一種頭戴式多功能工作燈控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種頭戴式多功能工作燈控制系統(tǒng)，包括中央處理器、瞳孔跟蹤模塊、測距模塊、舵機(jī)模塊、光感應(yīng)模塊、亮度控制模塊以及電源模塊中央處理器根據(jù)瞳孔跟蹤模塊、測距模塊以及光感應(yīng)模塊提供的信息進(jìn)行綜合處理后向舵機(jī)模塊、亮度控制模塊和電源模塊輸出控制信號，所述電源模塊給中央處理器以及系統(tǒng)的每個模塊提供電源。本發(fā)明為在不同環(huán)境下需要燈光照明的工作者提供準(zhǔn)確的燈光定點(diǎn)照射，同時可根據(jù)環(huán)境中燈光的變化改變燈光亮度，以此達(dá)到最佳的照明效果。
【專利說明】
一種頭戴式多功能工作燈控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及照明、瞳孔跟蹤技術(shù)和環(huán)境檢測領(lǐng)域，具體涉及一種可追蹤觀察點(diǎn)、具有自動調(diào)整燈光亮度以及實時檢測環(huán)境確保工作者人身安全的準(zhǔn)確照明工作系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的頭戴式工作燈的燈光亮度不可改變，無法適應(yīng)各種工作環(huán)境;且燈光的照射固定不變，時常與用戶的觀察點(diǎn)有較大差別，無法準(zhǔn)確提供燈光照射;除此，在相對較為危險的工作環(huán)境下，無法對環(huán)境進(jìn)行實時檢測，對工作者的身體甚至生命造成威脅。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種可追蹤觀察點(diǎn)、具有自動調(diào)整燈光亮度以及實時檢測環(huán)境確保工作者人身安全的準(zhǔn)確照明工作系統(tǒng)。
[0004]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種頭戴式多功能工作燈控制系統(tǒng)，其特征在于:包括中央處理器、瞳孔跟蹤模塊、測距模塊、舵機(jī)模塊、光感應(yīng)模塊、亮度控制模塊以及電源模塊;所述中央處理器分別與瞳孔跟蹤模塊、測距模塊、舵機(jī)模塊、光感應(yīng)模塊、亮度控制模塊以及電源模塊連接;瞳孔跟蹤模塊向中央處理器發(fā)送用戶觀察點(diǎn)與用戶瞳孔之間的角度變化信息，測距模塊向中央處理器發(fā)送實時測量觀察物體與用戶眼睛的距離信息;光感應(yīng)模塊將光信號轉(zhuǎn)換為電信號發(fā)送給中央處理器；中央處理器根據(jù)瞳孔跟蹤模塊、測距模塊以及光感應(yīng)模塊提供的信息進(jìn)行綜合處理后向舵機(jī)模塊、亮度控制模塊和電源模塊輸出控制信號，所述電源模塊給中央處理器以及系統(tǒng)的每個模塊提供電源。
[0005]進(jìn)一步地，控制系統(tǒng)還多功能可拆卸模塊和報警模塊，所述多功能可拆卸模塊根據(jù)用戶工作環(huán)境的不同，可加裝環(huán)境檢測模塊，環(huán)境檢測模塊檢測后將相應(yīng)信號轉(zhuǎn)換為電信號并發(fā)送給中央處理器，當(dāng)檢測值不處于預(yù)設(shè)的安全值時，中央處理器將控制報警模塊發(fā)出危險警報。
[0006]進(jìn)一步地，所述瞳孔跟蹤模塊中設(shè)有瞳孔跟蹤軟件，瞳孔跟蹤軟件通過攝像頭拍攝的視頻對用戶的眼睛進(jìn)行定位，利用邊緣檢測算法勾勒出瞳孔的輪廓，并通過橢圓擬合的算法找到瞳孔的準(zhǔn)確位置。
[0007]進(jìn)一步地，所述測距模塊內(nèi)設(shè)有觀察點(diǎn)定位軟件，觀察點(diǎn)定位軟件根據(jù)瞳孔跟蹤模塊獲得瞳孔的準(zhǔn)確位置，并對空間進(jìn)行三維建模，構(gòu)造出用戶視線的方向；通過測距模塊提供的人眼與觀察物體的距離以及照明燈具組和人眼之間的距離，構(gòu)造三角形并確定定點(diǎn)位置。
[0008]進(jìn)一步地，所述環(huán)境檢測模塊包括氧氣檢測模塊、甲烷檢測模塊或者溫度傳感模塊中一種或多種。
[0009]以下對各個模塊的功能設(shè)置進(jìn)行相應(yīng)說明。
