Udhibiti wa Rangi wa Muda Halisi

Dondoo

Nyumba za kisasa na Internet of Things ni dhana zinazoibuka katika jamii ya kisasa, na taa za kisasa kuwa sehemu muhimu yake. Mbali na kutoa utoshelevu wa kuona kupitia sifa zake za kuonyesha rangi, taa pia ina athari nyingine kwa ustawi wa binadamu. Ili kukusudu uwezo kamili wa nyumba iliyowashwa kwa akili, mifumo ya taa inahitaji kuwa na vidhibiti sahihi vinavyoweza kudhibiti wigo na sifa za rangi za mwanga pamoja na udhibiti wa kawaida wa kuwasha-kuzima na kudhoofisha.

Hata hivyo, bidhaa za sasa za taa za kisasa za kibiashara zilizo na uwezo kama huo zinahitaji kutumia sensa za gharama kubwa ambazo bado zinakosa upatikanaji wa maoni ya mnyororo uliofungwa ambao ni muhimu kwa udhibiti sahihi wa rangi wa taa za LED. Makala hii inawasilisha mbinu mpya inayotumia kamera inayopatikana kwenye simu za kisasa za rununu kutekeleza udhibiti wa rangi wa mnyororo uliofungwa kwa mifumo ya taa katika nyumba za kisasa.

Algorithm inaweza kufanya mchanganyiko wa idhaa nyingi za rangi yoyote na pia mwanga mweupe kwenye joto la rangi linalohitimika lenye faharasa kubwa ya utoaji rangi. Mbinu hii inathibitika kuwa ya kiuchumi na rahisi kwani hakuna hitaji la sensoru za nje na inaweza kufanywa kwa kutumia simu yoyote ya Android kwenye taa ya LED inayolingana.

Utangulizi

Diodi za mwanga (LED) zinapata umaarufu ulimwenguni kote katika matumizi ya taa. Iliripotiwa kuwa nchini Marekani pekee, usakinishaji wa bidhaa za LED katika matumizi yote ya taa umeongezeka zaidi ya mara nne kuanzia mwaka 2014 hadi 2016. Idara ya Nishati ya Marekani pia inabashiri kuwa matumizi ya taa zenye msingi wa LED yataongezeka kwa kasi hadi takriban 86% katika matumizi ya jumla ya taa ifikapo mwaka 2035.

Wateja wengi wanaelekea kwenye LED kwa sababu za matumizi madogo ya nishati ikilinganishwa na vyanzo vya mwanga vya kitamaduni kama vile halojeni na fluoreshenti. Pia, taa zenye msingi wa LED zinatoa faida kubwa zaidi kuliko uhifadhi wa nishati tu; zinapatikana kwa muundo mbalimbali wa wimbi la mwanga na pia zinaweza kudhibitiwa kwa urahisi, na kusababisha mifumo ya taa inayoweza kubadilishwa.

Taa zinazoweza kubadilishwa wigo huonekana kuwa mustakabali wa taa, kwani tafiti zimeonyesha kuwa mwanga ni kichocheo muhimu katika kuathiri saa ya kibaolojia ya mwanadamu, ambapo imegundulika kuwa muundo wa wigo wa mwanga unaathiri kikubaya fiziolojia na saikolojia ya binadamu. Uvutio wa mfumo wa taa unaobadilika ni kwamba unaweza kufunga pengo kati ya taa za bandia na mwanga wa asili, na kutoa faida kubwa kwa ustawi wa mwanadamu.

Mbinu ya Kudhibiti Wigo wa Mwanga

Kielelezo cha taa kilichotumika kupima algorithm ya udhibiti iliyopendekezwa kina idhini 10, ambazo 7 ni rangi za msingi zenye urefu tofauti wa wimbi la kilele, huku idhini 3 zilizobaki zikiwa LED nyeupe zilizobadilishwa na fosforasi. Ukubwa wa kila idhini ya LED unadhibitiwa kwa kutumia pulse-width modulation (PWM), ambayo hutolewa na kidhibiti Arduino kwenye ubao wa taa hadi kwa dereva wa LED kwa njia isiyo na waya kwa kutumia ZigBee.

