CN105072470B - 一种基于超声波测距的电视机荧屏智能调光装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于超声波测距的电视机荧屏智能调光装置，包括微控制器、人体红外检测模块、超声波测距模块、驱动模块、微型直流电机、红外发射模块、电视机红外接收模块和直流稳压电源，所述微控制器分别与人体红外检测模块、超声波测距模块、驱动模块、红外发射模块相连，驱动模块与微型直流电机相连，直流稳压电源给整个调光装置提供电源。本发明的调光装置包括微控制器、人体红外检测模块、超声波测距模块、微型直流电机、驱动模块、红外发射模块、电视机红外接收模块，其结构简单、成本低、适用范围广。本发明还公开了一种基于超声波测距的电视机荧屏智能调光方法。

Description

一种基于超声波测距的电视机荧屏智能调光装置及方法

技术领域

本发明涉及电子信息及自动控制领域，特别涉及一种基于超声波测距的电视机荧屏智能调光装置及方法。

背景技术

随着社会的发展，电视机已得到了普及，并成为人们增长知识、丰富业余生活的重要手段，但长时间观看电视，尤其是近距离观看电视会对眼睛造成较大的伤害。资料表明，长时间近距离观看电视尤其是亮度较强的电视是造成青少年眼睛近视的一个重要原因，考虑到青少年普遍缺乏自我保护意识，看电视时往往不注意保持合适的距离，因此如果在近距离观看电视时能适当降低电视机荧屏的亮度，则可减轻长时间观看电视对其眼睛造成的损害。然而目前电视机荧屏亮度主要通过遥控器来进行调节，难以做到根据人体与电视机间的距离实时调节相应的亮度，且在调节时还存在操作不便，所调节的亮度也因人而异等问题，难以达到理想的保护眼睛的效果。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、操作方便、调光效果好的基于超声波测距的电视机荧屏智能调光装置，并提供一种基于超声波测距的电视机荧屏智能调光方法。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种基于超声波测距的电视机荧屏智能调光装置，包括微控制器、人体红外检测模块、超声波测距模块、驱动模块、微型直流电机、红外发射模块、电视机红外接收模块和直流稳压电源，所述微控制器分别与人体红外检测模块、超声波测距模块、驱动模块、红外发射模块相连，驱动模块与微型直流电机相连，直流稳压电源给整个调光装置提供电源，人体红外检测模块实时采集人体红外信号并送入微控制器，当微控制器接收到人体红外信号时，超声波测距模块自动检测人体与电视机间的距离并将距离值送入微控制器，微控制器根据接收到的距离值输出相应的亮度调节信号至红外发射模块，亮度调节信号由红外发射模块发出，电视机红外接收模块接收红外发射模块发出的亮度调节信号并送入电视机，从而控制电视机荧屏的亮度。

上述基于超声波测距的电视机荧屏智能调光装置中，所述超声波测距模块包括复位电路、晶振电路、单片机、发射驱动电路、接收处理电路、发射头和接收头，所述单片机分别与复位电路、晶振电路、发射驱动电路、接收处理电路相连，发射驱动电路与发射头相连，接收处理电路与接收头相连。

上述基于超声波测距的电视机荧屏智能调光装置还包括键盘和显示器，所述微控制器经人机交互接口分别与键盘、显示器相连。

一种基于超声波测距的电视机荧屏智能调光方法，包括以下步骤：

1）将人体红外检测模块与超声波测距模块绑定置于电视机前，两者在微型直流电机驱动下来回连续转动；

2）人体红外检测模块实时检测电视机前的人体红外信号并将检测到的信号送入微控制器，当人体红外检测模块检测到电视机前有人，则进入下一步骤；

3）微控制器启动超声波测距模块，超声波测距模块检测人体与电视机间的距离并将检测到的距离值送入微控制器；

4）微控制器根据超声波测距模块反馈回的距离值，经运算处理后，确定电视机荧屏应调整到的对应亮度值；

5）微控制器将相应的亮度信号通过红外发射模块发送给电视机红外接收模块，由电视机红外接收模块接收后送入电视机，对电视机荧屏亮度进行相应的调节。

上述基于超声波测距的电视机荧屏智能调光方法，所述步骤1）中，人体红外检测模块与超声波测距模块以电视机正前方为基准，左右90°来回连续地同步转动。

本发明的有益效果在于：

1、本发明的调光方法首先通过人体红外检测模块循环检测电视机前是否有人，如果检测到有人存在，则微控制器通过超声波测距模块自动检测人体与电视机之间的距离，并根据该距离经相关运算处理后确定电视机荧屏应调整到的对应亮度值，然后再将该亮度信息通过红外发射模块发送给电视机接收模块，由电视机红外接收模块接收后送入电视机，对电视机荧屏亮度进行相应的调节，从而达到保护人眼的目的，该调光方法原理简单、控制精度高、调光效果好，可有效减轻长时间观看电视对人眼造成的不良影响；

