本實用新型涉及LED燈技術，具體來說是一種基于3D手勢控制的LED調光控制系統。

背景技術：

隨著LED在照明領域的廣泛應用，因其具有出色的調光性能，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。目前市面上室內燈具的控制方式主要有：可控硅調光、手機APP或者遙控器調光、采用標準協議調光等方式。以上控制方法各有優點，但也存在很多弊端，主要存在的問題如下：

1、可控硅調光的方式是采用改變工頻電源導通角的方式達到調節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，電磁干擾嚴重。并且，調光效率不高，容易產生噪音及閃爍現象，制約了LED燈的調光性能及使用壽命。

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、采用標準協議的調光方式適合于整棟建筑的樓宇系統照明，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。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于克服以上現有技術存在的不足，提供了一種不受環境光線影響、結構簡單、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調光控制系統。

為了達到上述目的，本實用新型采用以下技術方案：一種基于3D手勢控制的LED調光控制系統，包括用于脈寬調制信號輸出、PIO控制、脈寬檢測、AD輸入及調光輸出的微處理器，微處理器通過脈寬調制信號輸出、PIO控制與模擬開關連接，模擬開關連接四個電流放大器，電流放大器與紅外線發射管連接，接收管接收紅外線發射管信號，紅外線發射管與接收管組成3D手勢感應區域，接收管與電流/電壓轉換電路連接，電流/電壓轉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輸入模塊及調光輸出模塊；脈寬調制信號輸出模塊、PIO控制模塊分別與模擬開關連接，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，調光輸出模塊與光源連接。

所述接收管位于3D手勢感應區域的中間位置，3D手勢感應區域的四個角分別設有紅外線發射管。

所述微處理器中設有用于產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調光控制系統的實現方法，包括以下步驟：

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

(2)、模擬開關的輸出分別于四路的電流放大器連接，驅動紅外發射管；

(3)、發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換成電流信號，經電流/電壓轉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，帶通濾波器濾除環境中其它紅外干擾源，獲得與發射源一樣的脈寬調制信號，解調出來的信號一路送給微處 理的脈寬檢測單元，用來區分對應的發射管；另外一路信號與積分電路連接，將脈沖信號轉化成鋸齒波；

(5)、通過濾波器濾波后獲得直流信號，由微處理器內部的AD輸入模塊進行檢測，獲得返回的紅外信號值，其數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，轉換成調光信號；

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

所述接收管位于3D手勢感應區域的中間位置，3D手勢感應區域的四個角分別設有紅外線發射管；通過AD檢測的數值大小及發射管切換過程獲取到手勢感應區內上下、左右、旋轉動作以及運動的位置、距離，根據AD采樣值，并可以通過檢測手勢的在感應區域內的滯留時間實現單雙擊、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射管的AD數值變化過程，隨著手勢繼續向上移動，再檢測到上方兩個發射管的AD數值變化。

當手勢向右移動時，接收管首先檢測到左邊兩個發射管的AD數值變化過程，隨著手勢繼續向右移動，再檢測到右邊兩個發射管的AD數值變化。

本實用新型相對于現有技術，具有如下的優點及效果：

1、本實用新型包括用于脈寬調制信號輸出、PIO控制、脈寬檢測、AD輸入及調光輸出的微處理器，微處理器通過脈寬調制信號輸出、PIO控制與模擬開關連接，模擬開關連接四個電流放大器，電流放大器與紅外線發射管連接，接收管接收紅外線發射管信號，紅外線發射管與接收管組成3D手勢感應區域，接收管與電流/電壓轉換電路連接，電流/電壓轉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，具有不受環境光線影響、結構簡單、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射管，從而保證3D手勢識別過程中不受環境溫度、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射單元信號，從而實現3D手勢的運動方向。

4、本實用新型中帶通濾波器設置，經過積分電路后再送至模數轉換接口，實現手勢移動的距離檢測。

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

6、本實用新型中調光輸出支持PWM、線性調光、數字調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、旋轉方向、輕觸、單雙擊等動作及距離感應測量，可實現對LED燈開關、亮度、顏色、色溫等參數進行調節。