Programu ya Android ilitengenezwa kutekeleza algorithmu ya udhibiti wa taa. Mtumiaji kwanza huchagua rangi ya lengo ya taa kwa kutumia kichagua rangi; algorithmu hubadilisha rangi hiyo kuwa seti za kuratibu u'v' ambazo hurejelea mahali pa lengo. Taarifa ya hali ya taa ya chumba inakamatwa na kamera ya simu janja, ambayo hubadilishwa kuwa kuratibu za rangi u'v' za taa iliyoko chumbani.

Umbali wa Euclidian kati ya kuratibu za rangi za lengo na zilizopimwa huhesabiwa ili kutoa kosa. Kidhibiti cha PI hupokea kosa hili, na huzingatia kuratibu za rangi za taa za LED, na hutengeneza ishara ya udhibiti ya PWM kwa kila njia ya LED kwenye taa kwa njia isiyo na waya kwa kutumia ZigBee.

Vigezo vya Kituo cha LED

Usanidi ya Algorithm ya Kudhibiti Rangi ya Vituo Mbalimbali

The novel multi-channel color control algorithm presented in this paper is a form of the gradient descent algorithm that converges to the target chromaticity. The computations are performed in the 1976 CIELUV color space which has a uniform chromaticity scale. For this algorithm to work, the (u', v') coordinates of each LED channel has to be obtained the first time the user runs the system.

Algoriti huzunguka kwa njia zote za LED kwenye taa moja kwa moja huku ikihesabu kuratibu za rangi kwa kutumia usomaji wa kamera kama ingizo. Lengo kuu la algoriti ni kuunda njia ya haraka na fupi zaidi ya safari katika nafasi ya rangi ya CIELUV kwa rangi inayotolewa na taa ya LED kufikia rangi lengwa kwa kutumia muundo wa udhibiti wa kitanzi kilichofungwa.

Ukweli kwamba rangi inayotokana na kuchanganya rangi mbili huanguka kila wakati kwenye mstari unaozounganisha rangi kwenye mchoro wa uhalisia unatumika kama msingi wa kufikia hatua kwa hatua viwango vya mwisho vya ukali kwa kila njia ya LED.

Utekelezaji wa Algorithm

Hatua ya kwanza katika algorithm ni kupima ukubwa wa picha iliyopatikana kutoka kwa kamera kwa kupunguza upana na urefu wa picha kwa mara 10 kwa mtiririko huo, na hivyo kusababisha picha ya mwisho ambayo ni ndogo mara 100 kuliko ya asili. Kisha, wastani wa thamani za RGB katika picha huhesabiwa.

Thamani za RGB hutumiwa kisha kuhesabu kuratibu za rangi zilizopimwa (u', v'). Ishara ya kosa inahesabiwa kwa kutumia fomula ya umbali wa Euclidian kati ya kuratibu lengwa na zilizopimwa.

Kidhibiti sawa-kiunganishi (PI) kinatumiwa katika usanidi wa algoriti ya udhibiti wa maoni ili kufikia makosa ya sifuri katika hali thabiti. Ilirekebishwa kwa kutumia mbinu ya Ziegler-Nichols inayojulikana kuhesabu ukubwa wa hatua kwa kila kurudia, jambo linaloipa algoriti uwezo wa ukubwa wa hatua unaoweza kubadilika.

Matokeo na Majadiliano ya Kielelezo

Mfumo wa majaribio ulianzishwa kwenye chumba cha kukalia cha kuigizwa chenye ukubwa wa mita 5.8 kwa mita 3.4, ukiwa na taa sita za prototaipu za utafiti zenye njia kumi zinazoweza kudhibitiwa bila waya na kurekebishwa. Njia sita za LED zenye rangi safi hufunika anuwai ya masafa ya mawimbi yanayoonekana na zinaweza kuchanganywa kupata mwanga mweupe wenye sifa mbalimbali za rangi.

Simu janaba yenye kamera yake ya pili inaelekeza juu hutumika kukamata hali ya taa, yaani, thamani za RGB na mwangaza wa mwanga unaoanguka kwenye uso ambao simu imewekwa. Kipima mwanga cha rangi cha Konica Minolta CL-500A huwekwa karibu na simu janaba ili kuthibitisha algorithm ya udhibiti wa rangi.

