CN105451395A - 一种模拟人眼明适应的智能灯光装置及空气检测设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模拟人眼明适应的智能灯光装置及设有该模型的空气检测设备，其中智能灯光装置包括CPU模块、环境光线检测模块、发光器启动模块和发光器模块，使本发明的智能灯光装置能够实时采集环境光线，并根据光线在开启发光器时实时的调整CPU模块点亮发光器的PWM脉冲信号的占空比，使人眼在一段时间内不受强光刺激，能够在一定时间被适应环境。而设有智能灯光装置的空气检测设备，其包括与CPU模块电连接的空气检测模块，使本发明的空气检测设备，基于人眼感知特性的明暗适应过程设置了灯光部分，且能动态检测显示室内多项空气质量信息。使本发明适用于家庭、办公室等其他室内场合的根据人眼明适应进行灯光亮度调节并具有空气信息检测的装置。

Description

一种模拟人眼明适应的智能灯光装置及空气检测设备
技术领域
本发明涉及人眼明适应光感传递技术领域，尤其涉及一种模拟人眼明适应的智能灯光装置及空气检测设备。
背景技术
在弱光及黑夜环境中，人眼看到的景物均为灰黑色，此时人眼处在暗视觉状态中，但如果光强度骤变(如在房间内开启普通白炽灯)，由于生理机制的作用，人眼并不能马上感知并适应环境的亮度变化，人眼有一个时间延迟及亮度响应过程。从灯光的明暗来讲，光线太强或太暗都不好，当强光开启时，往往眼睛需一段时间才能适应，太暗的光让人看不清楚易导致视疲劳。
再者，随着社会的发展、人们生活水平的提高，环境污染却日益严重，尤其是室内空气质量也逐渐引起人们的关注，人一天待在室内的时间约80％，而室内的PM2.5(PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物)、TVOC(是olatileOrganicCompound的英文缩写，采样分析的所有室内有机气态物质称为TVOC)等有害物质正严重危害人们的健康；目前，市场上各类空气检测设备很多，但从功能看都比较简单，只是具有单一种类空气信息显示功能，且价格高昂，也不具备灯光照明智能化功能。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种模拟人眼明适应的智能灯光装置，该装置能够根据实时采集的环境光线，在一定时间内发出一定光强度的光，来符合人眼视网膜明适应规律，使人眼能够快速适应环境。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种模拟人眼明适应的智能灯光装置包括CPU模块，还包括环境光线检测模块，所述环境光线检测模块与所述CPU模块电连接，使所述环境光线检测模块能够将采集到的环境亮度转换成电信号传输给所述CPU模块；发光器开启模块，所述发光器开启模块与所述CPU模块电连接，使所述发光器开启模块能够将点亮发光器的电信号传输给所述CPU模块；发光器模块，所述发光器模块与所述CPU模块电连接，使所述发光器模块能够根据所述CPU模块传输不同占空比的PWM脉冲信号，发出不同强度的光，所述PWM脉冲信号的占空比根据人眼明适应的时间与光照强度的指数光线设定。
优选方式为，所述发光器开启模块选用挥手控制模块，所述挥手控制模块包括两个用于采集挥手动作的非接触式传感器电路，每个所述非接触式传感器电路均包括使能端和输出端，所述使能端与所述CPU模块电连接接收使能电信号，所述输出端传输挥手开启电信号给所述CPU模块。
优选方式为，每个所述非接触式传感器电路均包括一个红外传感器。
优选方式为，所述发光器模块包括发光器，以及驱动所述发光器发光的发光驱动电路，所述发光驱动电路与所述CPU模块电连接来接收并放大所述PWM脉冲信号。
优选方式为，所述发光驱动电路包括一光电耦合器，所述光电耦合器的负极输入端与所述CPU模块电连接，所述光电耦合器的输出端与一个功率放大器电连接，所述功率放大器与所述发光器电连接。
本发明的第二目的在于提供一种空气检测设备，该设备基于人眼感知特性的明暗适应过程设置了智能灯光部分，且能动态检测显示室内多项空气质量信息。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种空气检测设备包括上述的模拟人眼明适应的智能灯光装置，还包括与所述模拟人眼明适应的智能灯光装置的所述CPU模块电连接的空气检测模块。
