技术探索 | 让激光射灯也“智能”起来
在街头常常会看到各种激光射灯，用各种色彩斑斓的投影来吸引游客。在温州中学的人工智能实验室建好后，笔者也想在门口装一个激光射灯，每到晚上向走廊地板投射出实验室的LOGO，肯定能吸引很多好奇的学生。但是，如果激光射灯不能和学生们交互，总觉得配不上“智能”这个说法。因此，笔者希望做一个可以与用户互动的激光射灯作品。
这个激光射灯作品的互动功能其实也简单：当用户走入照射范围时，激光LOGO就转动起来，在没有人的时候则保持静止。之所以这么简单，是因为市场能买到的激光射灯图案都是固定的，做不到动态更换，那唯一能“动”的就只有旋转了。但是遗憾的是，市场上连“能感知用户是否经过”的激光射灯也买不到。在权衡再三后，笔者买了一个带遥控功能的激光射灯来改造。
实现激光射灯感知功能的可行性分析
因为这个激光射灯是长期工作的，基于稳定性考虑，笔者不希望破坏原有的激光射灯结构。在购买射灯前，笔者已经想好了两种改造方案。
方案一：使用激光射灯的自带旋转功能，做一个小模块，模拟遥控器发送“旋转”指令。
方案二：将激光射灯装在旋转底座上，通过控制安装在底座上的旋转装置实现。
当激光射灯买到后，笔者却很遗憾地发现，其自带的遥控器使用的不是常见的红外模块。拆开遥控器外壳，发现其内部的信号发生芯片是HS2245PT，它产生的不是红外信号，而是类似汽车遥控的300MHz到450MHz信号，模拟这个遥控信号不仅需要特殊的信号发射器，还要用专用工具分析信号，难度太高，于是第一种方案宣告失败。笔者掂了掂激光射灯的重量，将近一公斤，如果底座安装不牢固的话，随时有坠落的风险，方案二也只能放弃。
当然，还有第三种方案，那就是将激光射灯的遥控器改造为旋转开关。从电子电路的角度来看，按钮按下，就相当于将两个原本断开的线路接通，以此改变电压值，带来信号的变化，从而产生控制信号。那么，只要想办法将两个线路用可编程控制的“开关”接通与断开就行了，而这个“开关”可以用实验室中唾手可得的继电器（如图1）来担任。综合分析一下，这是目前看来最可行、最便捷的方案了。
图1 继电器模块
激光射灯的改造过程
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拆解遥控器，增加继电器
将遥控器拆开一看，内部其实很简单，由一个电路主板、一个电池电源和四个按钮组成。因此，只需要在按钮电路旁，焊接上继电器，继电器的信号由Arduino控制即可。
遥控器上一共有四个按钮，分别表示开灯、关灯、旋转、静止。只需要改造后两个，因此笔者将对应按钮的线路用导线焊接引出，分别接到两个继电器上。由于焊接不能保证完全牢固，笔者又用热熔胶在焊点上加固。
笔者采用DFRobot的PinPong board mini这款小型的Arduino主板，这样可以进一步减小控制器的整体体积。原本的两节7号供电电池，也可以利用Arduino板载的3.3V替代统一供电，这就进一步减小了装置的体积（如图2）。
图2 Mini Arduino控制板
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制作感知“人”就发射信号的智能作品
为了实现感知“人”的存在，笔者对比了数字人体红外热释电运动传感器、红外数字避障传感器和超声波测距传感器，其中红外热释电传感器的感应角度有110度，感应范围太广，没办法将范围限制在LOGO照射区域。实验室里现有的红外避障传感器感应距离最大只有80cm，达不到需求。因此，笔者选择了感应角度小、感应距离长的超声波测距模块。
这个感知“人”就发射信号的智能作品工作原理如图3所示。
图3 激光射灯LOGO旋转的工作流程
为了固定超声波传感器，笔者在纸板盒上外开一个穿线的孔，将超声波传感器露在盒子外面，其他器件装在里面（如图4）。
图4 作品外观
通过Mind+对其编程，当有人经过的时候，就让LOGO旋转5秒，没有人时，就不旋转。以Arduino代码形式烧录。代码很简单，如图5所示。
图5 作品代码
激光射灯的安装
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位置调整
激光射灯的亮度很强，如果用户与光源直视，强光会对肉眼造成伤害，考虑到这一点，笔者将射灯的照射角度调整为比较小的倾角（如图6），这样，除非走得很近，否则光线不会直接射入眼睛。另外，笔者把灯装在走廊的侧面，减小了与行走方向一致造成直视光源的可能性。
图6 照射角度示意
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定时开启
由于射灯只需要在天黑后开启，那么改造后的遥控器智能作品同样只需要晚上开启，笔者利用一个米家智能插座Wi-Fi板，设置了两个自定义智能场景（如图7），其中一个是傍晚开灯，另一个是深夜关灯，以达到节能的效果。
图7 自定义智能场景
经过上述步骤，已经完成了激光射灯装置的改造和部署。经过测试，效果还是挺不错的，第一天点亮，就吸引了好多学生来围观，效果如图8所示。
图8 最终部署效果
更多的想法
这次笔者选择的主控板是最简单的Arduino，如果想实现无线控制，只要将Arduino换成掌控板、行空板或者虚谷号等即可。笔者下一步想增加更加酷炫的“智能”，如在某款迷你电脑上加一个摄像头，通过计算机视觉的方法，实现目标检测、目标分类、目标追踪、姿势检测等。例如，如果检测到的是穿校服的学生，激光射灯就转，如果检测到的学生没有穿校服，激光射灯就不转。总之，好玩的想法挺多，等着学生们去实现。
本文作者：
邱奕盛 上海人工智能实验室
谢作如 浙江省温州中学