智能家电及其光感控制装置的制作方法

1.本实用新型涉及智能家电技术领域，尤其涉及一种智能家电及其光感控制装置。


背景技术：

2.目前，大多数智能家电具备光感控制功能，也即根据环境亮度对其运行数据进行调节，例如对智能家电上的照明灯的亮度进行调节。现有技术中，通过光敏元件采集的环境亮度信号直接对智能家电进行光感控制，由于室内照明灯的频闪问题，致使采集的环境亮度信号存在频闪干扰信号，基于直接采集的环境亮度信号进行光感控制，会使得智能家电被频繁控制，一方面用户体验不好，另一方面会增加智能家电的能耗。


技术实现要素：

3.本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中采用直接采集的环境亮度信号进行光感控制，因采集的环境亮度信号存在频闪干扰信号，会使得智能家电被频繁控制的缺陷，提供一种智能家电及其光感控制装置。
4.本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
5.第一方面，提供一种智能家电的光感控制装置，所述智能家电设有光敏组件和光感控制器件，所述光感控制装置包括：采集电路、第一滤波电路和控制电路，所述滤波电路的输入端与所述采集电路的输出端连接，所述滤波电路的输出端与所述控制电路连接；
6.所述采集电路，用于获取所述光敏组件采集的光电信号，所述光电信号表征环境亮度；
7.所述第一滤波电路，用于从所述光电信号中滤除频闪干扰信号，并将滤除所述频闪干扰信号之后的光电信号输出至所述控制电路；
8.控制电路，用于发送光感控制指令至所述光感控制器件。
9.可选地，所述光感控制装置还包括：第二滤波电路和过零检测电路；
10.所述第二滤波电路，用于滤除所述光电信号中的直流分量，并将滤除直流分量之后的光电压信号输出至所述过零检测电路；
11.所述过零检测电路，用于在检测到所述滤除直流分量之后的光电信号的幅值为零的情况下，输出过零信号至所述控制电路。
12.可选地，所述光感控制装置还包括：计时器和比较器；所述零检测电路通过所述计时器和比较器与所述控制电路连接；
13.所述计时器用于在第一次接收到所述过零信号的情况下开始计时，并在第二次接收到所述过零信号的情况下将计时时长发送至所述控制电路。
14.可选地，所述光感控制器件为照明灯。
15.可选地，所述光感控制装置还包括：显示屏；
16.所述显示屏与所述控制电路连接，所述显示屏用于显示所述环境亮度。
17.可选地，所述采集电路、所述第一滤波电路、所述控制电路、所述第二滤波电路、所
述过零检测电路、所述计时器和所述比较器集成于同一芯片上。
18.第二方面，提供一种智能家电，包括：光敏组件、光感控制器件和上述任一项所述的智能家电的光感控制装置，所述光感控制装置分别与所述光敏组件和所述光感控制器件连接。
19.本实用新型的积极进步效果在于：本实用新型实施例中，基于经过滤除频闪干扰信号之后的光电信号对智能家电进行光感控制，从而可以避免因频闪干扰导致的智能家电被频繁控制。
附图说明
20.图1a是本实用新型一示例性实施例提供的一种智能家电的光感控制装置的模块示意图；
21.图1b是本实用新型一示例性实施例提供的一种智能家电的光感控制装置的模块示意图；
22.图1c是本实用新型一示例性实施例提供的光感控制装置进行光感控制过程的流程图；
23.图2a是本实用新型一示例性实施例提供的智能家电的光感控制装置所采用的一种采样电路的电路图；
24.图2b是本实用新型一示例性实施例提供的智能家电的光感控制装置所采用的另一种采样电路的电路图；
25.图3b是本实用新型一示例性实施例提供的一种频闪干扰信号的波形及采样点示意图；
26.图3c是本实用新型一示例性实施例提供的另一种频闪干扰信号的波形及采样点示意图；
27.图3d是本实用新型一示例性实施例提供的另一种频闪干扰信号的波形及采样点示意图。
具体实施方式
28.下面通过实施例的方式进一步说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。
29.光源频闪问题的干扰广泛存在于荧光灯、led(发光二极管)照明灯和可调光的照明灯等室内照明灯中，因此若室内开启了上述室内照明灯，在应用光感控制智能家电的过程中，即便环境亮度没有发生变化，也会因室内照明灯的频闪问题，致使环境亮度的采样值波动较大，出现频繁控制智能家电的现象，以应用光感控制智能家电的照明灯为例，会使得智能家电的照明灯的亮度频繁被调节，亮度忽明忽暗，一方面用户体验不好，另一方面会增加智能家电的能耗。
