智能照明系统

1.本发明涉及智能照明技术领域，具体涉及一种智能照明系统。


背景技术：

2.随着经济的不断发展，人们办公处理事务的场合不断增多，办公时间不断增加，办公环境下的照明系统所产生的眩光及频闪等问题，对人的身体健康将会造成日益显著的影响。同时长时间办公而造成的视觉疲劳，不仅会降低办公效率更会对使用者视觉造成永久性伤害。随着科学研究的深入以及人体安全性的需求考虑，如何解决照明系统因眩光和频闪而导致的视觉疲劳已成为研究照明系统不可忽略的问题。


技术实现要素：

3.本发明为解决上述技术问题，提供了一种智能照明系统，利用pwm波作为输出控制目标照明灯调光，并通过gp8500芯片实现与直流电压的转变，从而有效解决了pwm调光中的频闪问题。
4.本发明采用的技术方案如下：
5.一种智能照明系统，包括：第一控制模块，所述第一控制模块用于接收用户的控制指令，并将所述控制指令转换成相应的光源需求信息；第二控制模块，所述第二控制模块与所述第一控制模块相连，所述第二控制模块用于接收所述光源需求信息，并根据所述光源控制信息通过定时生成相应的pwm控制信号，以及通过gp8500芯片将所述pwm控制信号转变成相应的直流电压信号以控制目标照明灯发出相应的色温和光照度值的灯光。
6.智能照明系统还包括：热释电模块，所述热释电模块与所述第二控制模块相连，其中，所述热释电模块用于实时检测用户的活动状态，并生成相应的活动状态信号，所述第二控制模块用于根据所述活动状态信号判断所述用户是否处于移动状态，并在判断所述用户未处于移动状态时判断所述用户未处于移动状态的持续时间，以及在所述持续时间大于预设时间时，控制所述目标照明灯关闭。
7.智能照明系统还包括：图像采集模块，所述图像采集模块与所述第二控制模块相连，所述图像采集模块用于在所述第二控制模块判断所述用户处于移动状态时，检测所述用户的位置信息，并将所述位置信息发送给所述第二控制模块，所述第二控制模块用于根据所述位置信息对舵机进行控制以调节所述目标照明灯的照射方向，其中，所述舵机与所述目标照明灯相连。
8.智能照明系统还包括：移动终端，所述移动终端与所述第一控制模块相连，其中，所述第一控制模块还用于实时采集所述目标照明灯的照度和光源信息，所述移动终端用于根据所述目标照明灯的照度和光源信息计算所述目标照明灯的色温和照度值，并对所述目标照明灯的色温和照度值进行显示。
9.所述第一控制模块包括型号为stm32f103的芯片。
10.所述第二控制模块包括型号为stm32f407的芯片。
11.本发明的有益效果：
12.本发明利用pwm波作为输出控制目标照明灯调光，并通过gp8500芯片实现与直流电压的转变，从而有效解决了pwm调光中的频闪问题。
附图说明
13.图1为本发明实施例的智能照明系统的方框示意图；
14.图2为本发明一个实施例的触摸按键模块的电路示意图；
15.图3为本发明一个实施例的雷达模块的电路示意图；
16.图4为本发明一个实施例的光照度模块的电路示意图；
17.图5为本发明一个实施例的智能照明系统的方框示意图；
18.图6为本发明一个实施例的蓝牙模块的电路示意图。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.图1是根据本发明实施例的智能照明系统的方框示意图。
21.如图1所示，本发明实施例的智能照明系统可包括：第一控制模块100和第二控制模块200。
22.其中，第一控制模块100用于接收用户的控制指令，并将控制指令转换成相应的光源需求信息；第二控制模块200与第一控制模块100相连，第二控制模块200用于接收光源需求信息，并根据光源控制信息通过定时生成相应的pwm控制信号，以及通过gp8500芯片将pwm控制信号转变成相应的直流电压信号以控制目标照明灯发出相应的色温和光照度值的灯光。
23.根据本发明的一个实施例，第一控制模块100可包括型号为stm32f103的芯片，该芯片主要起环境检测控制和总体信息处理作用。通过各个传感器获取开关信息和环境信息分别用作时钟显示和用户界面显示。并且根据已有的传感器数据，经过处理后直接转换成相应的光源需求信息通过串口发送给第二控制模块200进行对应的光控处理。
24.具体而言，智能照明系统还可包括触摸按键模块、雷达模块和语音识别模块，触摸按键模块、雷达模块和语音识别模块均与第一控制模块100相连。
25.具体地，当系统开始工作时，首先会对外界设备以及内部定时器等资源进行初始化配置，之后开始检测触摸按键模块。如果触摸按键模块没有被按下则表示没有用户使用，此时，可通过雷达模块进行雷达扫描判断。如果检测到有移动信息，则通过串口发送“101”信号，反之发送“400”信息。当存在用户打开设备时，通过语音识别模块进行语音识别判断，并将识别到的语音信息通过第一串口发送对应的控制字至第二控制模块200。进一步而言，可判断第三串口是否有接收到信息，如果接收到第一位是“1”的信息，则表示接收到了调节色温的参数，此时，可进行相应处理后发送给第二控制模块200；如果接收到的消息第一位是“2”的信息，则表示接收到亮度控制消息。如果各串口都没有采集到数据，则开始进行光
