本實(shí)用新型涉及LED燈技術(shù)，具體來(lái)說(shuō)是一種基于3D手勢(shì)控制的LED調(diào)光控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著LED在照明領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，因其具有出色的調(diào)光性能，各種控制方式也層出不窮，滿(mǎn)足了人們對(duì)燈光控制的個(gè)性化需求，同時(shí)達(dá)到按需照明的目的。目前市面上室內(nèi)燈具的控制方式主要有：可控硅調(diào)光、手機(jī)APP或者遙控器調(diào)光、采用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議調(diào)光等方式。以上控制方法各有優(yōu)點(diǎn)，但也存在很多弊端，主要存在的問(wèn)題如下：

1、可控硅調(diào)光的方式是采用改變工頻電源導(dǎo)通角的方式達(dá)到調(diào)節(jié)LED燈亮度的方式，破壞了交流電原有的正弦波波形，降低了電源的功率因數(shù)，電磁干擾嚴(yán)重。并且，調(diào)光效率不高，容易產(chǎn)生噪音及閃爍現(xiàn)象，制約了LED燈的調(diào)光性能及使用壽命。

2、采用通過(guò)手機(jī)APP或者遙控器的控制方式，雖然可以很直觀(guān)地對(duì)LED進(jìn)行調(diào)光控制。但也存在配對(duì)、連接等問(wèn)題，其時(shí)效性很難保證。同時(shí)，老年人對(duì)這種控制方式接受程度不高。

3、采用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的調(diào)光方式適合于整棟建筑的樓宇系統(tǒng)照明，除了電源線(xiàn)外還要增加信號(hào)控制線(xiàn)，無(wú)法在普通家庭進(jìn)行廣泛應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服以上現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種不受環(huán)境光線(xiàn)影響、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、用途廣泛、控制方式簡(jiǎn)單且效果顯著的基于3D手勢(shì)控制的LED調(diào)光控制系統(tǒng)。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：一種基于3D手勢(shì)控制的LED調(diào)光控制系統(tǒng)，包括用于脈寬調(diào)制信號(hào)輸出、PIO控制、脈寬檢測(cè)、AD輸入及調(diào)光輸出的微處理器，微處理器通過(guò)脈寬調(diào)制信號(hào)輸出、PIO控制與模擬開(kāi)關(guān)連接，模擬開(kāi)關(guān)連接四個(gè)電流放大器，電流放大器與紅外線(xiàn)發(fā)射管連接，接收管接收紅外線(xiàn)發(fā)射管信號(hào)，紅外線(xiàn)發(fā)射管與接收管組成3D手勢(shì)感應(yīng)區(qū)域，接收管與電流/電壓轉(zhuǎn)換電路連接，電流/電壓轉(zhuǎn)換電路依次與電壓放大器、帶通濾波器、積分電路、濾波器、微處理器連接，帶通濾波器與微處理器連接。

所述微處理器包括脈寬調(diào)制信號(hào)輸出模塊、PIO控制模塊、脈寬檢測(cè)模塊、AD輸入模塊及調(diào)光輸出模塊；脈寬調(diào)制信號(hào)輸出模塊、PIO控制模塊分別與模擬開(kāi)關(guān)連接，濾波器與AD輸入模塊連接，帶通濾波器與脈寬檢測(cè)模塊連接，調(diào)光輸出模塊與光源連接。

所述接收管位于3D手勢(shì)感應(yīng)區(qū)域的中間位置，3D手勢(shì)感應(yīng)區(qū)域的四個(gè)角分別設(shè)有紅外線(xiàn)發(fā)射管。

所述微處理器中設(shè)有用于產(chǎn)生不同脈寬脈沖信號(hào)的定時(shí)器。

所述光源為L(zhǎng)ED光源。

上述的基于3D手勢(shì)控制的LED調(diào)光控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟：

(1)、微處理器利用內(nèi)部的定時(shí)器產(chǎn)生頻率相等，脈寬不同的脈寬調(diào)制信號(hào)輸出，脈寬調(diào)制信號(hào)輸出信號(hào)與模擬開(kāi)關(guān)的輸入端連接，微處理器通過(guò)PIO模塊控制模擬開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通的路數(shù)；

