CN110493929A - 一种基于室内人体活动的自适应智能照明系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于室内人体活动的自适应智能照明系统及其使用方法，属于生理和电子领域，该系统包括信息采集模块、信息整合发送指令模块、室内灯具中控模块、基站和色温可调灯具组；所述的信息采集模块与信息整合发送指令模块通过蓝牙通信连接；所述的信息整合分析发送指令模块和室内灯具中控模块与所述的基站均通过4G网络通信连接；所述的色温可调灯具与所述的室内灯具中控模块电性连接。本系统将信息采集模块、信息整合分析发送指令模块、室内灯具中控模块、照明灯具组模块结合，在室内光源色温可调节照明的基础上实现人体生活、工作状态变化的自适应智能照明功能，本方法经过适当的调整可以应用于更多的场合，具有很大的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于生理和电子技术领域，具体涉及一种基于室内人体活动的自适应智能照明系统及其使用方法。
背景技术
随着电子技术及照明技术的发展，数字化健康照明概念的提出，智能的健康照明产品越来越受到厂家的重视。心理学研究表明照明光源的色温和亮度会对生活舒适度产生影响。目前，我国的普通照明产品只能调节亮度或只能调节色温。
为解决上述问题，本发明提出一种基于室内人体活动的自适应智能照明系统及其使用方法，可以根据生活工作状态自适应调节照明产品的色温和亮度，从而达到改善生活工作状态的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于室内人体活动的自适应智能照明系统及其使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种基于室内人体活动的自适应智能照明系统，该系统包括信息采集模块、信息整合发送指令模块、室内灯具中控模块、基站和色温可调灯具组；所述的信息采集模块与信息整合发送指令模块通过蓝牙通信连接；所述的信息整合分析发送指令模块和室内灯具中控模块与所述的基站均通过4G网络通信连接；所述的色温可调灯具与所述的室内灯具中控模块电性连接；
所述的信息整合分析发送指令模块为手机终端，包括数据接收、存储、阀值判断和指令发送功能，用于接收网页工作浏览记录和人体运动数据并传输到基站；
所述的信息采集模块包括手环记录模块、加速度传感器、GPS+北斗芯片、电脑插件和PC硬件及外设；所述的PC硬件及外设均与电脑插件连接；所述的加速度传感器和GPS+北斗芯片均与手环的输入端信号连接；所述的电脑插件和手环均通过蓝牙与所述的手机终端通信连接；所述的电脑插件用于记录网页工作浏览记录；所述的手环记录模块用于记录人体运动数据；
所述的室内灯具中控模块包括单片机、与单片机的输入端通信连接的4G模块以及与单片机的输出端通信连接的LED驱动模块；所述的4G模块与所述的基站通过4G网络通信连接，所述的LED驱动模块的输出端与所述色温可调灯具组通过4G网络通信连接。
作为一种优选的实施方式，所述的色温可调灯具组为多基色芯片和YAG、氮化物、量子点荧光粉构成，利用红、绿、蓝、三基色合成具有连续光谱，使用小间距多基色合成的连续光谱LED光源封装技术封装的光源。
本发明还提供一种基于室内人体活动的自适应智能照明系统的使用方法，包括使用权利要求1-2任意一项所述的基于室内人体活动的自适应智能照明系统实现照明系统自适应调节，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1、采集运动、工作量数据：
通过人员佩戴手环中的三轴加速度传感器和GPS+北斗芯片采集运动数据，通过电脑检测软件采集人员使用电脑工作的时长；
S2、信息发送：
