Jste zde

Monitoring obsazenosti místnosti trochu jinak

Stephen Evanczuk, Digi-Key, 29. Prosinec 2021 - 8:20

Monitorování přítomnosti nebo také obsazenosti místnosti hraje klíčovou roli v automatizaci budov. Vyvinout vhodné algoritmy pro rozpoznání pohybu je časově náročný a nákladný proces. Existuje mnoho technologií, které se touto problematikou zabývají, ale existuje jedna, která je rychlá, jednoduchá, praktická a ne příliš rozšířená.

Představíme si komplexní sadu od společnosti Analog Devices. Pomocí této sady lze rychle a spolehlivě splnit hlavní požadavky monitoringu obsazenosti místnosti.

Proč je monitoring obsazenosti důležitý?

Sledování počet osob v místnosti, jejich polohu a pohyb poskytuje důležitá data pro efektivní automatizaci budov. Během pandemie jsou kanceláře poloprázdné a mít přehled o obsazenosti jednotlivých místnostech hraje klíčovou roli v zamezení plýtvání energií.

Implementace řešení pro monitoring obsazenosti místnosti

Návrh a implementace automatizovaného řešení pro sledování obsazenosti vyžaduje odborné znalosti v mnoha technických oblastech, aby bylo možné efektivně zkombinovat senzory, nízkoenergetické procesory a konektivitu s přesnými algoritmy pro počítání lidí. Výsledný systém je pak schopen okamžitě reagovat, když lidé vcházejí do vnitřních prostor a odcházejí z nich. Správné nastavení celého systému vyžaduje čas a zdroje na rozvoj a podporu.

Analog Devices nabízí kompletní platformu ADSW4000 EagleEye založenou na 2D obrazovém senzoru s nízkou spotřebou. Sada obsahuje vlastní algoritmus People Count společnosti Analog Devices běžící na digitálním signálovém procesoru (DSP) Blackfin ADSP-BF707. ADSW4000 EagleEye poskytuje data o využití vnitřních prostor, a to umožňuje vyvážit využití kancelářských prostor a spotřebu energie.

Analýza obrazu a počítání lidí je provedeno v procesoru Blackfin. Algoritmus EagleEye zajišťuje, že všechny snímky zůstanou v zařízení ADSW4000. To znamená, že žádné osobní data neopustí zařízení. To je v souladu s předpisem na ochranu soukromí.

Ve skutečnosti jsou výsledky generované procesorem Blackfin přetransformovány do balíčku dat, obsahující počet lidí ve sledovaném prostoru (ROI- region of interest), jejich x,y umístění v tomto prostoru a zda jsou či nejsou v pohybu. K urychlení vývoje aplikací pro monitorování obsazenosti, Analog Devices svou platformu ADSW4000 EagleEye People Count intgroval do zkušební sady EVAL-ADSW4000KTZ EagleEye.

Subsystémy urychlují implementaci

Zkušební sada EagleEye se skládá z dvojice subsystémů. Jeden subsystém tvoří Blackfin DSP procesor ke zpracování obrazu a generování dat o počtu, souřadnicích a pohybu lidí. Druhý subsystém tvoří mikrokontroler ADuCM4050 od Analog Devices pro zajištění konektivity a funkčnosti aplikace na vyšší úrovni (obrázek 1). Jak již bylo zmíněno nejdůležitější funkce počítání lidí se provádí v subsystému DSP EagleEye, na kterém běží algoritmus EagleEye ADSW4000.

Obrázek 1: Ve zkušební sadě EagleEye subsystém DSP získává a zpracovává snímky pomocí algoritmu ADSW4000 EagleEye PeopleCount běžícího na ADSP-BF707 Blackfin DSP. (Zdroj obrázku: Analog Devices)

Pro získávání obrazu z prostoru se používá modul pro 2D snímání obrazu ASX340AT3C00XPED0-DPBR. Jedná se o digitální CMOS SoC kombinovaný s infračerveným filtrem od Onsemi. Algoritmus EagleEye PeopleCount ADSW4000 ve spolupráci se službami EagleEye frameworku od Analog Devices běží na ADSP-BF707 Blackfin DSP. Algoritmus má k dispozici nízkoenergetickou sériovou 512 Mbit Flash paměť IS25LP512M od ISSI a 1Gbit SDRAM paměť MT46H64M16LF od Micron Technology.

ADSP-BF707 Blackfin DSP je ideální volbou pro zpracování složitých úkolů jako je zpracování obrazu. Blackfin DSP obsahuje několik hardwarových výpočetních jednotek (SIMD- single instruction, multiple-data), které dodávají velký výpočetní výkon.

Algoritmus ADSW4000 ADI EagleEye PeopleCount, který běží na procesoru ADSP-BF707 Blackfin, dosahuje až 90% přesnosti počtu ve sledované oblasti. Subsystém potřebuje pouze 300 ms od okamžiku, kdy osoba vstoupí do sledované oblasti, aby zjistil, že došlo k vniknutí do místnosti. Čas potřebný k identifikaci změny stavu místnosti z obsazené na neobsazenou je uživatelsky konfigurovatelné a výchozí nastavení je pět minut.

Rychlost vyhodnoceni neboli latence je podobná i pro určení počtu lidí a údaje o jejich poloze. Počet osob a jejich polohu algoritmus vyhodnotí do 1,5 sekundy, kdy došlo ke vstupu do sledované oblasti. Po první detekci algoritmus potřebuje pouze 113 ms, aby poskytl aktualizované údaje o počtu a jejich poloze.

Jak je uvedeno výše, platforma EagleEye nepřenáší žádné zachycené obrázky. DSP používá UART v režimu push k přenosu metadat obsazenosti. Tento paket metadat, přenášený ve formátu JSON, obsahuje stav obsazenosti (obsazeno nebo neobsazeno), počet osob, jejich polohu v podobě souřadnic x,y a další údaji (tabulka 1).

