CN109041322A - 一种智能室内灯光*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能室内灯光***，包括环境监测模块、数据分析模块、***控制模块和照明模块，其特征在于：所述环境监测模块将采集的数据传输至数据分析模块，所述数据分析模块将数据分析处理后的数据传输至***控制模块，所述***控制模块控制照明模块进行选择性开关，该设计操作简单，综合实用性强，易于推广使用。
Description
技术领域：
本发明涉及一种室内照明技术领域，具体涉及一种智能室内灯光***。
背景技术：
室内照明***有着极为广泛的应用，例如家居室内照明、公共场所室内照明等；教学楼室内照明是学校等社会团体广泛应用室内照明***的一个典型场景；但是，传统室内照明***往往不具备智能检测使用环境的能力，造成了很大的资源浪费；对于拥有100多万各类学校，3亿多学生的我国来说，绝大部分高校都还采用人工方式控制灯具，人工看管不够和同学的节能意识不足常常导致照明上的能源浪费，且亮度无法调节；而市面上的智能照明***，则多采用在传统的照明***中加入传感器和通信传输设备，根据当前环境状态信息对灯的开关、亮度进行调节；其中，传感器包括人体传感器和光电传感器，分别用于检测特定范围内人体活动情况和光照强度；但传感器都有一定的探测范围，为获取整体的环境状态数据，必须精确测量，并将足够数目的传感器安装在合适位置，在实际安装时会带来许多不便。
发明内容：
现有技术难以满足人们的需要，为了解决上述存在的问题，本发明提出了一种智能室内灯光***；
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种智能室内灯光***，包括环境监测模块、数据分析模块、***控制模块和照明模块，所述环境监测模块将采集的数据传输至数据分析模块，所述数据分析模块将数据分析处理后的数据传输至***控制模块。
优选的,所述***控制模块控制照明模块进行选择性开关，所述数据分析模块采用STM32F103ZET6芯片的单片机进行数据处理，判断当前环境亮度，判断指定区域是否有人，判断投影仪是否开启；
(1)判断指定区域是否有人
首先获取无人的初始环境图像，将图像根据XY轴进行划分为四个区域，利用摄像头获取当前教室环境图像，对两张图像进行对比，利用背景分割方法，分割出人体所在位置坐标并确定其分块区域读取当前亮度；
(2)判断当前环境亮度
首先设定适宜亮度值和饱和亮度值；通过照度调节，我们应保证环境照度保持在适宜照度和环境照度范围内；由《国家建筑照明设计标准 (GB50034-2004)》，教室光照度应为150～300lux，我们采用230lux 为适宜亮度值；当光照度大于230lux时，则认定教室光照充足；对有人存在的区域，如果达到适宜亮度值，则不开灯；如果未达到适宜亮度值，单片机控制灯的亮度从弱到强的提升；
(3)判断投影仪是否开启
利用摄像头获取当前环境图像后，在XY轴坐标下划分出投影幕布区域，将幕布区域与初始环境图像进行对比，利用背景分割方法判断幕布是否放下，若判断为投影仪开启，则靠近投影仪区域灯灭，适宜亮度值降低，其他区域调整并维持照度在适宜亮度值。
优选的，所述环境监测模块采用OV7670摄像头实现图像的采集。
OV7670摄像头的感光阵列为640*480，通过SCCB总线控制，可输出整帧、子采样、取窗口等方式的各种分辨率的8位数据，最高帧率达到30帧/秒；通过在程序中调整其拍照帧率、图片分辨率、数据格式、信号传输速度，定时采集图像，并将合适大小的数据传递给单片机相应的输入端口。
优选的，所述***控制模块采用STM32F103ZET6芯片的单片机，通过向输出端发送指令，控制灯光；
(1)调节输出高低电平
本产品连接LED灯的输出端口设置为上拉输出，根据已获取特定区域人体活动的信息，对于没有人体活动的区域，其对应输出端口输出高电平；对于检测到人体活动的区域，其对应输出端口输出低电平；
(2)调节PWM占空比
由于日常室内的光线强度变化范围是固定的，本产品将这个范围分割成十个区间，将灯光亮度分成相应的十个等级，即改变其脉冲宽度值(PWM)；获取当前亮度之后，灯首先开启一级亮度，再次获取当前环境图像，分析照度，判断是否达到足够亮度，直至达到足够亮度，以保证照度恒定；同时，为避免环境亮度超过饱和亮度，若当前环境亮度超过饱和环境亮度，灯的亮度应从强到弱依次降低，以达到适宜亮度值。
