CN105263234B - 基于Adaboost算法的自然起床灯控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于Adaboost算法的自然起床灯控制系统及方法，控制系统包括显示单元、单片机、Adaboost算法模块、数字电阻芯片和自然照明灯泡，单片机分别与显示单元、Adaboost算法模块、数字电阻芯片、自然照明灯泡电通信连接，Adaboost算法模块与显示单元电通信连接，数字电阻芯片与自然照明灯泡串联，显示单元内部具有数字闹钟模块和照明时长模块。本发明通过时钟的设定并控制数字电阻芯片，逐渐降低与自然照明灯泡相串联的数字电阻芯片的电阻，从而逐渐增加灯泡亮度，使自然照明灯泡产生的灯光模拟清晨太阳光由暗到亮的过程，让人体逐渐适应光照亮度，并在指定时间达到最大亮度，唤醒熟睡中的人。

Description

基于Adaboost算法的自然起床灯控制系统及方法

技术领域

本发明涉及模式识别、生物科学领域，尤其涉及一种基于Adaboost算法的自然起床灯控制系统及方法。

背景技术

随着现代社会经济的快速增长，人们在享受着高质量生活的同时，越来越注重家庭成员的生活健康，但是不断加快的生活节奏又使得绝大多数劳动者成为闹钟的奴隶，每一个工作日都被闹钟叫醒，而传统的闹钟却又时刻损害者人们的健康。日本工业健康国立研究所进行的一项研究发现，被突然的闹铃惊醒的参加试验者比睡到自然醒的血压更高，心率更快。在夜晚的后半段，身体常规的生理机能并没有调整好。这意味着血压、心率和呼吸的波动比通常情况更极端。

科学研究表明，按照自身的生物钟自然醒，对身体最为有益。松果体是人体的“生物钟”的调控中心。由松果体产生的褪黑激素受到光照和黑暗的调节，因此，昼夜周期中光照与黑暗的周期性交替就会引起褪黑激素的分泌量相应地出现昼夜周期性变化。实验证实，褪黑激素在血浆中的浓度白昼降低，夜晚升高。因此当松果体受光时，褪黑素分泌降低，人类可以逐渐从睡眠状态中苏醒。

发明内容

针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种基于Adaboost算法的自然起床灯控制系统及方法，通过Adaboost算法模块按时模拟自然光照的亮度，以光线代替铃声将人们从熟睡中逐渐唤醒。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种基于Adaboost算法的自然起床灯控制系统，包括显示单元、单片机、Adaboost算法模块、数字电阻芯片和自然照明灯泡，所述单片机分别与显示单元、Adaboost算法模块、数字电阻芯片、自然照明灯泡电通信连接，Adaboost算法模块与显示单元电通信连接，数字电阻芯片与自然照明灯泡串联；所述显示单元内部具有数字闹钟模块和照明时长模块，数字闹钟模块用于设定唤醒人睡眠的闹钟时间并将设定的闹钟时间传输给Adaboost算法模块中，照明时长模块用于设定自然照明灯泡自然照明多长时间内唤醒人睡眠的唤醒时长。所述Adaboost算法模块按照数字闹钟模块的闹钟时间T以及照明时长模块的唤醒时长H计算出自然照明灯泡的开灯时间并将开灯时间传输给单片机，单片机在该开灯时间触发自然照明灯泡打开。所述Adaboost算法模块根据数字闹钟模块的闹钟时间T以及照明时长模块的唤醒时长H计算出自然照明灯泡的照明强度变化规律，并以此照明变化规律计算出数字电阻芯片中电阻变化规律图；所述Adaboost算法模块将该电阻变化规律图数据传输给单片机，单片机用于按照电阻变化规律图数据调控数字电阻芯片的电阻随时间变化。

为了更好地实现本自然起床灯控制系统，所述Adaboost算法模块根据数字闹钟模块的闹钟时间T以及照明时长模块的唤醒时长H所得出电阻变化规律图的函数为线性函数，按照从T-H时刻处触发自然照明灯泡打开，并且数字电阻芯片的电阻在唤醒时长H内从最大电阻值Rmaxi呈线性递减为最小电阻值Rmin。

