技术领域
[0001] 本发明涉及照明设备技术领域，具体为一种基于TOF技术的户外灯具应用方法。
相关背景技术
[0002] 户外灯具，体积小巧，方便携带，我们的日常生活当中经常需要使用到，但是现有的灯具在使用时还存在以下不足：
[0003] 市面上常见的灯具结构固定，功能单一，无法根据应用场景对光的亮度进行控制，随着用户追求灯具的亮度更亮，从而引起相应的安全问题。有的灯具通过红外线发射原理或光敏三极管原理应用，做了相应的处理，还是无法完全解决问题，适用性低且存在使用安全问题，已无法满足用户使用需求。
[0004] 将TOF(飞行时间)技术和户外灯具进行结合，解决了灯具靠近人身、物体，灯具内部装有TOF模块可做相应的设定判断，进一步的解决了灯具靠近的物体不受限制的问题，也解决了光敏三极管原理应用方案对黑色物品无法做出判断的问题，以及红外线发射原理应用受环境光和灯具本身的光源影响大，而无法做出判断的问题。
具体实施方式
[0051] 下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
[0052] 实施例：
[0053] 请参阅图1，一种基于TOF技术的户外灯具应用方法，包括以下步骤：
[0054] S1、设计TOF传感器模块
[0055] 选择适合户外环境的TOF传感器模块，模块由发射器和检测器组成，以确保在各种光照条件下，如强阳光或夜间都能准确接收反射信号。
[0056] 在本实施例中，TOF传感器模块中的发射器负责发出特定频率的脉冲光，而接收器则用于接收反射回来的脉冲光。
[0057] TOF传感器模块设计有良好的防水和抗震能力，用于适应户外环境的恶劣条件。
[0058] S2、确定电子元件
[0059] 选定传感器后，确定所需的其他电子元件，如微控制器(MCU)、计时器、照明驱动电路。
[0060] 在本实施例中，电源管理也是关键因素，应确保灯具能在不同的环境中稳定工作，比如选择高效的电池。需要设计电源管理电路，以有效延长灯具的工作时间，并确保电源对传感器和灯具的供电稳定。
[0061] S3、编写计时器程序
[0062] 如图2所示，利用微控制器中的定时器功能，编写程序以控制TOF传感器模块的脉冲发射和接收，在发射器发出脉冲后，程序需启动计时器，记录脉冲发射的时间，检测器接收到返回脉冲时，计时器停止，此时通过计算时间差，即脉冲的往返时间来推算出目标物体的距离，这个距离就是户外灯具和目标物体的照明距离。
[0063] 在本实施例中，采用方波脉冲的方式，通过计时器直接计算脉冲发射和接收的时间差，进而求得目标物体的距离，基于方波脉冲的脉冲调制法构建脉冲调制方案。
[0064] 如图3和图4所示，进一步的，基于方波脉冲的脉冲调制法构建脉冲调制方案包括以下流程：
[0065] 采用方波调制的照射光源，在数字电路中实现脉冲调制，检测器采用阵列光探测器，发射器采用阵列激光器；
[0066] 阵列光探测器的每一个像素由一个将入射光转换为电流感光单元组成，连接2个由调解模块控制的开关，开关设计为G0和G1，将电流导入不同的储存电荷的电容里，电容设计为C1和C2；
[0067] 在测距过程中，当阵列激光器发射光脉冲的同时，高频开关调到G1、光敏元件连接C1电容、产生相位A的脉冲窗口，C1电容开始接收电荷；
[0068] 一个光脉冲发射完毕，开关调到G0、光敏元件连接C2电容、产生另一个延迟相位B的脉冲窗口，C2电容开始接收电荷；
[0069] 根据电容C1和C2中各自存储的电荷量计算得到目标物体和ToF的距离，即户外灯具和目标物体的照明距离。
[0070] 所述脉冲调制方案中，设定光的速度为c，tp为光脉冲的持续时间，Q1表示C1电容收集的电荷量，Q2表示C2电容收集的电荷量，td表示光脉冲从发射、反射到被接收的飞行时间，则距离d的计算公式如下所示：
[0071]
[0072]
