CN106658921A - 一种灯控开关*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种灯控开关***，包括用于对外界光照强度进行检测的光强传感器；用于对外界的声音进行采集的拾音器；分别与光强传感器和拾音器有线连接，用于对接收的信号进行分析和处理的声光控制器；分别与声光控制器、图像传感器和红外线传感器有线连接，用于对接收的数据进行分析和处理的单片机；与单片机有线连接，用于延迟灯光照射时间的时间继电器；与单片机有线连接，用于控制灯光开关的电路控制器；与单片机通过GPRS无线网络无线连接，用于进行远程控制的外部设备。本发明检测方式多样化，安全性能高，自动化和智能化程度高，一方面能够利用现场的操作显示屏进行手动控制，另一方面可通过外部设备进行控制，有利于推广和使用。

Description

一种灯控开关***

技术领域

本发明属于电气控制技术领域，尤其涉及一种灯控开关***。

背景技术

智能家居是持续的研究热点，其中智能灯控制器是应用最广最普遍的设备。现在智能家居中的灯控制器由于需要在多个不同的房间安装多个控制面板，无形之中增加了线路安装成本，而且通过控制面板不利于控制所有灯具的开关，操作不便。

另一方面在大楼的灯具控制方面往往需要通过声控和光控进行控制，但是在短暂的时间内灯具就会关闭，导致人们需要频繁发出声音来打开灯具，不利于推广和使用。

发明内容

本发明为解决现有的灯具控制方式可能导致由于检测方式单一而导致灯具开关延迟或者灯具开关失效，另一方面需要安装多个控制面板来控制灯具的开关而增加成本的技术问题而提供一种灯控开关***。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

本发明提供的灯控开关***，所述灯控开关***包括：

用于对外界光照强度进行检测的光强传感器；

用于对外界的声音进行采集的拾音器；

分别与光强传感器和拾音器有线连接，用于对接收的信号进行分析和处理的声光控制器；所述声光控制器对跳频混合信号时频域矩阵进行预处理，具体包括如下两步：

第一步，对进行去低能量预处理，即在每一采样时刻p，将幅值小于门限ε的值置0，得到门限ε的设定可根据接收信号的平均能量来确定；

第二步，找出p时刻(p＝0,1,2,…P-1)非零的时频域数据，用表示，其中表示p时刻时频响应非0时对应的频率索引，对这些非零数据归一化预处理，得到预处理后的向量b(p,q)＝[b₁(p,q),b₂(p,q),…,b_M(p,q)]^T，其中：

用于拍摄外界画面和进行监控的摄像头；

与摄像头有线连接，用于将图像信号转换成电信号的图像传感器；

用于检测附近是否有人的红外线传感器；

分别与声光控制器、图像传感器和红外线传感器有线连接，用于对接收的数据进行分析和处理的单片机；所述单片机对不同跳频点之间的时频域跳频源信号进行拼接，具体步骤如下：

第一步，估计第l跳对应的个入射角度，用表示第l跳第n个源信号对应的入射角度，的计算公式如下：

表示第l跳估计得到的第n个混合矩阵列向量的第m个元素，c表示光速，即v_c＝3×10⁸米/秒；

第二步，判断第l(l＝2，3，…)跳估计的源信号与第一跳估计的源信号之间的对应关系，判断公式如下：

其中m_n ^(l)表示第l跳估计的第m_n ^(l)个信号与第一跳估计的第n个信号属于同一个源信号；

第三步，将不同跳频点估计到的属于同一个源信号的信号拼接在一起，作为最终的时频域源信号估计，用Y_n(p,q)表示第n个源信号在时频点(p,q)上的时频域估计值，p＝0,1,2,....,P，q＝0,1,2,...,N_fft-1，即

