[發明專利]一種基于FPGA與STM32聯合的智能窗系統

在審

• 申請號: 202110173412.5
• 申請日: 2021-02-09
• 公開（公告）號: CN112922490A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 柳長源;張林林;郭鵬崗;張海琨;孫雨涵
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: E05F15/71
• 分類號: E05F15/71;E05F15/70;E05F15/73;G06K9/00;G06K9/34;G06T5/00;G06T5/30;G01D21/02
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一種基于FPGA與STM32聯合的智能窗系統，其特征在于：包括攝像頭模塊、電源模塊、FPGA圖像處理裝置、存儲模塊、紅外遙控模塊、電機裝置、STM32主控模塊和室內外環境因子采集裝置；所述FPGA圖像處理裝置包括攝像頭驅動模塊和存儲模塊；室內外環境因子采集裝置包括溫度傳感器、風速傳感器、雨滴傳感器和可燃氣體傳感器。本發明可以實現三種控制方式，既可以利用紅外遙控器實現現場遙控開關窗；又可以利用室內外環境因子采集裝置中的傳感器采集的數據進行開關窗，實現窗戶的自動控制；同時，也可以利用手勢識別控制窗戶開關。

技術領域

本發明涉及智能窗控制領域，涉及一種基于FPGA與STM32聯合的智能窗系統。

技術背景

隨著互聯網的發展，智能家居已經深入到千家萬戶。然而智能窗戶的發展卻相對緩慢，目前控制窗戶的辦法主要是通過機械式手動開關窗、通過遙控器控制等方法進行。

通過傳感器控制和手勢識別是最近新興的控制方法，具有方便快捷等優點。利用傳感器感知室內外的環境變化，就可以實現自動開關窗，目前常用的傳感器有溫度傳感器和雨滴傳感器。現有的手勢識別方法主要有兩種，一個是基于數據手套的手勢識別模式、一個是基于視頻圖象式手勢識別。基于數據手套的手勢識別模式主要利用數據手套上面的傳感器，這些傳感器科研獲取到手勢信息，將這些數據傳給中心處理器，從而達到識別手勢的目的。這種方法可以克服環境因素帶來的影響，識別速度快，穩定性好，但是數據手套價格昂貴，而且人們佩戴之后運動十分不方便，并不適合融入智能家居。基于視頻圖象式手勢識別，這種方法不需要額外的設備，只需要攝像頭進行采集，然后抓取手勢圖像，并對圖像進行一系列預處理，從而識別出不同的手勢。這種方法使手勢的表達方式更加自然，成為目前手勢識別的重要研究方式，同時也更適合智能家居系統。

現有的窗戶只能進行簡單的開關，浪費人力和物力，開關窗操作不方便，不能達到智能控制的效果。因此，能夠發明一種更加便捷方式控制窗戶開關，包括自動控制、紅外遙控控制和手勢式視頻控制。

發明內容

本發明目的在于克服上述現在技術的不足，提供一種基于FPGA與STM32聯合的智能窗系統。

本發明通過以下技術方案實現：

一種基于FPGA與STM32聯合的智能窗系統，其特征在于：包括攝像頭模塊、電源模塊、FPGA圖像處理裝置、存儲模塊、紅外遙控模塊、電機裝置、STM32主控模塊和室內外環境因子采集裝置；所述FPGA圖像處理裝置包括攝像頭驅動模塊和存儲模塊；室內外環境因子采集模塊包括溫度傳感器、風速傳感器、雨滴傳感器和可燃氣體傳感器；這四個傳感器的數據傳輸線連接到STM32主控模塊上傳輸數據，處理后的數據傳給電機裝置用來驅動窗戶開關。本系統有自動控制、紅外遙控和手勢式視頻控制三種控制方式。

進一步地，根據權力要求1所述的自動控制方法,其特征在于：包括溫度傳感器、風速傳感器、雨滴傳感器和可燃氣體傳感器自動控制窗戶開關；傳感器采集數據傳輸到STM32主控模塊中處理數據并將處理結果傳給電機裝置來驅動窗戶；當室內溫度高于設定閾值時，窗戶打開通風散氣；當室內溫度低于閾值時窗戶關閉保證室內熱量；當室外風速高于設定閾值窗戶關閉；當室外降雨量超過設定閾值窗戶關閉。

進一步地，根據權力要求1所述的手勢式視頻控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1：攝像頭模塊實時采集視頻數據到FPGA的存儲模塊中；

步驟S2：所述的FPGA圖像處理裝置將步驟S1中獲取的圖像按照公式(1)從RGB顏色空間轉換到YCbCr顏色空間，得到這些圖像中每個像素點的Cb和Cr值；

然后再根據公式(2)，選取合適的閾值完成圖像的二值化，將得到的圖像設為Q：