CN101937201B - 控制器的延时自适应方法及基于该方法的控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明的延时自适应方法，包括以下步骤：a)动态人体检测，检测是否有运动的人存在；b)如果有动态的人存在，则使被控对象处于基础延时工作状态；c)对检测的人员流量与需要增加延时的人员流量的大小进行比较或是否存在准静态人体动作进行判断；d)增加延时，如步骤c)判断出检测人员流量大于或等于需要增加延时的人员流量或有准静态人体动作存在，则增加相应延时时间。本发明的控制器，包括人体探测器、数据处理电路和输出电路，其特别之处在于：所述照度传感器连接有A/D转换器，所述人体探测器连接有信号放大电路，再连接到A/D转换器。本发明方法和控制器，不仅实现了节能，还避免了用电器的频繁关闭和启动；应用在照明灯具的控制上更完善和符合实际情况。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制器的延时自适应方法及一种基于该方法的控制器，更具体的说，尤其涉及一种在动态人体检测和准静态人体检测条件下建立的控制器的延时自适应方法及基于该方法的控制器。
背景技术
被动式红外探测器(Passive Infrared Detector，PIR)由于具有本身不发射任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好，价格低廉等优点，在安防和节能控制等领域得到广泛的应用。但是，也存在着只能检测运动的人体，对静止状态的人体无法检测；当环境温度和人体温度接近时，探测灵敏度明显下降，有时会造成短时失灵；信号幅度小，容易受各种热源、光源干扰等缺点。虽然被动式热释电红外探测器有这些缺点，但是利用特殊的信号处理方法后，仍然使它在某些领域具有广阔的应用前景。尤其是在节能控制领域，由于其它有源的人体探测技术都对人体有不利影响而不能使用，使得它几乎成为了唯一的选择。
在被动式红外人体探测器中，常用的信号处理方式有模拟和数字两种，模拟处理方式一般用专用的集成电路来完成，价格便宜，但探测精度低，只能应用于楼道、走廊等人体处于运动状态的检测，而无法满足对处于学习、工作等坐姿状态下准静止人体检测的需要。数字处理方式采用数字信号处理器(DSP)对探测信号进行数字运算和处理，能够识别出准静态人体，是一种新型的人体探测技术。在这些控制器中，目前采用的人体探测延时时间都是固定不变的。即检测到一个有效的人体探测脉冲后，就按照设定的延时时间往后进行延时，循环往复。延时是人体探测技术中的一个重要参数，因为人体的动作都是间歇性的，如果没有延时，只能在检测到人体动作的瞬间有输出，其它时间则无输出，这样就无法实现稳定的控制。因此，延时时间太短则检测精度降低，容易出现灯下有人时，灯具的频繁开启和关闭的问题，不但影响灯具寿命，也影响到正常的工作学习；太长则探测精度提高，不会出现灯下有人也会关灯的问题，但在人员离开后灯具无效开启的时间过长，影响节能效果。
在一些特殊的场合，采用固定延时的数字探测器仍然显得不足。一是走廊灯的控制，在教学楼、学生宿舍楼、图书馆等人员出入十分频繁等场合，由于人员数量众多、通过的随机性很大、间隔不一，就可能造成在傍晚至晚自习结束期间，灯具的开启和关闭变得十分频繁。造成灯具的提前老化现象十分严重，甚至影响到此类控制器在走廊灯控制中的应用。二是在图书馆阅览区的照明控制方面，由于人员流动性很少，人员精力的高度集中，长时间处于动作幅度很小，甚至没有的状态，也可能造成有人存在也会关灯的现象。影响学生的学习效果。
发明内容
本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种检测到有准静态人体运动存在或人员流量达到一定数值时可自动进行增加延时的延时自适应方法及基于该方法的控制器。
