一种基于3D手势控制的LED调光控制系统及其实现方法

摘要

本发明公开了一种基于3D手势控制的LED调光控制系统，包括微处理器，微处理器通过脉宽调制信号输出、PIO控制与模拟开关连接，模拟开关连接四个电流放大器，电流放大器与红外线发射管连接，接收管接收红外线发射管信号，红外线发射管与接收管组成3D手势感应区域，接收管与电流/电压转换电路连接，电流/电压转换电路依次与电压放大器、带通滤波器、积分电路、滤波器、微处理器连接，带通滤波器与微处理器连接。本发明还公开了一种基于3D手势控制的LED调光控制系统的实现方法。本发明具有不受环境光线影响、结构简单、效率高、用途广泛、控制方式简单且效果显著等特点。

说明书

技术领域

本发明涉及LED灯技术，具体来说是一种基于3D手势控制的LED调光控制系统及其实现方法。

背景技术

随着LED在照明领域的广泛应用，因其具有出色的调光性能，各种控制方式也层出不穷，满足了人们对灯光控制的个性化需求，同时达到按需照明的目的。目前市面上室内灯具的控制方式主要有：可控硅调光、手机APP或者遥控器调光、采用标准协议调光等方式。以上控制方法各有优点，但也存在很多弊端，主要存在的问题如下：

1、可控硅调光的方式是采用改变工频电源导通角的方式达到调节LED灯亮度的方式，破坏了交流电原有的正弦波波形，降低了电源的功率因数，电磁干扰严重。并且，调光效率不高，容易产生噪音及闪烁现象，制约了LED灯的调光性能及使用寿命。

2、采用通过手机APP或者遥控器的控制方式，虽然可以很直观地对LED进行调光控制。但也存在配对、连接等问题，其时效性很难保证。同时，老年人对这种控制方式接受程度不高。

3、采用标准协议的调光方式适合于整栋建筑的楼宇系统照明，除了电源线外还要增加信号控制线，无法在普通家庭进行广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于克服以上现有技术存在的不足，提供了一种不受环境光线影响、结构简单、效率高、用途广泛、控制方式简单且效果显著的基于3D手势控制的LED调光控制系统。

本发明另一目的在于提供一种基于3D手势控制的LED调光控制系统的实现方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于3D手势控制的LED调光控制系统，包括用于脉宽调制信号输出、PIO控制、脉宽检测、AD输入及调光输出的微处理器，微处理器通过脉宽调制信号输出、PIO控制与模拟开关连接，模拟开关连接四个电流放大器，电流放大器与红外线发射管连接，接收管接收红外线发射管信号，红外线发射管与接收管组成3D手势感应区域，接收管与电流/电压转换电路连接，电流/电压转换电路依次与电压放大器、带通滤波器、积分电路、滤波器、微处理器连接，带通滤波器与微处理器连接。

所述微处理器包括脉宽调制信号输出模块、PIO控制模块、脉宽检测模块、AD输入模块及调光输出模块；脉宽调制信号输出模块、PIO控制模块分别与模拟开关连接，滤波器与AD输入模块连接，带通滤波器与脉宽检测模块连接，调光输出模块与光源连接。

所述接收管位于3D手势感应区域的中间位置，3D手势感应区域的四个角分别设有红外线发射管。

所述微处理器中设有用于产生不同脉宽脉冲信号的定时器。

所述光源为LED光源。

上述的基于3D手势控制的LED调光控制系统的实现方法，包括以下步骤：

(1)、微处理器利用内部的定时器产生频率相等，脉宽不同的脉宽调制信号输出，脉宽调制信号输出信号与模拟开关的输入端连接，微处理器通过PIO模块控制模拟开关的导通的路数；

(2)、模拟开关的输出分别于四路的电流放大器连接，驱动红外发射管；

(3)、发射的红外信号遇到手势遮挡时，反射回的红外光信号被接收管接收，并将接收到的红外光信号转换成电流信号，经电流/电压转换电路后送至电压放大器；

(4)、电压放大器与带通滤波器连接，带通滤波器滤除环境中其它红外干扰源，获得与发射源一样的脉宽调制信号，解调出来的信号一路送给微处理的脉宽检测单元，用来区分对应的发射管；另外一路信号与积分电路连接，将脉冲信号转化成锯齿波；