与单片机有线连接，用于延迟灯光照射时间的时间继电器；

与单片机有线连接，用于控制灯光开关的电路控制器；所述电路控制器接收信号的信号模型表示为：

其中x_i(t)i＝1,2…p是时频重叠的分量信号，p为分量信号的个数，t为时间；为方差为N加性高斯白噪声；为分量信号x_i(t)的幅度；c_ik为调制信号；h_i(t)(i＝1,...,N)为滚降系数α的升余弦成形滤波函数，且T_si为各分量信号的码元速率；f_ci为各分量信号的载波频率，且w_i＝2πf_ci；j为虚数的表示形式，且满足j²＝-1；各分量信号之间以及分量信号和噪声之间相互独立。

与单片机通过GPRS无线网络无线连接，用于进行远程控制的外部设备；

所述电源模块与单片机有线连接，用于提供电源；

所述操作显示屏与单片机有线连接，用于现场进行控制灯光开关，具体采用多点触控的电容式触摸屏；

所述外部设备包括电脑、手机具有网络连接功能的电子产品。

进一步，所述图像传感器和红外线传感器的空间配准的方法包括时间对准过程和传感器***误差估计过程，且伪量测方程的建立过程仅与目标的位置相关，而与目标的速度等状态无关；

时间对准过程完成传感器数据之间在时间上的对准，图像传感器A、红外线传感器在本地直角坐标系下的量测数据分别为Y_A(t_i)和Y_B(t_i)，且图像传感器A的采样频率大于红外线传感器的采样频率，则由图像传感器A向红外线传感器的采样时刻进行配准，具体为：

采用内插外推的时间配准算法将图像传感器A的采样数据向红外线传感器的数据进行配准，使得两个传感器在空间配准时刻对同一个目标有同步的量测数据，内插外推时间配准算法如下：

在同一时间片内将各传感器观测数据按测量精度进行增量排序，然后将图像传感器A的观测数据分别向红外线传感器的时间点内插、外推，以形成一系列等间隔的目标观测数据，采用常用的三点抛物线插值法的进行内插外推时间配准算法得图像传感器A在t_Bk时刻在本地直角坐标系下的量测值为：

其中，t_Bk为配准时刻，t_k-1,t_k,t_k+1为图像传感器A距离配准时刻最近的三个采样时刻，Y_A(t_k-1),Y_A(t_k),Y_A(t_k+1)分别为其对应的对目标的探测数据；

完成时间配准后，根据图像传感器A的配准数据与红外线传感器的采样数据，采用基于地心地固(Earth Center Earth Fixed,ECEF)坐标系下的伪量测法实现图像传感器A和红外线传感器的***误差的估计；基于ECEF的***误差估计算法具体为：

假设k时刻目标在本地直角坐标系下真实位置为X'₁(k)＝[x'₁(k),y'₁(k),z'₁(k)]^T，极坐标系下对应的量测值为分别为距离、方位角、俯仰角；转换至本地直角坐标系下为X₁(k)＝[x₁(k),y₁(k),z₁(k)]^T；传感器***偏差为分别为距离、方位角和俯仰角的***误差；于是有

其中表示观测噪声,均值为零、方差为

式(1)可以用一阶近似展开并写成矩阵形式为：

X'₁(k)＝X₁(k)+C(k)[ξ(k)+n(k)]\*MERGEFORMAT (3)

其中，

设两部图像传感器A和B,则对于同一个公共目标(设地心地固坐标系下为X'_e＝[x'_e,y'_e,z'_e]^T)，可得

X'_e＝X_As+B_AX'_A1(k)＝X_Bs+B_BX'_B1(k)\*MERGEFORMAT (4)

B_A，B_B分别为目标在图像传感器A与红外线传感器本地坐标下的位置转换到ECEF坐标系下的位置时的转换矩阵；

定义伪量测为：

Z(k)＝X_Ae(k)-X_Be(k)\*MERGEFORMAT (5)

其中，X_Ae(k)＝X_As+B_AX_A1(k)；X_Be(k)＝X_Bs+B_BX_B1(k)

将式(2)、式(3)代入式(4)可以得到关于传感器偏差的伪测量方程

Z(k)＝H(k)β(k)+W(k)\*MERGEFORMAT (6)

