，物聯(lián)網(wǎng)因其巨大的應(yīng)用前景，將是智能家居產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中一個(gè)比較現(xiàn)實(shí)的突破口，對智能家居的產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重大意義。目前我國國內(nèi)基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)還不是很成熟。 本文提出的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)是對家居高度自動(dòng)化、智能化提出的一種新的解決方式。 本系統(tǒng)主要由藍(lán)牙系統(tǒng)，ZIGBEE系統(tǒng)，人臉識別系統(tǒng)三大子系統(tǒng)構(gòu)成，藍(lán)牙系統(tǒng)主要是用戶通過安卓手機(jī)或者計(jì)算機(jī)上的客戶端管理系統(tǒng)，以藍(lán)牙方式與家居設(shè)備相連接，可以控制設(shè)備的狀態(tài)，比如燈的亮滅等。ZIGBEE

2、系統(tǒng)主要通過構(gòu)建ZIGBEE無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，采集室內(nèi)環(huán)境參數(shù)，并且實(shí)時(shí)顯示，實(shí)現(xiàn)家居控制、參數(shù)檢測的自動(dòng)化，智能化。人臉識別系統(tǒng)主要基于OPENCV編程，從攝像頭實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，系統(tǒng)根據(jù)不同的人自己獨(dú)特的喜好預(yù)先設(shè)定好模式，自動(dòng)完成模式的轉(zhuǎn)換。 關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) 智能家居 ZIGBEE 人臉識別 藍(lán)牙 傳感器 AbstractIntelligent Home has been an important part of the social informatization as a realization of home informatization. Since its huge applica

3、tion prospect, the Internet of things will be an actual breakthrough of Intelligent Home industry. Nowadays, there is not any mature Intelligent Home monitoring system in China. The scheme proposed in this paper is a solution for high degree of automation and intelligent.The system consists of Bluet

4、ooth, ZIGBEE and Face recognition. Bluetooth connects furnishing to control its status, like light on and off, through Android mobile phone or PC Client. ZIGBEE builds a wireless sensor network to monitor the environment inside and display realtime. Face recognition, based on OPENCV, collect data fr

5、om camera and switch the preferred settings according to different people automatically.Keywords: Internet of things, Intelligent Home, ZIGBEE, Face recognition, Bluetooth, sensor目錄第一章 緒論11.1智能家居概述11.2項(xiàng)目研究背景11.2.1國內(nèi)外智能家居的發(fā)展現(xiàn)狀11.2.2智能家居的發(fā)展前景21.3藍(lán)牙技術(shù)簡介21.4 ZigBee技術(shù)簡介31.5 OpenCV簡介3第二章 總體方案設(shè)計(jì)42.1項(xiàng)目整體設(shè)計(jì)思

6、想42.1.1可控制42.1.2可識別42.1.3可實(shí)時(shí)查看42.1.4場景自動(dòng)化42.2項(xiàng)目整體結(jié)構(gòu)5第三章 藍(lán)牙子系統(tǒng)設(shè)計(jì)63.1軟件設(shè)計(jì)63.1.1安卓手機(jī)客戶端管理系統(tǒng)63.1.2 Labview客戶端管理系統(tǒng)63.2硬件設(shè)計(jì)63.2.1藍(lán)牙設(shè)備的選型73.2.2被控對象的選擇與調(diào)試73.3場景自動(dòng)化設(shè)計(jì)8第四章 ZIGBEE子系統(tǒng)設(shè)計(jì)94.1 軟件設(shè)計(jì)94.1.1 JenNet協(xié)議棧特性94.1.2 JenNet的應(yīng)用函數(shù)接口104.1.3 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)104.2 硬件設(shè)計(jì)114.2.1總體方案設(shè)計(jì)124.2.2控制器的選擇124.2.3無線傳輸模塊134.2.4 協(xié)調(diào)器節(jié)

7、點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)164.2.5 路由器和終端節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)174.3傳感器介紹204.3.1光照度傳感器204.3.2溫濕度傳感器214.2.3煙霧傳感器234.2.4 RFID射頻模塊244.2.5加速度計(jì)254.2.6人體紅外傳感器264.2.7 GSM模塊26第五章 人臉識別子系統(tǒng)設(shè)計(jì)275.1總體設(shè)計(jì)思路275.2人臉檢測算法設(shè)計(jì)275.2.1 AdaBoost算法簡介275.2.2 Haar分類器285.3基于直方圖的人臉匹配295.4實(shí)際效果圖30第六章 總結(jié)與展望316.1項(xiàng)目工作總結(jié)316.2項(xiàng)目前景展望31第七章 參考文獻(xiàn)33北京理工大學(xué)第十二屆“世紀(jì)杯”學(xué)生參賽作品 第一章 緒論1

8、.1智能家居概述智能家居,又稱智能住宅,在國外常用SmartHome表示。與智能家居含義近似的有家庭自動(dòng)化(HomeAutomation)、電子家庭(EleetronieHome·E一home)、家庭網(wǎng)絡(luò)(HomeNet/NetworksforHome)、智能家庭(xntelligentHome/Building)，在我國香港和臺(tái)灣等地區(qū),還有數(shù)碼家庭、數(shù)碼家居等稱法。智能家居是以家庭為平臺(tái),通過網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)對家居電器等的智能控制,創(chuàng)造兼?zhèn)浣ㄖ?、自?dòng)化、智能化于一體的高效、安全、舒適、便利的家居環(huán)境。1.2項(xiàng)目研究背景1.2.1國內(nèi)外智能家居的發(fā)展現(xiàn)狀從20世紀(jì)后期開始,采用