(5)、通过滤波器滤波后获得直流信号，由微处理器内部的AD输入模块进行检测，获得返回的红外信号值，其数值与离光电管的距离成反比，微处理计算出手势移动的值后，转换成调光信号；

(6)、微处理器计算出调光值后，根据定义的手势输出调光信号，从而控制光源的开关、亮度、颜色的变化。

所述接收管位于3D手势感应区域的中间位置，3D手势感应区域的四个角分别设有红外线发射管；通过AD检测的数值大小及发射管切换过程获取到手势感应区内上下、左右、旋转动作以及运动的位置、距离，根据AD采样值，并可以通过检测手势的在感应区域内的滞留时间实现单双击、长按、短按动作，达到3D手势检测。

当手势向上移动时，接收管首先检测到下方两个发射管的AD数值变化过程，随着手势继续向上移动，再检测到上方两个发射管的AD数值变化。

当手势向右移动时，接收管首先检测到左边两个发射管的AD数值变化过程，随着手势继续向右移动，再检测到右边两个发射管的AD数值变化。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

1、本发明包括用于脉宽调制信号输出、PIO控制、脉宽检测、AD输入及调光输出的微处理器，微处理器通过脉宽调制信号输出、PIO控制与模拟开关连接，模拟开关连接四个电流放大器，电流放大器与红外线发射管连接，接收管接收红外线发射管信号，红外线发射管与接收管组成3D手势感应区域，接收管与电流/电压转换电路连接，电流/电压转换电路依次与电压放大器、带通滤波器、积分电路、滤波器、微处理器连接，带通滤波器与微处理器连接，具有不受环境光线影响、结构简单、效率高、用途广泛、控制方式简单且效果显著等特点。

2、本发明通过定时器生成特定频率的不同脉宽信号控制红外线发射管，从而保证3D手势识别过程中不受环境温度、光照外界因素影响，有效防止控制器误动作。

3、本发明脉宽检测模块的设置，可精准识别相对应的发射单元信号，从而实现3D手势的运动方向。

4、本发明中带通滤波器设置，经过积分电路后再送至模数转换接口，实现手势移动的距离检测。

5、本发明中红外线发射管、接收管适用于不同波长的光电二极管，便于器件选型。

6、本发明中调光输出支持PWM、线性调光、数字调光接口等不同类型接口输出。

7、本发明3D手势可以识别上下、左右、旋转方向、轻触、单双击等动作及距离感应测量，可实现对LED灯开关、亮度、颜色、色温等参数进行调节。

附图说明

图1为一种基于3D手势控制的LED调光控制系统的连接框图；

图2为本发明中3D手势感应区域处的结构示意图；

图3为本发明中初始化时的流程图；

图4为本发明中模拟开关工作时的流程图；

图5为本发明中色温调节工作流程图；

图6为本发明中场景切换工作流程图。

图中标号与名称如下：

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1～6所示，一种基于3D手势控制的LED调光控制系统，包括用于脉宽调制信号输出、PIO控制、脉宽检测、AD输入及调光输出的微处理器，微处理器通过脉宽调制信号输出、PIO控制与模拟开关连接，模拟开关连接四个电流放大器，电流放大器与红外线发射管连接，接收管接收红外线发射管信号，红外线发射管与接收管组成3D手势感应区域，接收管与电流/电压转换电路连接，电流/电压转换电路依次与电压放大器、带通滤波器、积分电路、滤波器、微处理器连接，带通滤波器与微处理器连接。以上所述的电压电流放大器、带通滤波器、积分电路、滤波器核心器件为运算放大器，通过外接不同参数的阻容器件组成相应功能的电路；采用的是AD公司生产的AD27精密运算发大器。

本实施例中的微处理器包括脉宽调制信号输出模块、PIO控制模块、脉宽检测模块、AD输入模块及调光输出模块；脉宽调制信号输出模块、PIO控制模块分别与模拟开关连接，滤波器与AD输入模块连接，带通滤波器与脉宽检测模块连接，调光输出模块与光源连接；微处理器中设有用于产生不同脉宽脉冲信号的定时器。

