一种基于物联网的多功能调光器的制作方法

本实用新型涉及照明装置的调光领域，具体涉及一种基于物联网的多功能调光器。

背景技术：

可控硅调光器是目前常用的调光器件，其基本原理是调节可控硅的斩波相位控制可控硅的导通角，通过减少或增加rms电压促使平均功率的灯光产生不同强度的光输出。目前主流的调光器为机械按键控制或旋转式控制，例如申请号201210535280.7公开的《调光器》，其控制方法采用旋转式可变电阻器。近年来有智能调光器出现，如申请号201620397949.4所公开的一种《无线控制智能调光器》，其在原有调光器的基础上增加了无线通信模块，可支持移动终端app应用程序控制。以上的调光器存在以下不足：

1.调光控制不够方便快捷，智能调光器需要app介入才能控制；

2.调光器异常时缺乏保护措施，不能有效保护控制电路具有安全隐患。

另外，传统的机械物理控制方式部件易老化损坏，致使调光器失效。也有采用语音控制方式的。如申请号201521093224.8所公开的《语音控制灯》，但其控制方式较为简单，不具有实时交互的功能。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于物联网的多功能调光器，旨在提高照明装置调光的便捷性，增强调光器的可靠性。适用于白炽灯、卤素灯、可调led灯。

本实用新型所提供的一种基于物联网的多功能调光器，包括主控制器和与所述主控制器的输入脚或输出脚连接的多个从控制器，所述从控制器包括：

语音感知和音频处理器，用于采集语音信号并将语音信号转化为脉冲密度调制信号，经音频处理将脉冲密度调制信号转换为数字信号，并将数字信号通过音频总线传送至所述主控制器；

触控检测电路，用于识别手指滑动动作并发送电容信号给所述主控制器转化为调光级别控制指令；

可控硅调光电路，连接在所述主控制器的输出脚，根据所述主控制器收到的语音信号或电容信号对应的控制指令调节可控硅在交流电周期的导通角以控制输出光的亮度；

过零检测电路，用于检测交流电的电压过零信号并将信号以方波形式返回所述主控制器，所述主控制器在以电压过零信号作为基点的一个延长时间段控制所述可控硅调光电路的可控硅导通；

无线通信模块，用于连接至云端服务器将所述主控制器的控制信号与云端服务器同步。

本实用新型通过将若干从控制器的功能模块与一个主控制器连接，主控制器可以是esp32处理器或者具有同等功能的单片机等微控制器，实现调光器的语音控制、触摸控制、无线控制的多种控制。

本实用新型为了实现语音的实时交互调节，所述从控制器还包括语音交互装置和云端服务器，所述语音交互装置包括解码电路和扬声器，所述云端服务器将所述主控制器收到的语音信号进行语义识别后将应答语音信号回传至所述主控制器，所述主控制器收到的应答语音信号通过解码电路解码后经扬声器播放，完成语音信号与调光器之间的语音交互；

所述云端服务器还用于与移动终端的应用程序通信完成调光器的远程调光。

本实用新型的所述触控检测电路为隔离型多级滑动触摸电路，包括触摸感应芯片，所述触摸感应芯片的输入脚通过电路连接至用于触控识别的金属焊盘。当手指在焊盘上方滑动的过程中，与焊盘的重叠面积不同，则手指与焊盘间组成的电容值也不同，通过记录电容充电时间，通过算法分离处理出约二十种状态返回给主控制器，主控制器就可以拥有约二十种不同的调光指令。

本实用新型还从多个方面增加保护机制来保护调光器电路及元器件，连接在主控制器上的从控制器还可以包括温度反馈保护电路、负载反馈保护电路、人体感知电路。

优选地，所述温度反馈保护电路包括一个用于监测所述可控硅电路中可控硅的温度的热敏电阻。热敏电阻可以是ntc热耦电阻，当可控硅温度变化时，ntc热耦电阻的阻值同时出现线性变化，使分压电压发生变化，通过对分压电压值与可控硅的温度关系函数可求得可控硅温度值，即每一个分压电压值对应一个温度值，主控制器收到的温度值信号超过额定值，发出控制指令断开电路。

优选地，所述负载反馈保护电路包括一个串联在负载输出电路上的采样电阻，所述采样电阻的两端连接有功率计量装置。实时计量负载的功率、电压。主控制器通过负载反馈电路中负载的信息后，当负载异常时主控制器主动控制可控硅切断电路，从而保护调光器的电路不受破坏。