[0010]瞳孔跟蹤模塊:根據(jù)用戶工作時視線的變化實時跟蹤瞳孔的運(yùn)動，確定用戶觀察點(diǎn)與用戶瞳孔之間的角度變化并發(fā)送給中央處理器，為后續(xù)確定觀察點(diǎn)具體位置并調(diào)整照明燈具組燈光照射方向；
[0011]測距模塊:根據(jù)用戶工作時姿態(tài)的不同，實時測量觀察物體與用戶眼睛的距離并發(fā)送給中央處理器，為后續(xù)確定觀察點(diǎn)具體位置并調(diào)整照明燈具組燈光照射方向；
[0012]光感應(yīng)模塊:根據(jù)用戶工作環(huán)境中的光線明暗情況，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號并發(fā)送給中央處理器，為后續(xù)改變照明燈具組的燈光亮度做準(zhǔn)備；
[0013]多功能可拆卸模塊:根據(jù)用戶工作環(huán)境的不同，可分別加裝氧氣濃度檢測模塊、甲烷檢測模塊、溫度傳感模塊等模塊，模塊檢測后將相應(yīng)信號轉(zhuǎn)換為電信號并發(fā)送給中央處理器，當(dāng)工作環(huán)境過于惡劣不適應(yīng)工作時，該系統(tǒng)可發(fā)出危險警報。
[0014]舵機(jī)模塊，舵機(jī)模塊連接中央處理器，中央處理器輸出控制信號給舵機(jī)模塊;所述舵機(jī)模塊:根據(jù)瞳孔跟蹤模塊和測距模塊發(fā)送給中央處理器的數(shù)據(jù)處理后確定的用戶觀察點(diǎn)，調(diào)整照明燈具組燈光的照射方向，達(dá)到和觀察點(diǎn)的重合。
[0015]亮度控制模塊，亮度控制模塊連接中央處理器，中央處理器輸出控制信號給亮度控制模塊;所述亮度控制模塊:根據(jù)光感應(yīng)模塊發(fā)送給中央處理器的數(shù)據(jù)處理后確定的最佳照明亮度，調(diào)整照明燈具組燈光的亮度的強(qiáng)弱變化，達(dá)到最佳的照明效果。
[0016]報警模塊，報警模塊連接中央處理器，中央處理器輸出控制信號給報警模塊;所述報警模塊:根據(jù)多功能可拆卸模塊發(fā)送給中央處理器的數(shù)據(jù)處理后對當(dāng)前工作環(huán)境進(jìn)行判斷，若繼續(xù)工作會對用戶的身體造成危害，則發(fā)出危險警報，并且警報燈亮。
[0017]照明燈具組;所述照明燈具組安裝在本發(fā)明的最前端，同時連接舵機(jī)模塊和亮度控制模塊，舵機(jī)模塊控制照明燈具組的燈光照射方向，亮度控制模塊控制照明燈具組的燈光強(qiáng)弱。
[0018]有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0019]本發(fā)明提供的頭戴式多功能工作燈系統(tǒng)具有更準(zhǔn)確有效的照明效果，不僅能根據(jù)用戶觀察點(diǎn)的改變及時調(diào)整燈光的照射方向，達(dá)到照射點(diǎn)與用戶觀察點(diǎn)的一致，同時還可以根據(jù)工作環(huán)境中光線的變化情況對照明燈具組燈光的強(qiáng)弱進(jìn)行調(diào)整，使照明效果達(dá)到最佳。除此之外，考慮到重量問題，本發(fā)明還配有多種可拆卸的環(huán)境檢測模塊，能配合多種工作下的環(huán)境檢測，工作環(huán)境不達(dá)標(biāo)則能報警提醒工作者停止工作，保證了工作者工作時的人身安全。
【附圖說明】
[0020]圖1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ]圖2本發(fā)明中的瞳孔跟蹤軟件流程圖。
[0022]圖3本發(fā)明中的觀察點(diǎn)定位軟件流程圖。
[0023]圖4本發(fā)明系統(tǒng)軟件流程框圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0025]本例采用stm32系列的單片機(jī)，將瞳孔跟蹤模塊、測距模塊、舵機(jī)模塊、光感應(yīng)模塊、亮度控制模塊、多功能可拆卸模塊、報警模塊和電源模塊連接中央處理器，進(jìn)行瞳孔跟蹤和測距并將數(shù)據(jù)發(fā)送給中央處理器，由中央處理器運(yùn)算得到實際觀察點(diǎn)并指示舵機(jī)調(diào)整燈光照射角度。同時檢測環(huán)境光線和環(huán)境中具體指標(biāo)并發(fā)送給中央處理器，對燈光的亮度進(jìn)行調(diào)整以及對環(huán)境狀況進(jìn)行監(jiān)測報警。見圖1。