9、電子技術(shù)的家用電器大規(guī)模投入市場催生了住宅電子化。到80年代中期,通信設(shè)備、安防設(shè)備與家用電器一起走入家居生活,于是提出了住宅自動(dòng)化的概念(HA,HomeAutomation)。上世紀(jì)末,通信技術(shù)與信息技術(shù)迅猛發(fā)展,在美國出現(xiàn)了集成家中各種通信、家電及安防設(shè)備的商用系統(tǒng),系統(tǒng)通過總線技術(shù)對這些設(shè)備進(jìn)行控制與管理,是現(xiàn)代常說的智能家居的原型。1984年美國出現(xiàn)首棟“智能型建筑”。這個(gè)建筑是由美國聯(lián)合科技公司出的,它將建筑設(shè)備信息化、建筑功能整合化概念應(yīng)用在康乃迪克州哈特佛市,全世界建造智能家居的序幕由此開啟。其后加拿大、歐洲和東南亞等經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的國家也相繼提出了各種智能家居方案,并在該國得到了

10、一定應(yīng)用。近年來,美國為其四萬多戶家庭推廣了家庭智能化系統(tǒng),新加坡也為國內(nèi)近5000戶的家庭安裝了智能家居系統(tǒng)。其中新加坡模式主要包括三表抄送、家電控制、安防報(bào)警及可視對講等功能,提供有線電視接入、住戶信息留言功能、家庭智能控制面板等。韓國三星從2003年始開部署中韓兩國的智能家居市場,通過機(jī)頂盒和有線電視網(wǎng)絡(luò),將家電自動(dòng)控制、家電信息交互、智能安防以及娛樂信息中心這四部分集成為一個(gè)全面的家居控制網(wǎng)絡(luò)。我國居住模式以住宅小區(qū)多、人口密度高等特點(diǎn)區(qū)別于發(fā)達(dá)國家,智能家居這項(xiàng)工作在國內(nèi)起初以智能小區(qū)建設(shè)為主。隨著對智能家居的了解和認(rèn)識,對支撐智能家居各項(xiàng)技術(shù)的深入研究,上世紀(jì)末一些企業(yè)開始引入國外

11、的智能家居技術(shù)和產(chǎn)品在國內(nèi)推廣。雖起步較晚,但我國智能家居市場發(fā)展大有雨后春筍之勢。一些大企業(yè)已經(jīng)推出了各具特點(diǎn)的智能家居產(chǎn)品,如清華同方推出的“e.Home數(shù)字家園”,是基于家庭自動(dòng)化和建筑自動(dòng)化技術(shù),配合計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù),為家庭及社區(qū)提供全方位數(shù)字化服務(wù)的方案；科龍集團(tuán)研制的“智能網(wǎng)絡(luò)家居系統(tǒng)”,該系統(tǒng)按開放服務(wù)網(wǎng)關(guān)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)規(guī)范設(shè)計(jì),能與國際信息家電平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)接軌；海爾集體的“智能家居”,以嵌入式Uhome系統(tǒng)為平臺(tái),結(jié)合有線與無線網(wǎng)絡(luò),把所有設(shè)備通過信息傳感設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)連接。2005年4月深圳“紅樹西岸”掀起了我國智能化小區(qū)建設(shè)的新一輪高潮。紅樹西岸的智能系統(tǒng)包括安全防范系統(tǒng)、

12、智能家居系統(tǒng)、信息服務(wù)系統(tǒng)、物業(yè)管理系統(tǒng)等有二十多個(gè)子系統(tǒng)。它以霍尼韋爾的“家庭網(wǎng)關(guān)”為系統(tǒng)核心,整合了空調(diào)控制系統(tǒng)、信息家電控制系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、煤氣閥控制系統(tǒng)、燈光控制系統(tǒng)、窗簾控制系統(tǒng)、場景聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)、可視對講系統(tǒng)、物業(yè)管理以及遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)等。 1.2.2智能家居的發(fā)展前景根據(jù)十一五規(guī)劃綱要的要求，國家著重強(qiáng)調(diào)了住宅建設(shè)要做好節(jié)能減排、綠色建筑、智能建筑的要求，中央也不斷加大了財(cái)政與政策支持，提出了“到2010中國大中城市60%的住宅要實(shí)現(xiàn)智能化”這一發(fā)展目標(biāo)。因此，住宅智能化必然會(huì)是未來住宅建設(shè)發(fā)展的趨勢，而住宅的智能化即意味著家庭的智能化。同時(shí)，隨著人民生活水平的不斷提高，

13、人們生活質(zhì)量也越來越好，人們追求高品質(zhì)住房的要求也不斷提高，而家居智能化概念的普及，智能化裝修的觀念必將深入人心，家居智能化裝修的選擇必將是大勢所趨。那時(shí)，家居智能化必然是生活中一個(gè)最基本的要求，智能家居有未來，而且一定會(huì)很好的服務(wù)中國人民。1.3藍(lán)牙技術(shù)簡介藍(lán)牙，是一種支持設(shè)備短距離通信（一般10m內(nèi)）的無線電技術(shù)。能在包括移動(dòng)電話、PDA、無線耳機(jī)、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)等之間進(jìn)行無線信息交換。利用“藍(lán)牙”技術(shù)，能夠有效地簡化移動(dòng)通信終端設(shè)備之間的通信，也能夠簡化設(shè)備與因特網(wǎng)Internet之間的通信，從而數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效。藍(lán)牙采用分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及快跳頻和短包技術(shù)，支持點(diǎn)對點(diǎn)及點(diǎn)對

14、多點(diǎn)通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段。其數(shù)據(jù)速率為1Mbps。采用時(shí)分雙工傳輸方案實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸。1.4 ZigBee技術(shù)簡介ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。由可多到65000個(gè)無線數(shù)傳模塊組成的一個(gè)無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊之間可以相互通信，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75m無限擴(kuò)展。1.5 OpenCV簡介OpenCV的全稱是：Open

