專利名稱：一種無線通信燈光開關的自動控制系統及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種無線通信燈光開關的自動控制系統及其控制方法。
背景技術：
目前對人員較多的室內控制主要是通過室內開關進行控制，當室內光線不 足或室內人員較多時，開關控制人員根據光線明暗度和室內人員分布情況開關 部分開關，當室內沒有人員時，則關閉所有開關。這種控制方式是純人工方式， 包括對開關所需要打開的數量、光線感知等。對于人員流動比較大的場合，如 教室、商場、以及公共路燈等，則管理起來非常不便，同時也不能獲得最佳的 燈光控制效果。
發明內容
針對現有技術的缺點，本發明的目的是提供一種控制簡單、有效節能的無 線通信燈光開關的自動控制系統及其控制方法。
為實現上述目的，本發明的技術方案為 一種無線通信燈光開關的自動控 制系統，包括光線傳感器、紅外線采集單元、圖像視頻采集單元、開關單元、 開關控制電路、燈光開關控制單元、無線通信網關、無線網絡模塊以及監視系 統單元；
光線傳感器用于檢測現場光線的強弱，所述紅外線采集單元、圖像;視頻采 集單元組成對燈光控制現場人員規模、及其人員座位或站位布局的監視，所述 燈光開關控制單元負責對現場人員及布局進行分析、監控，并根據現場情況通 過開關控制電路控制燈光開關單元的開啟和關閉，并將現場燈光開啟情況、現 場人員布局情況、光線情況通過無線通信網關和無線網絡模塊傳送到監視系統 單元，并接受監視系統單元的控制指令。
燈光開關控制單元包括控制器、串口、 Zigbce接口、 FLASH存儲器和RAM存儲器，光線傳感器和紅外線采集單元所獲得的現場數據通過串口傳送給控制 器，圖像視頻采集單元的數據通過無線通信網關傳送給控制器，控制器與無線
通信網關之間釆用Z i g b e e接口進行連接和通訊。
光線傳感器由兩個光敏電阻構成，兩個光敏電阻分別通過兩輸入口 PE0、PE1 通過串口無線發送到燈光開關控制單元。
紅外線采集單元包括三個紅外線感應器。
開關控制電路包括由燈光開關控制單元輸出的開關信號經過兩級三極管放 大整形、單向可控硅及橋接電路連接至燈光開光單元。
該自動控制系統還包括負責顯示現場的人員狀態、燈光開關狀態及光線情 況的顯示單元。
一種無線通信燈光開關的自動控制方法，其包括以下步驟 a.利用光線傳感器檢測現場光線的強弱，并利用紅外線采集單元、圖像視 頻采集單元組成對燈光控制現場人員規模、及其人員座位或站位布局的監視；
現場情況通過開關控制電^各控制燈光開光單元的開啟和關閉；
c.將現場燈光開啟情況、現場人員布局情況、光線情況通過無線通信網關 和無線網絡模塊傳送到遠程監視系統單元，并接受遠程監視系統單元的控制指 令。
在步驟b中，系統初始時為每個現場定點拍攝了沒有人員的圖像P2，燈光 開關控制單元將在工作時檢測到的圖像Pl與圖像P2相比較，如果圖像一致， 則判定現場沒有人員，將所有的燈光關閉；如果圖像不一致，將圖像P1與圖像 P2進行二值化，將這兩個圖像轉換為一個單色圖，然后將兩圖進行異或運算后 生成圖像P3，通it^圖像P3進行濾波，然后將圖像P3按照燈光布局進行分割， 判斷和檢測圖中哪些燈光開光單元需要打開，將燈光控制信號發送給開關控制 電路進行相關燈光開光單元的開閉。
光線傳感器、紅外線采集單元和圖像視頻采集單元分別設置數據采集周期Tl， T2 和T3，這三個數據的采集釆用定時中斷來完成。光線采集定時Tl中斷處理讀取光線傳感器的數據Dl,對數據D1數字化 及整合，然后與前一個檢測DO進行比較，若滿足補光或閉光燈光控制條件，則 進行相應燈光開光單元的開閉；
紅外線采集定時T2中斷處理讀取紅外線釆集單元的lt據D2, 將數據D2 數據擬合，判斷控制區域是否有人，若有人，則開啟圖像視頻采集單元，進行 人員分布的判斷，執行相應區域燈光開光單元的開閉處理；
