CN105188235B - 非接触式墙壁灯光开关装置及其手势控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非接触式墙壁灯光开关装置及其手势控制方法，所述非接触式墙壁灯光开关装置包括：多个相互分离的红外光源；红外探测模块；光源驱动模块；布设在所述红外探测模块周围的遮光部件；覆盖在各所述红外光源上、红外探测模块上和遮光部件上，用于滤除可见光的滤光部件；可控开关；开关驱动电路；微控制器；所述微控制器与所述红外探测模块相连接，并通过开关驱动电路与所述可控开关相连接；本发明无需直接接触，结构简单，仅仅通过手势操作便能轻松实现开关控制，开关控制过程十分便捷智能。
Description
技术领域
本发明涉及一种开关装置，具体为一种非接触式墙壁灯光开关装置及其手势控制方法。
背景技术
近几年来，数字开关已经被广泛应用于制造、建筑、金融、酒店、餐饮等公共场所领域。现有技术中数字开关的用户交互方式包括机械按钮或者触屏，均需操作者通过用手按压的接触式操作才能实现开关控制，开关容易损坏，人机交互体验感相对较差，并且在一些特定场合采用机械开关、接触式开关按钮操作不便。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研制一种非接触式墙壁灯光开关装置。
本发明的技术手段如下：
一种非接触式墙壁灯光开关装置，包括：
多个相互分离的红外光源；
红外探测模块；所述红外光源发射的红外光信号能够经外部障碍物反射至红外探测模块，并被所述红外探测模块接收；至少两个红外光源所对应的光传输时间存在时差，所述光传输时间指的是所述红外光源发射红外光信号并经外部障碍物反射至所述红外探测模块的所需时间；
用于驱动所述红外光源的光源驱动模块；多个红外光源在所述光源驱动模块的驱动下，按照一定顺序分时段发射红外光信号；
布设在所述红外探测模块周围的遮光部件；所述遮光部件用于阻挡所述红外光源发射的红外光信号直接入射到所述红外探测模块；
覆盖在各所述红外光源上、红外探测模块上和遮光部件上，用于滤除可见光的滤光部件；
可控开关；
开关驱动电路；
微控制器；所述微控制器与所述红外探测模块相连接，并通过开关驱动电路与所述可控开关相连接；当接收到红外光信号后，所述红外探测模块对该红外光信号进行光电转换和AD转换后，输出与所述红外光信号相对应的数字电信号至所述微控制器；所述微控制器在不同红外光源发射红外光信号的各时段实时获取红外探测模块所接收到的红外光信号的光强度值，并判断光强度值是否高于光强度预设阈值△X；所述微控制器根据某一光强度值高于光强度预设阈值△X的判断结果，来确定外部障碍物当前经过的是多个红外光源中的哪一个；所述微控制器获得外部障碍物前后经过两个红外光源之间的时间间隔，并判断所述时间间隔是否在(T1，T2)之间，然后根据所述时间间隔处在(T1，T2)之间的判断结果确定出手势姿态，并结合手势姿态与可控开关的开关状态之间的对应关系，控制所述可控开关的开关状态，T1为时间间隔阈值下限、T2为时间间隔阈值上限；
进一步地，当所述红外光源的数量为2个时，2个红外光源不能均布设在外部障碍物移动方向的垂直线上；
进一步地，当所述红外光源的数量为大于2个时，多个红外光源的至少3个不处于同一直线上；
进一步地，当所述红外光源的数量为3个时，3个红外光源呈T型分布，且各红外光源与所述红外探测模块的距离相等；
进一步地，所述非接触式墙壁灯光开关装置还包括用于预先存储手势姿态与可控开关的开关状态之间的对应关系的存储器。
一种如上所述非接触式墙壁灯光开关装置的手势控制方法，包括如下步骤：
步骤1：光源驱动模块驱动各红外光源按照一定顺序分时段发射红外光；
