وبلاگ

شکل (۱-۱۲) تغییرات مقاومت بر اساس تغییرات دما برای یک نمونه ترمیستور

۱-۱-۵-۳-۳ سنسور فتوسل لیزری
این سنسور در محوطه ای که اسپیلت در آن قرار دارد نصب می شود، و در صورتی که تحریکی را بعد از پنج دقیقه حس نکند یک سیگنال به اسپیلت می فرستد و اسپیلت به یک دور پایینتر می رود، و بعد از پنج دقیقه دوم باز دور آن کمتر می شود تا مصرف انرژی را کاهش دهد. با این روش مصرف انرژی %۱۰ کاهش می یابد.
۱-۲ اهداف و ضرورت های انجام پایان نامه
هر کولر چه کولر آبی و چه کولر گازی ویژگی های منحصر به خود را دارد. در انتخاب یک کولر باید به عواملی چون قیمت، نوع اقلیم، میزان مصرف انرژی و … توجه داشت. مثلا کولرهای آبی چون رطوبت را افزایش می دهند مناسب مناطق شرجی نمی باشد اما برخلاف آن کولرگازی مناسب همین نوع اقلیم هاست. از نظر تنوع ظاهر نیز کولرگازی تنوع بیشتری دارند. یکی از مسائل مهم این سیستم های تبرید مسئله میزان مصرف انرژی است. با توجه به بالا رفتن قیمت انرژی در سال های اخیر، استفاده از سیستم خنک کننده ای که مصرف انرژی کمتری داشته باشد در اولویت قرار گرفته است. این موضوع به همراه پدیده گرم شدن زمین یا اثر گلخانه ای، مهندسین و محققان را به سمت استفاده از سیستم های با مصرف انرژی و آلودگی کمتر سوق داده است. یکی از راه حل های کاهش مصرف انرژی، هوشمند سازی سیستم های تهویه مطبوع و تبرید موجود است. در این روش با اضافه کردن سنسور های مناسبی به سیستم های تبرید موجود، علاوه بر هوشمند سازی سیستم تبرید و کاهش مصرف انرژی، قیمت دستگاه های تبرید موجود (اعم از کولر آبی یا کولر گازی) تغییر زیادی نخواهد کرد]۱۳[.
در این پایان نامه سیستمی طراحی و ساخته می شود که برای هوشمند سازی سیستم های تبرید موجود در کشور قابل استفاده است. این سیستم مبتنی بر استفاده از یک سنسور دماسنج مادون قرمز است که توانایی تشخیص افراد در محیط مورد نظر را داشته باشد و در صورت وجود آنها سیستم تبرید را روشن کند. سیستم های تبرید خودکار موجود بر اساس افزایش و یا کاهش دمای محیط از یک دمای تنظیم شده عمل می کند و حتی در صورت عدم وجود افراد در محیط ترموستات عمل کرده و با افزایش دمای محیط، بیشتر از دمای تنظیمی، سیستم تبرید روشن می شود. این نحوه عملکرد باعث مصرف بیهوده انرژی و افزایش هزینه ها می شود. انتظار می رود با بهره گرفتن از سیستم هوشمند پیشنهادی در این پایان نامه مصرف انرژی به طور محسوسی کاهش پیدا کند و طول عمر سیستم های تبرید نیز افزایش یابد.
۱-۳ رئوس مطالب پایان نامه
در این پایان نامه در فصل دوم مبانی طراحی سیستم تبرید هوشمند پیشنهادی و روش انتخاب سنسور بیان می شود. در این فصل ابتدا به بررسی انواع سنسور های موجود تشخیص انسان پرداخته شد و با مقایسه آنها بهترین سنسور که یک سنسور دماسنج مادون قرمز است انتخاب می گردد. با انتخاب این سنسور و مدل قابل تهیه آن در پایان نامه، مکان قرار گیری و فضای مورد پوشش آنها مشخص و معین می گردد.