本发明的控制器的延时自适应方法，所述控制器包括人体探测器、数据处理电路和输出电路，其特别之处在于，所述方法包括以下步骤：a)动态人体检测，通过对红外人体探测器的输出信号进行运算和处理，判断在控制器探测范围内是否有运动的人存在；b)如果步骤a)的判断结果为是，则控制输出电路输出开启信号，使被控制的用电设备处于基础延时工作状态；c)对检测到的人员流量与需要增加延时的人员流量的大小进行比较或是否存在准静态人体动作进行判断；d)增加延时，如果步骤c)中判断出检测人员流量大于或等于需要增加延的人员流量或有准静态人体动作存在，则增加输出电路输出的开启信号时间；e)返回步骤a)。本发明的控制器的延时自适应方法可应用在对照明设备的控制上，人体探测器用于对探测区域内的人体运动信号进行采集并把信号输入到处理电路中；处理电路用于对输入的信号进行转化和运算，判断人员状态，并对输出电路进行控制。步骤a)中所述的是否有运动的人存在，就是动态人体运动检测，检测是否有人员走动，例如人员由控制器下方经过、处于坐姿状态的人员起身行走或人员由行走状态变为坐姿状态；如步骤b)所述，当检测到有运动的人存在时，则通过输出电路输出开启信号，使用电器处于基础延时工作状态，这时用电器的工作延时时间最小。步骤c)给出了本方法分别应用在动态人体检测和准静态人体检测时的判别方法，所述的准静态人体动作是指人员处于坐姿状态时做出的动作，动作比较细微，只有通过数字信号处理才能识别；如果有这种小幅度的动作被检测到，则就延长用电器的开启时间，以便避免有人状态下用电器的断电。所述的动态人体检测中，当检测到的人员流量大于需要增加延时的人员流量的情况下，也应增加延时时间。所述的检测到的人员流量为通过数据处理电路计算出的人员流量，所述的需要增加延时的人员流量为自行设定的与检测到的人员流量进行比较的参考人员流量，如果在某一时间段内人员的流量十分的大，则证明在邻近的时间段内有人员出现的几率会很大，为了避免灯具的频繁启动，需要延长延时时间。
本发明的控制器的延时自适应方法，包括以下步骤：(1)如果步骤a)的判断结果为否，则返回主程序，继续检测；(2)不妨设基础延时时间为t0，需要延长基础延时所对应的最小人员流量为n1，检测到的人员流量为nt；n1、n2、n3分别为需分别增加k1t0、t0k2、k3t0延时时间所对应的人员流量，其中，0＜n1＜n2＜n3；所述步骤c)包括检测人员流量nt与n1、n2、n3大小的比较，如果nt≥n3，则输出电路的开启信号输出延时k3t0；如果n2≤nt＜n3，则输出电路的开启信号输出延时k2t0；如果n1≤nt＜n2，则输出电路的开启信号输出延时k1t0。所述的步骤(1)和步骤(2)为对动态人体检测延时自适应方法的进一步限定，步骤(2)给出了检测的人员流量与设定的人员流量的比较方法，以及通过比较之后所增加的基础延时的时间。
本发明的控制器的延时自适应方法，步骤c)中所述的准静态人体动作为处于坐姿状态的人所做出的动作，准静态状态下的人体动作比较细微，通过模拟信号处理方法不能进行识别，只有通过数字信号处理才能识别。处于坐姿状态下的人员，会长时间的工作或学习，做出较大动作的几率较小，当检测到准静态下的人发出细微动作时，应对用电器的开启时间进行延长。
本发明的基于延时自适应方法的控制器，包括人体探测器、数据处理电路和输出电路，所述的数据处理电路包括起运算和控制作用的DSP微处理器，所述的输出电路包括输出电路模块，其特别之处在于：所述照度传感器的输出端连接有A/D转换器，该A/D转换器的输出端与DSP微处理器的输入端口相连接；所述的人体探测器的输出端连接有信号放大电路，该信号放大电路通过A/D转换器与DSP微处理器的输入端口相连接；所述的DSP微处理器的输出端口与输出电路模块相连接。照度传感器用于检测外界环境的光照度，当光照度达到要求时，通过DSP微处理器的控制作用，控制输出电路模块输出关闭信号，使用电器处于关闭状态。人体探测器用于对人体运动信号进行采集，并把信号输入到DSP微处理器中，在准静态延时控制时，通过DSP微处理器对信号的计算和分析，可以识别出是人员由行走到坐姿、由坐姿到行走的动态信号或坐姿状态下的准静态信号，以便控制用电器的延时状态。在动态人体检测延时控制时，通过DSP微处理器对人体探测器信号的处理，不仅可判断出有没有人员运动存在，还可对人员流量进行计算。输出电路模块为用电器通电或断电的执行部件。DSP微处理器中存储着上面所述的控制器的延时自适应算法程序。
本发明的基于延时自适应方法的控制器，所述的人体探测器为被动红外探测器，所述的输出电路模块为控制用电器通断的继电器。被动式红外探测器的信号经过DSP微处理器运算处理后可实现精确的测量；继电器可实现对如照明灯、空调和风扇用电设备的控制。