进一步的技术方案是：所述自然照明灯泡内部包括关灯模块和开灯模块，开灯模块用于控制自然照明灯泡打开，关灯模块用于控制自然照明灯泡关闭，用户可以通过显示单元设定单片机在实现数字电阻芯片减少至最小电阻值Rmin的一段时间H1内触发关灯模块关闭自然照明灯泡，该H1时间为用户通过显示单元的设定时间。

本发明优选的Adaboost算法模块为：所述Adaboost算法模块存储每次自然照明灯泡的唤醒记录并形成数据库，Adaboost算法模块对该数据库中自然照明灯泡的成功唤醒记录进行分析并计算出适合用户自身特征的照明强度变化规律以及电阻变化规律图。

一种基于Adaboost算法的自然起床灯控制方法，包括自然起床灯控制系统，其控制方法如下：

A、自然照明灯泡的照明触发时间：所述Adaboost算法模块按照数字闹钟模块的闹钟时间T以及照明时长模块的唤醒时长H计算出自然照明灯泡的开灯时间并将开灯时间传输给单片机，单片机在该开灯时间触发自然照明灯泡打开，所述开灯时间为T-H；

B、自然照明灯泡的照明强度变化：所述Adaboost算法模块根据数字闹钟模块的闹钟时间T以及照明时长模块的唤醒时长H计算出自然照明灯泡的照明强度变化规律，并以此照明变化规律计算出数字电阻芯片中电阻变化规律图。所述Adaboost算法模块将该电阻变化规律图数据传输给单片机，单片机用于按照电阻变化规律图数据调控数字电阻芯片的电阻随时间变化。所述电阻变化规律图的函数为线性函数，按照从T-H时刻处触发自然照明灯泡打开，并且数字电阻芯片的电阻在唤醒时长H内从最大电阻值Rmaxi呈线性递减为最小电阻值Rmin；

C、唤醒数据库建立：所述Adaboost算法模块存储每次自然照明灯泡的唤醒记录并形成数据库，Adaboost算法模块对该数据库中自然照明灯泡的成功唤醒记录进行分析并计算出适合用户自身特征的照明强度变化规律以及电阻变化规律图。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明通过数字闹钟模块设定出闹钟时间T，通过照明时长模块设定出唤醒时长，该唤醒时长为自然照明灯泡最开始出现模拟自然光的时刻与最终唤醒人睡眠的时刻之间所需的时长；Adaboost算法模块根据数字闹钟模块的闹钟时间T以及照明时长模块的唤醒时长H计算出自然照明灯泡的照明强度变化规律，并以此照明变化规律计算出数字电阻芯片中电阻变化规律图；Adaboost算法模块将该电阻变化规律图数据传输给单片机，单片机按照电阻变化规律图数据调控数字电阻芯片的电阻随时间变化，使得与数字电阻芯片串联的自然照明灯泡产生的灯光模拟清晨太阳光由暗到亮的过程，让人体逐渐适应光照亮度，并在指定时间达到最大亮度，唤醒熟睡中的人。

(2)本发明的Adaboost算法模块可以存储每次自然照明灯泡的唤醒记录并形成数据库，Adaboost算法模块对该数据库中自然照明灯泡的成功唤醒记录进行分析并计算出适合用户自身特征的照明强度变化规律以及电阻变化规律图，以便于对用户设定闹钟时间T、唤醒时长H的数值进行参考和指导，还可以对特定用户进行数据的统计学分析并辅助为用户设定合理的唤醒时长H等数值。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1－显示单元，11－数字闹钟模块,12－照明时长模块,2－单片机,3－Adaboost算法模块,4－数字电阻芯片,5－自然照明灯泡,51－关灯模块,52－开灯模块。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：