15、 Source Computer Vision Library。OpenCV是一個(gè)基于（開源）發(fā)行的跨平臺(tái)計(jì)算機(jī)視覺庫，可以運(yùn)行在Linux、Windows和Mac OS操作系統(tǒng)上。它輕量級而且高效由一系列 C 函數(shù)和少量 C+ 類構(gòu)成，同時(shí)提供了Python、Ruby、MATLAB等語言的接口，實(shí)現(xiàn)了圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺方面的很多通用算法。OpenCV提供的視覺處理算法非常豐富，并且它部分以C語言編寫，加上其開源的特性，處理得當(dāng)，不需要添加新的外部支持也可以完整的編譯鏈接生成執(zhí)行程序，所以很多人用它來做算法的移植，OpenCV的代碼經(jīng)過適當(dāng)改寫可以正常的運(yùn)行在DSP系統(tǒng)和單片機(jī)系統(tǒng)中。第二章

16、 總體方案設(shè)計(jì)2.1項(xiàng)目整體設(shè)計(jì)思想2.1.1可控制燈光、窗簾、吸塵器等家庭設(shè)備均可通過藍(lán)牙由安卓手機(jī)或者計(jì)算機(jī)客戶端管理系統(tǒng)控制，客戶端由團(tuán)隊(duì)自主開發(fā)，每個(gè)設(shè)備對應(yīng)客戶端上的按鍵，連上藍(lán)牙后，用戶只要簡單的點(diǎn)擊界面上的按鍵便可控制燈光的亮滅，窗簾的開閉或者吸塵器的路線，方便而不失樂趣。2.1.2可識別人作為房間主體是可以被識別的，由于現(xiàn)實(shí)生活中，不同的人有不同的愛好，本系統(tǒng)主要區(qū)別不同的人，計(jì)算機(jī)通過攝像頭判斷人的身份，采用基于OpenCV的人臉識別系統(tǒng)，系統(tǒng)以MFC為基礎(chǔ)，具體的體現(xiàn)方式為不同的人喜歡的音樂不同，當(dāng)計(jì)算機(jī)區(qū)分出用戶的同時(shí)，播放該用戶喜歡的音樂。2.1.3可實(shí)時(shí)查看 通過構(gòu)建

17、基于ZIGBEE的無線傳感網(wǎng)絡(luò)，將傳感器數(shù)據(jù)上傳至計(jì)算機(jī)，并且實(shí)時(shí)顯示，用戶可以實(shí)時(shí)查看傳感器的數(shù)據(jù)，傳感器主要由加速度傳感器，溫濕度傳感器，光照度傳感器，煙霧傳感器，RFID射頻模塊，人體紅外傳感器。煙霧傳感器一旦檢測到煙霧火災(zāi)，向用戶手機(jī)發(fā)送一條短信提醒用戶。2.1.4場景自動(dòng)化在客戶端管理系統(tǒng)中，本系統(tǒng)設(shè)置了清晨模式，下班模式和夜間模式，可以自動(dòng)完成場景的切換。其中清晨模式內(nèi)容是開冷色調(diào)的燈并且拉開窗簾，以達(dá)到提神的目的；下班模式為開暖色調(diào)的燈并且拉上窗簾，以達(dá)到放松人心情的作用；夜間模式為關(guān)上所有的燈并且拉上窗簾。2.2項(xiàng)目整體結(jié)構(gòu)本項(xiàng)目結(jié)合光學(xué)，電學(xué)，編程學(xué)，控制學(xué)等多種理論，以藍(lán)牙

18、系統(tǒng)，人臉識別系統(tǒng)，ZIGBEE系統(tǒng)為基礎(chǔ)，形成了一個(gè)高水平，多層次的實(shí)驗(yàn)體系。整體項(xiàng)目結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示：智能家居系統(tǒng)藍(lán)牙系統(tǒng)人臉識別系統(tǒng)ZIGBEE系統(tǒng)場景自動(dòng)化 圖2-1項(xiàng)目整體結(jié)構(gòu)圖第三章 藍(lán)牙子系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1軟件設(shè)計(jì)3.1.1安卓手機(jī)客戶端管理系統(tǒng)采用ANDROID編程實(shí)現(xiàn)，如圖3-1所示，軟件小巧靈活，用戶的手機(jī)連上設(shè)備的藍(lán)牙后可隨意控制其狀態(tài)，方便不失樂趣。圖3-1安卓界面 圖3-2 Labview界面3.1.2 Labview客戶端管理系統(tǒng)采用Labview編程，如圖3-2所示，每個(gè)設(shè)備的狀態(tài)對應(yīng)窗口上的按鍵，用戶可依據(jù)自身的需求選擇相應(yīng)的功能。3.2硬件設(shè)計(jì)3.2.1藍(lán)牙設(shè)

19、備的選型本系統(tǒng)采用HC-06無線藍(lán)牙串口模塊，如圖3-3所示，該模塊配對以后當(dāng)全雙工串口使用，無需了解任何藍(lán)牙協(xié)議，但僅支持8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無奇偶校驗(yàn)的通信格式，這也是最常用的通信格式。體積小巧，不影響家居布局的美觀，空曠地有效距離10米，滿足一般家庭使用范圍。圖3-3 HC-06實(shí)物圖3.2.2被控對象的選擇與調(diào)試按照項(xiàng)目實(shí)際情況，被控對象有燈，窗簾以及吸塵器，對照現(xiàn)實(shí)我們做了相應(yīng)的簡化處理，燈我們選擇航模的LED燈帶，窗簾用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，而吸塵器用智能小車等效代替。如圖3-4,3-5,3-6所示：圖3-4 圖3-5 圖3-6 項(xiàng)目所用LED燈要12V電壓驅(qū)動(dòng)，電池所提供的電壓較低，

20、不能滿足驅(qū)動(dòng)要求，所以，使用升壓電路來產(chǎn)生12V驅(qū)動(dòng)電壓，為了簡化設(shè)計(jì)，我們采用集成芯片LM2577做升壓電路，它的輸入電壓是5V，輸出為12V，這滿足燈光驅(qū)動(dòng)的要求。升壓原理如圖3-7所示。圖3-7燈光升壓驅(qū)動(dòng)電路為了使用單片機(jī)去控制LED燈。我們采用三極管的共集放大電路來實(shí)現(xiàn)，電路如圖3-7所示，LED燈兩端接于P18口，當(dāng)C0輸出高電平時(shí)Q7導(dǎo)通LED兩端加上12V電壓，LED亮，否則LED滅。步進(jìn)電機(jī)采用24BYJ48型號，如圖3-6所示，采用ULN2003驅(qū)動(dòng)，使用方便。優(yōu)質(zhì)步進(jìn)電機(jī)，帶齒輪減速，噪音極低，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。12V即可驅(qū)動(dòng)，方便單片機(jī)開發(fā)者使用。開放性接口，也可用通過本板驅(qū)動(dòng)