2、本发明的调光装置包括微控制器、人体红外检测模块、超声波测距模块、微型直流电机、驱动模块、红外发射模块、电视机红外接收模块，其结构简单、成本低、适用范围广。

附图说明

图1为本发明调光装置的结构框图。

图2为图1中微控制器的结构框图。

图3为图1中超声波测距模块的结构框图。

图4为图1中直流稳压电源的结构框图。

图5为人体红外检测模块与超声波测距模块绑定的结构示意图。

图6为图5的局部放大图。

图7为电视机亮度与人体和电视机间距离的关系曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明的调光装置包括微控制器1、人体红外检测模块2、超声波测距模块3、驱动模块4、微型直流电机5、红外发射模块6、电视机红外接收模块7、人机交互接口8、键盘9、显示器10及直流稳压电源11，微控制器1分别与人体红外检测模块2、超声波测距模块3、驱动模块4、红外发射模块6及人机交互接口8相连，微型直流电机5与驱动模块4相连，键盘9和显示器10与人机交互接口8相连，电视机红外接收模块7与电视机相连，直流稳压电源11用于给整个调光装置提供工作电源。

如图2所示，微控制器1的核心为微控制器芯片1-1，优选型号为AT89s51的单片机，也可以使用功能相近的其它微控制器芯片，图中1-2为数据传输总线。为了使微控制器芯片1-1能够正常工作，同时还需要外围电路模块，外围电路包括复位电路1-3、电源电路1-4、晶振电路1-5。复位电路1-3用于产生系统复位信号，电源电路1-4用于给系统提供工作电源，系统时钟晶振电路1-5用于提供系统时钟；另外，微控制器芯片1-1还包括JTAG下载仿真电路，用于给微控制器1-1下载控制程序并提供在线调试程序的功能，在图5中未画出。

微控制器1输出控制信号经驱动模块4驱动微型直流电机5连续正反运转，以带动绑定在一起的人体红外检测模块2和超声波测距模块3来回搜索电视机前是否有人，如果检测到电视机前有人，则微控制器1控制微型直流电机5立即停止运转并向超声波测距模块3发出控制指令以检测人体与电视机之间的距离，根据该距离以及经人机交互接口8接收的相关控制参数，经相关运算处理后确定电视机荧屏应调整到的对应亮度值，并将该亮度信息由红外发射模块6发送给电视机以进行相应的亮度调节。

人体红外检测模块2搜索电视机前是否有人存在，如果检测到电视机前有人，则向微控制器1输出高电平信号。

超声波测距模块3接收微控制器1发出的检测指令，向目标物体发射超声波以实现对目标距离进行自动检测，并将检测的距离信息传送给微控制器1。如图3所示，超声波测距模块3包括单片机3-1、发射驱动电路3-2、发射头3-3、接收处理电路3-4、接收头3-5、晶振电路3-6、复位电路3-7及数据传输总线3-8。单片机3-1分别与发射驱动电路3-2、接收处理电路3-4、晶振电路3-6、复位电路3-7相连，发射驱动电路3-2与发射头3-3相连，接收处理电路3-4与接收头3-5相连，其中单片机3-1接收微控制器芯片1-1的触发信号，向发射驱动电路3-2发出启动信号，经发射头3-3发射出超声波信号，同时接收头3-5接收反射回的超声波信号，由接收处理电路3-4放大处理后传送给单片机3-1进行运算处理，获得相应的距离数据并传输给微控制器1-1。发射驱动电路3-2的作用在于提高启动信号的驱动功率，使发射头3-3发出的超声波功率达到要求值；发射头3-3的作用是产生并发出一定频率的超声波；接收头3-5的作用是接收反射回来的超声波；接收处理电路3-4的作用是将接收头3-5接收的超声波信号进行放大；晶振电路3-6用于给单片机3-1提供一定频率的时钟信号；复位电路3-7用于给单片机3-1产生复位信号。