实施例

如图1所示，一种基于Adaboost算法的自然起床灯控制系统，包括显示单元1、单片机2、Adaboost算法模块3、数字电阻芯片4和自然照明灯泡5，所述单片机2分别与显示单元1、Adaboost算法模块3、数字电阻芯片4、自然照明灯泡5电通信连接，Adaboost算法模块3与显示单元1电通信连接，数字电阻芯片4与自然照明灯泡5串联；所述显示单元1内部具有数字闹钟模块11和照明时长模块12，数字闹钟模块11用于设定唤醒人睡眠的闹钟时间并将设定的闹钟时间传输给Adaboost算法模块3中，照明时长模块12用于设定自然照明灯泡5自然照明多长时间内唤醒人睡眠的唤醒时长；所述Adaboost算法模块3按照数字闹钟模块11的闹钟时间T以及照明时长模块12的唤醒时长H计算出自然照明灯泡5的开灯时间并将开灯时间传输给单片机2，单片机2在该开灯时间触发自然照明灯泡5打开；所述Adaboost算法模块3根据数字闹钟模块11的闹钟时间T以及照明时长模块12的唤醒时长H计算出自然照明灯泡5的照明强度变化规律，并以此照明变化规律计算出数字电阻芯片4中电阻变化规律图；所述Adaboost算法模块3将该电阻变化规律图数据传输给单片机2，单片机2用于按照电阻变化规律图数据调控数字电阻芯片4的电阻随时间变化。自然照明灯泡5由于串联的数字电阻芯片4电阻规律变化，从而自然照明灯泡5所产生的自然光亮度有规律的增强，自然光不直接显示偏振现象的光，它包括了垂直于光波传播方向的所有可能的振动方向，所以不显示出偏振性。从普通光源直接发出的天然光是无数偏振光的无规则集合，所以直接观察时不能发现光强偏于哪一个方向。这种沿着各个方向振动的光波强度都相同的光叫做自然光。自然光照明灯泡可以最大程度的模拟清晨或傍晚太阳光照的强度，使人体对其光线更加敏感，减少强光照射对眼睛的损伤。本发明的单片机2可记录设定时间，如同闹钟定时一样，可在特定的时间发生特定的行为，本发明通过时钟的设定并控制数字电阻芯片4，逐渐降低与自然照明灯泡5相串联的数字电阻芯片4的电阻，从而逐渐增加灯泡亮度，使自然照明灯泡5产生的灯光模拟清晨太阳光由暗到亮的过程，让人体逐渐适应光照亮度，并在指定时间达到最大亮度，唤醒熟睡中的人。本发明基于Aaboost算法的自然起床灯，可通过学习用户生活规律及时间节点，按时模拟自然光照的亮度，以光线代替铃声将人们从熟睡中逐渐唤醒。Adaboost算法学习包括起床时间、早餐时间、交通时间、到岗时间在内的时间因素，自动对设定的起床时间进行合理化判断。

根据本发明自然起床灯控制系统的一个实施例，所述Adaboost算法模块3根据数字闹钟模块11的闹钟时间T以及照明时长模块12的唤醒时长H所得出电阻变化规律图的函数为线性函数，按照从T-H时刻处触发自然照明灯泡5打开，并且数字电阻芯片4的电阻在唤醒时长H内从最大电阻值Rmaxi呈线性递减为最小电阻值Rmin。

根据本发明自然起床灯控制系统的一个实施例，所述自然照明灯泡5内部包括关灯模块51和开灯模块52，开灯模块52用于控制自然照明灯泡5打开，关灯模块51用于控制自然照明灯泡5关闭，用户可以通过显示单元1设定单片机2在实现数字电阻芯片4减少至最小电阻值Rmin的一段时间H1内触发关灯模块51关闭自然照明灯泡5，该H1时间为用户通过显示单元1的设定时间。

根据本发明自然起床灯控制系统的一个实施例，所述Adaboost算法模块3存储每次自然照明灯泡5的唤醒记录并形成数据库，Adaboost算法模块3对该数据库中自然照明灯泡5的成功唤醒记录进行分析并计算出适合用户自身特征的照明强度变化规律以及电阻变化规律图。本发明提供此部分的一种实施方式，方法如下：