本发明的有益效果是：本发明的延时自适应方法，变现有控制器中固定不变的延时时间为可根据外界情况自动变化的延时时间，不仅实现了节能，而且还避免了用电器的频繁关闭和启动；公开了需要延长照明基础时间的两种情况，即检测到有准静态人体动作时和检测的人员流量达到设定值时，使得本方法应用在照明灯具上更加完善，更加符合实际情况；本发明的控制器组成结构简单，通过简单的硬件与利用了上述延时自适应方法的软件相结合，实现了对用电设备尤其是照明设备的最优化控制，不仅节约了电能，而且还延长了灯具的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的动态人体检测延时自适应方法的程序流程图；
图2为本发明的准静态人体检测延时自适应方法的程序流程图；
图3为本发明的控制器的原理结构图；
图中：1DSP微处理器，2照度传感器，3A/D转换器，4人体探测器，5信号放大电路，6A/D转换器，7输出电路模块。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示的动态人体检测延时自适应的程序流程图，下面以安装在楼道或走廊内的照明灯控制器的控制方法来进行说明。首先对人体探测器采集的信号进行信号放大和A/D转换，经A/D转换后再通过DSP微处理器1处理，并对处理的结果进行判断，检测是否有运动人体信号存在。如果检测到没有运动人体信号存在，则返回主程序，即继续对是否有动态人体信号存在进行检测；如果检测到有运动的人体信号存在，则执行两个动作，一是DSP微处理器1通过执行单元输出电路模块7输出一个使照明灯处于开启状态的基础延时信号；二是采用脉冲计数的方法来对单位时间内经过的人数进行计数，并把检测出的人员流量与设定的人员流量相比较；设基础延时时间为t0，需要延长延时所对应的最小人员流量为n1，检测到的人员流量为nt；n1、n2、n3分别为需分别增加k1t0、t0k2、k3t0延时时间所对应的人员流量，其中，0＜n1＜n2＜n3；先把检测到的人员流量nt与设定的最大值n3进行比较，如果nt≥n3，则通过输出电路模块控制照明灯的延时增加k3t0；如果nt＜n3，则nt再与n2相比较，如果nt≥n2，则通过输出电路模块控制照明灯的延时增加k2t0；如果nt小于n2，则nt再与n1相比较，如果nt≥n1，则通过输出电路模块控制照明灯的延时增加k1t0；如果nt小于n1，输出电路模块控制照明灯的延时时间不变。然后检测照明灯的延时时间是否结束，如果延时施加结束，则输出关闭信号，使照明灯处于关闭状态并返回主程序，并使延时时间恢复到基础延时；如果照明灯的延时时间没有结束，则保持输出电路模块的开启信号不变并返回主程序。
如图2所示的准静态人体检测延时自适应的程序流程图，下面以安装在图书馆阅览区内的照明灯控制器的控制方法来进行说明。人体探测信号首先经信号放大电路和A/D转换器，转化为DSP微处理器可直接运算的数字信号。然后对输入的信号是否由运动的人体产生进行判断，如果检测出是运动的人体产生的，则DSP微处理器通过输出电路模块输出基础延时的照明灯开启信号，并返回主程序继续检测；如果检测出输入信号不是由运动的人体产生的，则对输入信号是否为准静态信号(即处于坐姿状态的人员产生的动作)进行判断。如果判断出是准静态信号，则增加输出电路模块的开启时间，其增加量可为基础延时的数倍；如果判断出输入信号也不是准静态信号，则再判断延时时间是否结束，如果延时时间结束，则通过输出电路模块输出关闭照明灯信号，并使延时时间恢复到基础延时；如果延时时间没有结束，则继续保持输出电路模块的开启信号，并返回主程序继续检测。
上面所述的基础延时为最短的未改变过的延时，上面所述的照明灯延时时间的增加可在基础延时时间的基础上增加数倍来进行。上面的控制方法中没有涉及照度传感器的输入信号，是假设外界的光照度低于需要开启照明灯的光照度条件下进行的。
本发明的基于延时自适应方法的控制器原理图如图3所示，本发明的控制器包括：DSP微处理器1、照度传感器2、A/D转换器3、人体探测4器、信号放大电路5、A/D转换器6、输出电路模块7。照度传感器2用于测量外界环境的光照度，照度传感器2检测的信号经A/D转换器3转化为数字信号后，输入到DSP微处理器1的输入端口，实现了光照度的测量。人体探测器4用于检测探测区域内的人员运动状态，人体探测器4的输出端与信号放大电路5的输入端口相连接，信号放大电路5的输出端口与A/D转换器6的输入端口相连接，A/D转换器的数据输出端与DSP微处理器1的输入端口相连接，通过DSP微处理器对人体探测器所检测到的信号进行运算和处理，可检测出人员动态信息、准静态的动作和人员流量信息，可根据不同的要求来进行有选取的测量。如在动态人体延时自适应条件下，只需运算人员运动信息和人员流量信息即可；在准静态人体延时自适应条件下，只需运算出人员运动信息和准静态的动作信息即可。DSP微处理器1用于存储控制整个控制器运行的程序，实现运算和控制功能。输出电路模块7为控制器的执行单元，在照明灯、风扇或空调作为控制对象的情况，输出电路模块7为继电器，依靠继电器的通断可实现对用电设备的通断进行控制。有关基础延时时间以及延时自适应的增加和恢复基础延时等可通过软件来实现。
