СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИМ ОСВЕЩЕНИЕМ

Изобретение относится к освещению, а именно к способам управления освещением, и может быть использовано в быту и медицине для создания световых эффектов, направленных на достижение высокоэффективного психоэмоционального и психофизического воздействия.

Из уровня техники известен МЕТОД РЕГУЛИРОВАНИЯ ЦВЕТА СВЕТОДИОДНОЙ ЛАМПЫ С ПОМОЩЬЮ ИМПУЛЬСНОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ (CN 102869157). Реализация данного метода предполагает установку контроллера в цепь управления светодиодной лампой и подключение его к цепи питания. При включении контроллер считывает последнее сохраненное в памяти значение цвета и устанавливает необходимую скважность цепях R, G и B широтно-импульсной модуляции, для изменения цвета лампы контроллер изменяет скважность в цепях R, G и B.

Недостатком известного метода является то, что он реализует обратную связь с человеком через ручное изменение состояние контроллера, который устанавливает заданный цвет светодиодной лампы, прототип не позволяет автоматически изменять цвет светодиодной лампы в зависимости от психофизического состояния человека. Наиболее близким по технической сущности аналогом является УСТРОЙСТВО ЦВЕТОМУЗЫКАЛЬНОЕ (патент РФ №2243810), состоящее из оптического блока, включающего светоизлучающие элементы, электронного блока и блока управления, который задает алгоритм подачи управляющих сигналов на светоизлучающие элементы. В процессе воспроизведения аудиозаписи управляющие сигналы блока управления инициируют работу светоизлучающих элементов по заданному алгоритму.

Недостатком прототипа является невысокая эффективность психофизического воздействия на человека, обусловленная отсутствием у устройства обратной связи с психофизическим состоянием человека.

Целью изобретения является повышение эффективности психофизического воздействия света на организм человека.

Технический результат заключается в том, что изобретение обеспечивает автоматическую (полуавтоматическую) обратную связь системы освещения с психофизическим состоянием человека.

Технический результат достигается тем, что способ управления динамическим освещением, характеризующийся управлением подачей напряжения и/или команд, регулирующих режимы свечения, не менее чем на одну лампу, отличается тем, что используют как минимум пару датчиков из группы: трехосевой акселерометр, электронный компас, внешний термометр, гальванический датчик, устройство для измерения давления человека, датчик запаха, датчик сжатия, оптический датчик, акустический датчик, гироскоп; к используемым датчикам подводят напряжение и проводным или беспроводным способом собирают показания сдатчиков, которые затем передают на управляющий процессор или контроллер, где поступающие данные с датчиков обрабатывают и сравнивают с заранее введенными нормативными показателями, и в случае отклонения собираемых данных с датчиков от нормы ведут управление напряжением и/или регулирующими режимами свечения лампы, изменяя их показатели до момента, пока собираемые данные с датчиков не станут соответствовать нормативным показателям, после чего изменения напряжения и/или регулирующие режимы свечения лампы прекращают до момента возникновения новых отклонений от нормативных показателей; причем под регулирующими режимами свечения принимают: изменение яркости лампы и/или температуры свечения (К) лампы, и/или изменение спектра свечения лампы.

Предпочтительно, управление напряжением и/или регулирующими режимами свечения лампы осуществляют через сеть Интернет, через которую также передают данные, полученные с датчиков; указанные данные записывают на удаленный сервер, к которому подключают датчики напрямую или на который передают собранные данные с датчиков посредством удаленного компьютера, имеющего выход в сеть Интернет.

Предпочтительно, каждый из датчиков выполняют с возможностью закрепления на теле человека или рядом с ним.