30.基于上述问题，本实用新型实施例提供一种智能家电的光感控制装置，参见图1a，智能家电设有光敏组件11和光感控制器件12，光感控制装置包括：采集电路13、第一滤波电路14和控制电路15，滤波电路的输入端与采集电路13的输出端连接，滤波电路的输出端与控制电路15连接。
31.采集电路13，用于获取光敏组件11采集的光电信号，光电信号表征环境亮度。
32.第一滤波电路14，用于从光电信号中滤除频闪干扰信号，并将滤除频闪干扰信号之后的光电信号输出至控制电路15。
33.控制电路15，用于发送光感控制指令至光感控制器件。
34.在一个实施例中，光感控制装置还包括：第二滤波电路16和过零检测电路17；
35.第二滤波电路16，用于滤除光电信号中的直流分量，并将滤除直流分量之后的光电压信号输出至过零检测电路17。
36.过零检测电路17，用于在检测到滤除直流分量之后的光电信号的幅值为零的情况下，输出过零信号至控制电路15。
37.在一个实施例中，参见图1b，光感控制装置还包括：计时器18和比较器19；零检测电路17通过计时器18和比较器19与控制电路15连接；
38.计时器18用于在第一次接收到过零信号的情况下开始计时，并在第二次接收到过零信号的情况下将计时时长发送至控制电路15。
39.在一个实施例中，光感控制装置还包括：显示屏；
40.显示屏与控制电路连接，显示屏用于显示环境亮度。
41.在一个实施例中，采集电路、第一滤波电路、控制电路、第二滤波电路、过零检测电路、计时器和比较器集成于同一芯片上。
42.下面结合图1a和图1b介绍光感控制过程，光感控制过程由上述集成芯片实现，参见图1c，该方法包括以下步骤：
43.步骤101、获取光敏组件采集的光电信号，该光电信号表征环境亮度。
44.光敏组件包括光敏元件和采样电路，用于对环境亮度进行数据(光电流信号)采集，表征环境亮度的光电信号可以是光电压信号，也可以是光电流信号，本实用新型实施例中，以光电信号为光电压信号为例，介绍智能家电的光感控制过程。光敏元件可以但不限于采用环境光传感器或者光敏传感器。
45.图2a是本实用新型一示例性实施例提供的智能家电的光感控制装置所采用的一种采样电路的电路图，该采样电路包括第一电阻r1、第二电阻r2 和电容c，第一电阻r1的一端分别与光敏元件u的输出端、第二电阻r2 的一端和电容c的一端连接，第一电阻r1的另一端以及电容c的另一端均接地，第二电阻r2的另一端与智能家电包含的控制电路连接。
46.光敏元件将环境光信号转换为光电流信号，采样电路将光敏元件u输出的光电流信号转换为光电压信号，并输出至控制电路，以由该控制电路判断光电压信号是否包含两倍频闪干扰信号以及执行智能家电的光感控制操作。
47.图2b是本实用新型一示例性实施例提供的智能家电的光感控制装置所采用的另一种采样电路的电路图，该采样电路包括第一电阻r1和rc滤波支路31，该rc滤波支路包括第三电阻r3和电容c，第一电阻r1的一端分别与光敏元件u的输出端和第三电阻r3的一端的一端连接，第一电阻r1 的另一端接地，第三电阻r3的另一端与电容c的一端以及智能家电包含的控制电路连接，电容c的另一端接地。rc滤波支路的截止频率需大于已知常见室内照明灯的频闪频率(例如120hz)，当存在光源频闪干扰时，特别是光源频闪带来波动很大的情况，经滤波后，光源频闪干扰可以有效降低。电容的大小会影响环境光数据变化的响应时间，故电容不应选择太大。
48.对于一些频闪较为严重的室内照明灯，其频闪带来的幅值往往能达到有效采样值的一半以上，因频闪带来的干扰幅值很大，当采样时间点因程序运行时间差出现偏差时，带来的偏移误差会给平均值带来波动。本实用新型实施例中，在数据采样后经过rc滤波支路的滤波，可有效降低光源频闪给光电压信号带来的波动。
49.智能家电包含的控制电路可以但不限于采用mcu(microcontroller unit，微控制单元)、plc(programmable logic controller，可编程逻辑控制电路) 或者soc(system on chip，系统级芯片)。
50.步骤102、判断光电信号中是否包含频闪干扰信号。