步骤2：在不同红外光源分别发射红外光信号的各时段，微控制器实时获取红外探测模块接收到的红外光的光强度值；
步骤3：微控制器判断红外探测模块当前接收到的红外光的光强度值是否高于光强度预设阈值△X，是则执行步骤4，否则返回步骤2；
步骤4：微控制器确定外部障碍物首先经过的红外光源是多个红光光源中的哪一个；
步骤5：微控制器实时获取红外探测模块接收到的红外光的光强度值，并判断光强度值是否高于光强度预设阈值△X，是则执行步骤6，否则返回步骤5；
步骤6：微控制器确定外部障碍物之后经过的红外光源是多个红光光源中的哪一个；
步骤7：微控制器获知外部障碍物前后经过两个红外光源之间的时间间隔；
步骤8：微控制器判断所述时间间隔是否在(T1，T2)之间，是则执行步骤9，否则返回步骤2，T1为时间间隔阈值下限、T2为时间间隔阈值上限；
步骤9：微控制器确定出手势姿态，并结合手势姿态与可控开关的开关状态之间的对应关系，来控制所述可控开关的开关状态；
进一步地，当3个红外光源呈T型分布，且各红外光源与所述红外探测模块的距离相等时，所述手势姿态至少包括手由左至右水平移动、手由右至左水平移动、手由上至下竖直移动和手由下至上竖直移动；
进一步地，当所述时间间隔处在(T1，T2)之间时，能够确定所述外部障碍物为从所述非接触式墙壁灯光开关装置上方移动或划过的手。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的非接触式墙壁灯光开关装置及其手势控制方法，无需直接接触，结构简单，识别准确，仅仅通过手势操作便能轻松实现开关控制，开关控制过程十分便捷智能，解决了现有技术中采用用手按压的接触式操作才能实现开关控制，开关容易损坏，人机交互体验感相对较差的问题。
附图说明
图1是本发明所述非接触式墙壁灯光开关装置的结构框图；
图2是本发明遮光部件和滤光部件的结构示意图；
图3是本发明所述手势控制方法的流程图。
图中：1、遮光部件，2、滤光部件，3、红外光源，4、红外探测模块，5、印刷电路板。
具体实施方式
如图1和图2所示的一种非接触式墙壁灯光开关装置，包括：多个相互分离的红外光源3；红外探测模块4；所述红外光源3发射的红外光信号能够经外部障碍物反射至红外探测模块4，并被所述红外探测模块4接收；至少两个红外光源3所对应的光传输时间存在时差，所述光传输时间指的是所述红外光源3发射红外光信号并经外部障碍物反射至所述红外探测模块4的所需时间；用于驱动所述红外光源3的光源驱动模块；多个红外光源3在所述光源驱动模块的驱动下，按照一定顺序分时段发射红外光信号；布设在所述红外探测模块4周围的遮光部件1；所述遮光部件1用于阻挡所述红外光源3发射的红外光信号直接入射到所述红外探测模块4；覆盖在各所述红外光源3上、红外探测模块4上和遮光部件1上，用于滤除可见光的滤光部件2；可控开关；开关驱动电路；微控制器；所述微控制器与所述红外探测模块4相连接，并通过开关驱动电路与所述可控开关相连接；当接收到红外光信号后，所述红外探测模块4对该红外光信号进行光电转换和AD转换后，输出与所述红外光信号相对应的数字电信号至所述微控制器；所述微控制器在不同红外光源3发射红外光信号的各时段实时获取红外探测模块4所接收到的红外光信号的光强度值，并判断光强度值是否高于光强度预设阈值△X；所述微控制器根据某一光强度值高于光强度预设阈值△X的判断结果，来确定外部障碍物当前经过的是多个红外光源3中的哪一个；所述微控制器获得外部障碍物前后经过两个红外光源3之间的时间间隔，并判断所述时间间隔是否在(T1，T2)之间，然后根据所述时间间隔处在(T1，T2)之间的判断结果确定出手势姿态，并结合手势姿态与可控开关的开关状态之间的对应