(2)、模擬開(kāi)關(guān)的輸出分別于四路的電流放大器連接，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管；

(3)、發(fā)射的紅外信號(hào)遇到手勢(shì)遮擋時(shí)，反射回的紅外光信號(hào)被接收管接收，并將接收到的紅外光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，經(jīng)電流/電壓轉(zhuǎn)換電路后送至電壓放大器；

(4)、電壓放大器與帶通濾波器連接，帶通濾波器濾除環(huán)境中其它紅外干擾源，獲得與發(fā)射源一樣的脈寬調(diào)制信號(hào)，解調(diào)出來(lái)的信號(hào)一路送給微處 理的脈寬檢測(cè)單元，用來(lái)區(qū)分對(duì)應(yīng)的發(fā)射管；另外一路信號(hào)與積分電路連接，將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成鋸齒波；

(5)、通過(guò)濾波器濾波后獲得直流信號(hào)，由微處理器內(nèi)部的AD輸入模塊進(jìn)行檢測(cè)，獲得返回的紅外信號(hào)值，其數(shù)值與離光電管的距離成反比，微處理計(jì)算出手勢(shì)移動(dòng)的值后，轉(zhuǎn)換成調(diào)光信號(hào)；

(6)、微處理器計(jì)算出調(diào)光值后，根據(jù)定義的手勢(shì)輸出調(diào)光信號(hào)，從而控制光源的開(kāi)關(guān)、亮度、顏色的變化。

所述接收管位于3D手勢(shì)感應(yīng)區(qū)域的中間位置，3D手勢(shì)感應(yīng)區(qū)域的四個(gè)角分別設(shè)有紅外線(xiàn)發(fā)射管；通過(guò)AD檢測(cè)的數(shù)值大小及發(fā)射管切換過(guò)程獲取到手勢(shì)感應(yīng)區(qū)內(nèi)上下、左右、旋轉(zhuǎn)動(dòng)作以及運(yùn)動(dòng)的位置、距離，根據(jù)AD采樣值，并可以通過(guò)檢測(cè)手勢(shì)的在感應(yīng)區(qū)域內(nèi)的滯留時(shí)間實(shí)現(xiàn)單雙擊、長(zhǎng)按、短按動(dòng)作，達(dá)到3D手勢(shì)檢測(cè)。

當(dāng)手勢(shì)向上移動(dòng)時(shí)，接收管首先檢測(cè)到下方兩個(gè)發(fā)射管的AD數(shù)值變化過(guò)程，隨著手勢(shì)繼續(xù)向上移動(dòng)，再檢測(cè)到上方兩個(gè)發(fā)射管的AD數(shù)值變化。

當(dāng)手勢(shì)向右移動(dòng)時(shí)，接收管首先檢測(cè)到左邊兩個(gè)發(fā)射管的AD數(shù)值變化過(guò)程，隨著手勢(shì)繼續(xù)向右移動(dòng)，再檢測(cè)到右邊兩個(gè)發(fā)射管的AD數(shù)值變化。

本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：

1、本實(shí)用新型包括用于脈寬調(diào)制信號(hào)輸出、PIO控制、脈寬檢測(cè)、AD輸入及調(diào)光輸出的微處理器，微處理器通過(guò)脈寬調(diào)制信號(hào)輸出、PIO控制與模擬開(kāi)關(guān)連接，模擬開(kāi)關(guān)連接四個(gè)電流放大器，電流放大器與紅外線(xiàn)發(fā)射管連接，接收管接收紅外線(xiàn)發(fā)射管信號(hào)，紅外線(xiàn)發(fā)射管與接收管組成3D手勢(shì)感應(yīng)區(qū)域，接收管與電流/電壓轉(zhuǎn)換電路連接，電流/電壓轉(zhuǎn)換電路依次與電壓放大器、帶通濾波器、積分電路、濾波器、微處理器連接，帶通濾波器與微處理器連接，具有不受環(huán)境光線(xiàn)影響、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、用途廣泛、控制方式簡(jiǎn)單且效果顯著等特點(diǎn)。