21、其他步進(jìn)電機(jī)。 適用于51/AVR/AVR/ARM等各種平臺(tái)，機(jī)器人設(shè)計(jì)開發(fā)必備。 智能小車采用兩個(gè)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)物如圖3-4所示，電機(jī)采取L298N驅(qū)動(dòng)，PWM控制小車的行徑。通過藍(lán)牙無線串口與客戶端的連接，用戶可以控制小車的前進(jìn)后退等動(dòng)作。3.3場景自動(dòng)化設(shè)計(jì)場景自動(dòng)化巧妙的利用了藍(lán)牙子系統(tǒng)的特點(diǎn)，用戶通過安卓手機(jī)或者計(jì)算機(jī)的客戶端一鍵設(shè)定場景，完成場景的自動(dòng)切換，無需用戶頻繁設(shè)置，本系統(tǒng)設(shè)置了清晨模式，下班模式和夜間模式，可以自動(dòng)完成場景的切換。其中清晨模式內(nèi)容是開冷色調(diào)的燈并且拉開窗簾，以達(dá)到提神的目的；下班模式為開暖色調(diào)的燈并且拉上窗簾，以達(dá)到放松人心情的作用；夜間模式為關(guān)上所有的

22、燈并且拉上窗簾。第四章 ZIGBEE子系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 軟件設(shè)計(jì)4.1.1 JenNet協(xié)議棧特性JenNet協(xié)議棧是JENNIC公司開發(fā)的協(xié)議棧，該協(xié)議棧集成大量的庫函數(shù)，用戶在使用的時(shí)候只要調(diào)用庫函數(shù)，就可以達(dá)到預(yù)期目的。l私有協(xié)議棧，支持星型、樹狀、鏈狀網(wǎng)絡(luò)。l在樹狀網(wǎng)絡(luò)中最多支持250節(jié)點(diǎn)，在鏈狀網(wǎng)絡(luò)中最多支持1,000個(gè)節(jié)點(diǎn)。l穩(wěn)定與健壯的通訊，點(diǎn)對點(diǎn)傳輸都會(huì)有一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送后返回的確認(rèn)。l終端設(shè)備可以使用電池長時(shí)間工作。l128128-bit AES 數(shù)據(jù)加密。 圖4-1 ZigBee協(xié)議四層結(jié)構(gòu)圖圖4-2 JenNet協(xié)議棧示意圖 4.1.2 JenNet的應(yīng)用函數(shù)接口在ZigBee

23、節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的應(yīng)用和服務(wù)是通過準(zhǔn)確調(diào)用一系列API函數(shù)完成的，相關(guān)的函數(shù)在安裝的庫文件中。其主要分為3大類：（1）集成外設(shè)的API函數(shù)：實(shí)現(xiàn)與外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，如A/D、D/A、GPIO、SPI、串口等。直接調(diào)用這些API可以設(shè)置DIO的輸入輸出功能；進(jìn)行定時(shí)器的設(shè)置與使能；串口設(shè)置；SPI、IIC、IIS智能總線配置等。（2）網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的API：網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的API函數(shù)主要是用來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)現(xiàn)、網(wǎng)路的管理和遠(yuǎn)程服務(wù)發(fā)現(xiàn)等功能。分為網(wǎng)絡(luò)連接函數(shù)（包括網(wǎng)絡(luò)協(xié)議初始化、網(wǎng)路發(fā)起、節(jié)點(diǎn)加入、節(jié)點(diǎn)綁定和加入權(quán)限等函數(shù)）、網(wǎng)絡(luò)安全函數(shù)（包括安全密鑰初始化、信任中心和移除節(jié)點(diǎn)等函數(shù)）、地址功能函數(shù)（包括16位

24、短地址的獲取、IEEE地址的獲取和端點(diǎn)的地址綁定等）、路由函數(shù)（本地路由請求和多對一路由的請求）和節(jié)點(diǎn)句柄函數(shù)（包括Mac層句柄、網(wǎng)絡(luò)層句柄、應(yīng)用層句柄和節(jié)點(diǎn)路由鏈路表的獲取等）。（3）應(yīng)用架構(gòu)的API：應(yīng)用層的API函數(shù)主要完成數(shù)據(jù)報(bào)文的傳輸服務(wù)（ZDP）、協(xié)議棧數(shù)據(jù)管理單元(PDUM)、基本數(shù)據(jù)管理單元（PDM）和電源管理(PWRM)等功能。其中數(shù)據(jù)報(bào)文的傳輸包括與之前的ZigBee版本有所改進(jìn)，在單播和廣播的基礎(chǔ)上，增加了組播機(jī)制。本文中子節(jié)點(diǎn)向協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)服務(wù)主要是應(yīng)用了單播和組播的模式，而協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)向子節(jié)點(diǎn)應(yīng)用的是單播和廣播的模式。地址機(jī)制都采用的是16位短地址的方式。針對多節(jié)點(diǎn)間數(shù)

25、據(jù)通信，協(xié)議棧數(shù)據(jù)管理單元能夠有效的管理網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層間的數(shù)據(jù)交換服務(wù)。通過在RAM中開辟一段FIFO存儲(chǔ)區(qū)來發(fā)送連續(xù)的大量數(shù)據(jù)，增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性?；緮?shù)據(jù)管理單元可以用來保存應(yīng)用層中的常用參數(shù)和變量數(shù)據(jù)等，在程序運(yùn)行時(shí)可以直接調(diào)用。4.1.3 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)ZigBee 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要分為三種：星狀結(jié)構(gòu)、樹狀結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) （如圖 4-3）。l星狀結(jié)構(gòu)：節(jié)點(diǎn)之間只有一條路由途徑，即路由節(jié)點(diǎn)或者終端設(shè)備都只能直接和協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)通信。l樹狀結(jié)構(gòu)：信息沿著樹的路徑進(jìn)行上傳到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。l 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)：網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是一種最為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其可自動(dòng)生成路徑并維護(hù)，可以組成極為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，具有很大的路