其中，Z(k)为伪测量向量；H(k)为测量矩阵；β为传感器偏差向量；W(k)为测量噪声向量；由于n_A(k),n_B(k)为零均值、相互独立的高斯型随机变量,因此W(k)同样是零均值高斯型随机变量,其协方差矩阵为R(k)。

本发明具有的优点和积极效果是：该灯控开关***检测方式多样化，安全性能高，自动化和智能化程度高，一方面能够利用现场的操作显示屏进行手动控制，另一方面可通过外部设备进行控制，有利于推广和使用。

附图说明

图1是本发明实施例提供的灯控开关***的原理框图；

图中：1、光强传感器；2、拾音器；3、声光控制器；4、摄像头；5、图像传感器；6、红外线传感器；7、单片机；8、时间继电器；9、电路控制器；10、外部设备；11、电源模块；12、操作显示屏。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合图1对本发明的结构作详细的描述。

该灯控开关***包括：

用于对外界光照强度进行检测的光强传感器1；

用于对外界的声音进行采集的拾音器2；

分别与光强传感器1和拾音器2有线连接，用于对接收的信号进行分析和处理的声光控制器3；

用于拍摄外界画面和进行监控的摄像头4；

与摄像头4有线连接，用于将图像信号转换成电信号的图像传感器5；

用于检测附近是否有人的红外线传感器6；

分别与声光控制器3、图像传感器5和红外线传感器6有线连接，用于对接收的数据进行分析和处理的单片机7；

与单片机7有线连接，用于延迟灯光照射时间的时间继电器8；

与单片机7有线连接，用于控制灯光开关的电路控制器9；

与单片机7通过GPRS无线网络无线连接，用于进行远程控制的外部设备10。

进一步，所述电源模块11与单片机7有线连接，用于提供电源。

进一步，所述操作显示屏12与单片机7有线连接，用于现场进行控制灯光开关，具体采用多点触控的电容式触摸屏。

进一步，所述外部设备10包括电脑、手机等具有网络连接功能的电子产品。

所述声光控制器对跳频混合信号时频域矩阵进行预处理，具体包括如下两步：

第一步，对进行去低能量预处理，即在每一采样时刻p，将幅值小于门限ε的值置0，得到门限ε的设定可根据接收信号的平均能量来确定；

第二步，找出p时刻(p＝0,1,2,…P-1)非零的时频域数据，用表示，其中表示p时刻时频响应非0时对应的频率索引，对这些非零数据归一化预处理，得到预处理后的向量b(p,q)＝[b₁(p,q),b₂(p,q),…,b_M(p,q)]^T，其中：

所述单片机对不同跳频点之间的时频域跳频源信号进行拼接，具体步骤如下：

第一步，估计第l跳对应的个入射角度，用表示第l跳第n个源信号对应的入射角度，的计算公式如下：

表示第l跳估计得到的第n个混合矩阵列向量的第m个元素，c表示光速，即v_c＝3×10⁸米/秒；

第二步，判断第l(l＝2，3，…)跳估计的源信号与第一跳估计的源信号之间的对应关系，判断公式如下：

其中m_n ^(l)表示第l跳估计的第m_n ^(l)个信号与第一跳估计的第n个信号属于同一个源信号；

第三步，将不同跳频点估计到的属于同一个源信号的信号拼接在一起，作为最终的时频域源信号估计，用Y_n(p,q)表示第n个源信号在时频点(p,q)上的时频域估计值，p＝0,1,2,....,P，q＝0,1,2,...,N_fft-1，即

与单片机有线连接，用于延迟灯光照射时间的时间继电器；

与单片机有线连接，用于控制灯光开关的电路控制器；所述电路控制器接收信号的信号模型表示为：

其中x_i(t)i＝1,2…p是时频重叠的分量信号，p为分量信号的个数，t为时间；为方差为N加性高斯白噪声；为分量信号x_i(t)的幅度；c_ik为调制信号；h_i(t)(i＝1,...,N)为滚降系数α的升余弦成形滤波函数，且T_si为各分量信号的码元速率；f_ci为各分量信号的载波频率，且w_i＝2πf_ci；j为虚数的表示形式，且满足j²＝-1；各分量信号之间以及分量信号和噪声之间相互独立。