关系，控制所述可控开关的开关状态，T1为时间间隔阈值下限、T2为时间间隔阈值上限；进一步地，当所述红外光源3的数量为2个时，2个红外光源3不能均布设在外部障碍物移动方向的垂直线上；进一步地，当所述红外光源3的数量为大于2个时，多个红外光源3的至少3个不处于同一直线上；进一步地，当所述红外光源3的数量为3个时，3个红外光源3呈T型分布，且各红外光源3与所述红外探测模块4的距离相等；进一步地，所述非接触式墙壁灯光开关装置还包括用于预先存储手势姿态与可控开关的开关状态之间的对应关系的存储器；所述红外光源3可以采用红外发光二极管。
如图3所示的一种如上所述非接触式墙壁灯光开关装置的手势控制方法，包括如下步骤：
步骤1：光源驱动模块驱动各红外光源3按照一定顺序分时段发射红外光；
步骤2：在不同红外光源3分别发射红外光信号的各时段，微控制器实时获取红外探测模块4接收到的红外光的光强度值；
步骤3：微控制器判断红外探测模块4当前接收到的红外光的光强度值是否高于光强度预设阈值△X，是则执行步骤4，否则返回步骤2；
步骤4：微控制器确定外部障碍物首先经过的红外光源3是多个红光光源中的哪一个；
步骤5：微控制器实时获取红外探测模块4接收到的红外光的光强度值，并判断光强度值是否高于光强度预设阈值△X，是则执行步骤6，否则返回步骤5；
步骤6：微控制器确定外部障碍物之后经过的红外光源3是多个红光光源中的哪一个；
步骤7：微控制器获知外部障碍物前后经过两个红外光源3之间的时间间隔；
步骤8：微控制器判断所述时间间隔是否在(T1，T2)之间，是则执行步骤9，否则返回步骤2，T1为时间间隔阈值下限、T2为时间间隔阈值上限；
步骤9：微控制器确定出手势姿态，并结合手势姿态与可控开关的开关状态之间的对应关系，来控制所述可控开关的开关状态；
进一步地，当3个红外光源3呈T型分布，且各红外光源3与所述红外探测模块4的距离相等时，所述手势姿态至少包括手由左至右水平移动、手由右至左水平移动、手由上至下竖直移动和手由下至上竖直移动；进一步地，当所述时间间隔处在(T1，T2)之间时，能够确定所述外部障碍物为从所述非接触式墙壁灯光开关装置上方移动或划过的手。
本发明多个红外光源3在所述光源驱动模块的驱动下，按照一定顺序分时段发射红外光信号，具体地，假设所述红外光源3的数量为3个，分别为第一红外光源3、第二红外光源3和第三红外光源3，则光源驱动模块可以首先驱动第一红外光源3发射红外光信号，同时微控制器将红外探测模块4接收到的红外光强度值存入存储器中对应第一红外光源3的存储地址，延时一定时间，然后光源驱动模块驱动第二红外光源3发射红外光信号，同时微控制器将红外探测模块4接收到的红外光强度值存入存储器中对应第二红外光源3的存储地址，延时一定时间，然后光源驱动模块驱动第三红外光源3发射红外光信号，同时微控制器将红外探测模块4接收到的红外光强度值存入存储器中对应第三红外光源3的存储地址，延时一定时间，然后再驱动第一红外光源3发射红外光信号，同时微控制器将红外探测模块4接收到的红外光强度值再存入存储器中对应第一红外光源3的存储地址，依次循环，由于各红外光源3不同时工作，在某一时间段只有一个红外光源3发射红外光信号，依据各红外光源3依次发射红外光信号的一定顺序，并能确定红外探测模块4当前接收到的光强度值是与哪一个红外光源3相对应的，由于滤光部件2(滤除可见光，不滤除红外光)和遮光部件1(用于阻挡所述红外光源3发射的红外光信号直接入射到所述红外探测模块4)的布设和作用，当外部障碍物从本发明所述非接触式墙壁灯光开关装置上方划过时，红外光源3发射的红外光经过外部障碍物的反射后由红外探测模块4接收，当红外光经过外部障碍物反射至红外探测模块4时，红外探测模