Claims (5)
1.一种控制器的延时自适应方法，所述控制器包括人体探测器、数据处理电路和输出电路，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
a)动态人体检测，通过对红外人体探测器的输出信号进行运算和处理，判断在控制器探测范围内是否有运动的人存在；
b)如果步骤a)的判断结果为是，则控制输出电路输出开启信号，使被控制的用电设备处于基础延时工作状态；
c)对检测到的人员流量与需要增加基础延时的人员流量的大小进行比较或是否存在准静态人体动作进行判断；
d)增加延时，如果步骤c)中判断出检测人员流量大于或等于需要增加基础延时的人员流量或有准静态人体动作存在，则增加输出电路输出的开启信号时间；
e)返回步骤a)。
2.根据权利要求1所述的控制器的延时自适应方法，其特征在于：
所述步骤b)还包括：如果步骤a)的判断结果为否，则返回主程序，继续检测；
设基础延时时间为t0，需要延长基础延时所对应的最小人员流量为n1，检测到的人员流量为nt；n1、n2、n3分别为需分别增加k1t0、t0k2、k3t0延时时间所对应的人员流量，其中，0＜n1＜n2＜n3；所述步骤c)还包括检测人员流量nt与n1、n2、n3大小的比较，如果nt≥n3，则输出电路的开启信号输出延时k3t0；如果n2≤nt＜n3，则输出电路的开启信号输出延时k2t0；如果n1≤nt＜n2，则输出电路的开启信号输出延时k1t0。
3.根据权利要求1所述的控制器的延时自适应方法，其特征在于：步骤c)中所述的准静态人体动作为处于坐姿状态的人所做出的动作。
4.一种基于权利要求1所述的控制器的延时自适应方法的控制器，包括人体探测器(4)、照度传感器(2)、数据处理电路以及输出电路，所述的数据处理电路包括起运算和控制作用的DSP微处理器(1)，所述的输出电路包括输出电路模块(7)，其特征在于：所述照度传感器(2)的输出端连接有A/D转换器(3)，该A/D转换器(3)的输出端与DSP微处理器(1)的输入端口相连接；所述的人体探测器(4)的输出端连接有信号放大电路(5)，该信号放大电路(5)通过A/D转换器(6)与DSP微处理器(1)的输入端口相连接；所述的DSP微处理器的输出端口与输出电路模块(7)相连接。
5.根据权利要求4所述的控制器，其特征在于：所述的人体探测器(4)为被动式红外探测器，所述的输出电路模块(7)为控制用电器通断的继电器。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
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Owner name: JINAN SINE-LEAD ELECTRONIC TECHNOLOGY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: HUANG CHENGYUN Effective date: 20130228 |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20130228 Address after: Study on Ji'nan casting forging Huaiyin District of Ji'nan city in Shandong province 250022 ten Road No. 466 building two floor Patentee after: Jinan Sine-lead Electronic Technology Co., Ltd. Address before: Study on Ji'nan casting forging Huaiyin District of Ji'nan city in Shandong province 250022 ten Road No. 466 building two floor Patentee before: Huang Chengyun |