一种智能手电筒的控制系统及方法与流程

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及到一种智能手电筒的控制系统及方法。

背景技术：

在人们进行夜间户外活动或者在夜晚行走时，需要照明设备来进行辅助，传统地手电筒是一种手持式电子照明工具，其包括经由电池供电的灯泡、聚焦反射镜，以及供手持用的手把式外壳。而随着科学技术的发展，目前很多移动终端上也设置了照明手电筒，但其在进行户外活动或者矿下作业等特殊应用场景时不太适用，且其照明单一，不能代替智能手电筒满足用户需求的变化，因此，研究一种适应性高且可满足用户需求的智能手电筒十分有必要。

综上所述，提供一种适应性好、能提高用户体验感受，且操作简单、节能省电的智能手电筒的控制系统及方法，是本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现要素：

本方案针对上文提到的问题和需求，提出一种智能手电筒的控制系统及方法，其由于采取了如下技术方案而能够解决上述技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种智能手电筒的控制系统，包括：手电筒本体和设置在所述手电筒本体内的电子控制板，所述电子控制板包括环境感测单元、中央数据处理单元、通信单元、独立供电单元和智能显示单元；

所述环境感测单元用于获取外界环境的特定信息并将所述信息进行预处理后发送至所述中央数据处理单元，所述环境感测单元包括信息感知模块、信息预处理模块和高速隔离输出模块，所述信息感知模块、所述信息预处理模块和所述高速隔离输出模块依次相连接，所述特定信息包括环境光线信息、当前坐标信息、气象信息和温湿度信息中的至少一种；

所述中央数据处理单元包括指令输入模块、数据分析处理模块、电子地图模块、数据库存储模块和关联列表，所述指令输入模块用于用户设置控制模式和辅助娱乐模式的参数数据，所述数据分析处理模块用于接收所述环境感测单元发送的环境信息后进行分析并根据用户设置的模式参数数据输出照明信号，所述电子地图模块用于进行在线和离线导航，所述数据库存储模块用于存储运行数据及用户设置参数数据，所述关联列表用于将预设参数数据与各模式进行关联形成关联列表，所述辅助娱乐模式在系统供电量超过55％时可选择有效，否则无效，辅助娱乐包括音频播放模块；

所述通信单元用于与外界终端进行通讯和数据交流，所述通信单元包括低功耗蓝牙模块、无线网络通讯模块和数据加解密模块，所述通信单元与所述中央数据处理单元相连接；

所述独立供电单元用于为所述电子控制板提供所需稳定电压源，所述独立供电单元包括锂电池供电模块、太阳能供电模块、供电自动切换模块和电压转换模块，所述锂电池供电模块和所述太阳能供电模块均与所述供电自动切换模块电连接，所述供电自动切换模块的输出端与所述电压转换模块的输入端相连，所述独立供电单元设置在留有出线口和散热孔的绝缘外壳内；

所述智能显示单元用于显示用户设置模式、所述特定信息、电子地图和供电方式，所述智能显示单元包括液晶显示面板、液晶驱动模块和自动背光调节模块，所述液晶显示面板镶嵌在所述所述手电筒本体上，所述液晶显示面板和所述自动背光调节模块均与所述液晶驱动模块电连接。

进一步地，还包括照明模式调整单元，所述照明模式调整单元包括照明参数比较模块和照明模式存储模块，所述照明模式存储模块用于存储各照明模式对应的参数比较差值，所述照明参数比较模块用于将检测环境参数值与设定的参数上下限阈值进行比较输出比较差值，根据所述比较差值在所述照明模式存储模块中查找出对应照明模式，并将所述对应照明模式的控制信息发送至所述数据分析处理模块。

更进一步地，所述锂电池供电模块包括锂电池和锂电池安全管理模块；所述太阳能供电模块包括太阳能光伏板、光伏控制器和太阳能蓄电池，所述太阳能光伏板、所述光伏控制器和所述太阳能蓄电池依次电连接。