در فصل سوم مراحل طراحی و ساخت این سیستم بیان می شود. سیستم پیشنهادی دارای یک قسمت مکانیکی و یک قسمت الکترونیکی است که جزئیات این قسمت ها به همراه نقشه ها و روش اجرا و ساخت مدار آنها و همچنین الگوریتم و منطق عملکرد این سیستم بیان خواهد شد.
در فصل چهارم نتایج آزمایشات انجام گرفته توسط این سیستم نشان داده و به بحث گذاشته می شود. در این فصل خروجی های این سنسور درحالات مختلف قرار گیری اشخاص در اتاق مورد مطالعه نشان داده شده و تحلیل می شود.
در فصل پنجم نیز به بحث و نتیجه گیری اختصاص یافته و پیشنهاداتی برای ادامه کار بیان می گردد.
فصل دوم
اصول طراحی سیستم هوشمند تبرید و انتخاب سنسور
۲-۱ اهدف و ضرورت طراحی سیستم هوشمند تبرید
بحث تهویه مطبوع به دلیل شرایط اقلیمی کشورمان بسیار حائز اهمیت است. انرژی مورد استفاده در اکثر سیستم های تهویه مطبوع انرژی برق است. ازآنجا که هزینه تأمین این انرژی بالا است، باید حداکثر صرفه جویی و استفاده بهینه از این انرژی در سیستم های تهویه مطبوع انجام شود.
کاهش مصرف حتی یک درصد از انرژی برق در سیستم های تهویه مطبوع در بحث کلان بسیار قابل تأمل و مهم است. کارهای مهمی که برای این منظور انجام شده است در فصل ۱ مرور گردید. سیستم های ذکر شده در فصل ۱ سیستم های مستقلی هستند که از همان ابتدا برای کاهش مصرف انرژی طراحی شده اند، در حالیکه سیستم های تبریدی که امروزه در منازل ادارات و … استفاده می­شوند سیستم هایی عمدتا مبتنی بر کولرهای آبی و گازی هستند. این سیستم های سنتی جایگاه خود را در میان مصرف کنندگان باز کرده و به شکل گسترده ای در کشور استفاده می­شوند. تغییر این سیستم های سنتی به سیستم های جدید کم مصرف پرهزینه بوده و نیاز به فرهنگ سازی وسیعی دارد و این خود فرآیندی زمانبر است]۱۴[.
روش جایگزینی که وجود دارد بهینه سازی سیستم های موجود است. بدین ترتیب که بدون تغییر در پیکربندی کلی سیستم های موجود، آنها را بهینه و هوشمند نمود. یکی از روش های متداول کنترل سیستم های تبرید استفاده از ترموستات در محیط می­باشد. بدین ترتیب که با تنظیم دستی دمای محیط، در صورت افزایش دما بیش از دمای تنظیم، سیستم تبرید روشن می­ شود و در صورت کاهش دما کمتر از مقدار تنظیم شده، سیستم تبرید خاموش می­ شود. اگر چه این روش در کاهش مصرف انرژی نقش بسزایی دارد؛ ولی همچنان دارای نواقصی است. مهم ترین عیب این سیستم روشن شدن آن هم در صورت وجود و هم ودر صورت عدم وجود افراد در محیط مورد نظر است. این سیستم هوشمندی لازم را برای تشخیص حضور افراد در محیط را ندارد و نتیجتا حتی در صورت عدم حضور افراد در محیط اتاق سیستم روشن میشود. که این باعث مصرف بیهوده انرژی می­ شود.
در این فصل اصول هوشمند سازی سیستم های تبرید موجود بر اساس روشی نوین بیان می­ شود. در این روش علاوه بر مانیتورینگ و کنترل دمای محیط، وجود و عدم وجود انسان در محدوده ی کاری تشخیص داده شده و در صورت عدم وجود انسان بعد از زمان معینی سیستم به حالت آماده بکار(stand by) در می آید و اگر فردی یافت شد سیستم سرمایشی به کار خود ادامه می دهد، برای انجام این کار باید از سنسور مناسبی جهت یافتن افراد در محیط استفاده کرد. در قسمت های بعدی این فصل انواع سنسورهای موجود تشخیص انسان در بازار بررسی شده و نهایتا یک سنسور مناسب برای ساخت سیستم هوشمند انتخاب می­گردد.