圖像視頻采集定時T3中斷處理讀取控制現場人員布局圖像D3,將圖像 D3與初始的無人數據圖片比較，若有人，則由判斷控制現場人員的分布與布局 情況，將現場人員情況發送給燈光開關控制單元進行相應燈光開光單元的開閉。
本發明與現有技術相比具有如下優點和有益效果
(1) 通過紅外線傳感器和圖像視頻采集模塊實現對燈光控制現場的人員及 布局的采集、分析，為燈光自動開啟提供有效的參考數據；
(2) 利用光線傳感器采集現場的光線強弱，為燈光開關控制單元進行燈光是 否開啟，以及開啟數量提供決策依據；
(3) 現場的數據通過無線網絡傳送到遠端的監控終端，可監視和記錄現場的 人員布局及燈光開啟情況；
(4) 釆用無線網絡傳輸可以減少有線網絡的布線復雜度和成本；
(5) 本發明不需人工對開關的控制，可有效管理人員流動比較大的場合，如 教室、商場、以及公共路燈等，通過智能控制獲得最佳的燈光控制效果，達到 光線合適的開關開啟，同時也能有效避免不必要的燈光的開啟，大大降低了能 耗。
圖l是本發明的原理框圖2是本發明燈光開關控制單元的原理圖3是本發明的光線傳感器的原理圖4是本發明的紅外線采集單元的原理圖5是本發明的燈光開關單元和開關控制電路的原理圖；圖6是本發明的無線通信網關和無線網絡模塊的原理圖； 圖7是本發明的圖像視頻釆集系統的工作流程圖； 圖8是本發明的燈光開關控制單元軟件控制流程圖。
具體實施例方式
如圖l所示， 一種無線通信燈光開關的自動控制系統，包括光線傳感器l、 紅外線采集單元2、圖像視頻采集單元3、開關單元4、開關控制電路5、燈光 開關控制單元6、無線通信網關8、無線網絡模塊9以及監視系統單元10;
光線傳感器l用于檢測現場光線的強弱，所述紅外線采集單元2、圖像視頻 采集單元3組成對燈光控制現場人員規模、及其人員座位或站位布局的監視， 所述燈光開關控制單元6負責對現場人員及布局進行分析、監控，并根據現場 情況通過開關控制電路5控制燈光開關單元4的開啟和關閉，并將現場燈光開 啟情況、現場人員布局情況、光線情況通過無線通信網關8和無線網絡模塊9 傳送到監視系統單元IO,并接受監視系統單元10的控制指令。其中燈光開關控 制單元6中存儲有進行現場數據采集、開關控制、網絡通信協議等相關軟件；監 視系統單元IO存儲有對多個現場進行監控、存儲、以及遠程控制的程序。
如圖2所示，燈光開關控制單元6包括控制器6a、串口 6b、 Zigbee接口 6c、 FLASH存儲器6d和RAM存儲器6e,光線傳感器1和紅外線采集單元2所獲 得的現場數據通過串口 6b傳送給控制器6a,圖像視頻采集單元3的凄t據通過無 線通信網關8傳送給控制器6a,控制器6a與無線通信網關8之間采用Zigbee 接口6c進行連接和通訊。其中，控制器6a由嵌入式CPU構成。
如圖3所示，光線傳感器1由兩個光敏電阻構成，光線越暗則數值越大。 光線比較暗時，光敏電阻上的電壓接近5V,光線比較強時接近OV。經過模數轉 換及量化后的8位數據范圍為0~ 255。兩個光每文電阻分別與輸入口 PEO、 PE1與 串口相連，將采集到的光敏電阻上的電壓值通過串口無線發送到燈光開關控制 單元6中。
如圖4所示，紅外線采集單元2包括三個紅外線感應器。紅外線采集單元2 負責檢測燈光控制現場是否有人，和人員走動情況。現場的人員通過紅外線感應器將人員及是否在走動的情況，通過紅外接收管理送到燈光控制單元。為提 高檢測人員是否走動的精確性，排除一個人的身體部分部位動作而產生的錯誤 檢測，采用三個紅外線感應器進行檢測，當至少有兩個或兩個以上的紅外檢測 有人員走動時，才確認人員在走動，此時燈光控制單元要重新檢測現場人員的 分布，開啟或閉合相應的燈光。紅外線采集的數據通過無線轉換的串口發送到
燈光開關控制單元6中。
如圖5所示，開關控制電路5包括由燈光開關控制單元6輸出的開關信號 0N/0FF經過兩級9014三極管放大整形、單向可控硅及橋接電路連接至燈光開光 單元4。其中單向可控硅Tl間接由0N/0FF信號控制，當處于ON/OFF-0時，燈 光開光單元4處于斷開狀態，0N/0FF=1時燈光開光單元4處于閉合狀態