优选的，所述照明模块为室内的灯具，所述灯具与继电器连接。
一种智能室内灯光***的操作方法：
(1)将STM32F103ZET6芯片的单片机初始化，包括各个输入输出端，定时器中断和外部中断以及OV7670摄像头初始化；
(2)利用摄像头获取初始环境图像，之后每2-3秒采集的教室环境图像，将采集的图像传输至数据分析模块，进行分析判断室内是否有人；
(3)当数据分析模块判断室内无人时，本产品其他功能均不开启；
(4)当数据分析模块判断室内有人时，则继续通过采集的图片获取人体所在位置，投影仪开关情况；接着读取当前亮度值，调节输出端口占空比；最后通过***控制模块对相应区域的灯进行开关操作，并调节亮度到适宜值并保持稳定；
(5)当室内情况发生变化，例如室内从有人变为无人，投影仪从关闭变为打开状态时，***感知到相关变化后将延时10S,再对输出端口的数据进行调节以改变室内灯光并保持其状态稳定。
该室内照明***利用图像处理、目标识别、环境感知及其相关技术，完成一个基于图像识别和STM32芯片的智能室内灯光***；相比于传统的人工控制方式，可以实现自动控制照明回路，实现照明自动化管理；相比于红外传感器方式，可以根据图像识别，进行人员统计、检测室内照度和室内情况，并根据人员数量、当前照度和当前所需照度(比如教室中投影仪是否开启对应的所需室内灯光的亮暗)自动开关、智能调节相应区域的照明回路，并达到灵敏感应，精确统计，实现“灯光智能调节，人少分区亮灯，人走灯灭”；关键技术如下：
图像处理：
即模拟图像通过采样和量化的过程数字化的过程；STM32F103ZET6芯片的单片机可从摄像头读取分辨率为320*240的图像，每秒可达10-15帧；通过在程序中调整图片分辨率、数据格式、信号传输速度，可将将合适大小的数据传递给单片机相应的输入端；
目标识别：
首先摄像头获取初始环境图像，之后每2-3秒采集的教室环境图像，用于判断当前环境中是否存在需要照明的对象；
环境感知：
摄像头每2-3秒采集一张教室照片，摄像头采集到的图片格式多为RGB 格式；我们将通过算法，将RGB色域空间映射到HSV空间；HSV模型中，H代表色调，S代表饱和度，V代表明度，因此可以采用HSV模型实现室内环境亮度检测。
利用摄像头进行数据收集，不同于传感器，摄像头的灵敏度较高；
安装简易，布线较少；
由于大部分高校的教室均已安装摄像头，给本产品带来了得天独厚的节约成本的优势，大大节约了整体的成本。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本产品把图像处理技术应用到照明控制***中，即利用安装在室内的摄像头拍摄图片，读取人体活动信息和光照强度，由单片机用图像识别算法处理这些数据信息并输出指令，完成灯光打开区域及亮度的调节。相对于基于传感器的照明***，本产品大大减少了安装时的布线问题，操作更为简易，更适合大范围的使用于面积较大的室内环境，并且具有更高的灵敏度和稳定性。
该设计操作简单，综合实用性强，易于推广使用。
附图说明：
图1为本发明的原理示意图；
图2为本发明的***控制流程示意图；
图3为本发明的数据分析模块原理示意图；
图4为本发明的***控制模块原理示意图；
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明；
实施例1，一种智能室内灯光***，包括环境监测模块、数据分析模块、***控制模块和照明模块，所述环境监测模块将采集的数据传输至数据分析模块，所述数据分析模块将数据分析处理后的数据传输至***控制模块，所述***控制模块控制照明模块进行选择性开关。
所述环境监测模块采用OV7670摄像头实现图像的采集。
OV7670摄像头的感光阵列为640*480，通过SCCB总线控制，可输出整帧、子采样、取窗口等方式的各种分辨率的8位数据，最高帧率达到30帧/秒；通过在程序中调整其拍照帧率、图片分辨率、数据格式、信号传输速度，定时采集图像，并将合适大小的数据传递给单片机相应的输入端口。
所述数据分析模块采用STM32F103ZET6芯片的单片机进行数据处理，判断当前环境亮度，判断指定区域是否有人，判断投影仪是否开启。