进一步，所述图像传感器和红外线传感器的空间配准的方法包括时间对准过程和传感器***误差估计过程，且伪量测方程的建立过程仅与目标的位置相关，而与目标的速度等状态无关；

时间对准过程完成传感器数据之间在时间上的对准，图像传感器A、红外线传感器在本地直角坐标系下的量测数据分别为Y_A(t_i)和Y_B(t_i)，且图像传感器A的采样频率大于红外线传感器的采样频率，则由图像传感器A向红外线传感器的采样时刻进行配准，具体为：

采用内插外推的时间配准算法将图像传感器A的采样数据向红外线传感器的数据进行配准，使得两个传感器在空间配准时刻对同一个目标有同步的量测数据，内插外推时间配准算法如下：

在同一时间片内将各传感器观测数据按测量精度进行增量排序，然后将图像传感器A的观测数据分别向红外线传感器的时间点内插、外推，以形成一系列等间隔的目标观测数据，采用常用的三点抛物线插值法的进行内插外推时间配准算法得图像传感器A在t_Bk时刻在本地直角坐标系下的量测值为：

其中，t_Bk为配准时刻，t_k-1,t_k,t_k+1为图像传感器A距离配准时刻最近的三个采样时刻，Y_A(t_k-1),Y_A(t_k),Y_A(t_k+1)分别为其对应的对目标的探测数据；

完成时间配准后，根据图像传感器A的配准数据与红外线传感器的采样数据，采用基于地心地固(Earth Center Earth Fixed,ECEF)坐标系下的伪量测法实现图像传感器A和红外线传感器的***误差的估计；基于ECEF的***误差估计算法具体为：

假设k时刻目标在本地直角坐标系下真实位置为X'₁(k)＝[x'₁(k),y'₁(k),z'₁(k)]^T，极坐标系下对应的量测值为分别为距离、方位角、俯仰角；转换至本地直角坐标系下为X₁(k)＝[x₁(k),y₁(k),z₁(k)]^T；传感器***偏差为分别为距离、方位角和俯仰角的***误差；于是有

其中表示观测噪声,均值为零、方差为

式(1)可以用一阶近似展开并写成矩阵形式为：

X'₁(k)＝X₁(k)+C(k)[ξ(k)+n(k)]\*MERGEFORMAT (3)

其中，

设两部图像传感器A和B,则对于同一个公共目标(设地心地固坐标系下为X'_e＝[x'_e,y'_e,z'_e]^T)，可得

X'_e＝X_As+B_AX'_A1(k)＝X_Bs+B_BX'_B1(k)\*MERGEFORMAT (4)

B_A，B_B分别为目标在图像传感器A与红外线传感器本地坐标下的位置转换到ECEF坐标系下的位置时的转换矩阵；

定义伪量测为：

Z(k)＝X_Ae(k)-X_Be(k)\*MERGEFORMAT (5)

其中，X_Ae(k)＝X_As+B_AX_A1(k)；X_Be(k)＝X_Bs+B_BX_B1(k)

将式(2)、式(3)代入式(4)可以得到关于传感器偏差的伪测量方程

Z(k)＝H(k)β(k)+W(k)\*MERGEFORMAT (6)

其中，Z(k)为伪测量向量；H(k)为测量矩阵；β为传感器偏差向量；W(k)为测量噪声向量；由于n_A(k),n_B(k)为零均值、相互独立的高斯型随机变量,因此W(k)同样是零均值高斯型随机变量,其协方差矩阵为R(k)。

下面结合工作原理对本发明的结构作进一步的描述。

利用光强传感器1检测外界光照强度，利用拾音器2采集外部的声音信息，通过声光控制器3进行控制，当两个条件都满足设定值时，单片机7通过电路控制器9控制灯具的电路闭合，另一方面通过摄像头4对灯具附近的画面进行实时拍摄，通过图像传感器5将图像信号转换成电信号并发送到单片机7中，通过分析画面中是否有人来控制灯具的开关，利用时间继电器8来调整灯具的照射时间，同时可通过红外线传感器6检测灯具附近是否有人，增加灯具开关的安全性能和控制的便捷性与准确性，用户一方面通过操作显示屏12进行现场控制，另一方面可通过外部设备10进行远程控制，避免灯具的黑暗期，电源模块11提供电源。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (2)