块4检测到的光强度值，高于红外光未被外部障碍物反射时红外探测模块4检测到的光强度值，故所述微控制器在不同红外光源3发射红外光信号的各时段实时获取红外探测模块4所接收到的红外光信号的光强度值，并判断光强度值是否高于光强度预设阈值△X，然后根据某一光强度值高于光强度预设阈值△X的判断结果，来确定外部障碍物当前经过的是多个红外光源3中的哪一个，这里的光强度预设阈值△X＝X1-X2，X1为当存在外部障碍物将红外光源3发射的红外光反射至红外探测模块4时，红外探测模块4多次接收到的光强度值的平均值，X2为当不存在外部障碍物将红外光源3发射的红外光反射至红外探测模块4时，红外探测模块4多次接收到的光强度值的平均值，另外，为了保证当前从本发明所述非接触式墙壁灯光开关装置上方移动或划过的外部障碍物是人手，微控制器还获得外部障碍物前后经过两个红外光源3之间的时间间隔，并判断所述时间间隔是否在(T1，T2)之间，然后根据所述时间间隔处在(T1，T2)之间的判断结果确定出手势姿态，这里的时间间隔阈值下限T1为多次试验人手前后划过两个红外光源3的最小时间间隔，经过反复测量T1通常取值为20ms，时间间隔阈值上限T2为多次试验人手前后划过两个红外光源3的最大时间间隔，经过反复测量T2通常取值为400ms。
在本发明所述微控制器的手势操作识别中，事先对不同手势姿态与可控开关的开关状态之间的对应关系进行定义，比如手从上到下或从左到右划过代表对可控开关的闭合，手从下到上或从右到左划过代表对可控开关的断开，进而当微控制器确定出手势姿态后，比如得出当前手势姿态为从上至下，且手从上至下代表对可控开关的闭合，则微控制器通过开关驱动电路控制可控开关闭合，当得出当前手势姿态为从下至上，且手从下至上代表对可控开关的断开，则微控制器通过开关驱动电路控制可控开关断开；当没有能够对红外光源3发射的红外光进行反射的外部障碍物时，红外光源3发射的红外光均被置于红外探测模块4周围的遮光部件1阻挡；当红外光源3的数量大于等于3个时，其中至少3个不在同一直线上，图1示出了一种红外光源的布置示意图，实际应用时，还可以布置其它红外光源3；图2示出了本发明遮光部件和滤光部件的结构示意图，如图2所示，所述滤光部件2采用覆盖在各所述红外光源3上、红外探测模块4上和遮光部件1上的滤光板，实际应用时，可以将红外光源3和红外探测模块4集成在一印刷电路板5上，所述遮光部件1采用遮光板，红外探测模块4的四周侧面被遮光板围绕，滤光板覆盖在所述印刷电路板5上，遮光板的上端与所述滤光板的下底面相接触；采用滤光板能够滤除环境中的可见光，减小可见光对红外探测模块的影响；本发明所述可控开关可以为继电器；本发明提供的非接触式墙壁灯光开关装置及其手势控制方法，无需直接接触，结构简单，识别准确，仅仅通过手势操作便能轻松实现开关控制，开关控制过程十分便捷智能，解决了现有技术中采用用手按压的接触式操作才能实现开关控制，开关容易损坏，人机交互体验感相对较差的问题；本发明在实际应用时，可以安装在墙壁上，并用于灯光的开关控制。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种非接触式墙壁灯光开关装置，其特征在于所述非接触式墙壁灯光开关装置包括：
多个相互分离的红外光源；
红外探测模块；所述红外光源发射的红外光信号能够经外部障碍物反射至红外探测模块，并被所述红外探测模块接收；至少两个红外光源所对应的光传输时间存在时差，所述光传输时间指的是所述红外光源发射红外光信号并经外部障碍物反射至所述红外探测模块的所需时间；
用于驱动所述红外光源的光源驱动模块；多个红外光源在所述光源驱动模块的驱动下，按照一定顺序分时段发射红外光信号；