所述***控制模块采用STM32F103ZET6芯片的单片机，通过向输出端发送指令，控制灯光。
所述照明模块为室内的灯具，所述灯具与继电器连接。
一种智能室内灯光***的操作方法：
(1)将STM32F103ZET6芯片的单片机初始化，包括各个输入输出端，定时器中断和外部中断以及OV7670摄像头初始化；
(2)利用摄像头获取初始环境图像，之后每2-3秒采集的教室环境图像，将采集的图像传输至数据分析模块，进行分析判断室内是否有人；
(3)当数据分析模块判断室内无人时，本产品其他功能均不开启；
(4)当数据分析模块判断室内有人时，则继续通过采集的图片获取人体所在位置，投影仪开关情况；接着读取当前亮度值，调节输出端口占空比；最后通过***控制模块对相应区域的灯进行开关操作，并调节亮度到适宜值并保持稳定；
(5)当室内情况发生变化，例如室内从有人变为无人，投影仪从关闭变为打开状态时，***感知到相关变化后将延时10S,再对输出端口的数据进行调节以改变室内灯光并保持其状态稳定。
实施例2，一种智能室内灯光***，包括环境监测模块、数据分析模块、***控制模块和照明模块，所述环境监测模块将采集的数据传输至数据分析模块，所述数据分析模块将数据分析处理后的数据传输至***控制模块，所述***控制模块控制照明模块进行选择性开关。
所述环境监测模块采用OV7670摄像头实现图像的采集。
OV7670摄像头的感光阵列为640*480，通过SCCB总线控制，可输出整帧、子采样、取窗口等方式的各种分辨率的8位数据，最高帧率达到30帧/秒；通过在程序中调整其拍照帧率、图片分辨率、数据格式、信号传输速度，定时采集图像，并将合适大小的数据传递给单片机相应的输入端口。
所述数据分析模块采用STM32F103ZET6芯片的单片机进行数据处理，判断当前环境亮度，判断指定区域是否有人，判断投影仪是否开启；
(1)判断指定区域是否有人
首先获取无人的初始环境图像，将图像根据XY轴进行划分为四个区域，利用摄像头获取当前教室环境图像，对两张图像进行对比，利用背景分割方法，分割出人体所在位置坐标并确定其分块区域读取当前亮度；
(2)判断当前环境亮度
首先设定适宜亮度值和饱和亮度值；通过照度调节，我们应保证环境照度保持在适宜照度和环境照度范围内；由《国家建筑照明设计标准 (GB50034-2004)》，教室光照度应为150～300lux，我们采用230lux 为适宜亮度值；当光照度大于230lux时，则认定教室光照充足；对有人存在的区域，如果达到适宜亮度值，则不开灯；如果未达到适宜亮度值，单片机控制灯的亮度从弱到强的提升；
(3)判断投影仪是否开启
利用摄像头获取当前环境图像后，在XY轴坐标下划分出投影幕布区域，将幕布区域与初始环境图像进行对比，利用背景分割方法判断幕布是否放下，若判断为投影仪开启，则靠近投影仪区域灯灭，适宜亮度值降低，其他区域调整并维持照度在适宜亮度值。
所述***控制模块采用STM32F103ZET6芯片的单片机，通过向输出端发送指令，控制灯光。
所述照明模块为室内的灯具，所述灯具与继电器连接。
实施例3，一种智能室内灯光***，包括环境监测模块、数据分析模块、***控制模块和照明模块，所述环境监测模块将采集的数据传输至数据分析模块，所述数据分析模块将数据分析处理后的数据传输至***控制模块，所述***控制模块控制照明模块进行选择性开关。
所述环境监测模块采用OV7670摄像头实现图像的采集。
OV7670摄像头的感光阵列为640*480，通过SCCB总线控制，可输出整帧、子采样、取窗口等方式的各种分辨率的8位数据，最高帧率达到30帧/秒；通过在程序中调整其拍照帧率、图片分辨率、数据格式、信号传输速度，定时采集图像，并将合适大小的数据传递给单片机相应的输入端口。
所述数据分析模块采用STM32F103ZET6芯片的单片机进行数据处理，判断当前环境亮度，判断指定区域是否有人，判断投影仪是否开启。
所述***控制模块采用STM32F103ZET6芯片的单片机，通过向输出端发送指令，控制灯光；
(1)调节输出高低电平
本产品连接LED灯的输出端口设置为上拉输出，根据已获取特定区域人体活动的信息，对于没有人体活动的区域，其对应输出端口输出高电平；对于检测到人体活动的模块，其对应输出端口输出低电平；
(2)调节PWM占空比