通过佩戴手环中的蓝牙模块将手环所采集数据定时发送给蓝牙范围内指定手机，电脑插件将采集到的使用电脑工作时长的数据通过电脑的蓝牙模块定时发送给蓝牙范围内指定手机终端，达到信息采集汇总的目的；
S3、指令发送：
手机软件APP通过蓝牙模块接收由手环和电脑发送的数据，分析数据，根据数据的情况发送不同的指令，发送指令通过手机的4G模块，指令发送后由室内中控模块接收指令，可通过手机软件自主编辑指令发送，自适应调节灯具的亮度和色温；
S4、指令接收：
室内灯具中控模块的4G模块接收通过基站发送的指令；
S5、电流调制：
室内灯具中控模块的STM32数据处理模块,根据色温配色算法,调制PWM信号,将信号发送给LED驱动模块，LED驱动模块根据PWM信号驱动LED光源，调节照明光源色温。
作为一种优选的实施方式，S1中所述的采集运动及工作量数据中，人员所佩戴手环采用SiA200MEMS加速度传感器，用于人体步态检测，记录人员运动量；GPS+北斗芯片记录人员位置信息，数据传输采用型号为nRF52832蓝牙5.0Mesh模块，将加速度传感器和GPS芯片所采集的数据传输给蓝牙范围内的指定手机终端；所述的电脑插件采用电脑桌面插件，插件内容包括检测记录使用电脑键盘、鼠标及浏览网页的时间，数据传输采用电脑自带蓝牙模块将所采集的数据传输给手机终端。
作为一种优选的实施方式，S3中所述指令发送采用手机自带的4G模块发送指令到基站，通过基站将指令发送给室内中控的指令接收模块。
作为一种优选的实施方式，S5中所述的电流调制包括色温调色算法和PWM信号调制，其中色温调色算法采用三基色配色，测得三基色光源的色坐标和满电流时的光通量，计算出三基色对应的PWM调制占空比T的关系为：
式中Rm、Gm、Bm分别为三基色LED灯的三刺激值，(xm,ym)为三基色LED灯的色坐标，Im为三基色LED灯的光通量，Tm为PWM调制信号占空比，则三基色LED灯合成光源的三刺激值Rn、Gn、Bn为：
Rn＝R1+R2+R3；
Gn＝G1+G2+G3；
Bn＝B1+B2+B3；
由合成光源的三刺激值可得合成光的色坐标：
室内灯具中控模块根据所接受的指令，STM32单片机调制PWM信号控制驱动LED灯组的驱动芯片，系统通过设定不同阈值来实现对LED亮度和色温的PWM调光，信号的脉冲宽度值Wn与设定阈值Ln之间关系为：
Wn＝1/4Ln n＝1,2,…,24；
PWM周期t与最大阈值满足：
t＝1/4Lmax；
根据占空比T的值等于脉冲宽度值与脉冲周期值之比，即：
通过改变阈值的大小，可实现对占空比的调节，占空比的变化实现对LED光源的亮度和色温的调节。从而达到灯具色温和亮度调节的效果，所述的灯具组照明模块采用多基色芯片和YAG、氮化物、量子点荧光粉构成，利用红、绿、蓝、三基色合成具有连续光谱的光源，使用小间距多基色合成的连续光谱LED光源封装技术。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本系统将信息采集模块、信息整合分析发送指令模块、室内灯具中控模块、照明灯具组模块结合，在室内光源色温可调节照明的基础上实现人体生活、工作状态变化的自适应智能照明功能，本方法经过适当的调整可以应用于更多的场合，具有很大的应用前景。
附图说明
图1为本发明的系统结构图；
图2为本发明中信息采集模块示意图；
图3为本发明中手机接收数据后发送指令算法流程图；
图4为本发明中指令发送与接收示意图；
图5为本发明中室内中控模块示意图；
图6为本发明中色温可调灯具示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的描述。
以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的保护范围。实施例中的条件可以根据具体条件做进一步的调整，在本发明的构思前提下对本发明的方法简单改进都属于本发明要求保护的范围。