В способе могут быть использованы следующие датчики:

- трехосевой акселерометр (G-sensor), выполненный с возможностью регистрации характера движений человека (спокойствие, нахождение на одном месте, ходьба, бег и т.д.);

- гироскоп, выполненный с возможностью определения ориентации человеческого тела в пространстве для более точного определения характера движения человека;

- акустический датчик, выполненный с возможность определения частоты пульса по звукам кровотока;

- оптический датчик, выполненный с возможностью анализа крови для определения концентрации кислорода и определения характера пульса по типу биений;

- термометр, выполненный с возможность регистрации температуры тела человека;

- термометр, выполненный с возможностью определения температуры воздуха;

- гальванический датчик, выполненный с возможностью определения уровня влажность кожи (пот);

- электронный компас, выполненный с возможностью определения ориентации тела человека в пространстве;

- тонометр, выполненный с возможностью определения артериального давления человека;

- датчик запаха, выполненный с возможностью регистрации в окружающем воздухе ферономов человека для определения его гормональных фаз;

- датчик силы, выполненный с возможностью контроля силы сжатья кистью человека.

По способу использования датчики для системы управления делятся на 4 группы (см. табл.1):

Д1 - датчики, встраиваемые в блок управления;

Д2 - датчики, располагающиеся во внешней среде;

Д3 - датчики, носимые на теле человека, не подключаемые к блоку управления;

Д4 - датчики, носимые на теле человека, подключаемые к блоку управления.

Кроме того, по способу сбора информации датчики делятся на 2 группы:

- датчики, данные от которых необходимо получать и анализировать в режиме реального времени;

- датчики, данные от которых могут быть введены в системы периодически в автоматическом или ручном режиме.

Каждый из двух вариантов осуществления полезной модели может быть представлен двумя вариантами реализации, представленными на чертежах.

Фиг. 1 - полуавтоматическая система управления освещения с ручным вводом в блок управления информации о состоянии человека.

Фиг. 2 - автоматическая система управления освещением по обратной связи от датчиков.

Фиг. 3 - автоматическая система управления освещением с подключением датчиков и блока управления к серверу обработки данных.

Фиг. 4 - автоматическая система управления освещением с подключением датчиков через удаленный компьютер к серверу обработки данных.

Система управления освещением, реализуемая способом, может быть реализована устройством, представленным на фиг. 1, и включает блок управления (БУ) 1 с интерфейсом ввода данных 2, к которому подключен блок датчиков 3 группы Д1, а выход БУ 1 подключен к лампе 4, выполненной с возможностью влияния на психофизическое состояние человека 5. Блок датчиков группы датчиков группы Д3 6 выполнен с возможностью контроля психофизического состояния человека 5, кроме того, блок датчиков 6 соединен с интерфейсом представления данных 7, выполненный с возможностью сопряжения с интерфейсом ввода данных 2 в БУ 1. Также с интерфейсом ввода данных 2 сопряжен и интерфейс 8 представления данных блока датчиков группы Д2 9.

Система управления освещением, реализуемая способом, также может быть выполнена с использованием устройства, представленного на фиг. 2, включает БУ 1 с интерфейсом ввода данных 11. К БУ 1 подключены блок датчиков 3 группы Д1 и блок датчиков группы Д4 13. Выход БУ 1 подключен к лампе 4, выполненной с возможностью влияния на психофизическое состояние человека 15. Блок датчиков группы Д3 6 выполнен с возможностью контроля психофизического состояния человека 15, кроме того, он соединен с интерфейсом представления данных 17, выполненный с возможностью сопряжения с интерфейсом ввода данных 11 в БУ 1. Также с интерфейсом ввода данных 11 сопряжен интерфейс 18 представления данных блока датчиков 9 группы Д2.

Система управления освещением, реализуемая способом, также может быть выполнена с использованием устройства, представленного на фиг. 3, включает БУ 1, который подключен к лампе 4, выполненной с возможностью влияния на психофизическое состояние человека 22. Блок датчиков группы Д4 13 выполнен с возможностью контроля психофизического состояния человека 22 и подключен к сетевому интерфейсу 24. Блок датчиков группы Д3 6 выполнен с возможностью контроля психофизического состояния человека 15, соединен с интерфейсом представления данных 26, выполненным с возможностью сопряжения с сетевым интерфейсом 24. С сетевым интерфейсом 24 сопряжен интерфейс 27 представления данных блока датчиков 9 группы Д2, также к сетевому интерфейсу 24 подключен блок датчиков 3 группы Д1. Сетевой интерфейс 24 по сети интернет сообщается с сервером обработки данных 30, который также по сети интернет сообщается с сетевым интерфейсом 31, выполненным с возможностью обмена данными с БУ 1.

