一种智能室内灯光***
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。