更进一步地，所述供电自动切换模块包括滤波电容c1、电阻r1至电阻r5、三极管q1至三极管q3，所述滤波电容c1的一端与所述电阻r2的一端和所述三极管q2的发射极并联后与所述太阳能蓄电池的正极相连，所述滤波电容c1的另一端接地，所述电阻r2的另一端与所述三极管q2的基极、电阻r1的一端和所述电阻r3的一端并接，所述电阻r1的另一端与所述三极管q1的集电极相连，所述三极管q1的基极与所述电池组供电模块输出端相连，所述三极管q1的发射极通过所述电阻r4与所述三极管q3的基极并接，所述三极管q3的发射极接地，所述三极管q3的集电极与所述电阻r3的另一端并接，所述三极管q2的集电极与所述电压转换模块的输入端相连，所述电阻r5并接在所述三极管q3的基极与所述数据分析处理模块之间，所述电压转换模块包括dc-dc转换器。

更进一步地，还包括散热单元，所述散热单元用于在所述电子控制板长时间工作时使其温度不致过高，所述散热单元包括热敏电阻、tec制冷器和自动温控调节模块，所述热敏电阻和所述tec制冷器均与所述自动温控调节模块电连接，所述自动温控调节模块采用基于pid模糊控制的方法进行温控调节。

更进一步地，所述基于pid模糊控制的方法包括：首先将所述热敏电阻检测到的电子控制板的温度偏差u和偏差变化uc作为输入变量，采用二维模糊控制器，确定输出变量为pid参数的修正量△kp、△ti、△td；所述二维模糊控制器根据设定的模糊控制规则得到pid参数的修正量△kp、△ti、△td的模糊控制查询表；根据所述模糊控制查询表和公式kp＝kp1+△kp,ti＝ti1+△ti,td＝td1+△td计算pid参数的整定值kp、ti、td，其中，kp1、ti1、td1是kp、ti、td的初始值；根据上述得到的整定值以及公式计算温度调节的输出值,其中，t为采样周期，i为采样序号，所述输出值经d/a转换转换后形成驱动信号输入所述tec制冷器驱动所述tec制冷器工作。

更进一步地，所述中央数据处理单元还包括外部接口模块，所述外部接口模块包括usb接口、程序调试接口、i/o扩展接口和光耦隔离模块，所述usb接口、所述程序调试接口和所述i/o扩展接口通过所述光耦隔离模块与所述数据分析处理模块相连接。

一种智能手电筒的控制方法，具体步骤包括：

s1:系统上电，完成初始化和自检后，通过扫描所述指令输入模块是否输入设置参数，若无则默认按照上次设定模式进行照明，若有则分析所述设置参数对应控制模式进行照明控制，所述控制模式包括自动控制模式和手动控制模式；

s2:当用户选择自动控制模式时，所述信息感知模块通过各传感器将检测到的所述特定信息发送给所述信息预处理模块，由所述信息预处理模块进行数据去冗、格式修正和滤波，并将与处理后的型号通过所述高速隔离输出模块发送给所述数据分析处理模块；

s3:所述数据分析处理模块将数据分析分类后传输至所述照明参数比较模块，所述照明参数比较模块将检测环境参数值与设定的参数上下限阈值进行比较输出比较差值，根据所述比较差值在所述照明模式存储模块中查找出对应照明模式，并将所述对应照明模式的控制信息发送至所述数据分析处理模块，由所述数据分析处理模块输出照明信号并通过所述智能显示单元显示当前地理位置信息和照明模式信息；

s4:当用户选择手动控制模式时，所述数据分析处理模块用于接收所述环境感测单元发送的环境信息后进行分析并根据用户设置的模式参数数据输出照明信号并通过所述智能显示单元显示当前地理位置信息和照明模式信息。

更进一步地，所述自动控制模式由所述数据分析处理模块根据检测到的环境数据参数和所述关联列表关联的照明模式对比分析输出照明信号，所述手动控制模式由所述数据分析处理模块根据用户设置的数据参数和所述关联列表关联的照明模式对比分析输出照明信号。

从上述的技术方案可以看出，本发明的有益效果是：本发明适应性好、提高了用户体验感受，且操作简单、节能省电。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，下文中将结合附图对实施本发明的最优实施例进行更详尽的描述，以便能容易地理解本发明的特征和优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下文将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，其中，附图仅仅用于展示本发明的一些实施例，而非将本发明的全部实施例限制于此。