26、由深度和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。圖4-3 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對于上文所述的幾種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，本方案結(jié)合在項(xiàng)目制作過程中的具體情況分析采取樹狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。分析如下：樹狀網(wǎng)絡(luò)和星狀網(wǎng)絡(luò)相比，能夠?qū)崿F(xiàn)更遠(yuǎn)距離的傳輸，數(shù)據(jù)信息可以通過多條路徑，經(jīng)多個(gè)路由器傳遞，使得協(xié)調(diào)器能夠接收到數(shù)據(jù)而顯示在上位機(jī)軟件上。理論而言，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x可達(dá)到無窮遠(yuǎn)。樹狀結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)相比又有其簡潔性。隨著路由器數(shù)量的增加，不可避免會(huì)造成數(shù)據(jù)的冗余。其中一個(gè)較好的解決方案便是控制路由器的數(shù)量。考慮到本文所述解決方案的具體應(yīng)用背景，筆者認(rèn)為沒有必要使用大規(guī)模的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，樹狀結(jié)構(gòu)足以解決問題，同時(shí)也能減少數(shù)據(jù)冗余，降低方案開發(fā)成本。4.2 硬

27、件設(shè)計(jì)4.2.1總體方案設(shè)計(jì)構(gòu)建一個(gè)傳感網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)由路由器，終端設(shè)備組成。路由器的功能包括獲取自身數(shù)據(jù)并發(fā)送以及傳遞其他節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，終端設(shè)備的功能則為發(fā)送自身采集的數(shù)據(jù)。發(fā)送的數(shù)據(jù)經(jīng)由協(xié)調(diào)器接收通過串口發(fā)送給上位機(jī)軟件，數(shù)據(jù)經(jīng)分析處理后顯示在上位機(jī)界面上。傳感器由加速度計(jì)，溫濕度傳感器，煙霧傳感器，RFID射頻模塊，光照度傳感器組成?？傮w的電路設(shè)計(jì)思想是以協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)作為中心節(jié)點(diǎn)連接到PC上位機(jī)，其連接方式采用USB接口方式，并利用USB接口的+5V電壓作為協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的供電電源。因?yàn)槌Ｓ肞C的USB最大輸出功率為500mW左右，完全能夠滿足協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的單點(diǎn)工作需求（如圖4-4所示）。路由器節(jié)點(diǎn)

28、和終端節(jié)點(diǎn)的硬件電路完全相同，分為數(shù)據(jù)采集單元、電源管理單元、板上存儲(chǔ)單元和ZigBee無線傳輸單元。其中，數(shù)據(jù)采集單元采用PIC18F4520單片機(jī)為MCU核心，電源管理部分采用電池供電和USB供電可選兩種，板上存儲(chǔ)單元來存儲(chǔ)離線采集的數(shù)據(jù)，ZigBee模塊把采集的數(shù)據(jù)（經(jīng)過MCU的UART1傳輸?shù)絁N5148的UART1）發(fā)送到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。 圖4-4 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案示意圖4.2.2控制器的選擇本項(xiàng)目采用MicroChip單片機(jī)PIC18F4520（引腳和實(shí)物圖如圖2-2所示）； MicroChip單片機(jī)的主要產(chǎn)品是PIC 16C系列和18C系列8位單片機(jī)，CPU采用RISC結(jié)構(gòu)，分別僅有

29、33,35,58條指令，采用Harvard雙總線結(jié)構(gòu)，運(yùn)行速度快，低工作電壓，低功耗，較大的輸入輸出直接驅(qū)動(dòng)能力，價(jià)格低，一次性編程，小體積。適用于用量大，檔次低，價(jià)格敏感的產(chǎn)品。在辦公自動(dòng)化設(shè)備，消費(fèi)電子產(chǎn)品，電訊通信，智能儀器儀表，汽車電子，金融電子，工業(yè)控制不同領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，PIC系列單片機(jī)在世界單片機(jī)市場份額排名中逐年提高。發(fā)展非常迅速。圖4-5 PIC18F4520引腳和實(shí)物圖4.2.3無線傳輸模塊射頻物理層芯片采用英國JENNIC公司的基于2.4GHZ的無線微控制器JN5148高功率模塊，可以減少RF高頻部分硬件電路設(shè)計(jì)的難度與工作量。其實(shí)物圖與引腳圖如圖4-6所示。JN51

30、48模塊是JENNIC公司的第三代無線微控制器模塊，可以在最低成本下實(shí)現(xiàn)IEEE802.15.4和ZIGBEE的無線系統(tǒng)，該模塊可以提供開發(fā)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的豐富外圍器件，可以減少RF射頻設(shè)計(jì)和測試的漫長開發(fā)周期。同時(shí)基于JenNet協(xié)議棧的Eclipse開發(fā)環(huán)境便于系統(tǒng)的開發(fā)，系統(tǒng)集成度高，功能齊全。圖4-6 JN5148硬件實(shí)物圖與引腳圖1) JN5148硬件資源JN5148模塊射頻特性如下：頻率：全球免費(fèi)頻段 ，2.4-2.483GHz，可分16個(gè)信道，信道帶寬5MHz。支持協(xié)議棧：IEEE802.15.4、ZigBee 2004、JenNet、ZigBee PRO等協(xié)議棧。工作電壓：2.