2、本實(shí)用新型通過(guò)定時(shí)器生成特定頻率的不同脈寬信號(hào)控制紅外線(xiàn)發(fā)射管，從而保證3D手勢(shì)識(shí)別過(guò)程中不受環(huán)境溫度、光照外界因素影響，有效防止控制器誤動(dòng)作。

3、本實(shí)用新型脈寬檢測(cè)模塊的設(shè)置，可精準(zhǔn)識(shí)別相對(duì)應(yīng)的發(fā)射單元信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)3D手勢(shì)的運(yùn)動(dòng)方向。

4、本實(shí)用新型中帶通濾波器設(shè)置，經(jīng)過(guò)積分電路后再送至模數(shù)轉(zhuǎn)換接口，實(shí)現(xiàn)手勢(shì)移動(dòng)的距離檢測(cè)。

5、本實(shí)用新型中紅外線(xiàn)發(fā)射管、接收管適用于不同波長(zhǎng)的光電二極管，便于器件選型。

6、本實(shí)用新型中調(diào)光輸出支持PWM、線(xiàn)性調(diào)光、數(shù)字調(diào)光接口等不同類(lèi)型接口輸出。

7、本實(shí)用新型3D手勢(shì)可以識(shí)別上下、左右、旋轉(zhuǎn)方向、輕觸、單雙擊等動(dòng)作及距離感應(yīng)測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈開(kāi)關(guān)、亮度、顏色、色溫等參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

附圖說(shuō)明

圖1為一種基于3D手勢(shì)控制的LED調(diào)光控制系統(tǒng)的連接框圖；

圖2為本實(shí)用新型中3D手勢(shì)感應(yīng)區(qū)域處的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型中初始化時(shí)的流程圖；

圖4為本實(shí)用新型中模擬開(kāi)關(guān)工作時(shí)的流程圖；

圖5為本實(shí)用新型中色溫調(diào)節(jié)工作流程圖；

圖6為本實(shí)用新型中場(chǎng)景切換工作流程圖。

圖中標(biāo)號(hào)與名稱(chēng)如下：

具體實(shí)施方式

為便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1：

如圖1～6所示，一種基于3D手勢(shì)控制的LED調(diào)光控制系統(tǒng)，包括用于脈寬調(diào)制信號(hào)輸出、PIO控制、脈寬檢測(cè)、AD輸入及調(diào)光輸出的微處理器，微處理器通過(guò)脈寬調(diào)制信號(hào)輸出、PIO控制與模擬開(kāi)關(guān)連接，模擬開(kāi)關(guān)連接四個(gè)電流放大器，電流放大器與紅外線(xiàn)發(fā)射管連接，接收管接收紅外線(xiàn)發(fā)射管信號(hào)，紅外線(xiàn)發(fā)射管與接收管組成3D手勢(shì)感應(yīng)區(qū)域，接收管與電流/電壓轉(zhuǎn)換電路連接，電流/電壓轉(zhuǎn)換電路依次與電壓放大器、帶通濾波器、積分電路、濾波器、微處理器連接，帶通濾波器與微處理器連接。以上所述的電壓電流放大器、帶通濾波器、積分電路、濾波器核心器件為運(yùn)算放大器，通過(guò)外接不同參數(shù)的阻容器件組成相應(yīng)功能的電路；采用的是AD公司生產(chǎn)的AD27精密運(yùn)算發(fā)大器。

本實(shí)施例中的微處理器包括脈寬調(diào)制信號(hào)輸出模塊、PIO控制模塊、脈寬檢測(cè)模塊、AD輸入模塊及調(diào)光輸出模塊；脈寬調(diào)制信號(hào)輸出模塊、PIO控制模塊分別與模擬開(kāi)關(guān)連接，濾波器與AD輸入模塊連接，帶通濾波器與脈寬檢測(cè)模塊連接，調(diào)光輸出模塊與光源連接；微處理器中設(shè)有用于產(chǎn)生不同脈寬脈沖信號(hào)的定時(shí)器。