۲-۲ بررسی انواع سنسورهای تشخیص انسان
۲-۲-۱ سنسورهای آلتراسونیک
سنسورهای آلتراسونیک در زمینه های متعددی مورد استفاده قرار می­گیرند. این سنسورها می­توانند برای شناسایی اشیا و اندازه گیری فواصل مورد استفاده قرار گیرند. بعنوان مثال تصویر نگاری آلتراسونیک (سونو گرافی) در پزشکی استفاده می­ شود و در تست های غیر محری محصولات برای شناسایی عیوب و فاصله انها استفاده می­ شود. نمونه طبیعی استفاده از امواج آلتراسونیک برای شناسایی اشیا و مسیر در خفاشهاست که بدینوسیله مسیر خود را در تاریکی تشخیص می­ دهند. نمونه دیگر استفاده از این سنسورها در سونارهای فعال (Active Sonar) برای اندازه گیری فاصله اهداف زیر آبی است.
در سنسورهای آلتراسونیک تشخیص حرکت انسان یک سیگنال صوت توسط یک فرستنده ارسال شده و در صورت برخورد با بدن انسان به گیرنده بازتابانده شده که با توجه به سرعت صوت در هوا فاصله انسان تا گیرنده بدست می آید. این سنسورها همچنین از اثر دوپلر استفاده کرده و سرعت حرکت و جهت حرکت را نیز بدست می آورند. (شکل ۲-۱) در پژوهشهای جدیدتر روشهایی برای تشخیص حرکت انسان از سایر حرکات در محیط (مانند حرکت حیوانات و ماشین ها) بر اساس تحلیل امواج صوتی دریافتی ارائه شده است که بدلیل پیچیدگی عملا تاکنون استفاده نشده است]۱۵[.

شکل (۲-۱) اصول عملکرد سنسورهای آلتراسونیک تشخیص انسان

روشی که این سنسورها برای شناسایی اشیا و حرکات آنها استفاده می­ کنند قادر به شناسایی موجود زنده از غیر زنده نیست و در مواقعی مانند باز شدن درب اتاق نیز عمل می­ کنند. ضمنا برای مواقعی که افراد داخل اتاق بیحرکت (نشسته یا خوابیده) هستند جواب نمی دهد و بدین جهت برای هوشمند کردن سیستم تبرید کارایی ندارند.
۲-۲-۲ استفاده از دوربین وب کم (Webcam) و OpenCV (Open Source Computer Vision)
یکی از مهمترین تکنولوزیهای تشخیص و شناسایی افراد که از مولفه بیومتریک استفاده شده است سیستم شناسایی از طریق تشخیص چهره می­باشد که پس از موفقیت سیستم شناسایی از طریق اثر انگشت در چند سال اخیر جزء مهمترین تکنولوژی های تشخیص بیومتریک به شمار می آید. این اهمیت و توسعه کاربرد به دو دلیل عمده زیر می­باشد:
الف- این سیستم شایستگی استفاده در کاربردهای مختلف امنیتی، پردازش تصویر، شناسایی اتوماتیک سریع و بدون دخالت شخص را دارد و سرعت پردازش را بالا و خطا را کاهش داده است.
ب- با وجود سیستمهای بیومتریک قابل اعتمادی مانند تشخیص اثر انگشت و عنبیه چشم سیستم تشخیص چهره رابطه عاطفی تری با کاربر ایجاد کرده و بدون تماس کامل عضوی از بدن با سیستم عملیات تشخیص انجام می­گیرد و القای اطمینان بیشتری هم در کاربر ایجاد می­ کند و البته توسعه کاربردهای دوربین­های دیجیتالی پیشرفته عامل موثری در توسعه و بالا رفتن طرفداران این سیستم بوده است.
