技術探索 | 讓激光射燈也“智能”起來

在街頭常常會看到各種激光射燈，用各種色彩斑斕的投影來吸引遊客。在溫州中學的人工智能實驗室建好後，筆者也想在門口裝一個激光射燈，每到晚上向走廊地板投射出實驗室的LOGO，肯定能吸引很多好奇的學生。但是，如果激光射燈不能和學生們交互，總覺得配不上“智能”這個說法。因此，筆者希望做一個可以與用戶互動的激光射燈作品。

這個激光射燈作品的互動功能其實也簡單：當用戶走入照射範圍時，激光LOGO就轉動起來，在沒有人的時候則保持靜止。之所以這麼簡單，是因爲市場能買到的激光射燈圖案都是固定的，做不到動態更換，那唯一能“動”的就只有旋轉了。但是遺憾的是，市場上連“能感知用戶是否經過”的激光射燈也買不到。在權衡再三後，筆者買了一個帶遙控功能的激光射燈來改造。

實現激光射燈感知功能的可行性分析

因爲這個激光射燈是長期工作的，基於穩定性考慮，筆者不希望破壞原有的激光射燈結構。在購買射燈前，筆者已經想好了兩種改造方案。

方案一：使用激光射燈的自帶旋轉功能，做一個小模塊，模擬遙控器發送“旋轉”指令。

方案二：將激光射燈裝在旋轉底座上，通過控制安裝在底座上的旋轉裝置實現。

當激光射燈買到後，筆者卻很遺憾地發現，其自帶的遙控器使用的不是常見的紅外模塊。拆開遙控器外殼，發現其內部的信號發生芯片是HS2245PT，它產生的不是紅外信號，而是類似汽車遙控的300MHz到450MHz信號，模擬這個遙控信號不僅需要特殊的信號發射器，還要用專用工具分析信號，難度太高，於是第一種方案宣告失敗。筆者掂了掂激光射燈的重量，將近一公斤，如果底座安裝不牢固的話，隨時有墜落的風險，方案二也只能放棄。

當然，還有第三種方案，那就是將激光射燈的遙控器改造爲旋轉開關。從電子電路的角度來看，按鈕按下，就相當於將兩個原本斷開的線路接通，以此改變電壓值，帶來信號的變化，從而產生控制信號。那麼，只要想辦法將兩個線路用可編程控制的“開關”接通與斷開就行了，而這個“開關”可以用實驗室中唾手可得的繼電器（如圖1）來擔任。綜合分析一下，這是目前看來最可行、最便捷的方案了。

圖1 繼電器模塊

激光射燈的改造過程

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拆解遙控器，增加繼電器

將遙控器拆開一看，內部其實很簡單，由一個電路主板、一個電池電源和四個按鈕組成。因此，只需要在按鈕電路旁，焊接上繼電器，繼電器的信號由Arduino控制即可。

遙控器上一共有四個按鈕，分別表示開燈、關燈、旋轉、靜止。只需要改造後兩個，因此筆者將對應按鈕的線路用導線焊接引出，分別接到兩個繼電器上。由於焊接不能保證完全牢固，筆者又用熱熔膠在焊點上加固。

筆者採用DFRobot的PinPong board mini這款小型的Arduino主板，這樣可以進一步減小控制器的整體體積。原本的兩節7號供電電池，也可以利用Arduino板載的3.3V替代統一供電，這就進一步減小了裝置的體積（如圖2）。

圖2 Mini Arduino控制板

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製作感知“人”就發射信號的智能作品

爲了實現感知“人”的存在，筆者對比了數字人體紅外熱釋電運動傳感器、紅外數字避障傳感器和超聲波測距傳感器，其中紅外熱釋電傳感器的感應角度有110度，感應範圍太廣，沒辦法將範圍限制在LOGO照射區域。實驗室裡現有的紅外避障傳感器感應距離最大隻有80cm，達不到需求。因此，筆者選擇了感應角度小、感應距離長的超聲波測距模塊。

這個感知“人”就發射信號的智能作品工作原理如圖3所示。

圖3 激光射燈LOGO旋轉的工作流程

爲了固定超聲波傳感器，筆者在紙板盒上外開一個穿線的孔，將超聲波傳感器露在盒子外面，其他器件裝在裡面（如圖4）。

圖4 作品外觀

通過Mind+對其編程，當有人經過的時候，就讓LOGO旋轉5秒，沒有人時，就不旋轉。以Arduino代碼形式燒錄。代碼很簡單，如圖5所示。

圖5 作品代碼

激光射燈的安裝

01

位置調整

激光射燈的亮度很強，如果用戶與光源直視，強光會對肉眼造成傷害，考慮到這一點，筆者將射燈的照射角度調整爲比較小的傾角（如圖6），這樣，除非走得很近，否則光線不會直接射入眼睛。另外，筆者把燈裝在走廊的側面，減小了與行走方向一致造成直視光源的可能性。

圖6 照射角度示意

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定時開啓

由於射燈只需要在天黑後開啓，那麼改造後的遙控器智能作品同樣只需要晚上開啓，筆者利用一個米家智能插座Wi-Fi板，設置了兩個自定義智能場景（如圖7），其中一個是傍晚開燈，另一個是深夜關燈，以達到節能的效果。

圖7 自定義智能場景

經過上述步驟，已經完成了激光射燈裝置的改造和部署。經過測試，效果還是挺不錯的，第一天點亮，就吸引了好多學生來圍觀，效果如圖8所示。

圖8 最終部署效果

更多的想法

這次筆者選擇的主控板是最簡單的Arduino，如果想實現無線控制，只要將Arduino換成掌控板、行空板或者虛谷號等即可。筆者下一步想增加更加酷炫的“智能”，如在某款迷你電腦上加一個攝像頭，通過計算機視覺的方法，實現目標檢測、目標分類、目標追蹤、姿勢檢測等。例如，如果檢測到的是穿校服的學生，激光射燈就轉，如果檢測到的學生沒有穿校服，激光射燈就不轉。總之，好玩的想法挺多，等着學生們去實現。

本文作者：

邱奕盛 上海人工智能實驗室

謝作如 浙江省溫州中學