[0026]硬件部分主要分為以下模塊:
[0027](I)電源模塊
[0028]本發(fā)明中的各個模塊使用電源模塊統(tǒng)一供電，由于各個模塊使用的電壓各不相同，所以需要對供電電壓進(jìn)行分別處理。采用MC34063對電壓進(jìn)行升壓和降壓，用2040芯片進(jìn)行穩(wěn)壓處理。
[0029](2)瞳孔跟蹤模塊
[0030]瞳孔跟蹤模塊包含高分辨率的攝像頭，通過對瞳孔周圍幾個點(diǎn)的定位能準(zhǔn)確掃描用戶的瞳孔外形以及實時跟蹤瞳孔的運(yùn)動情況。
[0031](3)測距模塊
[0032]測距模塊采用超聲波測距技術(shù)，精度可達(dá)到1mm，能準(zhǔn)確的測量出人眼和前方觀察物體的距離。
[0033](4)舵機(jī)模塊
[0034]舵機(jī)模塊與照明燈具組連接，接收中央處理器發(fā)送過來的數(shù)字信號并進(jìn)行處理得至Ij相應(yīng)的PWM波，利用PWM波控制舵機(jī)的方向從而控制燈光照射的方向。
[0035](5)光感應(yīng)模塊
[0036]光感應(yīng)模塊包含光傳感器，能準(zhǔn)確的檢測工作環(huán)境中光線的強(qiáng)弱并處理成數(shù)字信號發(fā)送給中央處理器。
[0037](6)亮度控制模塊
[0038]亮度控制模塊與照明燈具組連接，接收中央處理器發(fā)送過來的數(shù)字信號并進(jìn)行處理，利用處理過的信號控制照明燈具組的工作電流從而控制照明燈具組的燈光的亮暗變換。
[0039](7)多功能可拆卸模塊
[0040]多功能可拆卸模塊包含三個模塊，分別為氧氣檢測模塊、甲烷檢測模塊和溫度傳感模塊，相應(yīng)的模塊上包含對應(yīng)檢測需要的傳感器;三個模塊與中央處理器的接口相同，可根據(jù)需要直接替換。
[0041](8)報警模塊
[0042]報警模塊包含錄音設(shè)備、播放器和LED，能根據(jù)相應(yīng)的傳感模塊語音播報出當(dāng)前檢測的氧氣、甲烷的濃度或溫度的高低，若超過規(guī)定參數(shù)，則語音提示不能繼續(xù)工作，同時LED燈閃爍。
[0043]軟件設(shè)計部分:
[0044]軟件部分主要由三個部分組成:
[0045](1)系統(tǒng)軟件模塊
[0046]采用stm32系列的單片機(jī)，能大幅度提高程序的運(yùn)算速度，同時保證各個模塊之間的兼容性。系統(tǒng)軟件包括距離換算程序、PWM波輸出程序、音頻錄入程序、播放器軟件、燈光亮度控制程序等。
[0047](2)瞳孔跟蹤軟件
[0048]如圖2所示，瞳孔跟蹤軟件通過攝像頭拍攝的視頻對用戶的眼睛進(jìn)行定位，利用邊緣檢測算法勾勒出瞳孔的輪廓，并通過橢圓擬合的算法找到瞳孔的準(zhǔn)確位置。
[0049](3)觀察點(diǎn)定位軟件
[0050]如圖3所示，根據(jù)瞳孔跟蹤模塊獲得瞳孔的準(zhǔn)確位置，并對空間進(jìn)行三維建模，構(gòu)造出用戶視線的方向；通過測距模塊提供的人眼與觀察物體的距離以及照明燈具組和人眼之間的距離，構(gòu)造三角形并確定定點(diǎn)位置，即為用戶觀察點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，只需通過舵機(jī)模塊改變燈光的照射角度使其能通過觀察點(diǎn)位置就能夠?qū)崿F(xiàn)用戶觀察點(diǎn)與燈光照射方向的重合。見圖2。
[0051 ]光感應(yīng)模塊的輸入輸出接口和中央處理器的光感應(yīng)接口相連接，可以檢測空間環(huán)境中光線的強(qiáng)度，并轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的數(shù)字信號發(fā)送給中央處理器。
[0052]亮度控制模塊的輸入輸出接口和中央處理器的亮度控制接口相連接，通過比對環(huán)境中的光線強(qiáng)度，計算出最佳照明效果時的照明燈具組的燈光強(qiáng)度，并輸出信號控制燈光亮度變化。
