一种用于室内环境健康智能调控系统

智能家居系统能远程监控并调节室内环境 #生活知识# #生活感悟# #科技生活变迁# #智能生活#

本发明涉及智能家居，具体涉及一种用于室内环境健康智能调控系统。

背景技术：

1、随着社会基本物质生活的满足，更进一步的健康、舒适的室内空间环境已经成为人们研究与追求的热点和趋势。因此，很多的场所、家庭引入了，智能家居系统，智能家居中最主要的设计就是，应用在全宅灯光、电器设备的智能管理，包括可以用遥控等多种智能控制方式实现对全宅灯光的遥控开关，调光，(区域)全开全关及“会客、影院”等多种一键式灯光场景效果的实现；并可用定时控制、电话远程控制、电脑本地及互联网远程控制等多种控制方式实现功能，从而达到智能照明的节能、环保、舒适、方便的功能，同理，根据舒适度的各方面，如冷暖、睡眠等，用户可以通过在智能控制端，接入空调、音箱等以达到全宅的电器设备，随着设定程序进行调节的效果。

2、现有技术的物联网智能家居应用在室内生活中，更多的是以室内外环境采集器、时间等因素作为计算基础，通过智能终端程序预设的策略，匹配对应的措施对电器设备进行调节，如中国专利：cn202110259470.x一种智能化照明控制系统及控制方法，同理通过控制目标房间内的发光源来实现，引入了对多个区域进行划分光感采集，使得照明设备能够更加精确而稳定地维持办公区域内的光照；而这种智能控制的方法，应用在教育体系时生硬的将其直接根据需求进行改造，如cn201711358810.4一种健康智能教室照明系统，提供了一种通过设定灯光亮度等，以控制灯光调节来营造一个良好的教室环境，达到具有良好视觉环境、又能保护学员视力健康等效果；一定程度上，能够达到想要获得的以智能调节环境影响人员的效果。

3、但是，上述的方案中还存在以下不足，参考上述的照明系统设计，其调节参数一般采用设定固定数值进行，即设定一个在满足一定特定条件下的亮度数值，随后，通过光感采集当前亮度与之计算，再以发光设备亮度调节，直至当前亮度达到设定亮度的方式；但是，现有技术没有考虑到，区域内的亮度调节的目的是以人为重心,而单纯的以设定固定数值调节，而在研究中我们发现，光照强度的影响不仅有正面，还有负面效果，即当光照相对用户当前需求过强或过暗淡，就有可能导致人感到不适、疲劳或沮丧；现有的系统更多的是以点采集反馈光照信息后，经过程序与预设的数值进行计算，从而发出命令来控制光照设备，调节来实现保障光照强度的，该类设计存在针对性不足的问题，且实用性较低，如应用在儿童上,儿童情绪变化也会导致环境光照、音乐等对其的影响力变化，因此，参考现有技术的单纯以程序化的设定数值，以之对室内光照调节并不能很好的起到效果，同理，受周围多种环境因素影响人员，仅以固定化的调节，难以做到完全适宜的问题，尤其是在情绪自主调节能力较差的儿童身上，因此,设计一种能够针对性影响用户的声光系统对于科学提升室内环境，满足用户舒适需求就有必要了。

技术实现思路

1、针对相关技术中的问题，本发明首创提出以结合相关人员的当前状态，进行的适应性调光和音乐调节，针对性的做到目标在不同的条件下，受相关辅助手段等影响程度不同，从而进行适应性调整获得更好的使用体验，相对现有技术的固定模式、数值的调整存在的适用性不足问题，本发明的应用具有更科学的特点。为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种用于室内环境健康智能调控系统，其特征在于：包括控制中枢、声光温度调节器以及信号采集单元，所述控制中枢电连接声光温度调节器以及信号采集单元，所述声光温度调节器用于接收控制中枢命令，对控制范围内的调光设备、声音设备、换气设备进行控制，所述信号采集单元包括机器视觉摄像头、感光元件、温度传感器、声音采集传感器以及穿戴式手环；

2、所述调光设备包括位于四周墙壁以及桌椅间隙设置的背光灯具、天花板上的日常照明灯具，地面还设置透光底板，在底板下方设置补光灯，窗户和门口还设置用于遮光的帘布系统；

3、所述感光元件、温度传感器、声音采集传感器位于室内分割多区域设置，用于对通过程序划分后的多个区域进行独立环境测量，穿戴式手环包括脉搏波传感器、肌电电极传感器和距离传感器；

4、所述室内环境健康智能调控系统的运行，包括如下步骤：

5、①控制中枢通过预先测试采集，录入每个穿戴式手环佩戴者的身份信息，所述佩戴者的身份信息还包括：名字、喜好以及对应的调整模式，所述调整模式包括最喜欢的音乐、灯光强度、色温；

6、②感光元件、温度传感器、声音采集传感器，分别对室内被分割多区域的区域内环境信息进行采集，机器视觉摄像头对室内的人员所处区域进行监控和记录，且采集的环境信息与人员区域定位均反馈至控制中枢；