31、7-3.6V發(fā)射電流：110mA接收電流：23mA發(fā)射功率：+23dBm接收靈敏度：-98dBm休眠電流：2.6uA，帶喚醒時(shí)鐘。溫度范圍：-40 到+85攝氏度。速率：250Kbps，支持500kbps/667kbps的高速模式。調(diào)制方式：QPSK通訊距離：100-1500米（和具體模塊類型和使用的環(huán)境以及天線有關(guān)系）。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌狐c(diǎn)對點(diǎn)、星型網(wǎng)絡(luò)、樹狀網(wǎng)絡(luò)、MESH（網(wǎng)狀）網(wǎng)絡(luò)、鏈狀網(wǎng)絡(luò)等。串口模式：波特率最高115200bps；7或8位數(shù)據(jù)位；奇/偶/無效驗(yàn)；1或2位停止位。 JN5148的模塊硬件資源的框圖如圖4-7所示：圖4-7 JN5148的硬件資源框架圖2) 電路原理圖設(shè)計(jì)JN51

32、48的編程接口如圖，可以通過可以采用MISO管腳和復(fù)位管腳間的電平變化來確定其進(jìn)入編程狀態(tài)。編程接口的電路如圖4-8所示：圖4-8 JN5148的編程接口我們通過將DIO16和DIO17連接LED來表示JN5148的工作狀態(tài)，并在DIO16和DIO17與LED間串入分壓電阻進(jìn)行分壓來保護(hù)LED。zigbee電路的全部原理圖4-9所示：圖4-9 zigbee電路原理圖由于Zigbee模塊只進(jìn)行信號的傳輸，不擔(dān)任任何其他任務(wù)，所以出自經(jīng)濟(jì)方面考慮省去了一些不必要的模塊，復(fù)位方面選擇了手動(dòng)復(fù)位而省略了看門狗定時(shí)器自動(dòng)復(fù)位的功能。3) PCB設(shè)計(jì)本文所有原理圖和PCB圖均使用Altium Design

33、er 6.9設(shè)計(jì)開發(fā)。Altium Designer 是原Protel軟件開發(fā)商Altium公司推出的一體化的電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)。這套軟件把原理圖設(shè)計(jì)、電路仿真、PCB繪制編輯、拓?fù)溥壿嬜詣?dòng)布線、信號完整性分析和設(shè)計(jì)輸出等技術(shù)高度集成，為PCB開發(fā)帶來極大的方便。完整的PCB圖4-10所示：圖4-10 zigbeePCB圖 PCB布線過程中的注意事項(xiàng)：由于JN5148的引腳集中在一側(cè)，故將另一側(cè)置于板外側(cè)，可以節(jié)省空間，也便于通信。由于主板將zigbee模塊規(guī)定在右側(cè)并留出一定空間，故將10*2轉(zhuǎn)接頭置于板的左側(cè)，與主板進(jìn)行連接，最大化使用空間。4.2.4 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)器的功能是接受數(shù)

34、據(jù)，并向串口發(fā)送數(shù)據(jù)，是zigbee網(wǎng)絡(luò)中的大腦，協(xié)調(diào)器所要求功率大，所以使用博控公司的EK開發(fā)包中的協(xié)調(diào)器，原理圖和實(shí)物圖如下圖4-11所示：圖4-11 協(xié)調(diào)器原理圖和實(shí)物圖4.2.5 路由器和終端節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)1) 電路原理圖設(shè)計(jì)l電源設(shè)計(jì)考慮到實(shí)際應(yīng)用情況，其最終應(yīng)用環(huán)境是在家居寓所中。那么就要求本產(chǎn)品便于使用，易于維護(hù)，且要求耗電量低。由于監(jiān)測位置的不確定性，電池供電是主要供電方式；再考慮到現(xiàn)代化家庭很方便使用節(jié)能的USB接口，于是又集成了USB供電，這在另一方面也方便了調(diào)試工作的進(jìn)行。對于USB供電接口，可以直接供給板上傳感器、LCD的電源插口。對于電池供電，采用AMS1117-5V電

35、平轉(zhuǎn)換芯片，將兩節(jié)電池電壓轉(zhuǎn)換為5V，然后提供其它元件使用。這兩種供電方式通過一個(gè)三向開關(guān)進(jìn)行選擇，整體原理圖如4-12所示：圖4-12兩種供電方式原理圖對于板上使用的PIC18F4520單片機(jī)和Zigbee等芯片，通常需要采用3.3V電壓供電。電平轉(zhuǎn)換芯片采用AMS1117-3.3V，輸入接剛才介紹的5V輸出，輸出送到單片機(jī)電源輸入端、Zigbee電源輸入端、以及后面將要介紹的串口電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232。原理圖如下：圖4-13 AMS1117-3.3V供電原理圖l串行通信電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)使用Zigbee模塊的串行數(shù)據(jù)傳輸功能，傳感器采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過MCU的處理，通過TX和RX引腳輸出串行數(shù)據(jù)。

36、調(diào)試時(shí)，短接P1的中間兩個(gè)跳線帽，數(shù)據(jù)從串口DB1輸出，可以通過一條USB轉(zhuǎn)串口線連接到PC，并使用串口助手查看輸出的數(shù)據(jù)是否正確。在Zigbee模塊接入之后，將P1中間的跳線帽去掉，并接到兩側(cè)，這時(shí)數(shù)據(jù)將傳入Zigbee，成功組網(wǎng)之后將數(shù)據(jù)發(fā)送到終端。在串行數(shù)據(jù)線上使用MAX3232芯片提供RS232電平標(biāo)準(zhǔn)，MAX3232具有二路接收器和二路驅(qū)動(dòng)器，提供1uA關(guān)斷模式，有效降低功效并延遲便攜式產(chǎn)品的電池使用壽命。關(guān)斷模式下，接收器保持有效狀態(tài)，對外部設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，僅消耗1uA電源電流。即使工作在高數(shù)據(jù)速率下，MAX3232仍然能保持RS232標(biāo)準(zhǔn)要求的正負(fù)5.0V最小發(fā)送器輸出電壓。整個(gè)串