[0053]多功能可拆卸模塊的輸入輸出接口和中央處理器的多功能檢測接口相連接，可分別利用三種不同的傳感器檢測空間環(huán)境中的氧氣、甲烷和溫度，并轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的數(shù)字信號發(fā)送給中央處理器。
[0054]報警模塊的輸入輸出接口和中央處理器的報警接口相連接，接收中央處理器的數(shù)據(jù)并且通過語音播報當(dāng)前環(huán)境中檢測指標(biāo)的參數(shù)，若超過規(guī)定參數(shù)，則語音提示不能繼續(xù)工作，同時LED燈閃爍。
[0055]工作流程
[0056]當(dāng)用戶穿戴好本發(fā)明并且接通電源后，照明燈具組的亮度達(dá)到最大亮度時的一半，并且舵機(jī)處在無偏的位置下。瞳孔跟蹤模塊開始對人的瞳孔進(jìn)行實時的跟蹤，結(jié)合測距模塊對人眼和觀察物體之間距離的測算，確定用戶觀察點(diǎn)的方位，并通過舵機(jī)模塊控制照明燈具組燈光的照射方向，達(dá)到與觀察點(diǎn)的重合。光感應(yīng)模塊實時檢測空間環(huán)境中光線的強(qiáng)弱變化，通過數(shù)據(jù)處理找到最佳照明效果時燈光的亮度并通過亮度控制模塊對燈光的強(qiáng)弱進(jìn)行控制。在選擇了具體的環(huán)境檢測模塊后，對環(huán)境中的相應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行實時監(jiān)測，通過報警模塊語音播報當(dāng)前環(huán)境中檢測對象的具體參數(shù)，若超過規(guī)定參數(shù)，則語音提示不能繼續(xù)工作，溶蝕LED燈閃爍。
[0057]如圖4所示，本發(fā)明系統(tǒng)的軟件工作流程如下:程序內(nèi)部設(shè)置了一個計數(shù)器，計數(shù)器計數(shù)值從I到3無限循環(huán)，每個計數(shù)值對應(yīng)一種工作狀態(tài)。當(dāng)計數(shù)值為I時，利用瞳孔跟蹤模塊和測距模塊確定視線點(diǎn)的位置，并通過舵機(jī)調(diào)整燈光的照射方向，使得燈光照射點(diǎn)和用戶觀察點(diǎn)一致;隨即計數(shù)器加I，計數(shù)器值為2，進(jìn)入燈光控制部分，利用光感應(yīng)模塊檢測環(huán)境中光線強(qiáng)弱，若燈光適宜，則不改變燈光強(qiáng)度，若不適宜，通過調(diào)整燈光亮度達(dá)到適宜的照明條件;此時計數(shù)器再加I，計數(shù)器值為3，進(jìn)入環(huán)境指標(biāo)檢測，若指標(biāo)滿足安全工作條件，則不發(fā)出警報聲，若不滿足，則發(fā)出警報聲。計數(shù)器再加I，由于計數(shù)器值大于3，計數(shù)器置O再加I，再次進(jìn)入光線照射方向的調(diào)整，以此類推，不斷循環(huán)。設(shè)置此計數(shù)器使得此發(fā)明的多種功能在邏輯上按順序進(jìn)行，并且無限循環(huán)進(jìn)行，由于每個功能在時間上非常短暫，用戶并不能感覺到時間差，就好比三個功能是在同時不間斷運(yùn)行。這樣的設(shè)計不僅大大減輕了 CPU的運(yùn)行負(fù)擔(dān)，還能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0058]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種頭戴式多功能工作燈控制系統(tǒng)，其特征在于:包括中央處理器、瞳孔跟蹤模塊、測距模塊、舵機(jī)模塊、光感應(yīng)模塊、亮度控制模塊以及電源模塊;所述中央處理器分別與瞳孔跟蹤模塊、測距模塊、舵機(jī)模塊、光感應(yīng)模塊、亮度控制模塊以及電源模塊連接;瞳孔跟蹤模塊向中央處理器發(fā)送用戶觀察點(diǎn)與用戶瞳孔之間的角度變化信息，測距模塊向中央處理器發(fā)送實時測量觀察物體與用戶眼睛的距離信息;光感應(yīng)模塊將光信號轉(zhuǎn)換為電信號發(fā)送給中央處理器；中央處理器根據(jù)瞳孔跟蹤模塊、測距模塊以及光感應(yīng)模塊提供的信息進(jìn)行綜合處理后向舵機(jī)模塊、亮度控制模塊和電源模塊輸出控制信號，所述電源模塊給中央處理器以及系統(tǒng)的每個模塊提供電源。