如圖6所示，每個監控開關控制現場的狀態通過無線通信網關8和無線網 絡模塊9傳送到系統的監視系統單元8。 Zigbee接口 6c將采集到的信息數據以 無線方式發送出去。每個燈光開關控制節點包含ZigBce無線傳輸模塊、微控制 器模塊、直流電源模塊以及外部存儲器等。
該自動控制系統還包括負責顯示現場的人員狀態、燈光開關狀態及光線情 況的顯示單元7。
本發明還4是供了一種無線通信燈光開關的自動控制方法，其包括以下步驟
a. 利用光線傳感器l檢測現場光線的強弱，并利用紅外線采集單元2、圖像 視頻采集單元3組成對燈光控制現場人員規模、及其人員座位或站位布局的監 視；
b. 利用燈光開關控制單元6負責對現場人員及布局進行分析、監控，并根 據現場情況通過開關控制電路5控制燈光開光單元4的開啟和關閉；
c. 將現場燈光開啟情況、現場人員布局情況、光線情況通過無線通信網關8 和無線網絡模塊9傳送到遠程監視系統單元10,并接受遠程監視系統單元10的 控制指令。
在步驟b中，如圖7所示，系統初始時為每個現場定點拍攝了沒有人員的 圖像P2,燈光開關控制單元6將在工作時檢測到的圖像Pl與圖像P2相比較，如果圖像一致，則判定現場沒有人員，將所有的燈光關閉；如杲圖像不一致，
將圖像P1與圖像P2進行二值化，將這兩個圖像轉換為一個單色圖，然后將兩 圖進行異或運算后生成圖像P3，通過對圖像P3進行濾波，然后將圖像P3按照 燈光布局進行分割，判斷和檢測圖中哪些燈光開光單元4需要打開，將燈光控 制信號發送給開關控制電路5進行相關燈光開光單元4的開閉。
如圖8所示，在系統初始化時，關閉所有燈光開光單元4并置其狀態為OFF, 光線傳感器1、紅外線采集單元2和圖像視頻采集單元3分別設置數據采集周期 T1,T2和T3，這三個數據的采集采用定時中斷來完成。
光線采集定時Tl中斷處理讀取光線傳感器1的數據Dl,對數據Dl數字 化及整合，然后與前一個檢測DO進行比較，若滿足補光或閉光燈光控制條件， 則進行相應燈光開光單元4的開閉；
紅外線采集定時T2中斷處理讀取紅外線采集單元2的數據D2， 將lt據 D2數據擬合，判斷控制區域是否有人，若有人，則開啟圖像視頻采集單元3, 進行人員分布的判斷，執行相應區域燈光開光單元4的開閉處理；
圖像視頻采集定時T3中斷處理讀取控制現場人員布局圖像D3,將圖像 D3與初始的無人數據圖片比較，若有人，則由判斷控制現場人員的分布與布局閉。
權利要求
1、一種無線通信燈光開關的自動控制系統，其特征在于包括光線傳感器(1)、紅外線采集單元(2)、圖像視頻采集單元(3)、開關單元(4)、開關控制電路(5)、燈光開關控制單元(6)、無線通信網關(8)、無線網絡模塊(9)以及監視系統單元(10)；光線傳感器(1)用于檢測現場光線的強弱，所述紅外線采集單元(2)、圖像視頻采集單元(3)組成對燈光控制現場人員規模、及其人員座位或站位布局的監視，所述燈光開關控制單元(6)負責對現場人員及布局進行分析、監控，并根據現場情況通過開關控制電路(5)控制燈光開關單元(4)的開啟和關閉，并將現場燈光開啟情況、現場人員布局情況、光線情況通過無線通信網關(8)和無線網絡模塊(9)傳送到監視系統單元(10)，并接受監視系統單元(10)的控制指令。
2、 根據權利要求1所述的無線通信燈光開關的自動控制系統，其特征在于 燈光開關控制單元(6)包括控制器(6a)、串口(6b)、 Zigbee接口 (6c)、 FLASH存 儲器(6d)和RAM存儲器(6e),光線傳感器(1)和紅外線采集單元(2)所獲得的現 場數據通過串口 (6b)傳送給控制器(6a)，圖像視頻采集單元(3)的數據通過無線 通信網關(8)傳送給控制器(6a)，控制器(6a)與無線通信網關(8)之間采用 Zigbee4妻口 (6c)進行連4妄和通iTL
3、 根據權利要求2所述的無線通信燈光開關的自動控制系統，其特征在于 光線傳感器(l)由兩個光敏電阻構成，兩個光每t電阻分別通過兩輸入口 (PEO、 PE1)通過串口無線發送到燈光開關控制單元(6)。