7、③穿戴式手环通过脉搏波传感器、肌电电极传感器，对佩戴者的生物电信号进行采集并加以计算得出佩戴者当前的情绪值；通过距离传感器识别区域内人员之间的距离；

8、④控制中枢基于环境信息和区域内的人员距离将区域分为非交互区域和交互区域，针对非交互区域采用第一调控方案，针对交互区域采用第二调控方案；

9、第一调控方案基于佩戴者的情绪值，所述情绪值分为正常值、调节值以及预警值；预先设定的情绪值波动策略，确定佩戴者情绪值偏离设定正常值时，控制中枢根据预设策略计算得到需要调整的设备，并给出相对应人员视觉以及听觉环境的调节；

10、第二调控方案基于交互区域内多位佩戴者的情绪值计算平均情绪值，基于多位佩戴者调整模式中的信息寻找同时满足多位佩戴者的调整模式，若无同时满足的调整模式，则由控制中枢计算出最佳视觉环境。

11、本发明进一步设置为：所述情绪值的计算框架为：

12、基于脉搏波传感器提供心率变异性hrv信息，基于肌电电极传感器检测肌肉紧张度的数据；

13、hrvmean为心率变异性的平均值；

14、emgintensity为肌电信号的平均强度；

15、情绪值(ev)可以通过以下公式计算:

16、

17、其中:hrvmax和hrvmin分别是心率变异性的最大值和最小值，用于标准化hrv的均值；emgmax是肌电信号强度的最大值，用于标准化肌电信号强度。

18、本发明进一步设置为：所述第二调控方案中的控制中枢对于最佳视觉的计算框架为：

19、构建交互区域内的佩戴者的情绪值数组e＝[e1,e2,...,ei]；其中ei表示第i个用户的情绪值；将情绪值按比例计算，使得e∈[0,1]；

20、构建交互区域内的佩戴者的灯光强度偏好数组l＝[l1,l2,...,li]和色温偏好数组t＝[t1,t2,...,ti]；其中l∈[0,1]，对应灯光强度由暗到亮；t∈[0,1]，对应色温由冷色到暖色；

21、构建情绪值变动阈值δe＝0.1；

22、计算总情绪值对于每个个体i，其权重wi按其情绪值占总情绪值的比例计算:使得所有个体的权重之和为1；

23、根据个体权重和偏好值，计算环境设置：将计算完成的灯光强度和色温通过控制中枢发送给调光设备并输出。

24、本发明进一步设置为：在所述非交互区域中，控制中枢确定的佩戴者情绪值处于正常值时，控制中枢通过预设的策略，监控佩戴者的情绪变化曲线，基于对情绪值的变化提前进行干涉和刺激，根据情绪值的变化趋势，在达到正常值临界点前，采用灯光亮度调节的方式改变佩戴者接收的周围环境光照调节至预设，使得佩戴者身心舒缓保持和恢复当前水平至正常值。

25、本发明进一步设置为：在所述非交互区域中，当所述控制中枢确定的佩戴者情绪值处于调节值时，控制中枢通过逐渐的控制调光设备、声音设备、换气设备进行调节，由正常水平逐步提升至具有调节刺激效果的亮度，并在靠近佩戴者的附近声音设备上播放预先记录的音乐音频，使得对应的佩戴者处于利于其情绪回升的周围环境下，通过声光配合的手段刺激以及舒缓佩戴者情绪，使得佩戴者的情绪值回升回归正常值水平。

26、本发明进一步设置为：当佩戴者情绪值长时间处于调节值，或直接进入预警值时，机器视觉摄像头会配合穿戴式手环对对应佩戴者进行监测，机器视觉摄像头通过采集佩戴者的肢体动作、脸部表情信号，控制中枢计算后基于计算结果发出情绪预警信号，可由监测人员接收并通知监测人员获知佩戴者当前状态以及所处位置。

27、本发明进一步设置为：所述声音设备和调光设备的调节数值基于控制中枢预先录入的对应人员设定值，并结合穿戴式手环的监测情绪值数值变化方向进行调整，所述换气设备的调节数值以人体舒适度为基准，控制中枢基于采集的室内环境计算再调节。

28、本发明进一步设置为：所述换气设备包括用于对室内环境温度进行调节的空调以及循环风扇，所述循环风扇基于温度传感器检测的室内温度，通过室内外温度交互的方式进行空气温度的调整，所述空调用于在循环风扇调节不了时启动，对室内环境进行补充调节。

29、有益效果：相对于现有技术，本发明引入了对人员实时的生物信号监测技术，首创提出了，将生物信号监测接入完善情绪调节的系统，通过对佩戴设备用户的肌电、心率等生物信号采集和科学计算后，获得对应佩戴者当前的情绪值，通过智能控制室内环境的调节，结合科学研究验证的声、光、温度对人体心理物理健康的影响，提升室内环境使其满足用户舒适，从而使得用户的情绪值波动得到舒缓；同时针对交互区域和非交互区域采用不同的调控方案，非交互区域可以直接针对佩戴者的偏好进行调节，同时再情绪值变动时及时调整，保证其情绪良好。而交互区域由于具有多为佩戴者，因此需要通过计算以尽可能满足所有人的偏好。综上，本发明在佩戴者的情绪值下降时进行影响，保持其平稳可以减少尤其是幼儿园等大群儿童监护看护人员的负担，而处于正常情绪值下对于儿童的身心健康成长也更有利，本发明的装置在针对自主调节能力较差的儿童用户应用上，当情绪监控辅助调节无法达到正向的效果，情绪波动过大或达到预警阈值时会发出情绪预警，在调节环境影响用户的同时，能够通知监护人员快速反应进行自主判断是否进行主动干涉、引导儿童恢复平稳。

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