一种基于超声定位的led无影灯智能调光系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及到一种医疗专用照明设备，尤其涉及到一种智能化的LED无影灯调光 系统。
【背景技术】
[0002] 手术无影灯是医院手术室必备的重要医疗设备之一，其光照位置及亮度能否得到 及时调整将影响到手术的正常进行，另外，手术无影灯的光亮度及无影度等性能的好坏直 接关系到手术质量和病人健康；传统的无影灯多采用人工方式调节，这种调节是操作者依 据自身的舒适度人为调整的，光亮度的准确度难以保证，存在很大的局限性。手术行进中， 医生的头、手和器械均会对手术区域造成遮挡形成阴影，如果不及时消除，必将会影响手术 正常进行。现有的无影灯虽然配有亮度调节器，可进行亮度调节，但是，不能完全消除阴影， 只能减弱阴影的影响；同时，这种调节是通过操作者手动完成的，具有一定的模糊性，实时 性、精确性不够高，且容易造成手术环境污染，影响手术正常进行。
[0003] 目前，手术无影灯的实时自动调光技术的报道尚不多见。随着全球医疗设备的数 字化、信息化、智能化的发展，手术无影灯的自动数字化调光技术正逐步成为一个研究热 点。
[0004] 针对目前无影灯技术存在的调光效果差、调节不方便、实时性差、无影效果不高、 安全可靠性差、手工调整频繁等问题，迫切需要一种新型的无影灯智能调光技术替代传统 的无影灯。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种基于超声定位的LED无影灯智能调光系统， 该系统利用信息化技术手段，采用超声波传感器组成的空间阵列，对进入照明区域的遮挡 物进行空间定位，运用数字信号处理技术、人工神经网络技术、计算机控制技术等现代信息 技术构建一种新型的无影灯智能化调光系统，该系统能够解决现有的技术中存在的使用不 方便，调节效果不理想等问题。该实现手术无影灯自适应调光，达到实时调节无影灯的照明 位置和亮度、消除工作面阴影使光斑照度均匀、恒定的目的。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于超声定位的LED无影灯智能调光 系统，该系统包括主控板、光感应传感器、超声波传感器阵列、超声波控制板、测距定位模 块、照度分析模块、通信模块、ARM处理器、界面控制模块、LED控制板、LED光源组件和IXD触 摸屏单元模块，其中，照度分析模块、ARM处理器、通信模块、测距定位模块和界面控制模块 设置于主控板内，该系统由嵌入式微处理器、光电传感器、超声波定位检测技术构建而成， 该系统以ARM微处理器为核心，采用光电传感器和超声波传感技术实现系统的闭环控制；
[0007] 系统由ARM处理器作为核心控制单元，负责整个系统的控制和管理，系统工作时， 通过LCD触摸屏设定照明模式和所需的照度值，启动运行后LED无影灯系统按照设定值自 动调节工作面照度，并稳定到设定的照度值，若照明区域出现遮挡物造成工作面出现阴影， 超声波定位模块会检测到遮挡物并确定其空间位置，系统会根据遮挡物的位置自动将被遮 挡区域对应的LED灯的亮度降低，而其他区域的LED灯亮度则相应的增加，系统在工作过程 中，当环境光强发生变化时，光感应传感器会检测到光强的变换，ARM处理器会通知LED驱 动控制器调节LED光源的亮度，保持照明区域光强的恒定；
[0008] 光感应传感器负责监测照明区域内的照度变化，当环境光和干扰光源影响工作区 域的照度时，照度分析模块会计算出工作面照度的变化，从而通知ARM微处理器进行自适 应调节，将干扰光源的影响消除，使工作面上的照度始终保持恒定不变。
[0009] 通过超声波传感器阵列获取照明区域的超声波回波信号，回波信号检测模块对反 射波信号进行滤波和增强处理，提取回波的延时参数，计算每个超声波传感器到达目标的 距离，经过超声波控制板处理完的数据被送入主控板，由主控板的超声波测距定位模块进 行处理。
[0010] 该系统运用了数字信号处理算法、人工神经网络理论解决照明区域目标的识别问 题，通过建立照明区域目标定位的神经网络模型，对照明区域遮挡物空间位置进行分析和 判断，计算出遮挡物的空间位置，再根据光学投射原理找到被遮挡物遮挡的LED灯所在区 域，通过照度补偿模型计算出灯盘各部分的LED阵列的驱动电流值，最后再通过LED恒流驱 动器控制相应的LED阵列发光强度，实现实时调节无影灯各部分光源的亮度。
[0011] 本系统还具有智能化的人机交互控制接口，通过触摸屏用户设置无影灯的工作模 式，工作模式分为标准模式和自定义模式，标准模式是根据预先设计好的几种手术场景而 定义的照明模式，用户只需选择适合自己的模式，系统就会自动按该模式进行控制；自定义 模式可根据用户的喜好，任意设置照明模式，系统就能按用户设定的模式进行控制，用户设 置的数据可通过IXD显示屏显示出来，工作过程中的照度信息也可通过IXD显示屏实时显 不。
[0012] 超声波传感器阵列以扫描方式进行回波检测，超声波传感器阵列上设有带通滤波 器，将有效的回波信号提取出来。
[0013] 本发明采用该系统后，其有益效果为：
[0014] (1)建立了基于超声波定位处理技术的智能化调光系统，实现对工作区域自动调 光控制，使照明区域的照度恒定在设定值；
[0015] (2)实现对照明区域内的活动目标的实时跟踪与定位，能有效检测和判断遮挡物 的位置和区域，从而消除阴影，实现真正意义上的无影灯；
[0016] (3)具有工作区照度连续可调的特定，用户可以任意设定一个照度值，系统就能自 动跟踪并锁定在设置的照度值上；
[0017] (4)本设计是一种智能化的自动控制系统，用户只需预先设置好控制参数，就能实 现整个控制过程，调节过程中不需人工干预；
[0018] (5)此外，本发明还具有调节范围宽，调节精度高的优点，在调节范围内能连续平 滑的进行亮度调节，调节的步距小，无闪烁和跳跃，光斑均匀度高，具有较高调节品质。
[0019] (6)本发明采用超声波定位技术检测手术区域遮挡物的空间位置，通过嵌入式微 处理器系统对多个LED阵列进行控制从而实现手术无影灯自适应调光，达到实时调节无影 灯的照明位置和亮度、消除工作面阴影使光斑照度均匀、恒定的目的。
[0020] (7)本发明系统结构简单，成本低，功耗低，体积小，可靠性高等优点，能使光源发 光效能和节能效果达到最佳状态。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明LED无影灯智能调光系统结构框图。
[0022] 图2为本发明LED无影灯智能调光系统中超声波传感器阵列图。
[0023] 图3为本发明LED无影灯智能调光系统中超声波定位计算原理示意图。
[0024] 图4为本发明LED无影灯智能调光系统中空间位置映射神经网络模型示意图。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明，不能理解为是对本发明的 限制；
[0026] 根据图1所示，一种基于超声定位的LED无影灯智能调光系统，该系统包括主控 板、光感应传感器、超声波传感器阵列、超声波控制板、测距定位模块、照度分析模块、通信 模块、ARM处理器、界面控制模块、LED控制板、LED光源组件和IXD触摸屏单元模块，其中， 照度分析模块、ARM处理器、通信模块、测距定位模块和界面控制模块设置于主控板内，该系 统由嵌入式微处理器、光电传感器、超声波定位检测技术构建而成，该系统以ARM微处理器 为核心，采用光电传感器和超声波传感技术实现系统的闭环控制；
[0027] 系统由ARM处理器作为核心控制单元，负