照度采集。其中，可初始化光照度模块，并在光照度模块初始化成功后，每隔500ms时间通过光照度模块进行一次光照度采集，并在采集后将数据通过第三串口发送至上位机，之后再次回到触摸按键模块的判断，至此完成了整个核心控制器主程序部分的循环。
26.需要说明的是，触摸按键具有体积小操作便捷的优势，因此系统采用触摸按键的方法来进行系统的开启关闭。触摸按键模块对应的电路图可如图2所示，其中，触摸按键的实质是通过stm32中定时器的输入捕获方式检测tpad覆铜区域的充电时间，和默认充电时间进行比较来判决是否有手指按下。因此可通过开启定时器的输入捕获方式来计算覆铜区域的电容充电时间。
27.进一步而言，本发明通过采用智能的语音识别模块代替传统mp3的方式进行人机交互。该模块设计语音采集电路、存储电路、信息处理电路以及发音电路。可通过micp获取外部的声音讯号，并将声音的语音特征与存储芯片中的各个注册模板进行相似度比较，将相似度最高的注册模板与当前语音进行匹配从而完成识别相关命令词的操作。同时再发送对应的串口信息以及语音播报。
28.其中，采用触摸按键模块与语音识别模块相结合，若检测到触摸按键按下，则调整光源状态；语音模块通过语音信号后与存储芯片内的注册语音模型进行比较，会将匹配相似度最高的指令通过串口和语音播报的形式输出，若语音模块检测到语音信号，则继续调整光源状态。
29.进一步地，如图3所示，雷达模块可包括信号为hlk-ld012-5g的芯片以及由多个电阻构成的外围电路，雷达模块用于检测周围是否有行人经过。在电路上电时，可通过板载天线释放5.725～5.875ghz的电磁波，当电磁波遇到周围物体时会反射被此模块接收检测到。如果周围存在移动的人或物体，根据多普勒效应雷达模块接收到的电磁波的频率会提升，以此来判断周围是否存在移动的人。其中ck/p2引脚用于确定检测的距离范围，当p2置高时检测距离约为10m，置低时检测距离约为1-3m。da/p3引脚用于改变检测到物体后out输出，置高时检测到移动物体后输出高电平15s，置低时输出高电平3s。out引脚为输出口，当检测到移动的物体时输出高电平，没有检测到时输出低电平。
30.如图4所示，光照度模块可包括型号为bh1750的芯片以及对应的外围电路。其中，可通过型号为bh1750的芯片进行光照度采集，光照度模块与单片机的通信采用iic协议进行通信。由于光照度模块的数据采集是放在定时器中执行的，为了不影响其他中断程序的执行，因此将本定时器的中断优先级降为最低，并且每200ms触发一次。但是由于型号为bh1750的芯片启动需要18ms左右的时间。因此，型号为bh1750的芯片的初始化程序需要放在主函数中执行。其中，首先采用稳压芯片将输入的5v电压降为3.3v，并采用两个电容进行滤波以消除其中的高频和低频交流部分，输出稳定的直流电压。当型号为bh1750的芯片通电后会将光照度值通过iic协议传输至第一控制模块100。
31.根据本发明的一个实施例，第二控制模块200可包括型号为stm32f407的芯片。该芯片的主要功能是用于控制光源的相关信息。通过串口接收到对应的光源需求信息后，通过定时器生成pwm波控制不同色温的亮度满足色温和光照度值的需求。
32.具体而言，型号为stm32f407的芯片可通过串口接收第一控制模块100发送来的光源需求信息，usart_rx_buf的长度为3位。如果第一位为1则认为是调节色温的指令，在设置pwm波时取出后两位乘二即为一路光源值，将300减此数值得到另一路需求的pwm波值做同
样的处理。如果接收到的第一位为2，则认为是调节光照信息。使用变量保存之前的光照信息然后加上本次传输的光照值，如果数据大于100或者小于0则保持数据，即可实现光照度的调节。
33.根据本发明的一个实施例，如图5所示，智能照明系统还包括：热释电模块300，热释电模块300与第二控制模块200相连，其中，热释电模块300用于实时检测用户的活动状态，并生成相应的活动状态信号，第二控制模块用于根据活动状态信号判断用户是否处于移动状态，并在判断用户未处于移动状态时判断用户未处于移动状态的持续时间，以及在持续时间大于预设时间时，控制目标照明灯关闭。
34.根据本发明的一个实施例，如图5所示，智能照明系统还包括：图像采集模块400，图像采集模块400与第二控制模块200相连，图像采集模块400用于在第二控制模块200判断用户处于移动状态时，检测用户的位置信息，并将位置信息发送给第二控制模块200，第二控制模块200用于根据位置信息对舵机进行控制以调节目标照明灯的照射方向，其中，舵机与目标照明灯相连。
35.具体而言，首先，可通过热释电模块300检测是否有用户在位置上进行活动，即检测用户的活动状态。如果检测不到(用户处于未移动状态或者不存在用户)则开始计时，如果时间到达十分钟仍没有信号则视为用户休息或者无用户，此时可关闭照明。如果检测到用户处于移动状态，则重置计数位并开始读取第三串口信息，如果第一位为“1”则认为接收到调节色温的信号，开始读取后两位并进行对应的色温调节，如果第一位是“2”则认为接收到调节亮度的信号，开始读取后两位并进行对应的照度调节。