优选方式为，所述空气检测模块包括PM2.5传感器、TVOC传感器、湿度传感器和/或温度传感器。
优选方式为，还包括与所述CPU模块电连接的显示屏。
优选方式为，还包括与所述CPU模块电连接的电源电量检测模块。
采用上述技术方案后，本发明的有益效果是：由于本发明的模拟人眼明适应的智能灯光装置及设有该模型的空气检测设备，其中智能灯光装置包括CPU模块、环境光线检测模块、发光器启动模块和发光器模块，使本发明的智能灯光装置能够实时采集环境光线，并根据光线在开启发光器时，实时的调整CPU模块点亮发光器的PWM脉冲信号的占空比，使人眼在一段时间内不受强光刺激，能够在一定时间被适应环境。而设有智能灯光装置的空气检测设备，其包括与CPU模块电连接的空气检测模块，使本发明的空气检测设备，基于人眼感知特性的明暗适应过程设置了灯光部分，且能动态检测显示室内多项空气质量信息。使本发明适用于家庭、办公室等其他室内场合的根据人眼明适应进行灯光亮度调节并具有空气信息检测的装置。
由于空气检测模块包括PM2.5传感器、TVOC传感器、湿度传感器和/或温度传感器；该结构使本发明能够监控空气中的灰尘颗粒、湿度以及温度等参数，以便人们根据空气参数进行应对。
由于还包括与CPU模块电连接的显示屏；该显示屏将本发明所监控的各个参数均能够显示出来，使各进程更加直观。
由于还包括与CPU模块电连接的电源电量检测模块；该结构使本发明的空气检测设备的电量得到监控，在没有电时能够及时充电以备使用。
综上所述，本发明装置实现了模拟人眼明适应的智能灯光自动调节功能，还设有空气检测功能，解决了现有产品中不能够根据人眼明适应原理进行智能调光的技术问题，使本发明非常适应人们的生活需要。
附图说明
图1是本发明模拟人眼明适应的智能灯光装置及空气检测设备的工作原理框图；
图2是实施例一中模拟人眼明适应的智能灯光装置建立的光强度与时间延迟关系的曲线图；
图3是实施例一中模拟人眼明适应的智能灯光装置的环境光线检测模块的电路图；
图4是实施例二中TVOC传感器的信号采用电路图；
图5是实施例一中模拟人眼明适应的智能灯光装置的挥手控制模块的电路图；
图6是实施例一中模拟人眼明适应的智能灯光装置的发光器模块的电路图；
图7是实施例二中电源电量检测模块的电路图；
图8是实施例二中温/湿度传感器的通讯端口图；
图9是实施例二中PM2.5传感器的通讯端口图；
图10是本发明的CPU模块中的STM32F103R8T6芯片的管脚图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一：
如图1和图10所示，一种模拟人眼明适应的智能灯光装置包括CPU模块，本实施例的CPU模块包括STM32F103R8T6芯片，以及其外围电路。还包括分别与CPU模块电连接的环境光线检测模块、发光器启动模块和发光器模块，其中环境光线检测模块用于实时的检测环境的光线，并将采集到的光线转化成电压信号传输给CPU模块，其中发光器启动模块则是传输点亮发光器的电信号给CPU模块，其中发光器模块则是接收CPU模块传输的PWM脉冲信号，接收后根据PWM脉冲信号给发光器一定的电流让其发出一定强度的光。
如图2所示，而本发明的模拟人眼明适应的智能灯光装置，则是由CPU模块接收的环境光线的亮度，根据光强度和时间的指数关系曲线然后，再根据人眼视网膜明适应的规律，调整PWM脉冲信号的占空比。例如本实施例是选用书房内的光线强度100勒克斯，让人眼在60S内适应光线；也就是由CPU模块调整PWM脉冲信号的占空比，控制点亮发光器的电流，发出适合强度的光。而上述环境光线亮度、PWM脉冲信号占空比以及适应时间，可预先由程序建模，使智能灯光装置能够在多种光线的环境下，使人眼不会受光刺激。
如图3所示，本实施例的环境光线检测模块包括一个光线传感器和一个输出端，输出端与CPU模块电连接。其中光线传感器选用光敏二极管GM，光敏二极管GM的负极接电压VCC(5V)，正极经电阻R33接地，正极还经电阻R34与CPU模块的GMAD管脚连接，电阻R34还经电容C14接地。当光敏二极管GM的周边环境光线明暗变化时，其内阻发生变化，进而改变GMAD管脚的电压变化，该电压变化被CPU模块采集到，使CPU模块能够得到实时的环境光线。