37、行網(wǎng)絡(luò)的原理圖如圖4-14所示：圖4-14串行網(wǎng)絡(luò)的原理圖其中用到兩個(gè)0歐電阻，可以起到良好的濾波效果，提高信號抗干擾性能。l下載電路設(shè)計(jì)采用外置的PICKit2下載器，通過與板上的P3口連接，可以將程序下到MCU中。實(shí)現(xiàn)電路如下：圖4-15下載電路2) PCB設(shè)計(jì)完整的PCB圖如下：圖4-16主板PCB完整實(shí)物圖如圖4-17所示：圖4-17 主板實(shí)物圖4.3傳感器介紹本項(xiàng)目采用的傳感器有五種：光照度傳感器，溫濕度傳感器，煙霧傳感器，RFID射頻卡，加速度計(jì)。下面分別簡要介紹各傳感器的功能。4.3.1光照度傳感器 l光照度傳感器概述： 項(xiàng)目采用的光照度傳感器為BH1750FVI模塊，采用I2C

38、通信方式，在ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)中負(fù)責(zé)采集室內(nèi)光照信息，電機(jī)的轉(zhuǎn)速將根據(jù)光照信息做出調(diào)整。其引腳圖和實(shí)物圖如圖4-18所示：BH1750FVI BH1750FVI圖4-18光照度傳感器引腳圖和實(shí)物圖l各引腳的功能如下：VCC電源引腳VCC，VCC一般為3V到5V之間的電壓，一般取3.3VSCLI2C通信時(shí)鐘引腳SDAI2C通信數(shù)據(jù)引腳ADDR模式轉(zhuǎn)換引腳，高電平為高分辨率，低電平為低分辨率GND接地引腳l光照節(jié)點(diǎn)實(shí)物如圖4-19所示：圖4-19光照節(jié)點(diǎn)實(shí)物圖4.3.2溫濕度傳感器l溫濕度傳感器概述：項(xiàng)目采用的溫濕度傳感器為 DHT11數(shù)字濕溫度傳感器，采用單總線通信方式，在ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)中負(fù)責(zé)采

39、集室內(nèi)溫度和濕度信息，其引腳圖和實(shí)物圖如圖4-20所示：溫濕度傳感器模塊VCCGNDD0圖4-20溫濕度傳感器引腳圖和實(shí)物圖l各引腳的功能如下：VCC電源引腳VCC，VCC一般為3V到5V之間的電壓，一般取3.3VGND接地引腳D0輸出lDHT11的傳輸時(shí)序DHT11通信方式為單總線通信，所以讀取數(shù)據(jù)必須嚴(yán)格按照其傳輸時(shí)序，如圖4-21所示：圖4-21 DHT11的傳輸時(shí)序l溫濕度節(jié)點(diǎn)實(shí)物如圖4-22所示：圖4-22溫濕度節(jié)點(diǎn)實(shí)物圖4.2.3煙霧傳感器l煙霧傳感器概述：項(xiàng)目采用的煙霧傳感器為 MQ-2煙霧傳感器模塊，在ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)中負(fù)責(zé)采集室內(nèi)煙霧信息，一旦煙霧值超過預(yù)定值，將觸發(fā)蜂鳴器報(bào)

40、警。其引腳圖和實(shí)物圖如圖4-23所示：煙霧傳感器模塊VCCGNDD0A0圖4-23煙霧傳感器引腳圖和實(shí)物圖l引腳介紹：VCC電源正極GND電源地D0數(shù)字量輸出口，檢測到煙霧時(shí)輸出高電平，否則為低電平A0模擬量輸出口，輸出模擬電壓，電壓越低，煙霧濃度越大l煙霧節(jié)點(diǎn)實(shí)物如圖4-24所示：圖4-24煙霧節(jié)點(diǎn)實(shí)物圖4.2.4 RFID射頻模塊lRFID射頻模塊概述：項(xiàng)目采用的RFID射頻模塊為 Mifare522 Module，采用串口通信方式，在ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)中負(fù)責(zé)門禁刷卡及身份認(rèn)證。其引腳圖和實(shí)物圖如圖4-25所示：RFID射頻模塊VCCGNDTXDRXD圖4-25 RFID射頻模塊引腳圖和實(shí)物

41、圖l引腳介紹：VCC電源正極GND電源地TXD串口發(fā)送RXD串口接收lRFID節(jié)點(diǎn)實(shí)物如圖4-26所示：圖4-26 RFID節(jié)點(diǎn)實(shí)物圖4.2.5加速度計(jì)l加速度計(jì)概述：項(xiàng)目采用的加速度計(jì)為MMA7361三軸加速度計(jì)，單片機(jī)通過三路AD轉(zhuǎn)換獲取加速度值，在ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)中監(jiān)測室內(nèi)傾斜情況。其引腳圖和實(shí)物圖如圖4-27所示：圖4-27加速度計(jì)引腳圖和實(shí)物圖l引腳介紹：VCC電源正極GND電源地XX方向通道YY方向通道ZZ方向通道SL睡眠模式，置高電平喚醒l加速度計(jì)節(jié)點(diǎn)實(shí)物如圖4-28所示：圖4-28加速度計(jì)節(jié)點(diǎn)實(shí)物圖4.2.6人體紅外傳感器HC-SR501 人體紅外感應(yīng)模塊 是基于紅外線技術(shù)的自

42、動(dòng)控制產(chǎn)品。靈敏度高、可靠性強(qiáng)、超低功耗，超低電壓工作模式。廣泛應(yīng)用于各類自動(dòng)感應(yīng)電器設(shè)備,尤其是干電池供電的自動(dòng)控制產(chǎn)品.在本項(xiàng)目中，該傳感器安置于窗戶，一旦陌生人靠近，觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警。圖4-29人體紅外傳感器實(shí)物圖 圖4-30 GSM模塊實(shí)物圖4.2.7 GSM模塊lGSM概述：GSM模塊，是將GSM射頻芯片、基帶處理芯片、存儲(chǔ)器、功放器件等集成在一塊線路板上，實(shí)物如圖4-30所示，當(dāng)家中煙霧傳感器檢測到火情時(shí)，單片機(jī)控制器會(huì)向GSM模塊發(fā)送報(bào)警消息的AT指令，完成報(bào)警短信發(fā)送。用戶會(huì)即時(shí)收到報(bào)警消息，從而避免火災(zāi)造成的損失。l短信報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)：使用標(biāo)準(zhǔn)的AT命令來控制GSM模塊完成發(fā)送

