基于微动敏感坐垫和闭气的智能灯开关控制方法与流程

本发明涉及灯具控制技术领域，尤其是涉及一种基于微动敏感坐垫和闭气的智能灯开关控制方法。

背景技术：

随着物联网技术的发展，智能家居逐步走进普通家庭。就智能灯而言，现在市场上的智能灯均通过手机app或遥控器实现灯泡的开关和色彩控制，如果不能熟练操作手机及遥控器，智能灯将蜕变成普通灯，降低了智能灯的体验效果，限制了智能灯的推广使用。

技术实现要素：

本发明的发明目的是为了克服现有技术中的智能灯操作不便的不足，提供了一种基于微动敏感坐垫和闭气的智能灯开关控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于微动敏感坐垫和闭气的智能灯开关控制方法，微动敏感坐垫包括设于座椅上的坐垫，设于坐垫中的pvdf膜和一条金属线；还包括与pvdf膜电连接的信号采集处理电路，与金属线连接的人体传感电路；信号采集处理电路和人体传感电路均与具有a/d转换功能的信号处理芯片电连接；

包括如下步骤：

(1-1)人坐在坐垫上，pvdf膜获得人体的体动信号；

(1-2)信号采集处理电路位于坐垫侧面、底部或其它不易被触碰到的位置，信号采集处理电路采集到体动信号的模拟信号；

(1-3)模拟信号经过信号采集处理电路处理后进行了放大，处理后的信号记为：bcg[k]，k＝0，1，2，……，n-1；其中，n的数据的长度；信号采集处理电路将bcg[k]输送到信号处理芯片中，信号处理芯片对bcg[k]进行去均值和归一化处理；

(1-4)信号处理芯片提取呼吸闭气信号，用闭气信号呼吸控制灯泡开关状态。

本发明提出的利用人体生物信号(比如呼吸、心率)实现智能灯泡的开关操作技术，可以彻底解放人的双手。

随着传感器技术的进步，使得通过微动敏感压力传感器测量呼吸、心搏和其他身体运动所产生的压力变化成为可能，本发明提取人的呼吸的闭气信号实现对智能灯的打开和关闭功能，为用户智能灯开关控制提供更多、更有趣的选择。

作为优选，还包括倍率自动调节的步骤：

由于人的体重、呼吸、心跳力度有较大的差异，利用如下公式对信号采集处理电路中的放大电路的放大倍率进行自适应反馈调节：

(2-1)对bcg[k]进行去均值处理，去均值后的信号计算公式如下：

(2-2)求去均值后的信号的均方根包络

假设计算包络时窗口的长度为w(为奇数)；

(2-2-1)对前(w-1)/2个点，即0≤i≤(w-1)/2时，则均方根包络按如下公式计算：

(2-2-2)对于最后的(w-1)/2个点，即n-(w-1)/2≤i≤n-1，则均方根包络按如下公式计算：

(2-2-3)对中间的点，即(w-1)/2＜i＜n-(w-1)/2时，则均方根包络按下式计算：

(2-3)计算包络信号均值

如果env_m大于预设门限上限，则表明放大倍率太大，将放大倍率降低为原放大倍率的一半；

如果env_m小于预设门限下限，则表明放大倍率太小，将放大倍率升高为原放大倍率的2倍；

否则，保持现在的放大倍率不变。

作为优选，对bcg[k]进行去均值和归一化处理包括如下步骤：

将去均值和归一化的信号分别记为bcg_rm[k]和bcg_nm[k]，其计算方式如下：

bcg_nm[k]＝bcg_rm[k]/std_rm

其中，

作为优选，步骤(1-4)包括如下具体步骤：

(4-1)信号处理芯片对bcg[k]进行去均值和归一化处理后的信号进行呼吸信号提取：

设定高通滤波器[b_hp，a_hp]和低通滤波器[b_lp，a_lp]：

[b_hp，a_hp]＝butter(3，0.0008，’high’)；

[b_lp，a_lp]＝butter(5，0.0096)；

其中，butter()表示巴特沃斯滤波器，3和5分别表示滤波器的阶数；0.0008为滤波器的通带起始频率，’high’表示滤波器为高通滤波器；0.0096为滤波器的阻带起始频率；

b_hp，a_hp分别为高通滤波器的滑动平均系数和自回归系数，b_lp，a_lp分别为低通滤波器滑动平均和自回归系数；

利用如下公式对bcg[k]进行去均值和归一化处理后的信号进行正、反双向滤波处理，实现滤波后信号与原信号的零相移；

tmp＝filtfilt(b_lp，a_lp，bcg_nm)

resp＝filtfilt(b_hp，a_hp，tmp)，

其中，tmp为中间变量，resp为提取的呼吸信号，filtfit()为正、反双向滤波处理函数；

(4-2)信号处理芯片进行闭气判断：

计算m个t秒内的呼吸信号的能量eng[j3]，并求其均值eng_m：

其中，fs为采样频率；

将最近的1个t秒内的呼吸信号的能量记为eng_inst；

比较eng_inst与eng_m，判断是否闭气，并设置闭气标志为flag；

若eng_inst≤0.7eng_m，则flag＝1，代表闭气状态；

否则flag＝0，表示正常呼吸状态；

(4-3)如果flag＝1，信号处理芯片发出改变灯泡开关状态的信号，否则，不进行任何操作。

作为优选，信号采集处理电路包括依次电连接的第一放大电路、第一陷波电路、第二放大电路和第二陷波电路；pvdf膜的正极、负极和接地端均与第一放大电路电连接，第二陷波电路与单片机分别与信号处理芯片电连接。