Система управления освещением, реализуемая способом, также может быть выполнена с использованием устройства, представленного на фиг. 4, включает БУ 1, который подключен к лампе 4, выполненной с возможностью влияния на психофизическое состояние человека 34. Блок датчиков группы Д4 13 выполнен с возможностью контроля психофизического состояния человека 34 и подключен к удаленному компьютеру 36. Блок датчиков группы Д3 6 выполнен с возможностью контроля психофизического состояния человека 34, соединен с интерфейсом представления данных 38, выполненным с возможностью сопряжения с удаленным компьютером 36. С удаленным компьютером 36 сопряжен интерфейс 39 представления данных блока датчиков 9 группы Д2, также к удаленному компьютеру 36 подключен блок датчиков 3 группы Д1. Удаленный компьютер 36 по сети интернет сообщается с сервером обработки данных 42, который также по сети интернет сообщается с сетевым интерфейсом 43, выполненным с возможностью обмена данными с БУ 1. Блоки датчиков (3, 6, 9, 11, 13) могут включать один, несколько или не включать датчики соответствующих групп.

Датчики групп Д3 и Д4, к примеру, могут быть встроены в наручный браслет, который может быть выполнен с возможностью измерения температуры тела человека, и/или его пульса, и/или его давления.

Датчики группы Д4 13 передают данные соответственно в БУ 1, сетевой интерфейс 24 и удаленный компьютер 36 по беспроводным технологиям передачи данных, к примеру Wi-fi или Bluetooth.

В качестве ламп 4 можно использовать одно или совокупность светоизлучающих устройств, выполненных с возможностью изменения яркости, и/или температуры свечения (К), и/или изменения спектра свечения (цвета), к примеру можно использовать различные типы светодиодов.

Интерфейс ввода данных 2 выполнен с возможностью ручного ввода информации с интерфейсов представления данных 7 и 8 и иной информации о психофизическом состоянии человека.

Удаленный компьютер 36 выполнен с возможностью изменения параметров и режимов работы блоков датчиков 13 и 3.

В табл. 2 представлены возможные сочетания использования датчиков.

Датчики, которые не указаны в табл. 2, могут использоваться в следующих сочетаниях:

- гироскоп может опционально использоваться в паре с трехосевым акселерометром (G-sensor);

- электронный компас может опционально использоваться в паре с трехосевым акселерометром.

- внешний термометр, гальванический датчик, тонометр, датчик запаха и датчик силы сжатия все по отдельности могут быть опциональны ко всем возможным сочетаниям датчиков.

Способ реализуется следующим образом.

Для всех вариантов реализации (фиг. 1-4) перед использованием датчики групп Д3 и Д4 устанавливаются на теле человека.

По одному из возможных вариантов реализации (фиг. 1) блок датчиков 6 регистрирует психофизическое состояние человека 4 и представляет полученную информацию на интерфейсе представления данных 7. Блок датчиков 9 регистрирует информацию об окружающей человека среде и представляет ее на интерфейсе 8. Человек в ручном режиме вводит представленную на интерфейсах 7 и 8 информацию, а также иную информацию о текущем и желаемом психофизическом состоянии в интерфейс ввода данных 2, который передает введенную информацию в БУ 1. Также в БУ 1 блок датчиков 3, передает информацию об окружающей среде человека. В зависимости от значений введенной информации блок управления 1 изменяет состояние работы лампы 4, которая оказывает влияние на психофизическое состояние человека 5. Работа устройства продолжается до достижения желаемого психофизического состояния человека.

По другой вариации реализации (фиг. 2) работа устройства аналогична работе первого варианта реализации устройства и отличается от нее в части того, что блок датчиков 13 автоматически передает в блок управления 1 информацию о психофизическом состоянии человека 15.

