本實用新型涉及LED燈技術(shù)，具體來說是一種基于3D手勢控制的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，滿足了人們對燈光控制的個性化需求，同時達到按需照明的目的。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APP或者遙控器調(diào)光、采用標準協(xié)議調(diào)光等方式。以上控制方法各有優(yōu)點，但也存在很多弊端，主要存在的問題如下：

1、可控硅調(diào)光的方式是采用改變工頻電源導通角的方式達到調(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、采用通過手機APP或者遙控器的控制方式，雖然可以很直觀地對LED進行調(diào)光控制。但也存在配對、連接等問題，其時效性很難保證。同時，老年人對這種控制方式接受程度不高。

3、采用標準協(xié)議的調(diào)光方式適合于整棟建筑的樓宇系統(tǒng)照明，除了電源線外還要增加信號控制線，無法在普通家庭進行廣泛應用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實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)境光線影響、結(jié)構(gòu)簡單、效率高、用途廣泛、控制方式簡單且效果顯著的基于3D手勢控制的LED調(diào)光控制系統(tǒng)。

為了達到上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案：一種基于3D手勢控制的LED調(diào)光控制系統(tǒng)，包括用于脈寬調(diào)制信號輸出、PIO控制、脈寬檢測、AD輸入及調(diào)光輸出的微處理器，微處理器通過脈寬調(diào)制信號輸出、PIO控制與模擬開關(guān)連接，模擬開關(guān)連接四個電流放大器，電流放大器與紅外線發(fā)射管連接，接收管接收紅外線發(fā)射管信號，紅外線發(fā)射管與接收管組成3D手勢感應區(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)制信號輸出模塊、PIO控制模塊、脈寬檢測模塊、AD輸入模塊及調(diào)光輸出模塊；脈寬調(diào)制信號輸出模塊、PIO控制模塊分別與模擬開關(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手勢感應區(qū)域的中間位置，3D手勢感應區(qū)域的四個角分別設有紅外線發(fā)射管。

所述微處理器中設有用于產(chǎn)生不同脈寬脈沖信號的定時器。

所述光源為LED光源。

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

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

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

(3)、發(fā)射的紅外信號遇到手勢遮擋時，反射回的紅外光信號被接收管接收，并將接收到的紅外光信號轉(zhuǎn)換成電流信號，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，解調(diào)出來的信號一路送給微處 理的脈寬檢測單元，用來區(qū)分對應的發(fā)射管；另外一路信號與積分電路連接，將脈沖信號轉(zhuǎn)化成鋸齒波；

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

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

所述接收管位于3D手勢感應區(qū)域的中間位置，3D手勢感應區(qū)域的四個角分別設有紅外線發(fā)射管；通過AD檢測的數(shù)值大小及發(fā)射管切換過程獲取到手勢感應區(qū)內(nèi)上下、左右、旋轉(zhuǎn)動作以及運動的位置、距離，根據(jù)AD采樣值，并可以通過檢測手勢的在感應區(qū)域內(nèi)的滯留時間實現(xiàn)單雙擊、長按、短按動作，達到3D手勢檢測。

當手勢向上移動時，接收管首先檢測到下方兩個發(fā)射管的AD數(shù)值變化過程，隨著手勢繼續(xù)向上移動，再檢測到上方兩個發(fā)射管的AD數(shù)值變化。

當手勢向右移動時，接收管首先檢測到左邊兩個發(fā)射管的AD數(shù)值變化過程，隨著手勢繼續(xù)向右移動，再檢測到右邊兩個發(fā)射管的AD數(shù)值變化。

本實用新型相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點及效果：

1、本實用新型包括用于脈寬調(diào)制信號輸出、PIO控制、脈寬檢測、AD輸入及調(diào)光輸出的微處理器，微處理器通過脈寬調(diào)制信號輸出、PIO控制與模擬開關(guān)連接，模擬開關(guān)連接四個電流放大器，電流放大器與紅外線發(fā)射管連接，接收管接收紅外線發(fā)射管信號，紅外線發(fā)射管與接收管組成3D手勢感應區(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)境光線影響、結(jié)構(gòu)簡單、效率高、用途廣泛、控制方式簡單且效果顯著等特點。

2、本實用新型通過定時器生成特定頻率的不同脈寬信號控制紅外線發(fā)射管，從而保證3D手勢識別過程中不受環(huán)境溫度、光照外界因素影響，有效防止控制器誤動作。

3、本實用新型脈寬檢測模塊的設置，可精準識別相對應的發(fā)射單元信號，從而實現(xiàn)3D手勢的運動方向。

4、本實用新型中帶通濾波器設置，經(jīng)過積分電路后再送至模數(shù)轉(zhuǎn)換接口，實現(xiàn)手勢移動的距離檢測。

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

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

7、本實用新型3D手勢可以識別上下、左右、旋轉(zhuǎn)方向、輕觸、單雙擊等動作及距離感應測量，可實現(xiàn)對LED燈開關(guān)、亮度、顏色、色溫等參數(shù)進行調(diào)節(jié)。

附圖說明

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

圖2為本實用新型中3D手勢感應區(qū)域處的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型中初始化時的流程圖；