[0073] 由于单个光脉冲的持续时间短，在单帧测量时间内上面所述的发射、接收过程重复几千次，直到达到曝光时间，将不同电容接收的电荷量进行积分，然后计算出脉冲飞行时间，从而得到目标距离。
[0074] 所述脉冲调制方案中，定义最小可测量距离dmin以及最大可测量距离dmax；
[0075] 最小可测量距离dmin：物体距离很近，光脉冲从发射到被反射接收的过程快，在较早的采样周期内电容C1收集完成所有的电荷，而在延迟的采样周期内电容C2没有收集电荷，即E2＝0，代入距离d的计算公式得到dmin＝0；
[0076] 最大可测量距离dmax：物体距离很远，较早的采样周期内光脉冲还没发射到检测器处，即电容C2收集了所有电荷，电容C1中没有收集到电荷，最大可测量距离dmax由光脉冲宽度决定。
[0077] S4、设定距离阈值
[0078] 根据灯具不同的应用场景，设定不同的距离阈值，用于实现灯具的自动控制。
[0079] 在本实施例中，如当目标物体的距离小于某个特定值如5厘米时，灯具自动关闭或调暗；
[0080] 通过实验来确定合适的阈值，以保证灯具在靠近易燃物品时及时响应，避免火灾的发生，同时，基于用户的使用体验，避免在正常使用时误触发。
[0081] S5、实现灯光调节功能
[0082] 在程序中实现灯光强度的调节功能，通过PWM(脉冲宽度调制)技术控制灯具的亮度。
[0083] 在本实施例中，当目标物体靠近灯具时，灯光逐渐减弱，反之则增强，通过编程实现灯具的亮度与距离之间的映射关系，确保灯光调节平滑而自然，避免突兀的亮度变化。
[0084] S6、增加多种模式选择
[0085] 为灯具设计多种工作模式，如常亮模式、感应模式和定时模式，用户根据不同的场景选择合适的工作模式。
[0086] 在本实施例中，在多种工作模式中：
[0087] 在感应模式下，灯具根据目标物体的距离自动调节亮度；
[0088] 在常亮模式下，灯具始终保持设定亮度；
[0089] 在定时模式下，用户设定灯具在特定时间段内自动开启或关闭。
[0090] S7、进行环境适应性测试
[0091] 确保灯具在各种环境下都能正常工作，进行一系列环境适应性测试。
[0092] 在本实施例中，测试内容包括高温、低温、湿度变化、强光照情况测试，评估灯具在极端条件下的性能，同时，测试确保TOF传感器在不同光照条件下的灵敏度，确保其稳定工作，避免因环境变化导致灯具的误触发或故障。
[0093] 在完成初步设计后，对电路进行优化，以提高整个系统的效率和稳定性。可以考虑使用更高效的LED驱动电路，减少功耗，增加电池续航时间。同时，合理布置电路板，以减少干扰和噪声，确保TOF传感器模块的精确性。电路的优化不仅能提升灯具的性能，还能降低生产成本，提高市场竞争力。
[0094] 建立完善的售后服务体系，确保用户在使用过程中遇到问题能够得到及时的帮助和支持。这包括提供详细的使用说明书，设置在线支持平台，以及定期的产品维护和更新服务。通过收集用户反馈，持续改进灯具的功能和性能，确保产品能够长期稳定地满足用户需求，并解决传统灯具技术无法克服的问题。
[0095] 本发明的有益效果是：
[0096] 该基于TOF技术的户外灯具应用方法，通过精确测距和智能控制，不仅提高了灯具在不同环境条件下的反应能力，还能有效防范火灾等安全隐患。同时，该技术能够实现灯光的动态调节，根据目标物体的距离自动调整亮度，从而提升用户的使用体验，解决了光敏三极管原理应用方案对黑色物品无法做出判断的问题，以及红外线发射原理应用受环境光和灯具本身的光源影响大，而无法做出判断的问题，适应多种应用场景，推动智能照明设备向更高效、安全、智能的方向发展。
[0097] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0098] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