По другому варианту реализации (фиг. 3) работа устройства аналогична работе предыдущего варианта и отличается от нее в части того, что блоки датчиков 13 и 3 передают данные в сетевой интерфейс 24. Информация с интерфейсов представления данных 26 и 27 и о желаемом психофизическом состоянии также вводится в сетевой интерфейс 24, который передает полученные данные в сервер обработки данных 30 по сети Интернет. Также в сервер обработки данных 30 через сетевой интерфейс 31 поступает информация об управляющих командах с блока управления 1. Полученную информацию сервер обработки данных сохраняет в соответствующую базу данных, производит ее анализ и через сетевой интерфейс 31 в блок управления 1 передает информацию с блоков датчиков 13 и 3, интерфейсов представления данных 26 и 27, информацию о желаемом психофизическом состоянии человека и полученные в результате анализа дополнительные команды управления. Блок управления 1 в зависимости от дополнительных команд управления производит соответствующую корректировку способа управления лампой 4.

Другой пример реализации (фиг. 4) - работа устройства аналогична работе предыдущего варианта и отличается от нее в части того, что вместо сетевого интерфейса 24 (фиг. 3) используется удаленный компьютер 36. В процессе работы устройства сервер обработки данных 42 через удаленный компьютер 36 может изменять параметры и режимы работы датчиков блоков 13 и 3 с целью оптимизации управления психофизическим состоянием человека.

На примере второй реализации полезной модели (фиг. 2) продемонстрируем применение различных вариантов сочетания датчиков представленных в табл. 2.

Вариант 1.

Блок датчиков 13 включает акустический датчик, термометр и гальванический датчик, которые располагают на теле человека для диагностики психофизического состояния человека 15 и они передают данные о частоте пульса, температуре и влажности поверхности тела в блок управления 1. К примеру, датчики могут размещаться в наручном браслете и передавать данные по беспроводному каналу связи.

Блок датчиков 3 содержит датчик запаха, который передает в блок управления 1 информацию о наличии в окружающем воздухе феромонов человека.

Блок датчиков 6 составляет тонометр и датчик сжатия кисти руки, в качестве которых, в частности, могут быть использованы стандартный тонометр и экспандер. Интерфейс представления данных 17 в этом случае представлен соответствующими шкалами датчиков, на которых отображаются значения регистрируемых параметров артериального давления и силы сжатия кисти руки.

Блок датчиков 9 представлен термометром наружного воздуха, температурная шкала которого является интерфейсом представления данных 18.

Система управления, реализованная в блоке управления 1, работает по следующим сценариям.

Блок датчиков 13 регистрирует изменение пульса и температуры тела человека, и передают их в блок управления 1. По этим данным блок управления 1 определяет род занятий человека и его эмоциональное состояние (занятие активным видом спорта, удивление, эмоциональное возбуждение). В соответствии с состоянием человека БУ 1 изменяет параметры работы лампы 15, а именно:

- если БУ 1 определил характер физических нагрузок, то для такого рода занятий лучше всего подходит красный свет в начале занятий для учащения сердцебиения, а в процессе занятий подходит оранжевый свет;

- после физической нагрузки, если БУ 1 определил спокойствие, то он смещает спектр излучаемого света лампы 13 к зеленому, для того чтобы расслабить нервную систему и мышечное напряжение;

- если БУ 1 определил, что человек находится в покое в рабочее время или при установленном режиме для выполнения умственной работы, то он может изменить температуру белого света на более холодную, для того чтобы увеличить скорость выполнения задач, которые требуют концентрацию, а также снизить вероятность возникновения ошибок за счет увеличения сосредоточенности;

- если БУ 1 определил, что человек находится в покое в вечернее время и не в режиме для выполнения умственной работы, то он может ограничить уровень синего спектра в свете, для того чтобы расслабить человека, возможно добавить зеленого света для достижения эффекта концентрации на мыслях и умственного расслабления;

- если БУ 1 определил, что человек находится в покое в утреннее время, то система освещения может увеличить уровень синего спектра света, для того чтобы зарядить человека энергией;

- если БУ 1 определил, что человек находится в покое при установленных режимах, предназначенных для чтения, тогда спектр цвета лампы 13 БУ 1 изменяет на белый естественный или немного холодный, для того чтобы нормализовать нагрузку на глаза и немного расслабить напряженность нервной системы;

- если БУ 1 определил повышение температуры при физической нагрузке или эмоциональном всплеске, то он включает более холодный свет, для того чтобы нервная система человека почувствовала более прохладную обстановку.