圖4為本實用新型中模擬開關(guān)工作時的流程圖；

圖5為本實用新型中色溫調(diào)節(jié)工作流程圖；

圖6為本實用新型中場景切換工作流程圖。

圖中標號與名稱如下：

具體實施方式

為便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，下面結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。

實施例1：

如圖1～6所示，一種基于3D手勢控制的LED調(diào)光控制系統(tǒng)，包括用于脈寬調(diào)制信號輸出、PIO控制、脈寬檢測、AD輸入及調(diào)光輸出的微處理器，微處理器通過脈寬調(diào)制信號輸出、PIO控制與模擬開關(guān)連接，模擬開關(guān)連接四個電流放大器，電流放大器與紅外線發(fā)射管連接，接收管接收紅外線發(fā)射管信號，紅外線發(fā)射管與接收管組成3D手勢感應區(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算放大器，通過外接不同參數(shù)的阻容器件組成相應功能的電路；采用的是AD公司生產(chǎn)的AD27精密運算發(fā)大器。

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

本實施例中的接收管位于3D手勢感應區(qū)域的中間位置，3D手勢感應區(qū)域的四個角分別設有紅外線發(fā)射管；光源為LED光源。

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

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

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

(3)、發(fā)射的紅外信號遇到手勢遮擋時，反射回的紅外光信號被接收管接收，并將接收到的紅外光信號轉(zhuǎn)換成電流信號，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，解調(diào)出來的信號一路送給微處理的脈寬檢測單元，用來區(qū)分對應的發(fā)射管；另外一路信號與積分電路連接，將脈沖信號轉(zhuǎn)化成鋸齒波；

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

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

本實施例中接收管位于3D手勢感應區(qū)域的中間位置，3D手勢感應區(qū)域的四個角分別設有紅外線發(fā)射管；通過AD檢測的數(shù)值大小及發(fā)射管切換過程獲取到手勢感應區(qū)內(nèi)上下、左右、旋轉(zhuǎn)動作以及運動的位置、距離，根據(jù)AD采樣值，并可以通過檢測手勢的在感應區(qū)域內(nèi)的滯留時間實現(xiàn)單雙擊、長按、短按動作，達到3D手勢檢測。

當手勢向上移動時，接收管首先檢測到下方兩個發(fā)射管的AD數(shù)值變化過程，隨著手勢繼續(xù)向上移動，再檢測到上方兩個發(fā)射管的AD數(shù)值變化；向下移動時，則相反。

當手勢向右移動時，接收管首先檢測到左邊兩個發(fā)射管的AD數(shù)值變化過程，隨著手勢繼續(xù)向右移動，再檢測到右邊兩個發(fā)射管的AD數(shù)值變化；向左移動時，則相反。

當手勢旋轉(zhuǎn)時，接收管檢測發(fā)射管的順序，如接收管依次檢測發(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值變化為順時針方向，反之為逆時針。為防止旋轉(zhuǎn)角度不夠?qū)е抡`判手勢為左右或者上下移動。在確定進入檢測旋轉(zhuǎn)手勢模式前，定義雙擊的手勢進入旋轉(zhuǎn)檢測模式， 禁止方向檢測，避免手勢動作誤判。通過檢測AD值，從而感應旋轉(zhuǎn)手勢的方向及角度，做出預先設定輸出。

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

手勢動作對應的調(diào)光功能如下：

1、手勢在感應區(qū)內(nèi)任意方向快速移動定義為臺燈的開關(guān)；

2、手勢左右移動為改變臺燈色溫；

3、上下移動調(diào)節(jié)臺燈亮度；

4、手勢旋轉(zhuǎn)選擇切換不同的場景模式。

如圖3所示，PIO模塊進行端口定義，然后設置發(fā)射單元參數(shù)，然后最使能脈寬檢測，然后設置AD采集參數(shù)，然后設置調(diào)光輸出參數(shù)，最后啟動手勢檢測及調(diào)光輸出。

如圖4所示，模擬開關(guān)工作流程，在手勢感應區(qū)域內(nèi)檢測到有效的手勢信號(檢測到1個以上通道的發(fā)射管脈沖信號)，并在設定時間內(nèi)離開感應區(qū)，定義為開關(guān)燈手勢動作。

如圖5所示，色溫調(diào)節(jié)工作流程，定義手勢向左移動時，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)。當手勢在感應區(qū)內(nèi)左右運動時，其移動的距離超過設定的閾值時，調(diào)光單元開始輸出改變色溫指令，手勢離開感應區(qū)域時，調(diào)光保持當前色溫值。

亮度調(diào)節(jié)工作流程，定義手勢向上運動時為增加亮度，向下移動為降低亮度。其檢測與調(diào)光流程與色溫原理一致。

如圖6所示，場景切換工作流程，定義手勢旋轉(zhuǎn)時超過設定的角度時，更換預設定好的調(diào)光工作場景。為防止旋轉(zhuǎn)角度不夠?qū)е抡`判為手勢為左右或者上下移動。在確定進入檢測旋轉(zhuǎn)手勢模式前，定義雙擊的手勢進入角度檢測模式，同時禁止方向檢測，從而避免手勢動作誤判。

實施例2

本實施例與實施例1不同之處在于，本實施例中的PWM輸出改為無線控制指令，其通信協(xié)議相同，即可通過無線的方式對其調(diào)光控制。

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