优选地，所述人体感知电路包括红外热释电传感器，人体有约37℃的体温，会发出特定波长10μm左右的红外线，红外热释电传器在接收到人体红外辐射温度后就会失去电荷平衡，向外释放电荷，根据此特性，将所述红外热释电传感器连接到特定电路中，直接输出高低电平给主控制器，侦测调光器1.5m范围内人体红外特征，若有人体感应数据，则保持led显示灯点亮，或一分钟无人体信息，则关闭led显示灯。

优选地，本实用新型的所述无线通信模块可以是wifi模块。

本实用新型具有以下优点：

1.本实用新型通过语音感知、触控检测电路结合主控制器实现调光器对可控硅电路的语音、触摸控制，还可通过增加无线通信模块实现应用程序app的远程控制，使调光器的开闭、调光更加便捷，同时调光器的控制面板较之于机械式控制方式更易实现封闭式结构设计，有效避免外界灰尘、水汽等侵蚀调光器。

2.本实用新型通过在负载端加入温度、功率反馈保护电路，一旦存在过温、过压、过载等风险时，可主动切断电路，达到保护电路的目的。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明：

图1为本实用新型基于物联网的多功能调光器的架构框架图；

图2为本实用新型基于物联网的多功能调光器一种触控检测电路的原理图；

图3为本实用新型基于物联网的多功能调光器的负载反馈保护电路原理图；

图4为本实用新型基于物联网的多功能调光器的可控硅调光电路的原理图；

图5为本实用新型基于物联网的多功能调光器温度反馈保护电路、人体感知电路的原理图；

图6为本实用新型基于物联网的多功能调光器的控制及输出反馈流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步解析本实用新型的具体实现方式。在下述示意性实施例中用于解释本实用新型，但并不作为本实用新型的限定。

如图1所示，一种基于物联网的多功能调光器，由单片机esp32处理器作为主控制器，主控制器的输入脚或输出脚上连接有多个从控制器，包括：

语音感知和音频处理器，包括两个型号为nsm0418dt的硅麦克风，用于采集语音信号并将语音信号转化为脉冲密度调制信号，然后将脉冲密度调制信号传输至dsp音频处理器，音频处理器用于将脉冲密度调制信号转换为0或1的数字信号，其对数字信号进行修改、删除、强化并完成对语音信号的过滤等处理后，将数字信号通过i2s音频总线传送至主控制器，主控制器负责调用与信号匹配的控制指令；

触控检测电路，用于识别手指滑动动作并发送电容信号给主控制器；

可控硅调光电路，连接在主控制器的输出脚，用于调节可控硅在交流电周期的导通角；

过零检测电路，用于检测交流电的电压过零信号并将信号以方波形式返回主控制器，主控制器以过零检测电路的过零信号为基点，在交流电的过零时刻再延长一个时间段后控制可控硅导通；

温度反馈保护电路，在主控制器的相对应的引脚上接入温度传感器，包括一个ntc热耦电阻，监测可控硅的实时温度值，若温度超过设定值，则控制可控硅导通角为零，断开电路；

负载反馈保护电路，在主控制器的相对应的引脚上接入功率计，用于实时监测负载两端的电压值以及负载功率值，当负载的电压或功率超过额定值时，主控制器控制可控硅导通角为零，断开电路；

人体感知电路，在主控制器的相对应的引脚上接入红外热释电传感器(下文简称红外传感器)，用于监测人体红外数据，同时在主控制器的相对应的引脚上接入led显示灯，若连续一分钟无红外数据，控制led显示灯熄灭，若监测到红外数据，点亮led显示灯，led显示灯可呈阵列设置。

语音交互装置和云端服务器，语音交互装置用于和硅麦克风采集的语音信号进行实时交互，语音交互装置包括解码电路和扬声器，还可包括功率放大电路。主控制器上语音感知及音频处理装置若侦听到唤醒词，则把语音数据上传至云端服务器进行语义识别，服务器解析语义后把控制指令回传至主控制器，然后语音控制指令的信号经解码电路解码、功率放大电路的放大后由扬声器播放出来，实现与硅麦克风采集的语音信号的交互，达到更先进的人机交互的目的。

图2所示的为一种触控检测电路，其是隔离型多级滑动触摸电路，由铜皮制作的四个金属焊盘t9、金属焊盘t10、金属焊盘t11、金属焊盘t12分别串联电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5后连接到型号为bf6915的触摸感应芯片u1的adc输入脚sns0、sns1、sns2、sns3，电阻r2～r5用于增强触摸按键的抗干扰能力；电容c1、电容c6并联在触摸感应芯片u1的vcc输入端，用于输入电源的滤波，提高触摸感应芯片u1的抗干扰能力。电阻r1、电容c2串联在触摸感应芯片u1的vd引脚和gnd之间，用于调整触摸感应芯片u1按键的灵敏度。触摸感应芯片u1将处理后的按键数据通过引脚sda/txd0、scl/rxd0以i2c的形式发送给主控制器。其基本原理是手指划过金属焊盘时，手指和金属焊盘间形成一组电容，当手指与焊盘的重叠距离不同时，电容值也不同，通过软件计算电容充电时间，便可识别手指滑动的动作。