作为优选，人体传感电路包括bs83a04a-4芯片和若干个电阻，bs83a04a-4芯片分别与金属线、各个电阻和信号处理芯片电连接。

因此，本发明具有如下有益效果：可以用闭气信号控制智能灯的开关，可以彻底解放人的双手，为手机及遥控器控制不方便者提供了便利。

附图说明

图1是本发明的一种流程图；

图2是本发明的信号采集处理电路的第一放大电路的一种电路图；

图3是本发明的第一陷波电路的一种电路图；

图4是本发明的人体传感电路的一种电路图；

图5是本发明的一种原理框图。

图中：信号采集处理电路1、人体传感电路2、信号处理芯片3、pvdf膜4、第一放大电路11、第一陷波电路12、第二放大电路13、第二陷波电路14。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1所示的实施例是一种基于微动敏感坐垫和闭气的智能灯开关控制方法，微动敏感坐垫包括设于座椅上的坐垫，设于坐垫中的pvdf膜4和一条金属线；如图5所示，还包括与pvdf膜电连接的信号采集处理电路1，与金属线连接的人体传感电路2；信号采集处理电路和人体传感电路均与具有a/d转换功能的信号处理芯片3电连接；

步骤100，人坐在坐垫上，pvdf膜获得人体的体动信号；

步骤200，信号采集处理电路位于坐垫侧面、底部或其它不易被触碰到的位置，信号采集处理电路采集到体动信号的模拟信号；

步骤300，模拟信号经过信号采集处理电路处理后进行了放大，处理后的信号记为：bcg[k]，k＝0，1，2，……，n-1；其中，n的数据的长度；信号采集处理电路将bcg[k]输送到信号处理芯片中，信号处理芯片对bcg[k]进行去均值和归一化处理；

对bcg[k]进行去均值和归一化处理包括如下步骤：

将去均值和归一化的信号分别记为bcg_rm[k]和bcg_nm[k]，其计算方式如下：

bcg_nm[k]＝bcg_rm[k]/std_rm

其中，

步骤400，信号处理芯片提取呼吸闭气信号，用闭气信号呼吸控制灯泡开关状态；

步骤410，信号处理芯片对bcg[k]进行去均值和归一化处理后的信号进行呼吸信号提取：

设定高通滤波器[b_hp，a_hp]和低通滤波器[b_lp，a_lp]：

[b_hp，a_hp]＝butter(3，0.0008，’high’)；

[b_lp，a_lp]＝butter(5，0.0096)；

其中，butter()表示巴特沃斯滤波器，3和5分别表示滤波器的阶数；0.0008为滤波器的通带起始频率，’high’表示滤波器为高通滤波器；0.0096为滤波器的阻带起始频率；

b_hp，a_hp分别为高通滤波器的滑动平均系数和自回归系数，b_lp，a_lp分别为低通滤波器滑动平均和自回归系数；

利用如下公式对bcg[k]进行去均值和归一化处理后的信号进行正、反双向滤波处理，实现滤波后信号与原信号的零相移；

tmp＝filtfilt(b_lp，a_lp，bcg_nm)

resp＝filtfilt(b_hp，a_hp，tmp)，

其中，tmp为中间变量，resp为提取的呼吸信号，filtfit()为正、反双向滤波处理函数；

步骤420，信号处理芯片进行闭气判断：

计算m个t秒内的呼吸信号的能量eng[j3]，并求其均值eng_m：

其中，fs为采样频率；

将最近的1个t秒内的呼吸信号的能量记为eng_inst；

比较eng_inst与eng_m，判断是否闭气，并设置闭气标志为flag；

若eng_inst≤0.7eng_m，则flag＝1，代表闭气状态；

否则flag＝0，表示正常呼吸状态；

步骤430，如果flag＝1，信号处理芯片发出改变灯泡开关状态的信号，否则，不进行任何操作。

另外，还包括倍率自动调节的步骤：

由于人的体重、呼吸、心跳力度有较大的差异，利用如下公式对信号采集处理电路中的放大电路的放大倍率进行自适应反馈调节：

(2-1)对bcg[k]进行去均值处理，去均值后的信号计算公式如下：

(2-2)求去均值后的信号的均方根包络

假设计算包络时窗口的长度为w(为奇数)；

(2-2-1)对前(w-1)/2个点，即0≤i≤(w-1)/2时，则均方根包络按如下公式计算：

(2-2-2)对于最后的(w-1)/2个点，即n-(w-1)/2≤i≤n-1，则均方根包络按如下公式计算：

(2-2-3)对中间的点，即(w-1)/2＜i＜n-(w-1)/2时，则均方根包络按下式计算：

(2-3)计算包络信号均值

如果env_m大于预设门限上限，则表明放大倍率太大，将放大倍率降低为原放大倍率的一半；

如果env_m小于预设门限下限，则表明放大倍率太小，将放大倍率升高为原放大倍率的2倍；

否则，保持现在的放大倍率不变。

如图5所示，信号采集处理电路包括依次电连接的第一放大电路11、第一陷波电路12、第二放大电路13和第二陷波电路14；pvdf膜的正极、负极和接地端均与第一放大电路电连接，第二陷波电路与单片机分别与信号处理芯片电连接。

人体传感电路包括bs83a04a-4芯片和若干个电阻，bs83a04a-4芯片分别与金属线、各个电阻和信号处理芯片电连接。

图2是信号采集处理电路的第一放大电路的电路图，第二放大电路和第一放大电路的结构相同；图3是第一陷波电路的电路图，第二陷波电路和第一陷波电路的结构相同；图4是人体传感电路的电路图。信号处理芯片的型号为stm32f103c8t6。

应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。