AI 支持智能照明研究项目

德国研究项目 OpenLicht 已成功开发出基于开源软件和机器学习库以及廉价硬件的智能照明系统，该系统可以根据用户的行为自动调节房间内的照明。

当今的智能照明解决方案基于飞利浦 Hue 和欧司朗 Lightify 等智能灯泡。虽然它们提供一些智能功能，但它们通常需要用户通过智能手机应用程序进行手动控制。有些可以编程（例如，在特定时间打开和关闭），但仍然需要手动设置规则，因此不会通过使其变得更智能来改变用户与照明系统之间的基本关系。

今天的智能照明系统仍然必须由用户手动设置。 OpenLicht 项目
为更智能的照明系统开发了原型（图片来源：Infineon Technologies/OpenLicht）

OpenLicht 项目于 2016 年 9 月启动，旨在通过在智能照明中添加人工智能和机器学习技术来改变这种状况。 “该项目有两个主要目标：一方面，进一步推进基于人工智能的智能照明系统的研究和协作，另一方面，让包括初创公司和制造商在内的所有人都能使用最先进的技术社区，”项目协调员、英飞凌科技智能照明研发经理 Juan Mena-Carrillo 说。

最近结束的项目由德国教育和研究部 (BMBF) 资助，团队成员包括英飞凌、伯尼茨电子、德根多夫理工学院和德累斯顿工业大学。英飞凌和德累斯顿工业大学开发了机器学习应用程序和算法。 Deggendorf 为该项目开发了图形界面/应用程序，Bernitz 负责网关以及系统传感器和执行器之间的通信。

智能原型

该项目的主要交付成果是一个基于 AI 的智能照明系统原型，包括一个带有图形界面 (app) 的自适应软件系统和一个基于 Raspberry Pi 的中央硬件网关，用于处理数据处理和所有控制任务。原型系统根据用户的位置和活动自动调整房间内的照明；例如，这可能是看电视和阅读的不同设置。系统会学习用户的偏好并做出相应的响应。在某种程度上，它还可以对它尚未遇到和了解的情况做出反应。

开源硬件网关基于带有扩展板的 Raspberry Pi。还有一个基于微控制器架构的小型化版本，但它需要连接到 OpenLicht 网关（图片：Infineon Technologies/OpenLicht）

该原型的核心组件是其开源智能家居中间件，它基于 openHAB，一个与供应商和技术无关的开源家庭自动化软件平台。项目研究人员为各种传感器（包括压力和雷达传感器）开发了 openHAB 绑定，这些传感器放置在房间中以检测占用和运动。传感器将它们的数据推送到相应的绑定，这些绑定将现实世界的传感器与 openHAB 系统连接起来，并将数据传送到“物品”——传感器和执行器的虚拟表示。当项目发生变化时，这些变化会发送到开源机器学习框架 Encog。

一个经过传感器数据训练的神经网络处理变化并直观地了解用户当前的活动。它的预测与自然光条件下的数据相结合，并将信息馈送到第二个神经网络，该网络是自学习的，并在使用时适应用户的喜好。根据提供给它的数据，第二个神经网络确定房间内灯的适当配置。然后将该配置转换为灯命令，这些命令通过执行器项和绑定发送到现实世界的灯。

团队设立了一个演示室来评估原型系统并收集训练神经网络所需的传感器数据（图片来源：Infineon Technologies/OpenLicht）

“当用户不满意时，她或他可以随时通过用户界面、开关、调光器或遥控器调整灯的颜色和光强度，”Mena-Carrillo 说。 “系统识别变化并将新配置映射到自然光和活动，在适应的那一刻被识别和测量。然后将该映射用于通过将其 [新映射] 与旧数据组合来重新训练神经网络。然而，在再训练过程中，新数据比旧数据获得更高的权重。”

隐私问题

该项目的主要挑战包括相关的安全和隐私问题。集成了英飞凌基于硬件的可信平台模块 (TPM)，通过加密和保护系统完整性来防止黑客攻击。 TPM 是基于安全处理器国际标准的安全芯片，用于存储密码和加密密钥等关键数据，以及运行加密算法。

“在对许多最终用户进行采访后，我们发现隐私问题是接受智能家居系统的主要障碍之一，”梅纳-卡里略说。因此决定 OpenLicht 系统将在边缘使用 AI；也就是说，用户数据在智能家居系统内而不是在云端处理。该技术保护了用户隐私，因为敏感数据只会在本地处理。它还通常可以实现更快的响应时间，并减少或消除对互联网连接的需求。

开源

OpenLicht 项目的主要目标之一是让行业和更广泛的社区可以使用该技术。所有软件都基于开源技术：结果作为 openHAB 的扩展实现，开源机器学习库 Encog 被改编用于该项目。使用廉价的硬件也是一个深思熟虑的决定，以使其易于使用。该项目产生的软件本身将很快开源。

“每个人都可以使用我们的软件成果，最棒的是我们的系统可以通过新的特性和功能得到增强，”Mena-Carrillo 说。 “这些结果现在允许用户将此类新的 AI 功能和特性添加到他们的 openHAB 系统中。”

他补充说，所有 OpenLicht 软件都将“很快”在 GitHub 上提供，包括机器学习软件、知识库和 openHAB 绑定。虽然该项目满足了其两个主要目标，但 Mena-Carrillo 承认该团队也意识到，在这样的系统在任何情况下都能可靠运行之前，还有很多工作要做。鉴于该项目的开源性质，OpenLicht 的开发人员希望一旦行业和创客社区能够访问它，它就会得到发展。

>> 本文最初发表于我们的姊妹网站 EE Times Europe。