基于单片机的图像识别与亮度自动调节双供电智能台灯的制作方法

本发明涉及可调光源，尤其涉及一种基于单片机的图像识别与亮度自动调节双供电智能台灯。

背景技术：

对于广泛运用台灯的学生、工作人群，现有台灯装置存在以下问题：

1、人为通过按钮或开关改变照明亮度，亮度等级固定，无法满足在某些特定条件下亮度照明的要求；

2、由于学习生活忙碌等原因，可能会忘记关灯造成电能浪费。目前具备自动开关灯的台灯大多采用红外感应技术，当台灯前人体活动轻微，红外识别能力较差；

3、目前部分台灯不具备时钟和台灯定时开关功能，人机交互效果少；

4、现有台式台灯供电电源大多直接与220V交流电相连，小型便捷式台灯通过USB口与DC适配器相连，功能分散，往往需要分开选购不同型号。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提出一种基于单片机的图像识别与亮度自动调节双供电智能台灯，具有光强检测、自动开关灯、双驱动通道等功能。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种基于单片机的图像识别与亮度自动调节双供电智能台灯，包括智能台灯、主控装置、驱动装置和外部驱动装置；

所述智能台灯包括LED灯、灯罩、光敏传感器、舵机、摄像头、灯杆、底座、第一电源插口和第二电源插口；所述LED灯固定在台灯灯罩内部；所述灯罩经万向调节阀与灯杆连接；所述灯杆竖直固定在底座上；所述舵机固定在灯罩外壳边缘中心处；所述摄像头安装在舵机的输出轴上；所述光敏传感器固定在灯罩外壳边缘，分布在舵机两边呈中心对称；

所述主控装置包括输入模块、显示模块、传感器信号调理模块和单片机；所述主控装置放置在底座上；输入模块、显示模块和传感器信号调理模块均与单片机相连；

所述输入模块，用于将控制信号输入单片机；

所述显示模块为LCD显示屏，用于显示时钟和日期、开关时刻、当前环境光强；

所述光敏传感器与传感器信号调理模块相连，所述舵机和摄像头均与单片机相连；

所述驱动装置包括依次相连的整流与滤波模块、IPM逆变模块、DC适配器；所述驱动装置放置在底座上；IPM逆变模块与单片机相连；

LED灯的供电方式有两种，一种是整流与滤波模块通过第一电源插口与220V交流市电相连，将220V交流电转化为直流电，所述IPM逆变模块与单片机相连，将整流与滤波模块送进的直流电逆变为设定频率的交流电，所述DC适配器将交流电转变为直流电，为LED灯供直流电源；另一种是通过外部驱动装置，所述外部驱动装置为外接DC适配器；所述外接DC适配器生成5V直流电源，经第二电源插口为LED灯供直流电源。

进一步的，所述传感器信号调理子模块用于对光敏传感器输出信号采用SPI通讯协议，进行A/D转换、信号放大，其中A/D转换采用芯片ADS1118。

进一步的，所述舵机采用SG90。

进一步的，所述IPM逆变模块采用PS21564模块。

进一步的，所述单片机为MSP430系列MSP430F5438A芯片。

本发明的有益效果是：1)台灯根据室内光强自动调节台灯亮度，避免了台灯亮度过亮或过暗，减轻用眼疲劳。2)台灯前置摄像头定时扫描桌前人体活动状况，判断是否自动关断/打开台灯。3)增加键盘与显示屏的人机交互界面，可以通过键盘设定定时开关台灯的时间，随时读取当前时间。4)形成双供电通道：既可以当作台式台灯放置在书桌前，也可以当作便捷式台灯，直接通过USB口供给5V、1A直流电。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的主控装置的外部效果图；

图3是本发明检测部分的局部图；

图4是本发明的电路连接示意图；

图5是本发明的单片机内部单元与外部硬件的连接示意图；

图中，LED灯1、灯罩2、光敏传感器3、舵机4、摄像头5、随动齿轮6、灯杆7、主控装置8、驱动装置9、底座10、第一电源插口11、第二电源插口12、外部DC适配器13、三角插头14、LCD显示屏15、总开关16、按键17。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

如图1-4所示，一种基于单片机的图像识别与亮度自动调节双供电智能台灯，包括智能台灯、主控装置、驱动装置和外部驱动装置；

所述智能台灯包括LED灯1、灯罩2、光敏传感器3、舵机4、摄像头5、随动齿轮6、灯杆7、底座10、第一电源插口11和第二电源插口12；所述LED灯1固定在台灯灯罩2内部；所述灯罩2经万向调节阀与灯杆7连接；所述灯杆7竖直固定在底座10上；所述舵机4固定在灯罩2外壳边缘中心处，所述舵机4的输出轴上安装有随动齿轮6，所述摄像头5安装在随动齿轮6上；所述光敏传感器3固定在灯罩2外壳边缘，分布在舵机4两边呈中心对称；