本實(shí)施例中的接收管位于3D手勢(shì)感應(yīng)區(qū)域的中間位置，3D手勢(shì)感應(yīng)區(qū)域的四個(gè)角分別設(shè)有紅外線(xiàn)發(fā)射管；光源為L(zhǎng)ED光源。

上述的基于3D手勢(shì)控制的LED調(diào)光控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟：

(1)、微處理器利用內(nèi)部的定時(shí)器產(chǎn)生頻率相等，脈寬不同的脈寬調(diào)制信號(hào)輸出，脈寬調(diào)制信號(hào)輸出信號(hào)與模擬開(kāi)關(guān)的輸入端連接，微處理器通過(guò)PIO模塊控制模擬開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通的路數(shù)；

(2)、模擬開(kāi)關(guān)的輸出分別于四路的電流放大器連接，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管；

(3)、發(fā)射的紅外信號(hào)遇到手勢(shì)遮擋時(shí)，反射回的紅外光信號(hào)被接收管接收，并將接收到的紅外光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，經(jīng)電流/電壓轉(zhuǎn)換電路后送至電壓放大器；

(4)、電壓放大器與帶通濾波器連接，帶通濾波器濾除環(huán)境中其它紅外干擾源，獲得與發(fā)射源一樣的脈寬調(diào)制信號(hào)，解調(diào)出來(lái)的信號(hào)一路送給微處理的脈寬檢測(cè)單元，用來(lái)區(qū)分對(duì)應(yīng)的發(fā)射管；另外一路信號(hào)與積分電路連接，將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成鋸齒波；

(5)、通過(guò)濾波器濾波后獲得直流信號(hào)，由微處理器內(nèi)部的AD輸入模塊進(jìn)行檢測(cè)，獲得返回的紅外信號(hào)值，其數(shù)值與離光電管的距離成反比，微處理計(jì)算出手勢(shì)移動(dòng)的值后，轉(zhuǎn)換成調(diào)光信號(hào)；

(6)、微處理器計(jì)算出調(diào)光值后，根據(jù)定義的手勢(shì)輸出調(diào)光信號(hào)，從而控制光源的開(kāi)關(guān)、亮度、顏色的變化。

本實(shí)施例中接收管位于3D手勢(shì)感應(yīng)區(qū)域的中間位置，3D手勢(shì)感應(yīng)區(qū)域的四個(gè)角分別設(shè)有紅外線(xiàn)發(fā)射管；通過(guò)AD檢測(cè)的數(shù)值大小及發(fā)射管切換過(guò)程獲取到手勢(shì)感應(yīng)區(qū)內(nèi)上下、左右、旋轉(zhuǎn)動(dòng)作以及運(yùn)動(dòng)的位置、距離，根據(jù)AD采樣值，并可以通過(guò)檢測(cè)手勢(shì)的在感應(yīng)區(qū)域內(nèi)的滯留時(shí)間實(shí)現(xiàn)單雙擊、長(zhǎng)按、短按動(dòng)作，達(dá)到3D手勢(shì)檢測(cè)。

當(dāng)手勢(shì)向上移動(dòng)時(shí)，接收管首先檢測(cè)到下方兩個(gè)發(fā)射管的AD數(shù)值變化過(guò)程，隨著手勢(shì)繼續(xù)向上移動(dòng)，再檢測(cè)到上方兩個(gè)發(fā)射管的AD數(shù)值變化；向下移動(dòng)時(shí)，則相反。

當(dāng)手勢(shì)向右移動(dòng)時(shí)，接收管首先檢測(cè)到左邊兩個(gè)發(fā)射管的AD數(shù)值變化過(guò)程，隨著手勢(shì)繼續(xù)向右移動(dòng)，再檢測(cè)到右邊兩個(gè)發(fā)射管的AD數(shù)值變化；向左移動(dòng)時(shí)，則相反。

