CN101420805A - 一种无线通信灯光开关的自动控制系统及其控制方法 - Google Patents

一种无线通信灯光开关的自动控制系统及其控制方法 Download PDF

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钟于胜
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Abstract

本发明公开了一种无线通信灯光开关的自动控制系统，光线传感器(1)用于检测现场光线的强弱，所述红外线采集单元(2)、图像视频采集单元(3)组成对灯光控制现场人员规模、及其人员座位或站位布局的监视，所述灯光开关控制单元(6)负责对现场人员及布局进行分析、监控，并根据现场情况通过开关控制电路(5)控制灯光开关单元(4)的开启和关闭，并将现场灯光开启情况、现场人员布局情况、光线情况通过无线通信网关(8)和无线网络模块(9)传送到监视系统单元(10)，并接受监视系统单元(10)的控制指令。本发明可有效管理人员流动比较大的场合的灯光，能有效避免不必要灯光的开启，大大降低了能耗。

Description

一种无线通信灯光开关的自动控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种无线通信灯光开关的自动控制系统及其控制方法。
背景技术
目前对人员较多的室内控制主要是通过室内开关进行控制，当室内光线不足或室内人员较多时，开关控制人员根据光线明暗度和室内人员分布情况开关部分开关，当室内没有人员时，则关闭所有开关。这种控制方式是纯人工方式，包括对开关所需要打开的数量、光线感知等。对于人员流动比较大的场合，如教室、商场、以及公共路灯等，则管理起来非常不便，同时也不能获得最佳的灯光控制效果。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种控制简单、有效节能的无线通信灯光开关的自动控制系统及其控制方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种无线通信灯光开关的自动控制系统，包括光线传感器、红外线采集单元、图像视频采集单元、开关单元、开关控制电路、灯光开关控制单元、无线通信网关、无线网络模块以及监视系统单元；
光线传感器用于检测现场光线的强弱，所述红外线采集单元、图像视频采集单元组成对灯光控制现场人员规模、及其人员座位或站位布局的监视，所述灯光开关控制单元负责对现场人员及布局进行分析、监控，并根据现场情况通过开关控制电路控制灯光开关单元的开启和关闭，并将现场灯光开启情况、现场人员布局情况、光线情况通过无线通信网关和无线网络模块传送到监视系统单元，并接受监视系统单元的控制指令。
灯光开关控制单元包括控制器、串口、Zigbee接口、FLASH存储器和RAM存储器，光线传感器和红外线采集单元所获得的现场数据通过串口传送给控制器，图像视频采集单元的数据通过无线通信网关传送给控制器，控制器与无线通信网关之间采用Zigbee接口进行连接和通讯。
光线传感器由两个光敏电阻构成，两个光敏电阻分别通过两输入口PE0、PE1通过串口无线发送到灯光开关控制单元。
红外线采集单元包括三个红外线感应器。
开关控制电路包括由灯光开关控制单元输出的开关信号经过两级三极管放大整形、单向可控硅及桥接电路连接至灯光开光单元。
该自动控制系统还包括负责显示现场的人员状态、灯光开关状态及光线情况的显示单元。
一种无线通信灯光开关的自动控制方法，其包括以下步骤：
a.利用光线传感器检测现场光线的强弱，并利用红外线采集单元、图像视频采集单元组成对灯光控制现场人员规模、及其人员座位或站位布局的监视；
b.利用灯光开关控制单元负责对现场人员及布局进行分析、监控，并根据现场情况通过开关控制电路控制灯光开光单元的开启和关闭；