Matokeo ya Mchanganyiko wa Njia Mbili

Multi-Channel Mixing Results

Algorithmu ya udhibiti wa rangi ilijaribiwa kwa kutumia hali mbalimbali ikiwa ni pamoja na:

• Rangi saba za msingi kutoa mwanga mweupe
• Kituo kumi cha LED kutoa mwanga mweupe
• Rangi saba za msingi kutoa mwanga wenye rangi
• Kituo kumi cha LED kutoa mwanga wenye rangi

Kwa mchanganyiko wa njia nyingi, algoriti ya maoni iliwekwa kusimamisha inapogundua tofauti ya rangi Δu'v' ni chini ya 0.003, thamani madhubuti zaidi ikilinganishwa na mchanganyiko wa njia mbili. Lengo hili lilifikia kila rangi iliyochaguliwa kugunduliwa na kamera ya simu janja.

Wastani wa CRI ulikuwa wa juu kwa kiwango kikubwa kuwa 82.76 kwa mchanganyiko wa njia saba na LED za rangi safi na 94 kwa mchanganyiko wa njia kumi. Kwa kuboresha uchaguzi wa misingi ya LED kwenye taa, idadi ya njia za LED zinazohitajika kutoa anuwai kubwa ya rangi na mwanga wa CRI wa juu inaweza kupunguzwa zaidi.

Kwa ufanisi wa muda, kila hatua katika udhibiti wa mzunguko uliofungwa inachukua takriban milisekunde 658, na algoriti inachukua takriban marudio 10 ili kuleta pato la taa kutoka rangi ya nasibu hadi rangi lengwa. Hii ni sawa na takriban sekunde 6-7. Kasi hii ya muunganiko wa algoriti ni ya kuridhisha na inakubalika katika matumizi ya ulimwengu halisi.

Hitimisho

Makala hii imewasilisha mbinu mpya ya udhibiti wa rangi wa mfumo wa taa wa LED wa idhaa nyingi katika mazingira ya nyumba smart kwa kutumia kamera inayopatikana kwenye simu za kisasa za Android kama sensor kuu ya maoni. Algoriti ina uwezo wa kuboresha wigo wa pato la vyanzo vya mwanga ili kutoa mwanga wenye CCT inayoweza kubadilika, rangi sahihi na faharasa kubwa ya uonyeshi rangi.

Mfumo wa udhibiti wa maoni uliofungwa unasaidia kudumisha uthabiti dhidi ya misukumo ya nje kutoka kwa vyanzo vingine vya mwanga kama vile mwanga wa jua unaoingia kupitia madirisha. Algorithm ina uwezo wa kufanya kazi kwa usahihi unaokubalika, na uwezekano wa kuboreshwa zaidi ikiwa data maalum ya urekebishaji wa kamera itatumika.

Njia iliyopendekezwa ya kutumia simu janaba kama sensor na kituo cha usindikaji inathibitika kuwa ya kiuchumi na rahisi kwani hakuna sensor za ziada zinazohitaji kusakinishwa. Kazi ya baadaye inaweza kujumuisha, miongoni mwa vipengele vingine, taa za hisa kulingana na upendeleo wa mtumiaji na uigaji wa eneo la mwanga ambalo mtumiaji ameipakua kwenye simu janaba kutoka eneo tofauti.

Marejeo

The complete paper contains 39 references covering topics in LED lighting, color control algorithms, smartphone applications in IoT, and smart home technologies. Key references include works on:

• LED adoption forecasts by the U.S. Department of Energy
• Uchunguzi juu ya athari za wigo wa mwanga kwenye mdundo wa circadian wa binadamu
• Utafiti uliopita juu ya mbinu za udhibiti wa rangi kwa mifumo ya LED
• Programu za simu janja kiotomatiki ya nyumbani na IoT
• Algorithmu za uthabiti wa rangi na Dhana ya Ulimwengu wa Kijivu
• Mbinu za usawazishaji wa kudhibiti zikiwemo Ziegler-Nichols