當(dāng)手勢(shì)旋轉(zhuǎn)時(shí)，接收管檢測(cè)發(fā)射管的順序，如接收管依次檢測(cè)發(fā)射管1-2-3-4(左上為1，右上為2，左下為3，右下為4)的AD值變化為順時(shí)針?lè)较?，反之為逆時(shí)針。為防止旋轉(zhuǎn)角度不夠?qū)е抡`判手勢(shì)為左右或者上下移動(dòng)。在確定進(jìn)入檢測(cè)旋轉(zhuǎn)手勢(shì)模式前，定義雙擊的手勢(shì)進(jìn)入旋轉(zhuǎn)檢測(cè)模式， 禁止方向檢測(cè)，避免手勢(shì)動(dòng)作誤判。通過(guò)檢測(cè)AD值，從而感應(yīng)旋轉(zhuǎn)手勢(shì)的方向及角度，做出預(yù)先設(shè)定輸出。

具體的為，本系統(tǒng)位于臺(tái)燈底座，調(diào)光接口采用兩路高速PWM輸出，驅(qū)動(dòng)LED的DC/DC轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路。

手勢(shì)動(dòng)作對(duì)應(yīng)的調(diào)光功能如下：

1、手勢(shì)在感應(yīng)區(qū)內(nèi)任意方向快速移動(dòng)定義為臺(tái)燈的開(kāi)關(guān)；

2、手勢(shì)左右移動(dòng)為改變臺(tái)燈色溫；

3、上下移動(dòng)調(diào)節(jié)臺(tái)燈亮度；

4、手勢(shì)旋轉(zhuǎn)選擇切換不同的場(chǎng)景模式。

如圖3所示，PIO模塊進(jìn)行端口定義，然后設(shè)置發(fā)射單元參數(shù)，然后最使能脈寬檢測(cè)，然后設(shè)置AD采集參數(shù)，然后設(shè)置調(diào)光輸出參數(shù)，最后啟動(dòng)手勢(shì)檢測(cè)及調(diào)光輸出。

如圖4所示，模擬開(kāi)關(guān)工作流程，在手勢(shì)感應(yīng)區(qū)域內(nèi)檢測(cè)到有效的手勢(shì)信號(hào)(檢測(cè)到1個(gè)以上通道的發(fā)射管脈沖信號(hào))，并在設(shè)定時(shí)間內(nèi)離開(kāi)感應(yīng)區(qū)，定義為開(kāi)關(guān)燈手勢(shì)動(dòng)作。

如圖5所示，色溫調(diào)節(jié)工作流程，定義手勢(shì)向左移動(dòng)時(shí)，燈的顏色從暖光漸變到冷光，反之從冷光漸變到暖光狀態(tài)。當(dāng)手勢(shì)在感應(yīng)區(qū)內(nèi)左右運(yùn)動(dòng)時(shí)，其移動(dòng)的距離超過(guò)設(shè)定的閾值時(shí)，調(diào)光單元開(kāi)始輸出改變色溫指令，手勢(shì)離開(kāi)感應(yīng)區(qū)域時(shí)，調(diào)光保持當(dāng)前色溫值。

亮度調(diào)節(jié)工作流程，定義手勢(shì)向上運(yùn)動(dòng)時(shí)為增加亮度，向下移動(dòng)為降低亮度。其檢測(cè)與調(diào)光流程與色溫原理一致。

如圖6所示，場(chǎng)景切換工作流程，定義手勢(shì)旋轉(zhuǎn)時(shí)超過(guò)設(shè)定的角度時(shí)，更換預(yù)設(shè)定好的調(diào)光工作場(chǎng)景。為防止旋轉(zhuǎn)角度不夠?qū)е抡`判為手勢(shì)為左右或者上下移動(dòng)。在確定進(jìn)入檢測(cè)旋轉(zhuǎn)手勢(shì)模式前，定義雙擊的手勢(shì)進(jìn)入角度檢測(cè)模式，同時(shí)禁止方向檢測(cè)，從而避免手勢(shì)動(dòng)作誤判。

實(shí)施例2

本實(shí)施例與實(shí)施例1不同之處在于，本實(shí)施例中的PWM輸出改為無(wú)線(xiàn)控制指令，其通信協(xié)議相同，即可通過(guò)無(wú)線(xiàn)的方式對(duì)其調(diào)光控制。

上述具體實(shí)施方式為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并不能對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行限定，其他的任何未背離本實(shí)用新型的技術(shù)方案而所做的改變或其它等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。