由于日常室内的光线强度变化范围是固定的，本产品将这个范围分割成十个区间，将灯光亮度分成相应的十个等级，即改变其脉冲宽度值(PWM)；获取当前亮度之后，灯首先开启一级亮度，再次获取当前环境图像，分析照度，判断是否达到足够亮度，直至达到足够亮度，以保证照度恒定；同时，为避免环境亮度超过饱和亮度，若当前环境亮度超过饱和环境亮度，灯的亮度应从强到弱依次降低，以达到适宜亮度值。
所述照明模块为室内的灯具，所述灯具与继电器连接。
实施例4，一种智能室内灯光***，包括环境监测模块、数据分析模块、***控制模块和照明模块，所述环境监测模块将采集的数据传输至数据分析模块，所述数据分析模块将数据分析处理后的数据传输至***控制模块，所述***控制模块控制照明模块进行选择性开关。
所述数据分析模块采用STM32F103ZET6芯片的单片机进行数据处理，判断当前环境亮度，判断指定区域是否有人，判断投影仪是否开启；
(1)判断指定区域是否有人
首先获取无人的初始环境图像，将图像根据XY轴进行划分为四个区域，利用摄像头获取当前教室环境图像，对两张图像进行对比，利用背景分割方法，分割出人体所在位置坐标并确定其分块区域读取当前亮度；
(2)判断当前环境亮度
首先设定适宜亮度值和饱和亮度值；通过照度调节，我们应保证环境照度保持在适宜照度和环境照度范围内；由《国家建筑照明设计标准 (GB50034-2004)》，教室光照度应为150～300lux，我们采用230lux 为适宜亮度值；当光照度大于230lux时，则认定教室光照充足；对有人存在的区域，如果达到适宜亮度值，则不开灯；如果未达到适宜亮度值，单片机控制灯的亮度从弱到强的提升；
(3)判断投影仪是否开启
利用摄像头获取当前环境图像后，在XY轴坐标下划分出投影幕布区域，将幕布区域与初始环境图像进行对比，利用背景分割方法判断幕布是否放下，若判断为投影仪开启，则靠近投影仪区域灯灭，适宜亮度值降低，其他区域调整并维持照度在适宜亮度值。
所述环境监测模块采用OV7670摄像头实现图像的采集。
OV7670摄像头的感光阵列为640*480，通过SCCB总线控制，可输出整帧、子采样、取窗口等方式的各种分辨率的8位数据，最高帧率达到30帧/秒；通过在程序中调整其拍照帧率、图片分辨率、数据格式、信号传输速度，定时采集图像，并将合适大小的数据传递给单片机相应的输入端口；
所述***控制模块采用STM32F103ZET6芯片的单片机，通过向输出端发送指令，控制灯光。
(1)调节输出高低电平
本产品连接LED灯的输出端口设置为上拉输出，根据已获取特定区域人体活动的信息，对于没有人体活动的区域，其对应输出端口输出高电平；对于检测到人体活动的区域，其对应输出端口输出低电平；
(2)调节PWM占空比
由于日常室内的光线强度变化范围是固定的，本产品将这个范围分割成十个区间，将灯光亮度分成相应的十个等级，即改变其脉冲宽度值(PWM)；获取当前亮度之后，灯首先开启一级亮度，再次获取当前环境图像，分析照度，判断是否达到足够亮度，直至达到足够亮度，以保证照度恒定；同时，为避免环境亮度超过饱和亮度，若当前环境亮度超过饱和环境亮度，灯的亮度应从强到弱依次降低，以达到适宜亮度值。
所述照明模块为室内的灯具，所述灯具与继电器连接。
一种智能室内灯光***的操作方法：
(1)将STM32F103ZET6芯片的单片机初始化，包括各个输入输出端，定时器中断和外部中断以及OV7670摄像头初始化；
(2)利用摄像头获取初始环境图像，之后每2-3秒采集的教室环境图像，将采集的图像传输至数据分析模块，进行分析判断室内是否有人；
(3)当数据分析模块判断室内无人时，本产品其他功能均不开启；
(4)当数据分析模块判断室内有人时，则继续通过采集的图片获取人体所在位置，投影仪开关情况；接着读取当前亮度值，调节输出端口占空比；最后通过***控制模块对相应区域的灯进行开关操作，并调节亮度到适宜值并保持稳定；
(5)当室内情况发生变化，例如室内从有人变为无人，投影仪从关闭变为打开状态时，***感知到相关变化后将延时10S,再对输出端口的数据进行调节以改变室内灯光并保持其状态稳定。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点；本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内；本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种智能室内灯光***，其特征在于：包括环境监测模块、数据分析模块、***控制模块和照明模块，所述环境监测模块将采集的数据传输至数据分析模块，所述数据分析模块将数据分析处理后的数据传输至***控制模块，所述***控制模块控制照明模块进行选择性开关。