图3所示的为一种负载反馈保护电路，采样电阻r6串联在灯具的负载输出电路上，采样电阻r6一端由电阻r7、电容c3连接至功率计量芯片d2的引脚vip，另一端由电阻r8、电容c4连接至功率计量芯片d2的引脚vin，分别采集采样电阻r6两端的电压，两者压差除以采样电阻r6的阻值得到负载输出电流，再由电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13串联后连接在火线和零线之间，电阻r12、电阻r13之间的一个连接点连接至功率计量芯片d2的v2p引脚，电阻r13同时并联电容c5进行滤波，采集电阻r12、电阻r13连接处电压，计算得出市电电压，功率计量芯片d2对该数据处理后通过脉冲的形式发送至主控制器，主控制器获取负载信息，在负载功率、电压异常时，主控制器切断可控硅调光电路，从而保护调光器的电路不受破坏。

图4所示为一种可控硅调光电路，可控硅型号为vs1bat16、电感l1、lamp负载d1串联连接交流电路中，可控硅v1的阳极、阴极、控制极连接光耦m1的对应引脚，光耦m1型号为moc3022，可控硅v1的阳极与光耦m1之间连接有电阻r19、电阻r20；电阻r19和电阻r20之间通过电容c8连接至可控硅v1的阴极与电感l1之间，电容c8用于保护光耦m1。光耦m1控制可控硅的导通角。

图5所示为温度反馈保护电路和人体感知电路的原理图，ntc热耦电阻r21和电阻r22串联在+3.3v和gnd之间，ntc热耦电阻r21并联一个用于滤波的电容c9，ntc热耦电阻r21与电容c9的连接点连接分压电压输出点out_tem，分压电压输出点out_tem连接主控制器的采集引脚ad。当可控硅的温度变化时，ntc热耦电阻的阻值同时出现线性变化，使分压电压发生变化，对分压电压进行运算后就可得出可控硅的温度值。型号为am612的红外传感器a1将监测到的人体红外信息以高低电平信号通过引脚out_rm输出至主控制器，电阻r23、电阻r24串联后连接在+3.3v和gnd之间，通过分压方式调整红外传感器a1的灵敏度，另外电阻r24与用于滤波的电容c10并联，用于滤波的电容c11连接在+3.3v和gnd之间。

图6为本实用新型的语音触摸双控及输出反馈的控制策略流程图，主控制器通过无线通信模块连接云端服务器，无线通信模块优先选择wifi模块，云服务器还可链接至移动终端如手机app应用程序实现远程控制。

控制策略主要包括以下步骤：

a.主控制器进行系统初始化，从flash中调取所储存的亮度信息来初始化led显示灯的亮度状态；

b.主控制器连接云端服务器，与服务器同步控制指令，若连不上服务器，则把错误标志位储存至指令区。

c.主控制器与触摸感应芯片进行i2c通信，读取触摸面板(对应金属焊盘)的滑动感应数据并储存至指令区。

d.主控制器读取dsp音频处理器的语音数据，若侦听到唤醒词，则把语音数据上传到云服务器进行语义识别，云服务器解析语义后把应答语音信号指令下发到主控制器中，下发的应答语音信号指令经解码芯片解码、功率放大电路放大后由扬声器播放出来。若侦测不到唤醒词，则跳至下一级程序。

e.主控制器读取指令区亮度指令，在过零点控制可控硅延时导通，控制灯具亮度。

f.主控制器读取ntc热耦电阻的电压，通过算法处理计算出可控硅散热片的温度，若温度超过额定值，则控制可控硅断开电源，若温度未超过额定值，则跳至下一执行程序。

g.主控制器读取功率计的脉冲数据，通过算法处理计算出负载的功率、电压，若电压、功率超过额定值，则控制可控硅断开电源，若未超过额定值，则跳至下一执行程序。

h.主控制器读取指令区的亮度指令，根据亮度指令控制led显示灯的显示状态。

i.主控制器读取红外热释电传感器的数据，若有人体感应数据，则保持led显示灯呈点亮状态，若一分钟无人体信息，则关闭led显示灯。

j.程序结束，返回步骤b运行。

本实用新型的上述实施例并不是对本实用新型保护范围的限定，本实用新型的实施方式不限于此，凡此种种根据本实用新型的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，对本实用新型上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本实用新型的保护范围之内。