图1为本发明中智能手电筒的控制系统的组成示意图。

图2为本发明中智能手电筒的控制方法的步骤示意图。

图3为本实施例中基于pid模糊控制的方法的步骤示意图。

图4为本发明中供电自动切换模块的电路接口示意图。

具体实施方式

为了使得本发明的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。附图中相同的附图标记代表相同的部件。需要说明的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种本发明适应性好、提高了用户体验感受，且操作简单、节能省电的智能手电筒的控制系统及方法。如图1至图4所示，该系统包括：手电筒本体和设置在所述手电筒本体内的电子控制板，所述电子控制板包括环境感测单元、中央数据处理单元、通信单元、独立供电单元和智能显示单元。本系统还包括照明模式调整单元，所述照明模式调整单元包括照明参数比较模块和照明模式存储模块，所述照明模式存储模块用于存储各照明模式对应的参数比较差值，所述照明参数比较模块用于将检测环境参数值与设定的参数上下限阈值进行比较输出比较差值，根据所述比较差值在所述照明模式存储模块中查找出对应照明模式，并将所述对应照明模式的控制信息发送至所述中央数据处理单元的数据分析处理模块。

在本系统中，所述环境感测单元用于获取外界环境的特定信息并将所述信息进行预处理后发送至所述中央数据处理单元，所述环境感测单元包括信息感知模块、信息预处理模块和高速隔离输出模块，所述信息感知模块、所述信息预处理模块和所述高速隔离输出模块依次相连接，所述特定信息包括环境光线信息、当前坐标信息、气象信息和温湿度信息中的至少一种，而所述智能显示单元用于显示用户设置模式、所述特定信息、电子地图和供电方式，所述智能显示单元包括液晶显示面板、液晶驱动模块和自动背光调节模块，所述液晶显示面板镶嵌在所述所述手电筒本体上，所述液晶显示面板和所述自动背光调节模块均与所述液晶驱动模块电连接。在本实施例中，环境光线信息包括色温及光线强度等信息，可以为系统提供环境的光线参数，当前坐标信息可由卫星导航系统获得通过电子地图模块为用户提供离线或者在线导航，气象信息会自动在无线网络通信状态好时进行周期性更新，所述温湿度信息可更好地为用户提供外界环境数据提供参考。

所述中央数据处理单元包括指令输入模块、数据分析处理模块、电子地图模块、数据库存储模块和关联列表，所述指令输入模块用于用户设置控制模式和辅助娱乐模式的参数数据，所述数据分析处理模块用于接收所述环境感测单元发送的环境信息后进行分析并根据用户设置的模式参数数据输出照明信号，所述电子地图模块用于进行在线和离线导航，所述数据库存储模块用于存储运行数据及用户设置参数数据，所述关联列表用于将预设参数数据与各模式进行关联形成关联列表，所述辅助娱乐模式在系统供电量超过55％时可选择有效，否则无效，辅助娱乐包括音频播放模块，其中，所述中央数据处理单元还包括外部接口模块，所述外部接口模块包括usb接口、程序调试接口、i/o扩展接口和光耦隔离模块，所述usb接口、所述程序调试接口和所述i/o扩展接口通过所述光耦隔离模块与所述数据分析处理模块相连接。

所述通信单元用于与外界终端进行通讯和数据交流，所述通信单元包括低功耗蓝牙模块、无线网络通讯模块和数据加解密模块，所述通信单元与所述中央数据处理单元相连接，本实施例中，所述数据加解密模块采用aes对称加密算法进行数据传输加解密。

所述独立供电单元用于为所述电子控制板提供所需稳定电压源，所述独立供电单元包括锂电池供电模块、太阳能供电模块、供电自动切换模块和电压转换模块，所述锂电池供电模块和所述太阳能供电模块均与所述供电自动切换模块电连接，所述供电自动切换模块的输出端与所述电压转换模块的输入端相连，所述独立供电单元设置在留有出线口和散热孔的绝缘外壳内，其中，所述锂电池供电模块包括锂电池和锂电池安全管理模块；所述太阳能供电模块包括太阳能光伏板、光伏控制器和太阳能蓄电池，所述太阳能光伏板、所述光伏控制器和所述太阳能蓄电池依次电连接，在本实施例中，所述锂电池安全管理模块包括锂电池管理芯片。