c.将现场灯光开启情况、现场人员布局情况、光线情况通过无线通信网关和无线网络模块传送到远程监视系统单元，并接受远程监视系统单元的控制指令。
在步骤b中，系统初始时为每个现场定点拍摄了没有人员的图像P2，灯光开关控制单元将在工作时检测到的图像P1与图像P2相比较，如果图像一致，则判定现场没有人员，将所有的灯光关闭；如果图像不一致，将图像P1与图像P2进行二值化，将这两个图像转换为一个单色图，然后将两图进行异或运算后生成图像P3，通过对图像P3进行滤波，然后将图像P3按照灯光布局进行分割，判断和检测图中哪些灯光开光单元需要打开，将灯光控制信号发送给开关控制电路进行相关灯光开光单元的开闭。
光线传感器、红外线采集单元和图像视频采集单元分别设置数据采集周期T1，T2和T3，这三个数据的采集采用定时中断来完成。
光线采集定时T1中断处理：读取光线传感器的数据D1，对数据D1数字化及整合，然后与前一个检测D0进行比较，若满足补光或闭光灯光控制条件，则进行相应灯光开光单元的开闭；
红外线采集定时T2中断处理：读取红外线采集单元的数据D2，将数据D2数据拟合，判断控制区域是否有人，若有人，则开启图像视频采集单元，进行人员分布的判断，执行相应区域灯光开光单元的开闭处理；
图像视频采集定时T3中断处理：读取控制现场人员布局图像D3，将图像D3与初始的无人数据图片比较，若有人，则由判断控制现场人员的分布与布局情况，将现场人员情况发送给灯光开关控制单元进行相应灯光开光单元的开闭。
本发明与现有技术相比具有如下优点和有益效果：
(1)通过红外线传感器和图像视频采集模块实现对灯光控制现场的人员及布局的采集、分析，为灯光自动开启提供有效的参考数据；
(2)利用光线传感器采集现场的光线强弱，为灯光开关控制单元进行灯光是否开启，以及开启数量提供决策依据；
(3)现场的数据通过无线网络传送到远端的监控终端，可监视和记录现场的人员布局及灯光开启情况；
(4)采用无线网络传输可以减少有线网络的布线复杂度和成本；
(5)本发明不需人工对开关的控制，可有效管理人员流动比较大的场合，如教室、商场、以及公共路灯等，通过智能控制获得最佳的灯光控制效果，达到光线合适的开关开启，同时也能有效避免不必要的灯光的开启，大大降低了能耗。
附图说明
图1是本发明的原理框图；
图2是本发明灯光开关控制单元的原理图；
图3是本发明的光线传感器的原理图；
图4是本发明的红外线采集单元的原理图；
图5是本发明的灯光开关单元和开关控制电路的原理图；
图6是本发明的无线通信网关和无线网络模块的原理图；
图7是本发明的图像视频采集系统的工作流程图；
图8是本发明的灯光开关控制单元软件控制流程图。
具体实施方式
如图1所示，一种无线通信灯光开关的自动控制系统，包括光线传感器1、红外线采集单元2、图像视频采集单元3、开关单元4、开关控制电路5、灯光开关控制单元6、无线通信网关8、无线网络模块9以及监视系统单元10；
光线传感器1用于检测现场光线的强弱，所述红外线采集单元2、图像视频采集单元3组成对灯光控制现场人员规模、及其人员座位或站位布局的监视，所述灯光开关控制单元6负责对现场人员及布局进行分析、监控，并根据现场情况通过开关控制电路5控制灯光开关单元4的开启和关闭，并将现场灯光开启情况、现场人员布局情况、光线情况通过无线通信网关8和无线网络模块9传送到监视系统单元10，并接受监视系统单元10的控制指令。其中灯光开关控制单元6中存储有进行现场数据采集、开关控制、网络通信协议等相关软件；监视系统单元10存储有对多个现场进行监控、存储、以及远程控制的程序。
如图2所示，灯光开关控制单元6包括控制器6a、串口6b、Zigbee接口6c、FLASH存储器6d和RAM存储器6e，光线传感器1和红外线采集单元2所获得的现场数据通过串口6b传送给控制器6a，图像视频采集单元3的数据通过无线通信网关8传送给控制器6a，控制器6a与无线通信网关8之间采用Zigbee接口6c进行连接和通讯。其中，控制器6a由嵌入式CPU构成。