附圖說明

圖1為一種基于3D手勢控制的LED調光控制系統的連接框圖；

圖2為本實用新型中3D手勢感應區域處的結構示意圖；

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工作時的流程圖；

圖5為本實用新型中色溫調節工作流程圖；

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

為便于本領域技術人員理解，下面結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調光控制系統，包括用于脈寬調制信號輸出、PIO控制、脈寬檢測、AD輸入及調光輸出的微處理器，微處理器通過脈寬調制信號輸出、PIO控制與模擬開關連接，模擬開關連接四個電流放大器，電流放大器與紅外線發射管連接，接收管接收紅外線發射管信號，紅外線發射管與接收管組成3D手勢感應區域，接收管與電流/電壓轉換電路連接，電流/電壓轉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，通過外接不同參數的阻容器件組成相應功能的電路；采用的是AD公司生產的AD27精密運算發大器。

本實施例中的微處理器包括脈寬調制信號輸出模塊、PIO控制模塊、脈寬檢測模塊、AD輸入模塊及調光輸出模塊；脈寬調制信號輸出模塊、PIO控制模塊分別與模擬開關連接，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，調光輸出模塊與光源連接；微處理器中設有用于產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手勢感應區域的中間位置，3D手勢感應區域的四個角分別設有紅外線發射管；光源為LED光源。

上述的基于3D手勢控制的LED調光控制系統的實現方法，包括以下步驟：

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

(2)、模擬開關的輸出分別于四路的電流放大器連接，驅動紅外發射管；

(3)、發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換成電流信號，經電流/電壓轉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，帶通濾波器濾除環境中其它紅外干擾源，獲得與發射源一樣的脈寬調制信號，解調出來的信號一路送給微處理的脈寬檢測單元，用來區分對應的發射管；另外一路信號與積分電路連接，將脈沖信號轉化成鋸齒波；

(5)、通過濾波器濾波后獲得直流信號，由微處理器內部的AD輸入模塊進行檢測，獲得返回的紅外信號值，其數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，轉換成調光信號；

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

本實施例中接收管位于3D手勢感應區域的中間位置，3D手勢感應區域的四個角分別設有紅外線發射管；通過AD檢測的數值大小及發射管切換過程獲取到手勢感應區內上下、左右、旋轉動作以及運動的位置、距離，根據AD采樣值，并可以通過檢測手勢的在感應區域內的滯留時間實現單雙擊、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射管的AD數值變化過程，隨著手勢繼續向上移動，再檢測到上方兩個發射管的AD數值變化；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射管的AD數值變化過程，隨著手勢繼續向右移動，再檢測到右邊兩個發射管的AD數值變化；向左移動時，則相反。

當手勢旋轉時，接收管檢測發射管的順序，如接收管依次檢測發射管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。為防止旋轉角度不夠導致誤判手勢為左右或者上下移動。在確定進入檢測旋轉手勢模式前，定義雙擊的手勢進入旋轉檢測模式， 禁止方向檢測，避免手勢動作誤判。通過檢測AD值，從而感應旋轉手勢的方向及角度，做出預先設定輸出。

具體的為，本系統位于臺燈底座，調光接口采用兩路高速PWM輸出，驅動LED的DC/DC轉換驅動電路。

手勢動作對應的調光功能如下：

1、手勢在感應區內任意方向快速移動定義為臺燈的開關；

2、手勢左右移動為改變臺燈色溫；

3、上下移動調節臺燈亮度；

4、手勢旋轉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，然后設置發射單元參數，然后最使能脈寬檢測，然后設置AD采集參數，然后設置調光輸出參數，最后啟動手勢檢測及調光輸出。

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

如圖5所示，色溫調節工作流程，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。當手勢在感應區內左右運動時，其移動的距離超過設定的閾值時，調光單元開始輸出改變色溫指令，手勢離開感應區域時，調光保持當前色溫值。

亮度調節工作流程，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，定義手勢旋轉時超過設定的角度時，更換預設定好的調光工作場景。為防止旋轉角度不夠導致誤判為手勢為左右或者上下移動。在確定進入檢測旋轉手勢模式前，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，其通信協議相同，即可通過無線的方式對其調光控制。

上述具體實施方式為本實用新型的優選實施例，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。