43、短信功能。適當(dāng)?shù)腁T命令將由單片機(jī)控制器通過RS232發(fā)送給GSM模塊。AT命令發(fā)送短消息的過程如下：(1)連接測試：發(fā)：AT收：OK(2)設(shè)置短消息發(fā)送格式： 發(fā)：AT+CMGF=1 收 ：OK(3)設(shè)置接收方號碼發(fā)：AT+CMGS：>(4)發(fā)送短信內(nèi)容：發(fā)：data /data 為發(fā)送內(nèi)容，為發(fā)送符（ctrl+z,十六進(jìn)制0x1A）收：+CMGS: 54 OK這樣一條短信就發(fā)送成功了。第五章 人臉識別子系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1總體設(shè)計(jì)思路在本系統(tǒng)中，需要區(qū)分不同的人，具體的體現(xiàn)方式為下班后人們一般聽音樂放松心情，不同的人有自己喜歡的音樂，為此我們設(shè)計(jì)了當(dāng)檢測到特定的人

44、時(shí)，播放他喜歡的背景音樂已達(dá)到私人定制。該子系統(tǒng)采用基于OpenCV的人臉識別來完成，分兩個(gè)部分設(shè)計(jì)，第一部分為檢測人臉，采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法中Adaboost算法來完成，的第二部分為人臉匹配，采用基于直方圖統(tǒng)計(jì)的方法與模板匹配，已達(dá)到身份認(rèn)證的目的。系統(tǒng)基于MFC編程，大大提高了程序的靈活性。5.2人臉檢測算法設(shè)計(jì)5.2.1 AdaBoost算法簡介Adaboost是一種迭代算法，其核心思想是針對同一個(gè)訓(xùn)練集訓(xùn)練不同的分類器(弱分類器)，然后把這些弱分類器集合起來，構(gòu)成一個(gè)更強(qiáng)的最終分類器(強(qiáng)分類器)。其算法本身是通過改變數(shù)據(jù)分布來實(shí)現(xiàn)的，它根據(jù)每次訓(xùn)練集之中每個(gè)樣本的分類是否正確，以及上次的總

45、體分類的準(zhǔn)確率，來確定每個(gè)樣本的權(quán)值。將修改過權(quán)值的新數(shù)據(jù)集送給下層分類器進(jìn)行訓(xùn)練，最后將每次訓(xùn)練得到的分類器最后融合起來，作為最后的決策分類器。圖5-1給出了Adaboost人臉檢測算法進(jìn)行訓(xùn)練和檢測的流程圖。 人臉非人臉Adaboost訓(xùn)練分類器訓(xùn)練過程輸入圖像Adaboost檢測檢測結(jié)果圖5-15.2.2 Haar分類器OpenCV實(shí)現(xiàn)了人臉檢測技術(shù)的其中一個(gè)版本，它首先由Paul Viola和Michael Jones設(shè)計(jì)的，稱為Viola-Jones檢測器。OpenCV稱這個(gè)檢測器為“Haar分類器”，它建立了boost篩選式級聯(lián)分類器，該分類器使用AdaBoost算法，把弱分類器節(jié)

46、點(diǎn)組成篩選式級聯(lián)。換句話說：第一組分類器是最優(yōu)，能通過包含物體的圖像區(qū)域，同時(shí)允許一些不包含物體的圖像通過，第二組分類器次優(yōu)分類器，也是有較低的拒絕率，以此類推。在測試模式下，只要圖像區(qū)域通過了整個(gè)級聯(lián)，則認(rèn)為里面有物體。弱分類器是一個(gè)個(gè)多數(shù)情況下只有一層的決策樹，一層決策樹允許下面的形式的決策：判斷特征f的值v是否大于某個(gè)閾值t;yes表示可能是人臉，no表示不是人臉：fi=-1, &v<t+1, &vt分類器中用到的篩選式級聯(lián)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都由多個(gè)boosting分類器組成，只要有人臉，它基本上都可以檢測到，同時(shí)它只拒絕一小部分非人臉，但是到了最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)，幾乎所有的非人

47、臉都被拒絕掉，只剩下人臉區(qū)域。如圖5-2所示：F1F2Fn無人臉無人臉人臉無人臉圖5-2 篩選式級聯(lián)分類器搜索人臉示意圖5.3基于直方圖的人臉匹配直方圖(Histogram)又稱柱狀圖、質(zhì)量分布圖，是一種統(tǒng)計(jì)報(bào)告圖。直方圖由一系列高度不等的縱向條紋或線段表示數(shù)據(jù)分布的情況。一般用橫軸表示數(shù)據(jù)類型，縱軸表示分布情況。在圖像處理上，直方圖是圖像信息統(tǒng)計(jì)的有力工具。通過標(biāo)記幀與幀之間顯著的邊緣和顏色統(tǒng)計(jì)變化，直方圖被用來檢測視頻中場景的變換。圖5-3 原圖，灰度圖和直方圖對于直方圖來說，另一個(gè)不可或缺的工具是用某些具體的標(biāo)準(zhǔn)來比較兩個(gè)直方圖的相似度。這些工具首先由Swain和Ballar引入，后經(jīng)Schiele推廣。函數(shù)cvCompareHist()用于對比兩個(gè)直方圖的相似度。double cvCompareHist( const CvHistogram* hist1, const CvHistogram* hist2, int method );在本系統(tǒng)中，用戶提供的模板與攝像頭采集的圖像相比較,兩者分別做直方圖相匹配，得到相似度，比較的方法項(xiàng)目采用Bhattacharyya距離（method=CV_COMP_BHATTACHARYYA）dH1,H2=1-iH1i*H2(i)H1i*H2(i)對于