所述主控装置8包括输入模块、显示模块、传感器信号调理模块和处理模块；所述主控装置8放置在底座10上；输入模块、显示模块和传感器信号调理模块均与处理模块相连；

所述输入模块包括总开关16和按键17，用于将控制信号输入处理模块，所述按钮16为台灯总开关，直接控制台灯亮灭；按键17为4x4键盘，按键0-9用于将需要开关台灯的时刻输入到处理模块中，按键C-F用于手动控制台灯显示不同等级的亮度。

所述显示模块为LCD显示屏15，用于显示时钟和日期、开关时刻、当前环境光强；

所述光敏传感器与传感器信号调理模块相连，所述舵机和摄像头均与单片机相连；

如图5所示，所述单片机对舵机、摄像头、传感器信号调理模块以及IPM逆变模块的信号通过其内部的信号处理单元和驱动频率生成单元；信号处理单元接收并处理摄像头和传感器信号调理模块传递来的信号，通过驱动频率生成单元输出信号给舵机和IPM逆变模块。

所述信号处理单元包括传感器信号调理子单元和图像信号调理子单元，传感器信号调理子单元用于将传感器信号调理模块处理后的光强检测数据输送至舵机驱动子单元；图像信号调理子模块用于接收摄像头读取的环境信号，若读取到的环境信息RGB值在不同的扫描周期内发生变化，说明此区域有人体活动，由此保持灯亮；否则，自动熄灭台灯，等待人体再次靠近。

所述驱动频率生成单元包括逆变驱动子单元与舵机驱动子单元，逆变驱动子单元用于SPWM波输出，SPWM波频率信息由信号处理单元传输的光强检测数据决定，SPWM波通过IPM逆变模块产生不同频率和电压信号的交流电；舵机驱动子单元用于输出PWM波，控制舵机4定时扫描识别台灯周围是否有人，若没人则自动熄灭，有人则继续保持常亮状态。

所述传感器信号调理模块用于对光敏传感器3输出信号进行放大、AD转换，其中AD转换使用芯片ADS1118，利用SPI传输协议，可高速传递采样信号，具有价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点。

所述驱动装置9包括依次相连的整流与滤波模块、IPM逆变模块、DC适配器；所述驱动装置9放置在底座10上；

所述整流与滤波模块，将输入的220V，50Hz交流电转变为12V直流电，同时该模块具有保护电路，保障强电转换的安全性。

所述IPM逆变模块用于接收单片机发送的6路SPWM波信号，通过逆变器将整流滤波后的12V直流电源转换成目标电压和频率的交流电，其中IPM逆变模块采用PS21564模块。

所述DC适配器用于将高压交流电转变为5V，1A左右的直流电，为LED灯供电；

LED灯1的供电方式有两种，一种是整流与滤波模块通过第一电源插口11(通过三角插头14将220V交流市电引入第一电源插口11)与220V交流市电相连，将220V交流电转化为直流电，所述IPM逆变模块与单片机相连，将整流与滤波模块送进的直流电逆变为设定频率的交流电，所述DC适配器将交流电转变为直流电，为LED灯供直流电源；

另一种是通过外部驱动装置，所述外部驱动装置为外接DC适配器13；所述外接DC适配器13生成5V直流电源，经第二电源插口12为LED灯供直流电源。该外部驱动装置直接转变强电信号标准交流电信号，用于便捷式台灯的USB口供电和交流电-适配器充电模式。

进一步的，所述舵机4固定在灯罩外壳中心处，通过单片机控制其周期性扫描，舵机4采用SG90，但不限于此；所述单片机为MSP430系列MSP430F5438A芯片，但不限于此。

所述摄像头5固定在舵机4的随动齿轮6上，随动齿轮6水平扫描；摄像头5将读取到的RGB数据输出到信号处理模块中，同时单片机发送数据信息驱动摄像头5。

本发明的工作过程如下：

当使用者接近台灯时，台灯经舵机4带动摄像头5扫描，自动变亮。使用者在台灯前学习阅读，台灯根据环境光强变化实时调整台灯亮度。同时使用者也可以通过键盘手动调节台灯亮度到相应档位。使用者可以在主控装置外部的LCD显示屏上随时读取当前时间。在学习时间结束后准时离开，使用者事先通过按键输入关灯时间。若人离开时关灯时间未到，则通过摄像头5扫描自关断台灯；若人未离开时关灯时间已到，则LCD屏提示学习时间已到，台灯逐渐减低亮度至完全熄灭。完成台灯亮度自适应调节的智能化和人性化操作。