4、 根據權利要求3所述的無線通信燈光開關的自動控制系統，其特征在于 紅外線采集單元(2)包括三個紅外線感應器。
5、 根據權利要求4所述的無線通信燈光開關的自動控制系統，其特征在于 開關控制電路(5)包括由燈光開關控制單元(6)輸出的開關信號經過兩級三極管 放大整形、單向可控硅及橋接電路連接至燈光開光單元(4)。
6、 根據權利要求5所述的無線通信燈光開關的自動控制系統，其特征在于該自動控制系統還包括負責顯示現場的人員狀態、燈光開關狀態及光線情況的 顯示單元(7)。
7、 一種無線通信燈光開關的自動控制方法，其特征在于包括以下步驟a. 利用光線傳感器(l)檢測現場光線的強弱，并利用紅外線采集單元(2)、 圖像視頻采集單元(3)組成對燈光控制現場人員規模、及其人員座位或站位布局 的監視；b. 利用燈光開關控制單元(6)負責對現場人員及布局進行分析、監控，并根 據現場情況通過開關控制電路(5)控制燈光開光單元(4)的開啟和關閉；c. 將現場燈光開啟情況、現場人員布局情況、光線情況通過無線通信網關 (8)和無線網絡模塊(9)傳送到遠程監視系統單元(10),并接受遠程監視系統單 元(10)的控制指令。
8、 根據權利要求7所述的無線通信燈光開關的自動控制方法，其特征在于 在步驟b中，系統初始時為每個現場定點拍攝了沒有人員的圖像P2，燈光開關 控制單元(6)將在工作時檢測到的圖像P1與圖像P2相比較，如果圖像一致，則 判定現場沒有人員，將所有的燈光關閉；如果圖像不一致，將圖像P1與圖像P2 進行二值化，將這兩個圖像轉換為一個單色圖，然后將兩圖進行異或運算后生 成圖像P3，通過對圖像P3進行濾波，然后將圖像P3按照燈光布局進行分割， 判斷和檢測圖中哪些燈光開光單元(4)需要打開，將燈光控制信號發送給開關控 制電路(5)進行相關燈光開光單元(4)的開閉。
9、 根據權利要求8所述的無線通信燈光開關的自動控制方法，其特征在于 光線傳感器(l)、紅外線采集單元(2)和圖像視頻采集單元(3)分別設置數據采集 周期Tl, T2和T3,這三個數據的采集采用定時中斷來完成。
10、 根據權利要求9所述的無線通信燈光開關的自動控制方法，其特征在 于光線采集定時T1中斷處理讀取光線傳感器(1)的數據Dl,對數據Dl數 字化及整合，然后與前一個檢測D0進行比較，若滿足補光或閉光燈光控制條件， 則進行相應燈光開光單元(4)的開閉；紅外線采集定時T2中斷處理讀取紅外線釆集單元(2)的數據D2，將婆史據D2數據擬合，判斷控制區域是否有人，若有人，則開啟圖像視頻采集單元(3), 進行人員分布的判斷，執行相應區域燈光開光單元(4)的開閉處理；圖像視頻采集定時T3中斷處理讀取控制現場人員布局圖像D3,將圖像 D3與初始的無人數據圖片比較，若有人，則由判斷控制現場人員的分布與布局 情況，將現場人員情況發送給燈光開關控制單元進行相應燈光開光單元(4)的開 閉。
全文摘要
本發明公開了一種無線通信燈光開關的自動控制系統，光線傳感器(1)用于檢測現場光線的強弱，所述紅外線采集單元(2)、圖像視頻采集單元(3)組成對燈光控制現場人員規模、及其人員座位或站位布局的監視，所述燈光開關控制單元(6)負責對現場人員及布局進行分析、監控，并根據現場情況通過開關控制電路(5)控制燈光開關單元(4)的開啟和關閉，并將現場燈光開啟情況、現場人員布局情況、光線情況通過無線通信網關(8)和無線網絡模塊(9)傳送到監視系統單元(10)，并接受監視系統單元(10)的控制指令。本發明可有效管理人員流動比較大的場合的燈光，能有效避免不必要燈光的開啟，大大降低了能耗。
文檔編號H05B37/02GK101420805SQ20081021952
公開日2009年4月29日 申請日期2008年11月28日 優先權日2008年11月28日
發明者張明武, 李鵬程, 波 楊, 沈焱萍, 祝勝林, 鐘于勝 申請人:華南農業大學