Tabulka 1: Algoritmus EagleEye uchovává soukromí uživatelů v bezpečí tím, že nepřenáší osobní informace - obraz, ale namísto toho generuje balíček dat, který obsahuje zde uvedená metadata. (Zdroj tabulky: Analog Devices)

DSP posílá metadata do subsystému ADuCM4050 MCU, ve kterém běží AWS FreeRTOS a podporuje vysokoúrovňovou aplikaci EagleEye a služby připojení potřebné pro zprovoznění senzoru a komunikaci s přidruženou cloudovou službou Analog Devices (obrázek 2).

32bitový ADuCM4050 MCU nabízí komplexní prostředí pro spolehlivý chod EagleEye od Analog Devices. ADuCM4050 je postaven na jádru Arm Cortex-M4F 52 MHz s integrovanou jednotkou s pohyblivou řádovou čárkou (FPU), s jednotkou ochrany paměti (MPU), hardwarovým kryptografickým akcelerátorem a chráněným úložištěm klíčů.

Obrázek 2: Subsystém ADuCM4050 poskytuje služby pro lokální komunikaci nebo pro připojení ke cloudu či jinými systémy správy budov. (Zdroj obrázku: Analog Devices)

Sada integrovaných funkcí pro správu napájení, včetně několika režimů napájení a možností taktování, umožňuje dosáhnout velmi nízké spotřeby energie. Výsledkem je, že MCU vyžaduje pouze 41 μA/MHz v aktivním režimu a 0,65 μA v režimu hibernace. Během neaktivní doby procesor spotřebuje pouze 0,20 μA v režimu rychlého probuzení nebo pouze 50 nA v režimu úplného spánku.

Jak rychle začít počítat lidi

Ve zkušební sadě Analog Devices se kombinují subsystémy DSP a MCU s kamerovým senzorem, objektivem, LED diodami a tlačítky v kompaktním pouzdru (obrázek 3).

Obrázek 3: Jednotku 2D obrazového senzoru lze snadno namontovat nad sledovanou oblast. (Zdroj obrázku: Analog Devices)

Zkušební sadu lze jednoduše nainstalovat nad sledovanou oblast a rychle si ověřit jaké možnosti tato sada poskytuje. Senzor lze napájet přes DC konektor s napětím od 5,5 do 36 V nebo jej lze napájet pomocí micro USB konektoru. Po nainstalování senzorové jednotky je nutné vizuálně potvrdit polohu senzoru a požadované zorné pole (FOV) pomocí doprovodné aplikace EagleEye PeopleCount dostupné na App Store nebo na Google Play (obrázek 4).

Obrázek 4: Aplikace EagleEye PeopleCount umožňuje snadné potvrzení umístění senzorové jednotky před uvedením do provozu. (Zdroj obrázku: Analog Devices)

Poté, co uživatelé nastaví sledovaný prostor snímače, pokračuje se krátkém procesu uvedení zařízení do provozu. Během uvádění do provozu a později i během provozu mohou uživatelé pozorovat LED diody zabudované v jednotce pro sledování aktuálního stavu příslušných subsystémů (tabulka 2).

Tabulka 2: Samostatné LED vestavěné do senzorové jednotky poskytují nepřetržitou indikaci stavu subsystémů DSP a MCU. (Zdroj tabulky: Analog Devices)

Aplikace provede uživatele několika kroky potřebnými pro uvedení senzoru do provozu. Jedná se o ohraničení sledované oblasti pomocí jednotlivých značek ​​(obrázek 5, vlevo). Stejně se označí také oblasti, kde nemá docházet k monitoringu jako jsou například okna a obrazovky (obrázek 5 vpravo).

Obrázek 5: Během uvádění do provozu uživatelé používají doprovodnou aplikaci k identifikaci oblastí, které by měl algoritmus EagleEye PeopleCount prozkoumat nebo ignorovat. Definice podlahové plochy​(vlevo) a oblasti, které jsou z monitorování vyňaty (vpravo) jako jsou okna nebo obrazovky. (Zdroj obrázku: Analog Devices)

Po montáži a uvedení do provozu začne senzorová jednotka přenášet svá metadata do cloudu Analog Devices. Po přihlášení do cloudu pomocí přihlašovacích údajů poskytnutých při registraci jsou k dispozici řada grafických informací v reálném čase (obrázek 6).

Obrázek 6: Po montáži a zprovoznění senzorové sady Analog Devices EagleEye se uživatelé mohou přihlásit k online řídicímu panelu v cloudu Analog Devices a zobrazit údaje o obsazenosti v reálném čase. (Zdroj obrázku: Analog Devices)

Technologická platforma EagleEye PeopleCount může být zabudována do vlastních návrhů vytvořených s vhodným procesorem Blackfin a vhodnou externí flash pamětí. Analog Devices také zpřístupňuje softwarový balíček EagleEye registrovaným zákazníkům zkušební sady.

Závěr

V komerčním sektoru se zbytečně plýtvá energiemi kvůli prázdným kancelářských prostor. Je často požadováno jednoduché řešení pro monitoring obsazenosti jednotlivých místností. Zkušební sada ADSW4000KTZ, která je založená na proprietárním algoritmu běžícím na nízkoenergetickém digitálním signálovém procesoru, poskytuje komplexní platformu senzor-cloud pro vyhodnocování obsazenosti místnosti. Je schopna poskytnout potřebná data o obsazenosti v reálném čase pro efektivnější hospodaření s energiemi v budově.

Reference:

 

Článek vyšel v originále na webu DigiKey.com, autorem je Stephen Evanczuk.

 

Hodnocení článku: 

Související články