如图3所示，光线传感器1由两个光敏电阻构成，光线越暗则数值越大。光线比较暗时，光敏电阻上的电压接近5V，光线比较强时接近0V。经过模数转换及量化后的8位数据范围为0～255。两个光敏电阻分别与输入口PE0、PE1与串口相连，将采集到的光敏电阻上的电压值通过串口无线发送到灯光开关控制单元6中。
如图4所示，红外线采集单元2包括三个红外线感应器。红外线采集单元2负责检测灯光控制现场是否有人，和人员走动情况。现场的人员通过红外线感应器将人员及是否在走动的情况，通过红外接收管理送到灯光控制单元。为提高检测人员是否走动的精确性，排除一个人的身体部分部位动作而产生的错误检测，采用三个红外线感应器进行检测，当至少有两个或两个以上的红外检测有人员走动时，才确认人员在走动，此时灯光控制单元要重新检测现场人员的分布，开启或闭合相应的灯光。红外线采集的数据通过无线转换的串口发送到灯光开关控制单元6中。
如图5所示，开关控制电路5包括由灯光开关控制单元6输出的开关信号ON/OFF经过两级9014三极管放大整形、单向可控硅及桥接电路连接至灯光开光单元4。其中单向可控硅T1间接由ON/OFF信号控制，当处于ON/OFF＝0时，灯光开光单元4处于断开状态，ON/OFF＝1时灯光开光单元4处于闭合状态。
如图6所示，每个监控开关控制现场的状态通过无线通信网关8和无线网络模块9传送到系统的监视系统单元8。Zigbee接口6c将采集到的信息数据以无线方式发送出去。每个灯光开关控制节点包含ZigBee无线传输模块、微控制器模块、直流电源模块以及外部存储器等。
该自动控制系统还包括负责显示现场的人员状态、灯光开关状态及光线情况的显示单元7。
本发明还提供了一种无线通信灯光开关的自动控制方法，其包括以下步骤：
a.利用光线传感器1检测现场光线的强弱，并利用红外线采集单元2、图像视频采集单元3组成对灯光控制现场人员规模、及其人员座位或站位布局的监视；
b.利用灯光开关控制单元6负责对现场人员及布局进行分析、监控，并根据现场情况通过开关控制电路5控制灯光开光单元4的开启和关闭；
c.将现场灯光开启情况、现场人员布局情况、光线情况通过无线通信网关8和无线网络模块9传送到远程监视系统单元10，并接受远程监视系统单元10的控制指令。
在步骤b中，如图7所示，系统初始时为每个现场定点拍摄了没有人员的图像P2，灯光开关控制单元6将在工作时检测到的图像P1与图像P2相比较，如果图像一致，则判定现场没有人员，将所有的灯光关闭；如果图像不一致，将图像P1与图像P2进行二值化，将这两个图像转换为一个单色图，然后将两图进行异或运算后生成图像P3，通过对图像P3进行滤波，然后将图像P3按照灯光布局进行分割，判断和检测图中哪些灯光开光单元4需要打开，将灯光控制信号发送给开关控制电路5进行相关灯光开光单元4的开闭。
如图8所示，在系统初始化时，关闭所有灯光开光单元4并置其状态为OFF，光线传感器1、红外线采集单元2和图像视频采集单元3分别设置数据采集周期T1，T2和T3，这三个数据的采集采用定时中断来完成。
光线采集定时T1中断处理：读取光线传感器1的数据D1，对数据D1数字化及整合，然后与前一个检测D0进行比较，若满足补光或闭光灯光控制条件，则进行相应灯光开光单元4的开闭；
红外线采集定时T2中断处理：读取红外线采集单元2的数据D2，将数据D2数据拟合，判断控制区域是否有人，若有人，则开启图像视频采集单元3，进行人员分布的判断，执行相应区域灯光开光单元4的开闭处理；
图像视频采集定时T3中断处理：读取控制现场人员布局图像D3，将图像D3与初始的无人数据图片比较，若有人，则由判断控制现场人员的分布与布局情况，将现场人员情况发送给灯光开关控制单元进行相应灯光开光单元4的开闭。