驱动模块4用于将微控制器1输出的控制信号放大，以驱动微型直流电机5运转。

微型直流电机5接受驱动模块4输出的控制信号，驱动绑定在一起的人体红外检测模块2与超声波测距模块3来回连续转动。

红外发射模块6接收微控制器1输出的电视机亮度调节信号，并将该信号发送给电视机红外接收模块7。

电视机红外接收模块7接收红外发射模块6发送的亮度信息，并将其传送给电视机进行相应的亮度调节。

人机交互接口8、键盘9和显示器10用于进行控制参数的设置与显示。

图4 为本发明提供的直流稳压电源11的结构框图。直流稳压电源11的作用为将外接的220V交流电转换为直流电，分别为微控制器1、人体红外检测模块2、超声波测距模块3、驱动模块4、微型直流电机5、红外发射模块6、人机交互接口8及显示器10提供直流工作电源。

首先，220V交流电接入直流稳压电源的降压整流模块11-2，降压整流模块11-2内包括变压器电路和桥式整流电路，变压器电路将220V交流电压降压为低电压交流电之后经过桥式整流电路整流为直流电压；其次，降压整流模块11-2产生的直流电输出给稳压模块11-3，稳压模块11-3用于产生稳定的直流电压，这里的直流电压为5V，稳压模块11-3核心为三端稳压芯片LM7805，也可为同功能的其他芯片，稳压模块11-3输出的稳定的直流电压经电源开关11-4给各部分电路供电。

一种基于超声波测距的电视机荧屏智能调光方法，包括以下步骤：

1）将人体红外检测模块与超声波测距模块绑定置于电视机前，两者在微型直流电机驱动下来回连续地同步转动。

图5所示为人体红外检测模块2与超声波测距模块3实现绑定的结构示意图。将人体红外检测模块2与超声波测距模块3绑定在一起，在微型直流电机5的驱动下，使二者能以电视机正前方为基准，左右90°来回连续地同步转动，以检测电视机前是否有人并在有人时自动检测人体与电视机间的距离。其中人体红外检测模块2用于检测电视机前是否有人，当检测到电视机前有人时，向微控制器1输出高电平信号；微控制器1接收到该信号，控制微型直流电机5立即停止转动，同时微控制器1控制超声波测距模块3向人体发射超声波信号以测量人体与电视机间的距离，微控制器1再根据该距离经相关数值处理以确定电视机荧屏应调整到的亮度值，并将该亮度信息发送给电视机进行相应的亮度调节。

图6所示为人体红外检测模块2与超声波测距模块3绑定的局部放大图。其中：2-1为人体红外感应导管，通过该导管2-1接收人体红外线，只有在该导管2-1完全对准人体时，才能检测到人体红外线，否则就测不到人体红外线，其目的在于只有在该导管完全对准人体时，才能使与人体红外检测模块2绑定在一起的超声波测距模块3测出的是人体与电视机间的距离，否则就不一定是人体与电视机间的距离，因为超声波测距模块3不能判断其前方是人体还是物体。2-2为人体红外检测模块2的信号检测与处理部分；3-1为超声波发射探头，用于发送超声波；3-2为超声波接收探头，用于接收反射回的超声波信号；3-3为超声波信号的检测与处理部分。

2）人体红外检测模块实时检测电视机前的人体红外信号并将检测到的信号送入微控制器，当人体红外检测模块检测到电视机前有人，则进入下一步骤。

3）微控制器启动超声波测距模块，超声波测距模块检测人体与电视机间的距离并将检测到的距离值送入微控制器。

4）微控制器根据超声波测距模块反馈回的距离值，经运算处理后，确定电视机荧屏应调整到的对应亮度值。

图7所示为电视机亮度与人体和电视机间距离的关系曲线。图中：Pm与Pmin分别为电视机的正常亮度和最小亮度，Lm与Lmin分别为人体和电视机间距离的正常值和最小值，其中正常距离对应于正常亮度，最小距离对应于最小亮度，正常亮度Pm一般取电视机的100%亮度值，其余3个参数可根据需要进行设定；在正常距离Lm和最小距离Lmin之间，亮度值与距离之间保持线性函数关系（也可为其它确定的函数关系），超过正常距离Lm或小于最小距离Lmin时，荧屏亮度将维持在正常亮度Pm或最小亮度Pmin不变。

微控制器1根据预先确定的亮度值与距离之间的函数关系，并通过采集使用者设置的正常距离Lm、最小距离Lmin和最小亮度Pmin三个参数（正常亮度Pm值已知），以及由超声波测距模块3反馈回的人体与电视机间的距离值，即可自动计算出该距离对应的电视机荧屏亮度，并将该亮度信息发送给电视机进行相应的亮度调节。

5）微控制器将相应的亮度信号通过红外发射模块发送给电视机红外接收模块，由电视机红外接收模块接收后送入电视机，对电视机荧屏亮度进行相应的调节。

Claims (5)