如图5所示，本实施例发光器开启模块选用挥手控制模块，挥手控制模块包括两个用于采集挥手动作的非接触式传感器电路，通过两个非接触式传感器电路之间的电压差变化，来感知挥手动作。其中每个非接触式传感器电路均包括使能端和输出端，该使能端与CPU模块电连接，以便接收使能电信号启动感知挥手工作，而输出端传输挥手电信号给CPU模块，CPU模块根据两个非接触式传感器电路的输出端的电压差，来判断是否有挥手动作。本实施例中的每个非接触式传感器电路均包括一个光电耦合器，优选红外传感器U5。光电耦合器的负极输入端接地GND，正极输入端经电阻R4接PNP型三极管Q1的集电极，三极管Q1的发射极与电源VCC连接，电源VCC还经电阻Rx3与三极管Q1的基极连接，三级管Q1的基极经电阻R3与CPU模块的OPTLED管脚连接。
挥手控制模块的工作原理为：红外传感器U5、PNP三极管Q1、PNP三极管Q2及阻容元件构成挥手控制模块，其中电阻Rx3和电阻R6为偏置电阻，为三极管Q1和三极管Q2提供稳定的直流工作点，电容C6为耦合电容。CPU模块的OPTLED管脚不断的通过电阻R3向三极管Q1的基极发出脉冲信号，三极管Q1便会一直处于导通状态，使红外传感器U5内部发光二极管处于工作状态。由于内部二极管发射的脉冲不能反射到内部接收电路中，所以红外传感器U5的第二脚处于高电平状态。电容C6起隔直流电压作用，阻断该电平对后级电路的影响，三极管Q2处于关断状态，CPU模块的OPTL管脚为低电平。当手挥过红外传感器U5发射的脉冲信号变发射到其内部的接收电路，使其第二脚输出脉冲信号，通过电容C6耦合通向三极管Q2的基极，三极管Q2便处于有效工作状态，OPTL管脚便会输出脉冲信号，CPU模块该信号作为挥手的触发信号。
如图6所示，本实施发光器模块包括发光器，以及驱动发光器发光的发光驱动电路，发光驱动电路与CPU模块电连接，接收并放大PWM脉冲信号。其中发光驱动电路包括一光电耦合器U1，光电耦合器U1的正极输入端经电阻R5接电压VCC(+5V)，与CPU模块电连接，光电耦合器U1的输出端与一个功率放大器U2电连接，光电耦合器U1的负极输入端与CPU模块电连接，接收来自CPU模块的PWM脉冲信号。光电耦合器U1的一个输出端接地，另一个输出端经电阻R1接电压VCC1(3.3V)，该输出端还经电阻R2与功率放大器U2连接，功率放大器U2的电压输入端与电压VCC2连接，功率放大器U2的输出端还经电感L1与灯组的负极连接，本实施例的灯组包括串接的发光二极管LED1和发光二极管LED2，也就是与发光二极管LED1的负极连接，发光二极管LED2的正极与功率放大器U2连接，还经电阻R3与电压VCC2(6～10V)连接。
当工作状态时，光电耦合器U1的负极输入端(管脚2)接收CPU模块传输的PWM脉冲信号，该PWM脉冲信号是根据人眼明适应建立光亮的数学模型，既模拟人眼视网膜明适应规律,通过程序将60秒内人眼明适应的数据。该PWM脉冲信号经电阻R2加到功率放大器U2的输入管脚3，作为发光二极管LED1和发光二极管LED2的驱动电流。电源输入电压VCC2经电阻R3加到发光二极管LED的正极，C1为旁路电容，电容C1和电容C2为高频滤波电容。CPU模块通过调节PWM脉冲信号的占空比，来控制流过灯组中的电流的大小，从而控制灯组的亮度变化的程度，执行图2的光亮程度曲线。
本发明包括挥手控制模块，环境光线检测模块和发光器启动模块，先由环境光线检测模块检测到环境是黑暗的，然后挥手控制模块启动灯光灯组，CPU模块就启动了按明适应规律软件使产生光强度(照度)与时间延迟关系。
实施例二：
如图1和图10所示，一种空气检测设备包括上述的模拟人眼明适应的智能灯光装置，还包括与模拟人眼明适应的智能灯光装置的CPU模块电连接的空气检测模块。本实施例的空气检测模块包括PM2.5传感器、TVOC传感器、湿度传感器和/或温度传感器，各传感器均通过独立的通讯端口与CPU模块通讯连接。实施例的空气检测设备还包括与CPU模块电连接的显示屏和电源电量检测模块，上述显示屏优选TFT显示屏(超薄式笔记本显示屏)。
如图7所示，上述电源电量检测模块工作原理为：CPU模块的一个管脚定义为BATAD管脚，作为锂电池电量检测端口，锂电池供电端口通过电阻R18和电阻R17分压向CPU模块的BATAD管脚提供一个电池电压BATVCC采集点。当锂电池电压低于欠压点时，CPU模块向显示屏输出一个提示符“电量不足”，当CPU模块电池在充电状态下，高于CPU模块电池电压保护点时，便会提示“电已充满”。同时也可在显示屏上显示电池电量的多少。