本实施例中的接收管位于3D手势感应区域的中间位置，3D手势感应区域的四个角分别设有红外线发射管；光源为LED光源。

上述的基于3D手势控制的LED调光控制系统的实现方法，包括以下步骤：

(1)、微处理器利用内部的定时器产生频率相等，脉宽不同的脉宽调制信号输出，脉宽调制信号输出信号与模拟开关的输入端连接，微处理器通过PIO模块控制模拟开关的导通的路数；

(2)、模拟开关的输出分别于四路的电流放大器连接，驱动红外发射管；

(3)、发射的红外信号遇到手势遮挡时，反射回的红外光信号被接收管接收，并将接收到的红外光信号转换成电流信号，经电流/电压转换电路后送至电压放大器；

(4)、电压放大器与带通滤波器连接，带通滤波器滤除环境中其它红外干扰源，获得与发射源一样的脉宽调制信号，解调出来的信号一路送给微处理的脉宽检测单元，用来区分对应的发射管；另外一路信号与积分电路连接，将脉冲信号转化成锯齿波；

(5)、通过滤波器滤波后获得直流信号，由微处理器内部的AD输入模块进行检测，获得返回的红外信号值，其数值与离光电管的距离成反比，微处理计算出手势移动的值后，转换成调光信号；

(6)、微处理器计算出调光值后，根据定义的手势输出调光信号，从而控制光源的开关、亮度、颜色的变化。

本实施例中接收管位于3D手势感应区域的中间位置，3D手势感应区域的四个角分别设有红外线发射管；通过AD检测的数值大小及发射管切换过程获取到手势感应区内上下、左右、旋转动作以及运动的位置、距离，根据AD采样值，并可以通过检测手势的在感应区域内的滞留时间实现单双击、长按、短按动作，达到3D手势检测。

当手势向上移动时，接收管首先检测到下方两个发射管的AD数值变化过程，随着手势继续向上移动，再检测到上方两个发射管的AD数值变化；向下移动时，则相反。

当手势向右移动时，接收管首先检测到左边两个发射管的AD数值变化过程，随着手势继续向右移动，再检测到右边两个发射管的AD数值变化；向左移动时，则相反。

当手势旋转时，接收管检测发射管的顺序，如接收管依次检测发射管1-2-3-4(左上为1，右上为2，左下为3，右下为4)的AD值变化为顺时针方向，反之为逆时针。为防止旋转角度不够导致误判手势为左右或者上下移动。在确定进入检测旋转手势模式前，定义双击的手势进入旋转检测模式，禁止方向检测，避免手势动作误判。通过检测AD值，从而感应旋转手势的方向及角度，做出预先设定输出。

具体的为，本系统位于台灯底座，调光接口采用两路高速PWM输出，驱动LED的DC/DC转换驱动电路。

手势动作对应的调光功能如下：

1、手势在感应区内任意方向快速移动定义为台灯的开关；

2、手势左右移动为改变台灯色温；

3、上下移动调节台灯亮度；

4、手势旋转选择切换不同的场景模式。

如图3所示，PIO模块进行端口定义，然后设置发射单元参数，然后最使能脉宽检测，然后设置AD采集参数，然后设置调光输出参数，最后启动手势检测及调光输出。

如图4所示，模拟开关工作流程，在手势感应区域内检测到有效的手势信号(检测到1个以上通道的发射管脉冲信号)，并在设定时间内离开感应区，定义为开关灯手势动作。

如图5所示，色温调节工作流程，定义手势向左移动时，灯的颜色从暖光渐变到冷光，反之从冷光渐变到暖光状态。当手势在感应区内左右运动时，其移动的距离超过设定的阀值时，调光单元开始输出改变色温指令，手势离开感应区域时，调光保持当前色温值。

亮度调节工作流程，定义手势向上运动时为增加亮度，向下移动为降低亮度。其检测与调光流程与色温原理一致。

如图6所示，场景切换工作流程，定义手势旋转时超过设定的角度时，更换预设定好的调光工作场景。为防止旋转角度不够导致误判为手势为左右或者上下移动。在确定进入检测旋转手势模式前，定义双击的手势进入角度检测模式，同时禁止方向检测，从而避免手势动作误判。

实施例2

本实施例与实施例1不同之处在于，本实施例中的PWM输出改为无线控制指令，其通信协议相同，即可通过无线的方式对其调光控制。

上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。