2.根据权利要求1所述的一种智能室内灯光***，其特征在于：所述环境监测模块采用OV7670摄像头实现图像的采集，所述OV7670摄像头通过SCCB总线控制。
3.根据权利要求1所述的一种智能室内灯光***，其特征在于：所述数据分析模块采用STM32F103ZET6芯片的单片机进行数据处理，判断当前环境亮度，判断指定区域是否有人，判断投影仪是否开启。
4.根据权利要求1所述的一种智能室内灯光***，其特征在于：所述***控制模块采用STM32F103ZET6芯片的单片机，通过向输出端发送指令，控制灯光。
5.根据权利要求1所述的一种智能室内灯光***，其特征在于：所述照明模块为室内的灯具，所述灯具与继电器连接。
6.一种上述权利要求1-5所述的一种智能室内灯光***操作方法，其特征在于：
(1)将STM32F103ZET6芯片初始化，包括各个输入输出端，定时器中断和外部中断以及OV7670摄像头初始化。
(2)利用摄像头获取初始环境图像，之后每2-3秒采集的教室环境图像，将采集的图像传输至主控模块，进行分析判断室内是否有人；
(3)当主控模块判断室内无人时，本产品其他功能均不开启；
(4)当主控模块判断室内有人时，则继续通过采集的图片获取人体所在位置，投影仪开关情况；接着读取当前亮度值，调节输出端口占空比；最后对相应区域的灯进行开关操作，并调节亮度到适宜值并保持稳定；
(5)当室内情况发生变化，例如室内从有人变为无人，投影仪从关闭变为打开状态时，***感知到相关变化后将延时10S,再对输出端口的数据进行调节以改变室内灯光并保持其状态稳定。
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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Effective date of registration: 20210706 Address after: Room 906, 9 / F, building 11, 88 Yuzhang Road, Jianggan District, Hangzhou, Zhejiang 310000 Applicant after: Hangzhou new five board network technology Co.,Ltd. Address before: No. 312, Suixi Road, Luyang District, Hefei City, Anhui Province, 230041 Applicant before: ANHUI LI XIN INTELLIGENT TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
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Address after: Room 906, 9 / F, building 11, 88 Yuzhang Road, Jianggan District, Hangzhou, Zhejiang 310000 Patentee after: Hangzhou xinwuban holographic technology Co.,Ltd. Address before: Room 906, 9 / F, building 11, 88 Yuzhang Road, Jianggan District, Hangzhou, Zhejiang 310000 Patentee before: Hangzhou new five board network technology Co.,Ltd. |
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Granted publication date: 20210723 |