Adaboost算法的分类器的训练误差可以收敛，无限接近于零。这样，即使一组个数有限的、简单的弱分类器，也可以通过一定规律组合成为强分类器，达到检测效果的提升。Adaboost算法的训练学习过程，可以被看做是一个“贪心算法”，即在训练过程中，总是做出在当前看来是最好的选择，仅专注于本次迭代时数据的权重，尽量使在上一次迭代中被错误分类的高权重数据在本次正确分类，不以整体最优作为迭代分类的目标。在实际训练过程中，Adaboost算法对特征的选取，就是让弱分类器对应一个特征值，在进行迭代的过程中，每次迭代就是选择一个有效特征，对于被选取的特征，弱分类器选择最合适的阈值使分类效果在本次迭代达到最好。

Adaboost算法具体步骤如下：

1.给定训练样本(x₁,y₁),(x₂,y₂),...(x_n,y_n)，y_i∈{-1,+1}。y_i＝+1代表正样本，y_i＝-1代表负样本，n代表样本总数。

2.对样本做权重初始化，权重W＝w₁＝1/n。

3.给定需要循环迭代的层数T，对每一层迭代：

(1)样本权重归一化,使得每一轮迭代权重都服从概率分布。

(2)对应特征，训练一个弱分类器，该分类器的误差为：

(3)令α_t＝ln((1-ε_t)/ε_t)。

(4)选择相对每一个样本分类误差最少的分类器，即最优的弱分类器h_T。

(5)更新样本权重：w_t+1＝w_t,iexp(-α_ty_ih_t(x_i))。

4.生成强分类器并判断合理与否。

一种基于Adaboost算法的自然起床灯控制方法，包括自然起床灯控制系统，其控制方法如下：

A、自然照明灯泡的照明触发时间：所述Adaboost算法模块3按照数字闹钟模块11的闹钟时间T以及照明时长模块12的唤醒时长H计算出自然照明灯泡5的开灯时间并将开灯时间传输给单片机2，单片机2在该开灯时间触发自然照明灯泡5打开，所述开灯时间为T-H；

B、自然照明灯泡的照明强度变化：所述Adaboost算法模块3根据数字闹钟模块11的闹钟时间T以及照明时长模块12的唤醒时长H计算出自然照明灯泡5的照明强度变化规律，并以此照明变化规律计算出数字电阻芯片4中电阻变化规律图；所述Adaboost算法模块3将该电阻变化规律图数据传输给单片机2，单片机2用于按照电阻变化规律图数据调控数字电阻芯片4的电阻随时间变化；所述电阻变化规律图的函数为线性函数，按照从T-H时刻处触发自然照明灯泡5打开，并且数字电阻芯片4的电阻在唤醒时长H内从最大电阻值Rmaxi呈线性递减为最小电阻值Rmin；

C、唤醒数据库建立：所述Adaboost算法模块3存储每次自然照明灯泡5的唤醒记录并形成数据库，Adaboost算法模块3对该数据库中自然照明灯泡5的成功唤醒记录进行分析并计算出适合用户自身特征的照明强度变化规律以及电阻变化规律图。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于Adaboost算法的自然起床灯控制系统，其特征在于：包括显示单元(1)、单片机(2)、Adaboost算法模块(3)、数字电阻芯片(4)和自然照明灯泡(5)，所述单片机(2)分别与显示单元(1)、Adaboost算法模块(3)、数字电阻芯片(4)、自然照明灯泡(5)电通信连接，Adaboost算法模块(3)与显示单元(1)电通信连接，数字电阻芯片(4)与自然照明灯泡(5)串联；所述显示单元(1)内部具有数字闹钟模块(11)和照明时长模块(12)，数字闹钟模块(11)用于设定唤醒人睡眠的闹钟时间并将设定的闹钟时间传输给Adaboost算法模块(3)中，照明时长模块(12)用于设定自然照明灯泡(5)自然照明多长时间内唤醒人睡眠的唤醒时长；所述Adaboost算法模块(3)按照数字闹钟模块(11)的闹钟时间(T)以及照明时长模块(12)的唤醒时长(H)计算出自然照明灯泡(5)的开灯时间并将开灯时间传输给单片机(2)，单片机(2)在该开灯时间触发自然照明灯泡(5)打开；所述Adaboost算法模块(3)根据数字闹钟模块(11)的闹钟时间(T)以及照明时长模块(12)的唤醒时长(H)计算出自然照明灯泡(5)的照明强度变化规律，并以照明强度变化规律计算出数字电阻芯片(4)中电阻变化规律图；所述Adaboost算法模块(3)将该电阻变化规律图数据传输给单片机(2)，单片机(2)用于按照电阻变化规律图数据调控数字电阻芯片(4)的电阻随时间变化。