51.若步骤102的判断结果为是，说明光电信号中包含频闪干扰信号，则执行步骤103；若步骤103的判断结果为是，说明光电信号中不包含频闪干扰信号，则执行步骤105、根据采集的光电压信号对智能家电进行光感控制。
52.自然光形成的光电信号为直流量，其幅值不会形成周期性波动，因此在没有频闪干扰信号的情况下，采集的光电信号大致为直流稳定电压。而若室内开启了存在光源频闪的室内照明灯，智能家电采集到的光电信号中会因为光源频率闪烁问题叠加一个波动分量。从检测波形可以知道，所叠加的频闪干扰信号的频率基本固定、幅值基本固定的正弦波或余弦波。
53.在一个实施例中，通过测量光电信号的波形中是否存在预设波形，来判断光电信号中是否包含频闪干扰信号。预设波形的数量可以是一个也可以是多个，预设波形根据频闪干扰信号的光电压波形而确定。
54.在一个实施例中，依据室内照明灯原理可知，对于交流直接供电的荧光灯和日光灯等室内照明灯，其在电网的波峰和波谷亮度达到最大，在电网零点附近亮度最低，因电网电压为50hz或60hz的交流正弦波形，从而可知室内照明灯的光源亮度变化的频率为电网频率的两倍左右。
55.对于通过阻容降压方式供电的led室内照明灯，其频闪干扰问题主要是开关电源的直流输出上的纹波造成的，在整流滤波后，频闪干扰信号的频率是电网频率的两倍左右。
56.从而，室内照明灯的光源频闪问题给采样数据，也即光电信号，带来的频闪干扰信号为频率和幅值固定的正弦波或余弦波。通过检测光电信号中是否包含预设频率的波动分量，即可确定光敏组件所采集的光电信号中是否存在频闪干扰信号。预设频率根据频闪干扰信号的频率而确定。
57.在一个实施例中，确定光电信号中是否包含预设频率的波动分量时，对光电信号进行第一次采样后，并开启计时，然后对光电信号进行连续采样，在第二采样点的幅值与第一采样点的幅值的差值小于差值阈值的情况下，停止计时。自然光形成的光电信号为直流量，其幅值不会形成周期性波动，环境亮度在正常情况下1秒内不会有大的波动，因此在没有频闪干扰情况下，采集的光电信号的幅值基本不变，计时时长会接近于0。在存在频闪干扰情况下，因室内照明灯的频率闪烁为周期性变化，检测到的光电信号也会周期性波动，因此若计时时长t不为0，则将计时时长t确定为频闪干扰信号的频闪周期t的1/2，根据该计时时长t即可确定出波动分量的频率f， f＝1/(2*t)＝1/t，若该波动分量的频率与预设频率的差值小于差值阈值，则确定光电信号中包含预设频率的波动分量，即可确定存在光源频闪干扰。预设频率根据电网频率确定。
58.举例来说，假设第一采样点的光电信号的幅值为v1，实时采样光电信号并确定实时采样的光电信号(第二采样点的光电信号)的幅值v，比较实时采样值v和v1，当实时采样值等于或接近v1时，即|v
1-v|《δv，则停止计时。
59.其中，δv为判断频闪周期时的允许偏差量，可根据实际需求自行设置。
60.第一采样点可能在光电信号中正弦分量周期的任一位置，参见图3b，当后续采样值v接近v1时，v1和v之间的计时时长t为正弦分量的周期的 1/2。
61.假设电网频率为50hz或者60hz，也即预设频率为50hz或者60hz，所测量的波动分量的周期t等于或接近100ms或83ms或其整倍数时，则认为波动分量的频率为100hz或120hz，是电网频率的两倍，确定光电信号包含频闪干扰信号，需要对其进行干扰滤除处理，则执行步骤103。
62.在一个实施例中，δv设置的过小，而采样频率较大时，参见图3c，会出现采样的v1与v之间的计时时长t为t＝m*t1或t＝m*t2，其中，t1或t2分别表示为波动分量的频率，例如t1和t2为50hz和60hz周期的1/2即 100ms和83ms，若测量得到的计时时长t＝m*t1或t＝m*t2关系式成立，确定光电信号包含频闪干扰信号，需要对其进行干扰滤除处理，则执行步骤103。
63.在一个实施例中，根据v1＝0以及v＝0的采样点确定计时时长。具体的，确定波动分量的频率时，借助第二滤波电路和过零检测电路实现，将采样电路采集的光电信号输入第二滤波电路以滤除其中的直流分量，将第二滤波电路的输出结果输入过零检测电路，过零检测电路用于检测到第二滤波电路的输出结果为0，也即滤除直流分量之后的光电信号的幅值为零时，输出过零信号，在采集到过零信号后开启计时，在再次采集到过零信号后停止计时，根据计时时长确定波动分量的频率。根据计时时长确定波动分量的频率以及确定是否包含频闪干扰信号的具体实现方式与上述实施例类似，此处不再赘述。