如图4所示，所述供电自动切换模块包括滤波电容c1、电阻r1至电阻r5、三极管q1至三极管q3，所述滤波电容c1的一端与所述电阻r2的一端和所述三极管q2的发射极并联后与所述太阳能蓄电池的正极相连，所述滤波电容c1的另一端接地，所述电阻r2的另一端与所述三极管q2的基极、电阻r1的一端和所述电阻r3的一端并接，所述电阻r1的另一端与所述三极管q1的集电极相连，所述三极管q1的基极与所述电池组供电模块输出端相连，所述三极管q1的发射极通过所述电阻r4与所述三极管q3的基极并接，所述三极管q3的发射极接地，所述三极管q3的集电极与所述电阻r3的另一端并接，所述三极管q2的集电极与所述电压转换模块的输入端相连，所述电阻r5并接在所述三极管q3的基极与所述数据分析处理模块之间，数据分析处理模块包括控制器，所述电压转换模块包括dc-dc转换器。所述供电自动切换模块的原理如下：当蓄电池供电时，u2为高电平使三极管q1导通，同时把q2的基极拉至低电平，使其导通,蓄电池电源u2经过电压转换模块给电路供电，控制器在初始时把q3基极置高，故此时q1也是导通的。当蓄电池供电不足时，u2变成低电平，三极管q1截止，但由于此时q3是导通的，所以q2仍导通，故此时由锂电池组供电，当蓄电池电压升高后，再由其进行供电。

本系统为保证手电筒在长时间工作时系统运行效率及安全不受影响，还设置了散热单元，所述散热单元用于在所述电子控制板长时间工作时使其温度不致过高，所述散热单元包括热敏电阻、tec制冷器和自动温控调节模块，所述热敏电阻和所述tec制冷器均与所述自动温控调节模块电连接，所述自动温控调节模块采用基于pid模糊控制的方法进行温控调节。如图3所示，所述基于pid模糊控制的方法包括：a.首先将所述热敏电阻检测到的电子控制板的温度偏差u和偏差变化uc作为输入变量，采用二维模糊控制器，确定输出变量为pid参数的修正量△kp、△ti、△td；b.所述二维模糊控制器根据设定的模糊控制规则得到pid参数的修正量△kp、△ti、△td的模糊控制查询表；c.根据所述模糊控制查询表和公式kp＝kp1+△kp,ti＝ti1+△ti,td＝td1+△td计算pid参数的整定值kp、ti、td，其中，kp1、ti1、td1是kp、ti、td的初始值；d.根据上述得到的整定值以及公式计算温度调节的输出值,其中，t为采样周期，i为采样序号，所述输出值经d/a转换转换后形成驱动信号输入所述tec制冷器驱动所述tec制冷器工作。

如图2所示，一种智能手电筒的控制方法，具体步骤包括：

s1:系统上电，完成初始化和自检后，通过扫描所述指令输入模块是否输入设置参数，若无则默认按照上次设定模式进行照明，若有则分析所述设置参数对应控制模式进行照明控制，所述控制模式包括自动控制模式和手动控制模式；

s2:当用户选择自动控制模式时，所述信息感知模块通过各传感器将检测到的所述特定信息发送给所述信息预处理模块，由所述信息预处理模块进行数据去冗、格式修正和滤波，并将与处理后的型号通过所述高速隔离输出模块发送给所述数据分析处理模块；

s3:所述数据分析处理模块将数据分析分类后传输至所述照明参数比较模块，所述照明参数比较模块将检测环境参数值与设定的参数上下限阈值进行比较输出比较差值，根据所述比较差值在所述照明模式存储模块中查找出对应照明模式，并将所述对应照明模式的控制信息发送至所述数据分析处理模块，由所述数据分析处理模块输出照明信号并通过所述智能显示单元显示当前地理位置信息和照明模式信息；

s4:当用户选择手动控制模式时，所述数据分析处理模块用于接收所述环境感测单元发送的环境信息后进行分析并根据用户设置的模式参数数据输出照明信号并通过所述智能显示单元显示当前地理位置信息和照明模式信息。上述的所述自动控制模式由所述数据分析处理模块根据检测到的环境数据参数和所述关联列表关联的照明模式对比分析输出照明信号，所述手动控制模式由所述数据分析处理模块根据用户设置的数据参数和所述关联列表关联的照明模式对比分析输出照明信号。

应当说明的是，本发明所述的实施方式仅仅是实现本发明的优选方式，对属于本发明整体构思，而仅仅是显而易见的改动，均应属于本发明的保护范围之内。