1.一种灯控开关***，其特征在于，所述灯控开关***包括：

用于对外界光照强度进行检测的光强传感器；

用于对外界的声音进行采集的拾音器；

分别与光强传感器和拾音器有线连接，用于对接收的信号进行分析和处理的声光控制器；所述声光控制器对跳频混合信号时频域矩阵进行预处理，具体包括如下两步：

第一步，对进行去低能量预处理，即在每一采样时刻p，将幅值小于门限ε的值置0，得到门限ε的设定可根据接收信号的平均能量来确定；

第二步，找出p时刻(p＝0,1,2,…P-1)非零的时频域数据，用表示，其中表示p时刻时频响应非0时对应的频率索引，对这些非零数据归一化预处理，得到预处理后的向量b(p,q)＝[b₁(p,q),b₂(p,q),…,b_M(p,q)]^T，其中：

用于拍摄外界画面和进行监控的摄像头；

与摄像头有线连接，用于将图像信号转换成电信号的图像传感器；

用于检测附近是否有人的红外线传感器；

分别与声光控制器、图像传感器和红外线传感器有线连接，用于对接收的数据进行分析和处理的单片机；所述单片机对不同跳频点之间的时频域跳频源信号进行拼接，具体步骤如下：

第一步，估计第l跳对应的个入射角度，用表示第l跳第n个源信号对应的入射角度，的计算公式如下：

${\widehat{\mathrm{\θ}}}_n\left(l\right)=\frac{1}{M-1}\underset{m=2}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{\sin }^{-1}\[\frac{angle\left({\hat{a}}_{n,m}\right(l)/{\hat{a}}_{n,m-1}(l\left)\right)*c}{2\mathrm{\π}{\hat{f}}_{c,n}\left(l\right)d}\],n=1,2,\mathrm{...},\hat{N}$

表示第l跳估计得到的第n个混合矩阵列向量的第m个元素，c表示光速，即v_c＝3×10⁸米/秒；

第二步，判断第l(l＝2，3，…)跳估计的源信号与第一跳估计的源信号之间的对应关系，判断公式如下：

${m_n}^{\left(l\right)}=\underset{m}{\mathrm{argmin}}\left|{\widehat{\mathrm{\θ}}}_m^{\left(l\right)}-{\widehat{\mathrm{\θ}}}_n^{\left(1\right)}\right|,n=1,2,...,\hat{N}$

其中m_n ^(l)表示第l跳估计的第m_n ^(l)个信号与第一跳估计的第n个信号属于同一个源信号；

第三步，将不同跳频点估计到的属于同一个源信号的信号拼接在一起，作为最终的时频域源信号估计，用Y_n(p,q)表示第n个源信号在时频点(p,q)上的时频域估计值，p＝0,1,2,....,P，q＝0,1,2,...,N_fft-1，即

与单片机有线连接，用于延迟灯光照射时间的时间继电器；

与单片机有线连接，用于控制灯光开关的电路控制器；所述电路控制器接收信号的信号模型表示为：

$y\left(t\right)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{x}_i\left(t\right)+n\left(t\right)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\sqrt{S_i}{e}^{{\mathrm{j\θ}}_i}{e}^{{\mathrm{jw}}_{i}t}\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{c}_{ik}{h}_i(t-{\mathrm{kTs}}_i)+\sqrt{N}w\left(t\right);$

其中x_i(t)i＝1,2…p是时频重叠的分量信号，p为分量信号的个数，t为时间；为方差为N加性高斯白噪声；为分量信号x_i(t)的幅度；c_ik为调制信号；h_i(t)(i＝1,...,N)为滚降系数α的升余弦成形滤波函数，且T_si为各分量信号的码元速率；f_ci为各分量信号的载波频率，且w_i＝2πf_ci；j为虚数的表示形式，且满足j²＝-1；各分量信号之间以及分量信号和噪声之间相互独立；