64.光电信号光电信号在上述任一实施例中，确定波动分量的频率时，可以进行多次采样，若多次计算的波动分量的频率中，存在预设次数的波动分量的频率与预设频率的差值小于差值阈值，则确定光电信号中包含预设频率的波动分量，也即存在频闪干扰信号。
65.经过多次采集，可以排除环境亮度波动、传感器供电电压波动或采光口周边物体晃动造成阴影等引入的数据波动，如挥手功能造成的波动，此类干扰带来的数据波动其频率不固定，以避免在频闪干扰检测过程中将以上随机干扰的频率误识别为频闪干扰。
66.步骤103、从光电信号中滤除频闪干扰信号。
67.在一个实施例中，第一滤波电路为通直流阻交流的滤波电路，通过该滤波电路从光电信号中滤除频闪干扰信号
68.在一个实施例中，通过设定采样频率实现频闪干扰信号的滤除。在已经测量出包含频闪干扰的频率后，在一个频闪周期内，通过在对光电信号进行多次采样，求出其平均值，可得到稳定的采样值(直流分量)，也即滤除频闪干扰信号之后的光电信号。这是因为，参见图3d，频闪干扰信号形成的正负半周期干扰在求平均后会相互抵消掉，因此求得的平均值即为光电信号的直流分量，该直流分量表征滤除频闪干扰信号之后的环境亮度。根据奈奎斯特采样定律，在确定了采样数据中频闪干扰信号的频率(频闪频率＝1/t)后，以大于2f的采样频率(目标采样频率)对光电信号的幅值进行多次采样，采样次数为偶数次，计算多次采样得到的采样数据的平均值，计算结果表征滤除频闪干扰信号之后的光电信号，也即计算结果为滤除频闪干扰信号之后的光电信号的幅值。频闪干扰的正弦分量正周期和负
半周期的偏差会相互抵消，从而所求得的平均值即为稳定的环境光数据对应的采样值。针对频闪干扰问题，基于频闪的波动是频率固定的正弦波，以波动频率为采样周期，采样整数倍的周期求平均值，从而可消除频闪问题。此处需确保采样点个数满足奈奎斯特采样定律，即采样频率需大于2倍的频闪干扰信号的频率。
69.在一个实施例中，通过设定采样周期实现频闪干扰信号的滤除。针对频闪干扰，可通过固定采样周期方式消除频闪干扰带来的数据波动。例如，确定了频闪干扰信号的频率后，以其周期一半的奇数倍为采样周期(即以半周期的1、3、5等倍作为采样周期)，则可保证相邻的两次采样值分别位于干扰波形的正半周期和负半周期，从而可以正负相抵消以消除频闪带来的采样值波动。通过设置采样周期为光源频闪干扰周期t一半的奇数倍，采用周期的设置更加灵活，对程序主循环及中断处理没有特别的要求。而频闪干扰则可通过正负周期各取一个数来消除干扰带来的波动。
70.步骤104、根据滤除频闪干扰信号之后的光电信号对智能家电进行光感控制。
71.在一个实施例中，智能家电包括照明灯，对智能家电进行光感控制包括对照明灯进行光感控制，也即根据滤除频闪干扰信号之后的光电信号对照明灯的亮度进行调节，由于光电信号中滤除了频闪干扰信号，根据滤除了频闪干扰信号的光电信号对照明灯的亮度进行调节，照明灯不会出现频繁调节，其亮度不会忽明忽暗。
72.本实用新型实施例还提供一种智能家电，包括：光敏组件、光感控制器件和上述任一实施例提供的智能家电的光感控制装置，所述光感控制装置分别与所述光敏组件和所述光感控制器件连接。智能家电例如可以是油烟机、灶台、烤箱等。
73.本实用新型实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述任一实施例所提供的方法。
74.其中，可读存储介质可以采用的更具体可以包括但不限于：便携式盘、硬盘、随机存取存储器、只读存储器、可擦拭可编程只读存储器、光存储器件、磁存储器件或上述的任意合适的组合。
75.在可能的实施方式中，本实用新型实施例还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在终端设备上运行时，所述程序代码用于使所述终端设备执行实现上述任一实施例的方法。
76.其中，可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本实用新型的程序代码，所述程序代码可以完全地在用户设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户设备上部分在远程设备上执行或完全在远程设备上执行。
77.虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。