36.进一步而言，采用图像采集模块400(例如，dcmi数字摄像头)进行图像采集，当dcmi发生终中断时，则说明一帧图像的数据已发送完成，接下来根据hls颜色空间开始计算手位置的中心坐标，如果中心坐标位于规定的阈值内，则进行相应的pwm波调节控制舵机的转动，如果不在则视为在合理区间不做舵机调节重新回到热释电检测程序。
37.根据本发明的一个实施例，如图5所示，智能照明系统还包括：移动终端500，移动终端500与第一控制模块100相连，其中，第一控制模块100还用于实时采集目标照明灯的照度和光源信息，移动终端500用于根据目标照明灯的照度和光源信息计算目标照明灯的色温和照度值，并对目标照明灯的色温和照度值进行显示。
38.具体而言，通过移动终端500与第一控制模块100相连，并与第一控制模块100进行数据的交互传递。通过移动终端500输出用户需求的光照色温和亮度值给第一控制模块100，第一控制模块100将采集到的照度和当前的光源信息回传发给移动终端500。经过计算后能够大致估算出此时的色温，并把色温和照度值显示出来。
39.其中，移动终端500与第一控制模块100可通过蓝牙模块相连。为了简化蓝牙模块的发送方式，在中断程序中编写了u3_printf函数，将待传输的字符串保存到usart3_tx_buf缓存中，计算待发送数据的长度后，通过usart_senddata命令将数据一位一位发送到串口三上。结束时通过输出换行符“\r\n”表示数据输入结束开始发送。蓝牙模块的接收是通过检测usart3_rx_sta寄存器，当该位变为“1”时表示串口收到数据，在最后一位添加结束符后表示接收完成，之后数据会被保存到usart3_rx_buf的缓存数组中，只需读取该数组内的数据即可接收到发送的数据。
40.需要说明的是，如图6所示，蓝牙模块可包括hc-05双模蓝牙，相比较与传统蓝牙其
增加了低功耗蓝牙技术，并且传输距离更远速度更快，是一款高性能主从一体蓝牙串口模块。首先，单片机与蓝牙之间通过串口通信，将单片机的串口二连接到蓝牙的rxd与txd引脚。pio9连接到单片机上的led，当模块上电后led能根据当前设备的状态进行闪烁。pio8为蓝牙模块自带的led灯，当设备未连接时该灯快闪，连接另一端蓝牙后led慢闪。pio11为模块的状态切换引脚，如果该模块置高电平蓝牙模块进入at命令响应状态，可以通过at指令修改蓝牙信息。若置低电平或者悬空状态，则蓝牙工作在常规工作状态。
41.由此，本发明通过利用蓝牙进行手机端与设备通信控制，并使用移动端控制灯光色温、照度功能的开发，并通过拟合校准曲线最终显示较为精准的色温照度值；利用pwm波作为输出控制led调光，并通过gp8500芯片实现与直流电压的转变，最终消除pwm调光中的频闪问题。另外，通过实验得出色温、照度、照明光源对眩光影响的定性结论，并将得到的结论运用于系统，实现按时调光的人性化削弱眩光影响的方式。采用ov2640模块对人手的位置采集并进行光源方向的转动，保证光源最大亮度区域始终显示在手部，防止了手部阴影对光线的遮挡，最终达到缓减视觉疲劳的目的。此外，本发明还利用雷达模块以及热释电模块检测出人体活动，最终实现开关光源的需求分析，实现环保节电的目的。
42.综上所述，根据本发明实施例的智能照明系统，通过第一控制模块接收用户的控制指令，并将控制指令转换成相应的光源需求信息，并通过第二控制模块与第一控制模块相连，第二控制模块用于接收光源需求信息，以及根据光源控制信息通过定时生成相应的pwm控制信号，以及通过gp8500芯片将pwm控制信号转变成相应的直流电压信号以控制目标照明灯发出相应的色温和光照度值的灯光。由此，利用pwm波作为输出控制目标照明灯调光，并通过gp8500芯片实现与直流电压的转变，从而有效解决了pwm调光中的频闪问题。
43.在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
44.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
45.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
46.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员
可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
47.应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
48.本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
49.此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
50.上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。