与单片机通过GPRS无线网络无线连接，用于进行远程控制的外部设备；

所述电源模块与单片机有线连接，用于提供电源；

所述操作显示屏与单片机有线连接，用于现场进行控制灯光开关，具体采用多点触控的电容式触摸屏；

所述外部设备包括电脑、手机具有网络连接功能的电子产品。

2.如权利要求1所述的灯控开关***，其特征在于，所述图像传感器和红外线传感器的空间配准的方法包括时间对准过程和传感器***误差估计过程，且伪量测方程的建立过程仅与目标的位置相关，而与目标的速度状态无关；

时间对准过程完成传感器数据之间在时间上的对准，图像传感器A、红外线传感器在本地直角坐标系下的量测数据分别为Y_A(t_i)和Y_B(t_i)，且图像传感器A的采样频率大于红外线传感器的采样频率，则由图像传感器A向红外线传感器的采样时刻进行配准，具体为：

采用内插外推的时间配准算法将图像传感器A的采样数据向红外线传感器的数据进行配准，使得两个传感器在空间配准时刻对同一个目标有同步的量测数据，内插外推时间配准算法如下：

在同一时间片内将各传感器观测数据按测量精度进行增量排序，然后将图像传感器A的观测数据分别向红外线传感器的时间点内插、外推，以形成一系列等间隔的目标观测数据，采用常用的三点抛物线插值法的进行内插外推时间配准算法得图像传感器A在t_Bk时刻在本地直角坐标系下的量测值为：

其中，t_Bk为配准时刻，t_k-1,t_k,t_k+1为图像传感器A距离配准时刻最近的三个采样时刻，Y_A(t_k-1),Y_A(t_k),Y_A(t_k+1)分别为其对应的对目标的探测数据；

完成时间配准后，根据图像传感器A的配准数据与红外线传感器的采样数据，采用基于地心地固(Earth Center Earth Fixed,ECEF)坐标系下的伪量测法实现图像传感器A和红外线传感器的***误差的估计；基于ECEF的***误差估计算法具体为：

假设k时刻目标在本地直角坐标系下真实位置为X'₁(k)＝[x'₁(k),y'₁(k),z'₁(k)]^T，极坐标系下对应的量测值为分别为距离、方位角、俯仰角；转换至本地直角坐标系下为X₁(k)＝[x₁(k),y₁(k),z₁(k)]^T；传感器***偏差为分别为距离、方位角和俯仰角的***误差；于是有

其中表示观测噪声,均值为零、方差为

式(1)可以用一阶近似展开并写成矩阵形式为：

X'₁(k)＝X₁(k)+C(k)[ξ(k)+n(k)]\*MERGEFORMAT (3)

其中，

设两部图像传感器A和B,则对于同一个公共目标(设地心地固坐标系下为X'_e＝[x'_e,y'_e,z'_e]^T)，可得

X'_e＝X_As+B_AX'_A1(k)＝X_Bs+B_BX'_B1(k)\*MERGEFORMAT (4)

B_A，B_B分别为目标在图像传感器A与红外线传感器本地坐标下的位置转换到ECEF坐标系下的位置时的转换矩阵；

定义伪量测为：

Z(k)＝X_Ae(k)-X_Be(k)\*MERGEFORMAT (5)

其中，X_Ae(k)＝X_As+B_AX_A1(k)；X_Be(k)＝X_Bs+B_BX_B1(k)

将式(2)、式(3)代入式(4)可以得到关于传感器偏差的伪测量方程

Z(k)＝H(k)β(k)+W(k)\*MERGEFORMAT (6)

其中，Z(k)为伪测量向量；H(k)为测量矩阵；β为传感器偏差向量；W(k)为测量噪声向量；由于n_A(k),n_B(k)为零均值、相互独立的高斯型随机变量,因此W(k)同样是零均值高斯型随机变量,其协方差矩阵为R(k)。