Claims (10)

1、一种无线通信灯光开关的自动控制系统，其特征在于包括光线传感器(1)、红外线采集单元(2)、图像视频采集单元(3)、开关单元(4)、开关控制电路(5)、灯光开关控制单元(6)、无线通信网关(8)、无线网络模块(9)以及监视系统单元(10)；
光线传感器(1)用于检测现场光线的强弱，所述红外线采集单元(2)、图像视频采集单元(3)组成对灯光控制现场人员规模、及其人员座位或站位布局的监视，所述灯光开关控制单元(6)负责对现场人员及布局进行分析、监控，并根据现场情况通过开关控制电路(5)控制灯光开关单元(4)的开启和关闭，并将现场灯光开启情况、现场人员布局情况、光线情况通过无线通信网关(8)和无线网络模块(9)传送到监视系统单元(10)，并接受监视系统单元(10)的控制指令。
2、根据权利要求1所述的无线通信灯光开关的自动控制系统，其特征在于：灯光开关控制单元(6)包括控制器(6a)、串口(6b)、Zigbee接口(6c)、FLASH存储器(6d)和RAM存储器(6e)，光线传感器(1)和红外线采集单元(2)所获得的现场数据通过串口(6b)传送给控制器(6a)，图像视频采集单元(3)的数据通过无线通信网关(8)传送给控制器(6a)，控制器(6a)与无线通信网关(8)之间采用Zigbee接口(6c)进行连接和通讯。
3、根据权利要求2所述的无线通信灯光开关的自动控制系统，其特征在于：光线传感器(1)由两个光敏电阻构成，两个光敏电阻分别通过两输入口(PE0、PE1)通过串口无线发送到灯光开关控制单元(6)。
4、根据权利要求3所述的无线通信灯光开关的自动控制系统，其特征在于：红外线采集单元(2)包括三个红外线感应器。
5、根据权利要求4所述的无线通信灯光开关的自动控制系统，其特征在于：开关控制电路(5)包括由灯光开关控制单元(6)输出的开关信号经过两级三极管放大整形、单向可控硅及桥接电路连接至灯光开光单元(4)。
6、根据权利要求5所述的无线通信灯光开关的自动控制系统，其特征在于：该自动控制系统还包括负责显示现场的人员状态、灯光开关状态及光线情况的显示单元(7)。
7、一种无线通信灯光开关的自动控制方法，其特征在于包括以下步骤：
a.利用光线传感器(1)检测现场光线的强弱，并利用红外线采集单元(2)、图像视频采集单元(3)组成对灯光控制现场人员规模、及其人员座位或站位布局的监视；
b.利用灯光开关控制单元(6)负责对现场人员及布局进行分析、监控，并根据现场情况通过开关控制电路(5)控制灯光开光单元(4)的开启和关闭；
c.将现场灯光开启情况、现场人员布局情况、光线情况通过无线通信网关(8)和无线网络模块(9)传送到远程监视系统单元(10)，并接受远程监视系统单元(10)的控制指令。
8、根据权利要求7所述的无线通信灯光开关的自动控制方法，其特征在于：在步骤b中，系统初始时为每个现场定点拍摄了没有人员的图像P2，灯光开关控制单元(6)将在工作时检测到的图像P1与图像P2相比较，如果图像一致，则判定现场没有人员，将所有的灯光关闭；如果图像不一致，将图像P1与图像P2进行二值化，将这两个图像转换为一个单色图，然后将两图进行异或运算后生成图像P3，通过对图像P3进行滤波，然后将图像P3按照灯光布局进行分割，判断和检测图中哪些灯光开光单元(4)需要打开，将灯光控制信号发送给开关控制电路(5)进行相关灯光开光单元(4)的开闭。
9、根据权利要求8所述的无线通信灯光开关的自动控制方法，其特征在于：光线传感器(1)、红外线采集单元(2)和图像视频采集单元(3)分别设置数据采集周期T1，T2和T3，这三个数据的采集采用定时中断来完成。
10、根据权利要求9所述的无线通信灯光开关的自动控制方法，其特征在于：光线采集定时T1中断处理：读取光线传感器(1)的数据D1，对数据D1数字化及整合，然后与前一个检测D0进行比较，若满足补光或闭光灯光控制条件，则进行相应灯光开光单元(4)的开闭；
红外线采集定时T2中断处理：读取红外线采集单元(2)的数据D2，将数据D2数据拟合，判断控制区域是否有人，若有人，则开启图像视频采集单元(3)，进行人员分布的判断，执行相应区域灯光开光单元(4)的开闭处理；
图像视频采集定时T3中断处理：读取控制现场人员布局图像D3，将图像D3与初始的无人数据图片比较，若有人，则由判断控制现场人员的分布与布局情况，将现场人员情况发送给灯光开关控制单元进行相应灯光开光单元(4)的开闭。
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