如图4所示，P1为TVOC传感器的通讯端口，当CPU模块的管脚POWER给TVOC传感器正常供电后，TVOC传感器有几分钟的预热时间，TVOC传感器便会通过通讯端口P1的第2脚通过电阻RJ3向，CPU模块输出TVOC传感器发出的数据信号，经过CPU模块处理TVOC传感器的数据，并将数据显示在显示屏上。
如图8所示，P2为温/湿度传感器通讯端口，其一个VCC管脚为电源供电，SHT20_SCL管脚和SHT20_SDA管脚为I2C总线，SHT20_SCL管脚与CPU模块的一个管脚，SHT20_SDA管脚与CPU模块的一个管脚连接，进行数据传输温度和湿度数据，通过处理显示在显示屏上。
如图9所示，P3是PM2.5传感器的通讯端口，其VCC管脚为电源供电端口，GND管脚为接地端口，SET管脚为复位控制端，RX2管脚为数据输出端口接CPU模块的管脚，其读出PM2.5的数据送显示的显示屏上。
本发明的空气检测设备工作时，空气检测模块的各传感器检测室内空气的湿度、温度、PM2.5以及TVOC等数据，并将采集到的各数据转换成电压信号传输给CPU模块。CPU模块在根据接收到的各项空气指标数据，将各空气指标显示在显示屏上，或则通过其他方式通知人们。又因本发明的空气检测设备还包括模拟人眼明适应的智能灯光装置，使空气检测设备还能够根据环境光线，智能开启灯组，智能调整灯组发光强度和时间，模拟人眼视网膜明适应规律，让人们能够逐渐适应光线，因此本发明的空气检测设备更加适应。
以上所述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、等同一种模拟人眼明适应的智能灯光装置及设有该模型的空气检测设备结构的改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模拟人眼明适应的智能灯光装置，其特征在于，包括CPU模块，还包括
环境光线检测模块，所述环境光线检测模块与所述CPU模块电连接，使所述环境光线检测模块能够将采集到的环境亮度转换成电信号传输给所述CPU模块；
发光器开启模块，所述发光器开启模块与所述CPU模块电连接，使所述发光器开启模块能够将点亮发光器的电信号传输给所述CPU模块；
发光器模块，所述发光器模块与所述CPU模块电连接，使所述发光器模块能够根据所述CPU模块传输不同占空比的PWM脉冲信号，发出不同强度的光，所述PWM脉冲信号的占空比根据人眼明适应的时间与光照强度的指数光线设定。
2.根据权利要求1所述的模拟人眼明适应的智能灯光装置，其特征在于，所述发光器开启模块选用挥手控制模块，所述挥手控制模块包括两个用于采集挥手动作的非接触式传感器电路，每个所述非接触式传感器电路均包括使能端和输出端，所述使能端与所述CPU模块电连接接收使能电信号，所述输出端传输挥手开启电信号给所述CPU模块。
3.根据权利要求2所述的模拟人眼明适应的智能灯光装置，其特征在于，每个所述非接触式传感器电路均包括一个红外传感器。
4.根据权利要求1所述的模拟人眼明适应的智能灯光装置，其特征在于，所述发光器模块包括发光器，以及驱动所述发光器发光的发光驱动电路，所述发光驱动电路与所述CPU模块电连接来接收并放大所述PWM脉冲信号。
5.根据权利要求4所述的模拟人眼明适应的智能灯光装置，其特征在于，所述发光驱动电路包括一光电耦合器，所述光电耦合器的负极输入端与所述CPU模块电连接，所述光电耦合器的输出端与一个功率放大器电连接，所述功率放大器与所述发光器电连接。
6.根据权利要求1所述的模拟人眼明适应的智能灯光装置，其特征在于，所述环境光线检测模块包括一个光线传感器和一个输出端，所述输出端与所述CPU模块电连接。
7.一种空气检测设备，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的模拟人眼明适应的智能灯光装置，还包括与所述模拟人眼明适应的智能灯光装置的所述CPU模块电连接的空气检测模块。
8.根据权利要求7所述的空气检测设备，其特征在于，所述空气检测模块包括PM2.5传感器、TVOC传感器、湿度传感器和/或温度传感器。
9.根据权利要求7或8所述的空气检测设备，其特征在于，还包括与所述CPU模块电连接的显示屏。
10.根据权利要求7或8所述的空气检测设备，其特征在于，还包括与所述CPU模块电连接的电源电量检测模块。
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