本发明提供一种基于室内人体活动的自适应智能照明系统，请参阅图1，图1为本发明的系统结构图，该系统包括信息采集模块、信息整合发送指令模块、室内灯具中控模块、基站和色温可调灯具组；所述的信息采集模块与信息整合发送指令模块通过蓝牙通信连接；所述的信息整合分析发送指令模块和室内灯具中控模块与所述的基站均通过4G网络通信连接；所述的色温可调灯具与所述的室内灯具中控模块电性连接；
所述的信息整合分析发送指令模块为手机终端，包括数据接收、存储、阀值判断和指令发送功能，用于接收网页工作浏览记录和人体运动数据并传输到基站；
所述的信息采集模块包括手环记录模块、加速度传感器、GPS+北斗芯片、电脑插件和PC硬件及外设；所述的PC硬件及外设均与电脑插件连接；所述的加速度传感器和GPS+北斗芯片均与手环的输入端信号连接；所述的电脑插件和手环均通过蓝牙与所述的手机终端通信连接；所述的电脑插件用于记录网页工作浏览记录；所述的手环记录模块用于记录人体运动数据；
所述的室内灯具中控模块包括单片机、与单片机的输入端通信连接的4G模块以及与单片机的输出端通信连接的LED驱动模块；所述的4G模块与所述的基站通过4G网络通信连接，所述的LED驱动模块的输出端与所述色温可调灯具组通过4G网络通信连接；
所述的色温可调灯具组为多基色芯片和YAG、氮化物、量子点荧光粉构成，利用红、绿、蓝、三基色合成具有连续光谱，使用小间距多基色合成的连续光谱LED光源封装技术封装的光源。
请参阅图2，图2为数据采集的流程图；手环中的SiA200MEMS加速度传感器记录运动量，GPS芯片记录位置信息，nRF52832蓝牙芯片传输运动数据和位置信息给范围内已绑定的手机，电脑中的桌面插件记录使用键盘、鼠标输入时间，通过电脑自带蓝牙模块将信息发送给范围内已绑定手机。
请参阅图3，图3为手机接收数据后发送指令算法流程图；判断手环和插件所采集的数据是否达到阈值1，若没有则等待数据采集不发送指令，若达到阈值1判断是否达到阈值2，若没有则发送指令1，若达到判断是否达到阈值3，若没有则发送指令2，若达到判断是否达到阈值4，若没有则发送指令3，若达到发送指令4结束。
请参阅图4，图4为指令发送与接收示意图；手机通过4G模块发送指令到最近的基站，通过基站通信将指令发送给室内中控系统。
请参阅图5，图5为室内中控模块，当室内中控模块的4G芯片接收到基站发送的指令后，通过STM32芯片调制PWM信号，调制的PWM信号用STM32芯片控制SD42524芯片达到控制三基色灯组的色温和亮度的效果。
请参阅图6，如图6为室内色温可调节灯具，每个灯具组由3个LED光源以及电压控制模块和指令接收模块构成，3个LED光源分别为红、绿、蓝的LED紧密排列，当3个LED光源亮度相同电压相同时输出稳定的白光，通过改变各LED光源的电压大小来改变各颜色的配比情况从而改变光源的色温的冷暖。
本发明还提供一种基于室内人体活动的自适应智能照明系统的使用方法，包括使用权利要求1-2任意一项所述的基于室内人体活动的自适应智能照明系统实现照明系统自适应调节，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1、采集运动、工作量数据：
通过人员佩戴手环中的三轴加速度传感器和GPS+北斗芯片采集运动数据，通过电脑检测软件采集人员使用电脑工作的时长；
采集运动及工作量数据中，人员所佩戴手环采用SiA200MEMS加速度传感器，用于人体步态检测，记录人员运动量；GPS+北斗芯片记录人员位置信息，数据传输采用型号为nRF52832蓝牙5.0Mesh模块，将加速度传感器和GPS芯片所采集的数据传输给蓝牙范围内的指定手机终端；所述的电脑插件采用电脑桌面插件，插件内容包括检测记录使用电脑键盘、鼠标及浏览网页的时间，数据传输采用电脑自带蓝牙模块将所采集的数据传输给手机终端。