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述頭戴式多功能工作燈控制系統(tǒng)，其特征在于:所述控制系統(tǒng)包括多功能可拆卸模塊和報警模塊，所述多功能可拆卸模塊根據(jù)用戶工作環(huán)境的不同，可加裝環(huán)境檢測模塊，環(huán)境檢測模塊檢測后將相應(yīng)信號轉(zhuǎn)換為電信號并發(fā)送給中央處理器，當(dāng)檢測值不處于預(yù)設(shè)的安全值時，中央處理器將控制報警模塊發(fā)出危險警報。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述頭戴式多功能工作燈控制系統(tǒng)，其特征在于:所述瞳孔跟蹤模塊中設(shè)有瞳孔跟蹤軟件，瞳孔跟蹤軟件通過攝像頭拍攝的視頻對用戶的眼睛進(jìn)行定位，利用邊緣檢測算法勾勒出瞳孔的輪廓，并通過橢圓擬合的算法找到瞳孔的準(zhǔn)確位置。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述頭戴式多功能工作燈控制系統(tǒng)，其特征在于:所述測距模塊內(nèi)設(shè)有觀察點(diǎn)定位軟件，觀察點(diǎn)定位軟件根據(jù)瞳孔跟蹤模塊獲得瞳孔的準(zhǔn)確位置，并對空間進(jìn)行三維建模，構(gòu)造出用戶視線的方向；通過測距模塊提供的人眼與觀察物體的距離以及照明燈具組和人眼之間的距離，構(gòu)造三角形并確定定點(diǎn)位置。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述頭戴式多功能工作燈控制系統(tǒng)，其特征在于:所述環(huán)境檢測模塊包括氧氣檢測模塊、甲烷檢測模塊或者溫度傳感模塊中一種或多種。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述頭戴式多功能工作燈控制系統(tǒng)，其特征在于:所述中央控制處理器內(nèi)設(shè)有系統(tǒng)軟件，其工作流程如下: 1)接收瞳孔跟蹤模塊傳輸過來的瞳孔擬合數(shù)據(jù)，確定瞳孔的準(zhǔn)確位置； 2)判斷瞳孔擬合是否正確，若不正確，反饋瞳孔跟蹤模塊，重新對瞳孔進(jìn)行拍攝擬合；若正確，接收測距模塊傳輸過來的距離測量值； 3)通過瞳孔的準(zhǔn)確位置和距離測量值進(jìn)行三維建模，對視線點(diǎn)進(jìn)行定位。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述頭戴式多功能工作燈控制系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)軟件具體流程如下: 程序內(nèi)部設(shè)置了 一個計數(shù)器，計數(shù)器計數(shù)值從I到3無限循環(huán)，每個計數(shù)值對應(yīng)一種工作狀態(tài)，當(dāng)計數(shù)值為I時，利用瞳孔跟蹤模塊和測距模塊確定視線點(diǎn)的位置，并通過舵機(jī)調(diào)整燈光的照射方向，使得燈光照射點(diǎn)和用戶觀察點(diǎn)一致;隨即計數(shù)器加I，計數(shù)器值為2，進(jìn)入燈光控制部分，利用光感應(yīng)模塊檢測環(huán)境中光線強(qiáng)弱，若燈光達(dá)到預(yù)設(shè)值，則不改變燈光強(qiáng)度，若不達(dá)到，通過調(diào)整燈光亮度達(dá)到相應(yīng)的照明條件;此時計數(shù)器再加I，計數(shù)器值為3，進(jìn)入環(huán)境指標(biāo)檢測，若指標(biāo)滿足安全工作預(yù)設(shè)安全值，則不發(fā)出警報聲，若不滿足，則發(fā)出警報聲;計數(shù)器再加I，由于計數(shù)器值大于3，計數(shù)器置O再加I，再次進(jìn)入光線照射方向的調(diào)整，以此類推，不斷循環(huán)。
【文檔編號】H05B37/02GK105916272SQ201610345316
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月23日
【發(fā)明人】徐嘉銘, 鄭姚生, 湯勇明
【申請人】東南大學(xué)