بطورکلی یک سیستم بیومتریک تشخیص چهره، از چهار ماژول تشکیل یافته است:
ماژول سنسور: در حالی که تشخیص چهره دو بعدی با دوربین معمولی امکان پذیر می­باشد در روش سه بعدی نیاز به یک سنسور پیچیده و سطح بالایی از لحاظ فنی می­باشد چرا که بایستی قابلیت کسب اطلاعات عمیق تر را داشته باشد . ماژول سنسور وظیفه گرفتن تصویر اشخاص را بر عهده دارد و بسته به نیاز و کاربرد دستگاه گیرنده میتواند یک دوربین سیاه و سفید و یا رنگی و یا یک ماژول مخصوص با قابلیت استخراج اطلاعات عمیقتر و یا یک دوربین مادون قرمز با تصاویر مادون قرمز باشد.
ماژول مخصوص تشخیص و استخراج اطلاعات: تصاویر بدست آمده توسط این ماژول در ابتدا ارزیابی محتوایی شده و داده های نامربوط ازقبیل پس زمینه – موها و گردن و شانه و غیره حذف و تنها محتوای ناحیه چهره را شناسایی میکند . سپس تصویر بدست آمده تحت فرایندهای محاسباتی و عملیاتی پیچیده برای استخراج اطلاعات مربوط به ویژگیهای سطحی چهره و تجزیه اطلاعات کلی تصویر قرار می­گیرد. در حقیقت در این مرحله تصویر خروجی که بایستی توسط ماژول طبقه بندی کننده برای تعیین هویت و تشخیص چهره مورد استفاده قرار گیرد در این مرحله با بهره گرفتن از روش های پیچیده PCA(Principal Component Analysis)و LDA(Linear Discriminant Analysis) و غیره آماده می­گردد.
ماژول طبقه بندی : در این ماژول قالب تصویر استخراج شده از مرحله قبلی با قالبهای موجود در گالری تصاویر مقایسه می­گردد و در نتیجه معلوم می­ شود که آیا چهره گرفته شده جزء قالبهای موجود می­باشد و قابل شناسایی است یا خیر. در صورت مثبت بودن جواب ماژول تصمیم گیری هویت شخص را که بر اساس نتیجه مقایسه ماژول طبقه بندی بوده است را تایید می­ کند . بر اساس امتیاز بدست آمده از مقایسه که همان درصد تطابق قالب گرفته شده با قالبهای موجود می­باشد کاربر مورد نظر مورد تایید قرار گرفته و یا پذیرفته نمی­ شود.
ماژول پایگاه داده ها: این ماژول برای ثبت نام - نگهداری – واکشی قالب چهره کاربران را بر عهده دارد . در طول ثبت نام ماژول سنسور تصاویر را ثبت کرده و مجموعه این تصاویر همان گالری تصاویر را ایجاد می­ کند که در مرحله طبقه بندی مورد استفاده قرار می­گیرد .در بیشتر روش های تشخیص چهره چندین نمای متفاوت از یک شخص در حالتهای مختلف روحی خنده – اخم و عصبانیت – عادی و یا با عینک از کاربر گرفته می­ شود و این تعدد در بالابردن ضریب شناسایی اهمیت ویژه ایی دارد. در خصوص اطلاعات سه بعدی که در جهت افزایش دقت در تشخیص مورد استفاده قرار می­گیرد علاوه بر اطلاعات دو بعدی تصویر اطلاعات مربوط به ساختار داخلی اندام نظیر کاسه چشم و بینی و چانه نیز مورد ارزیابی قرار می­گیرد و نسبت به تصاویر دو بعدی عوامل محیطی و تزئینات ظاهری و آرایش در تجزیه و تحلیل اطلاعات نقش نداشته و حساس نمی­باشند .
شکل (۲-۲) نحوه بازسازی موثر سه بعدی در تشخیص چهره در این روش را نشان می­دهد.