S2、信息发送：
通过佩戴手环中的蓝牙模块将手环所采集数据定时发送给蓝牙范围内指定手机，电脑插件将采集到的使用电脑工作时长的数据通过电脑的蓝牙模块定时发送给蓝牙范围内指定手机终端，达到信息采集汇总的目的；
S3、指令发送：
手机软件APP通过蓝牙模块接收由手环和电脑发送的数据，分析数据，根据数据的情况发送不同的指令，发送指令通过手机的4G模块，指令发送后由室内中控模块接收指令，可通过手机软件自主编辑指令发送，自适应调节灯具的亮度和色温；
指令发送采用手机自带的4G模块发送指令到基站，通过基站将指令发送给室内中控的指令接收模块。
S4、指令接收：
室内灯具中控模块的4G模块接收通过基站发送的指令；
S5、电流调制：
室内灯具中控模块的STM32数据处理模块,根据色温配色算法,调制PWM信号,将信号发送给LED驱动模块，LED驱动模块根据PWM信号驱动LED光源，调节照明光源色温；
电流调制包括色温调色算法和PWM信号调制，其中色温调色算法采用三基色配色，测得三基色光源的色坐标和满电流时的光通量，计算出三基色对应的PWM调制占空比T的关系为：
式中Rm、Gm、Bm分别为三基色LED灯的三刺激值，(xm,ym)为三基色LED灯的色坐标，Im为三基色LED灯的光通量，Tm为PWM调制信号占空比，则三基色LED灯合成光源的三刺激值Rn、Gn、Bn为：
Rn＝R1+R2+R3；
Gn＝G1+G2+G3；
Bn＝B1+B2+B3；
由合成光源的三刺激值可得合成光的色坐标：
室内灯具中控模块根据所接受的指令，STM32单片机调制PWM信号控制驱动LED灯组的驱动芯片，系统通过设定不同阈值来实现对LED亮度和色温的PWM调光，信号的脉冲宽度值Wn与设定阈值Ln之间关系为：
Wn＝1/4Ln n＝1,2,…,24；
PWM周期t与最大阈值满足：
t＝1/4Lmax；
根据占空比T的值等于脉冲宽度值与脉冲周期值之比，即：
通过改变阈值的大小，可实现对占空比的调节，占空比的变化实现对LED光源的亮度和色温的调节。
本发明提供了一种基于室内人体活动的自适应智能照明系统及其使用方法，本系统将信息采集模块、信息整合分析发送指令模块、室内灯具中控模块、照明灯具组模块结合，在室内光源色温可调节照明的基础上实现人体生活、工作状态变化的自适应智能照明功能，本方法经过适当的调整可以应用于更多的场合，具有很大的应用前景。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种基于室内人体活动的自适应智能照明系统，其特征在于，该系统包括信息采集模块、信息整合发送指令模块、室内灯具中控模块、基站和色温可调灯具组；所述的信息采集模块与信息整合发送指令模块通过蓝牙通信连接；所述的信息整合分析发送指令模块和室内灯具中控模块与所述的基站均通过4G网络通信连接；所述的色温可调灯具与所述的室内灯具中控模块电性连接；
所述的信息整合分析发送指令模块为手机终端，包括数据接收、存储、阀值判断和指令发送功能，用于接收网页工作浏览记录和人体运动数据并传输到基站；
所述的信息采集模块包括手环记录模块、加速度传感器、GPS+北斗芯片、电脑插件和PC硬件及外设；所述的PC硬件及外设均与电脑插件连接；所述的加速度传感器和GPS+北斗芯片均与手环的输入端信号连接；所述的电脑插件和手环均通过蓝牙与所述的手机终端通信连接；所述的电脑插件用于记录网页工作浏览记录；所述的手环记录模块用于记录人体运动数据；
所述的室内灯具中控模块包括单片机、与单片机的输入端通信连接的4G模块以及与单片机的输出端通信连接的LED驱动模块；所述的4G模块与所述的基站通过4G网络通信连接，所述的LED驱动模块的输出端与所述色温可调灯具组通过4G网络通信连接。