2.按照权利要求1所述的基于Adaboost算法的自然起床灯控制系统，其特征在于：所述Adaboost算法模块(3)根据数字闹钟模块(11)的闹钟时间(T)以及照明时长模块(12)的唤醒时长(H)所得出电阻变化规律图的函数为线性函数，按照从T-H时刻处触发自然照明灯泡(5)打开，并且数字电阻芯片(4)的电阻在唤醒时长(H)内从最大电阻值Rmaxi呈线性递减为最小电阻值Rmin。

3.按照权利要求2所述的基于Adaboost算法的自然起床灯控制系统，其特征在于：所述自然照明灯泡(5)内部包括关灯模块(51)和开灯模块(52)，开灯模块(52)用于控制自然照明灯泡(5)打开，关灯模块(51)用于控制自然照明灯泡(5)关闭，用户可以通过显示单元(1)设定单片机(2)在实现数字电阻芯片(4)减少至最小电阻值Rmin的一段时间H1内触发关灯模块(51)关闭自然照明灯泡(5)，该H1时间为用户通过显示单元(1)的设定时间。

4.按照权利要求1所述的基于Adaboost算法的自然起床灯控制系统，其特征在于：所述Adaboost算法模块(3)存储每次自然照明灯泡(5)的唤醒记录并形成数据库，Adaboost算法模块(3)对该数据库中自然照明灯泡(5)的成功唤醒记录进行分析并计算出适合用户自身特征的照明强度变化规律以及电阻变化规律图。

5.一种基于Adaboost算法的自然起床灯控制方法，其特征在于：包括自然起床灯控制系统，其控制方法如下：

A、自然照明灯泡的照明触发时间：所述Adaboost算法模块(3)按照数字闹钟模块(11)的闹钟时间(T)以及照明时长模块(12)的唤醒时长(H)计算出自然照明灯泡(5)的开灯时间并将开灯时间传输给单片机(2)，单片机(2)在该开灯时间触发自然照明灯泡(5)打开，所述开灯时间为T-H；

B、自然照明灯泡的照明强度变化：所述Adaboost算法模块(3)根据数字闹钟模块(11)的闹钟时间(T)以及照明时长模块(12)的唤醒时长(H)计算出自然照明灯泡(5)的照明强度变化规律，并以照明强度变化规律计算出数字电阻芯片(4)中电阻变化规律图；所述Adaboost算法模块(3)将该电阻变化规律图数据传输给单片机(2)，单片机(2)用于按照电阻变化规律图数据调控数字电阻芯片(4)的电阻随时间变化；所述电阻变化规律图的函数为线性函数，按照从T-H时刻处触发自然照明灯泡(5)打开，并且数字电阻芯片(4)的电阻在唤醒时长(H)内从最大电阻值Rmaxi呈线性递减为最小电阻值Rmin；

C、唤醒数据库建立：所述Adaboost算法模块(3)存储每次自然照明灯泡(5)的唤醒记录并形成数据库，Adaboost算法模块(3)对该数据库中自然照明灯泡(5)的成功唤醒记录进行分析并计算出适合用户自身特征的照明强度变化规律以及电阻变化规律图。