1.一种基于超声波测距的电视机荧屏智能调光装置，其特征在于：包括微控制器、人体红外检测模块、超声波测距模块、驱动模块、微型直流电机、红外发射模块、电视机红外接收模块和直流稳压电源，所述微控制器分别与人体红外检测模块、超声波测距模块、驱动模块、红外发射模块相连，驱动模块与微型直流电机相连，直流稳压电源给整个调光装置提供电源，人体红外检测模块自动搜索电视机前是否有人存在，如果检测到电视机前有人，则向微控制器输出高电平信号；超声波测距模块接收微控制器发出的检测指令，向目标物体发射超声波以实现对目标距离进行自动检测，并将检测的距离信息传送给微控制器；人体红外检测模块实时采集人体红外信号并送入微控制器，当微控制器接收到人体红外信号时，超声波测距模块自动检测人体与电视机间的距离并将距离值送入微控制器，微控制器根据接收到的距离值输出相应的亮度调节信号至红外发射模块，亮度调节信号由红外发射模块发出，电视机红外接收模块接收红外发射模块发出的亮度调节信号并送入电视机，从而控制电视机荧屏的亮度。

2.如权利要求1所述的基于超声波测距的电视机荧屏智能调光装置，其特征在于：所述超声波测距模块包括复位电路、晶振电路、单片机、发射驱动电路、接收处理电路、发射头和接收头，所述单片机分别与复位电路、晶振电路、发射驱动电路、接收处理电路相连，发射驱动电路与发射头相连，接收处理电路与接收头相连，超声波测距模块接收微控制器发出的检测指令，向目标物体发射超声波以实现对目标距离进行自动检测，并将检测的距离信息传送给微控制器，其中单片机接收微控制器的触发信号，向发射驱动电路发出启动信号，经发射头发射出超声波信号，同时接收头接收反射回的超声波信号，由接收处理电路放大处理后传送给单片机进行运算处理，获得相应的距离数据并传输给微控制器；发射驱动电路的作用在于提高启动信号的驱动功率，使发射头发出的超声波功率达到要求值；发射头的作用是产生并发出一定频率的超声波；接收头的作用是接收反射回来的超声波；接收处理电路的作用是将接收头接收的超声波信号进行放大；晶振电路用于给单片机提供一定频率的时钟信号；复位电路用于给单片机产生复位信号。

3.如权利要求1所述的基于超声波测距的电视机荧屏智能调光装置，其特征在于：还包括键盘和显示器，所述微控制器经人机交互接口分别与键盘、显示器相连，人机交互接口、键盘和显示器用于进行控制参数的设置与显示。

4.一种基于超声波测距的电视机荧屏智能调光方法，包括以下步骤：

1）将人体红外检测模块与超声波测距模块绑定置于电视机前，两者在微型直流电机驱动下来回连续转动；

2）人体红外检测模块实时检测电视机前的人体红外信号并将检测到的信号送入微控制器，当人体红外检测模块检测到电视机前有人，则进入下一步骤；

3）微控制器启动超声波测距模块，超声波测距模块检测人体与电视机间的距离并将检测到的距离值送入微控制器；

4）微控制器根据超声波测距模块反馈回的距离值，经运算处理后，确定电视机荧屏应调整到的对应亮度值；

5）微控制器将相应的亮度信号通过红外发射模块发送给电视机红外接收模块，由电视机红外接收模块接收后送入电视机，对电视机荧屏亮度进行相应的调节；

电视机亮度与人体和电视机间距离之间保持线性函数关系，Pm与Pmin分别为电视机的正常亮度和最小亮度，Lm与Lmin分别为人体和电视机间距离的正常值和最小值，其中正常距离对应于正常亮度，最小距离对应于最小亮度，正常亮度Pm取电视机的100%亮度值，其余3个参数根据需要进行设定；在正常距离Lm和最小距离Lmin之间，亮度值与距离之间保持线性函数关系；超过正常距离Lm或小于最小距离Lmin时，荧屏亮度将维持在正常亮度Pm或最小亮度Pmin不变；

微控制器根据预先确定的亮度值与距离之间的函数关系，并通过采集使用者设置的正常距离Lm、最小距离Lmin和最小亮度Pmin三个参数，以及由超声波测距模块反馈回的人体与电视机间的距离值，自动计算出反馈回的距离值所对应的电视机荧屏亮度值，并将计算得到的亮度值发送给电视机进行相应的亮度调节。

5.如权利要求4所述的基于超声波测距的电视机荧屏智能调光方法，其特征在于：所述步骤1）中，人体红外检测模块与超声波测距模块以电视机正前方为基准，左右90°来回连续地同步转动。