2.根据权利要求1所述的基于室内人体活动的自适应智能照明系统，其特征在于，所述的色温可调灯具组为多基色芯片和YAG、氮化物、量子点荧光粉构成，利用红、绿、蓝、三基色合成具有连续光谱，使用小间距多基色合成的连续光谱LED光源封装技术封装的光源。
3.一种基于室内人体活动的自适应智能照明系统的使用方法，包括使用权利要求1-2任意一项所述的基于室内人体活动的自适应智能照明系统实现照明系统自适应调节，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1、采集运动、工作量数据：
通过人员佩戴手环中的三轴加速度传感器和GPS+北斗芯片采集运动数据，通过电脑检测软件采集人员使用电脑工作的时长；
S2、信息发送：
通过佩戴手环中的蓝牙模块将手环所采集数据定时发送给蓝牙范围内指定手机，电脑插件将采集到的使用电脑工作时长的数据通过电脑的蓝牙模块定时发送给蓝牙范围内指定手机终端，达到信息采集汇总的目的；
S3、指令发送：
手机软件APP通过蓝牙模块接收由手环和电脑发送的数据，分析数据，根据数据的情况发送不同的指令，发送指令通过手机的4G模块，指令发送后由室内中控模块接收指令，可通过手机软件自主编辑指令发送，自适应调节灯具的亮度和色温；
S4、指令接收：
室内灯具中控模块的4G模块接收通过基站发送的指令；
S5、电流调制：
室内灯具中控模块的STM32数据处理模块,根据色温配色算法,调制PWM信号,将信号发送给LED驱动模块，LED驱动模块根据PWM信号驱动LED光源，调节照明光源色温。
4.根据权利要求3所述的基于室内人体活动的自适应智能照明系统的使用方法，其特征在于，S1中所述的采集运动及工作量数据中，人员所佩戴手环采用SiA200MEMS加速度传感器，用于人体步态检测，记录人员运动量；GPS+北斗芯片记录人员位置信息，数据传输采用型号为nRF52832蓝牙5.0Mesh模块，将加速度传感器和GPS芯片所采集的数据传输给蓝牙范围内的指定手机终端；所述的电脑插件采用电脑桌面插件，插件内容包括检测记录使用电脑键盘、鼠标及浏览网页的时间，数据传输采用电脑自带蓝牙模块将所采集的数据传输给手机终端。
5.根据权利要求3所述的基于室内人体活动的自适应智能照明系统的使用方法，其特征在于，S3中所述指令发送采用手机自带的4G模块发送指令到基站，通过基站将指令发送给室内中控的指令接收模块。
6.根据权利要求3所述的基于室内人体活动的自适应智能照明系统的使用方法，其特征在于，S5中所述的电流调制包括色温调色算法和PWM信号调制，其中色温调色算法采用三基色配色，测得三基色光源的色坐标和满电流时的光通量，计算出三基色对应的PWM调制占空比T的关系为：
G1＝I1T1,
G2＝I2T2,
G3＝I3T3,
式中Rm、Gm、Bm分别为三基色LED灯的三刺激值，(xm,ym)为三基色LED灯的色坐标，Im为三基色LED灯的光通量，Tm为PWM调制信号占空比，则三基色LED灯合成光源的三刺激值Rn、Gn、Bn为：
Rn＝R1+R2+R3；
Gn＝G1+G2+G3；
Bn＝B1+B2+B3；
由合成光源的三刺激值可得合成光的色坐标：
室内中控根据所接受的指令，STM32芯片调制PWM信号控制驱动LED灯组的驱动芯片，系统通过设定不同阈值来实现对LED亮度和色温的PWM调光，信号的脉冲宽度值Wn与设定阈值Ln之间关系为：
Wn＝1/4Ln n＝1,2,…,24；
PWM周期t与最大阈值满足：
t＝1/4Lmax；
根据占空比T的值等于脉冲宽度值与脉冲周期值之比，即：
通过改变阈值的大小，对占空比的调节，根据占空比的变化对LED光源的亮度和色温的调节。
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