布设在所述红外探测模块周围的遮光部件；所述遮光部件用于阻挡所述红外光源发射的红外光信号直接入射到所述红外探测模块；
覆盖在各所述红外光源上、红外探测模块上和遮光部件上，用于滤除可见光的滤光部件；
可控开关；
开关驱动电路；
微控制器；所述微控制器与所述红外探测模块相连接，并通过开关驱动电路与所述可控开关相连接；当接收到红外光信号后，所述红外探测模块对该红外光信号进行光电转换和AD转换后，输出与所述红外光信号相对应的数字电信号至所述微控制器；所述微控制器在不同红外光源发射红外光信号的各时段实时获取红外探测模块所接收到的红外光信号的光强度值，并判断光强度值是否高于光强度预设阈值△X；所述微控制器根据某一光强度值高于光强度预设阈值△X的判断结果，来确定外部障碍物当前经过的是多个红外光源中的哪一个；所述微控制器获得外部障碍物前后经过两个红外光源之间的时间间隔，并判断所述时间间隔是否在(T1，T2)之间，然后根据所述时间间隔处在(T1，T2)之间的判断结果确定出手势姿态，并结合手势姿态与可控开关的开关状态之间的对应关系，控制所述可控开关的开关状态，T1为时间间隔阈值下限、T2为时间间隔阈值上限。
2.根据权利要求1所述的非接触式墙壁灯光开关装置，其特征在于当所述红外光源的数量为2个时，2个红外光源不能均布设在外部障碍物移动方向的垂直线上。
3.根据权利要求1所述的非接触式墙壁灯光开关装置，其特征在于当所述红外光源的数量为大于2个时，多个红外光源的至少3个不处于同一直线上。
4.根据权利要求3所述的非接触式墙壁灯光开关装置，其特征在于当所述红外光源的数量为3个时，3个红外光源呈T型分布，且各红外光源与所述红外探测模块的距离相等。
5.根据权利要求1所述的非接触式墙壁灯光开关装置，其特征在于所述非接触式墙壁灯光开关装置还包括用于预先存储手势姿态与可控开关的开关状态之间的对应关系的存储器。
6.一种如权利要求1所述非接触式墙壁灯光开关装置的手势控制方法，其特征在于所述手势控制方法包括如下步骤：
步骤1：光源驱动模块驱动各红外光源按照一定顺序分时段发射红外光；
步骤2：在不同红外光源分别发射红外光信号的各时段，微控制器实时获取红外探测模块接收到的红外光的光强度值；
步骤3：微控制器判断红外探测模块当前接收到的红外光的光强度值是否高于光强度预设阈值△X，是则执行步骤4，否则返回步骤2；
步骤4：微控制器确定外部障碍物首先经过的红外光源是多个红光光源中的哪一个；
步骤5：微控制器实时获取红外探测模块接收到的红外光的光强度值，并判断光强度值是否高于光强度预设阈值△X，是则执行步骤6，否则返回步骤5；
步骤6：微控制器确定外部障碍物之后经过的红外光源是多个红光光源中的哪一个；
步骤7：微控制器获知外部障碍物前后经过两个红外光源之间的时间间隔；
步骤8：微控制器判断所述时间间隔是否在(T1，T2)之间，是则执行步骤9，否则返回步骤2，T1为时间间隔阈值下限、T2为时间间隔阈值上限；
步骤9：微控制器确定出手势姿态，并结合手势姿态与可控开关的开关状态之间的对应关系，来控制所述可控开关的开关状态。
7.根据权利要求6所述的非接触式墙壁灯光开关装置的手势控制方法，其特征在于当3个红外光源呈T型分布，且各红外光源与所述红外探测模块的距离相等时，所述手势姿态至少包括手由左至右水平移动、手由右至左水平移动、手由上至下竖直移动和手由下至上竖直移动。
8.根据权利要求6所述的非接触式墙壁灯光开关装置的手势控制方法，其特征在于当所述时间间隔处在(T1，T2)之间时，能够确定所述外部障碍物为从所述非接触式墙壁灯光开关装置上方移动或划过的手。
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