Гальванический датчик в составе блока датчиков 13 может дать информацию об уровне влажности кожи. В динамике можно получить информацию об интенсивности потовыделения человека. Так как каждый человек по-разному реагирует на различные температуру внешней среды в зависимости от своего характера действий и/или эмоционального состояния, то регулировка освещения в зависимости от этой информации может помочь предупредить возникновение избыточного уровня влажности кожи человека. Этого можно достичь за счет использования режимов освещения, которые нацелены на то, чтобы успокоить нервную систему человека и не увеличивать сердцебиение.

Информация, получаемая блоком датчиков 9, - температура окружающего воздуха является важной информацией, так как если внешняя среда нагрета, то использование теплого света лампы 1 заставит человека чувствовать жару, а холодный свет, наоборот, придаст ощущение прохлады. Совместно с термометром для измерения температуры тела человека - блок датчиков 13, внешний термометр может дать также информацию о теплообмене тела человека с внешней средой, что позволяет учитывать интенсивность режимов освещения, нацеленных на стимуляцию сердцебиения.

Периодически человек при помощи тонометра, который находится в составе блока датчиков 6, измеряет артериальное давление, снимает его показания с интерфейса представления данных 17 и заносит в интерфейс 11, который передает значение артериального давления в БУ 1. Повышение или понижение давления человека может свидетельствовать о различных эмоциональных состояниях. По данной информации БУ 1 регулирует освещение, для того чтобы корректно выбирать интенсивность режимов освещения, направленных на увеличение сердцебиения, а также предупреждать резкое понижение давления в зависимости от давления окружающей среды.

Датчик запаха в составе блока датчиков 3 может служить для определения гормональных фаз человека. В зависимости от гормональных фаз человека система управления освещением может регулировать порции синего и красного спектров в освещении, которые имеют наибольший биологический эффект на физическое состояние человека.

Периодическое измерение силы сжатия кисти человека экспандером из состава блока датчиков 6 может дать информацию об усталости человека. В зависимости от этого может быть выбран режим освещения, который нацелен на то, чтобы уменьшить нервное напряжение или зарядить человека энергией.

Вариант 2.

Если в состав блока датчиков 13 добавить оптический датчик, то дополнительно можно измерить уровень кислорода в крови и характер биений пульса, что позволяет БУ 1 с большей точностью определить характер действий человека. Таким образом, можно качественно разделить состояния активной физической нагрузки и эмоционального удивления или возбуждения. При физической нагрузке информация по уровню кислорода в крови можно корректировать освещение, для того чтобы увеличить или уменьшить содержание кислорода в крови за счет влияния на частоту сердцебиения (например, переход от красного или синего света к оранжевому или зеленому). В данном варианте дополнительной выгодой может служить раздельное расположение акустического и оптического датчиков на теле человека (например, на пальце и запястье или предплечье). В этом случае измерение пульса и биений пульса могут дополнять друг друга и давать больше информации о нагрузке на организм человека.

Вариант 3.

Оптический датчик может быть использован в паре с термометром в составе блока датчиков 13, что позволит измерять температуру тела, пульс, характер биений пульса и уровень кислорода в крови. В этом варианте можно определить, занимается ли человек активным спортом или испытывает сильную физическую нагрузку, удивлен, волнуется или эмоционально возбужден. Для данного варианта примером реализации сценариев управления освещением могут служить все сценарии, которые используются в вариантах 1 и 2.

Вариант 4.

Если в составе блока датчиков 13 использовать только акустический и оптический датчик, то БУ 1 может определить характер физической нагрузки человека и его эмоциональное состояние. В данном варианте увеличивается вероятность ошибочного определения состояния человека, но, например, характер физической нагрузки можно определить с достаточно большой точностью. Это позволяет адаптировать освещение именно в зависимости от характера физической нагрузки с меньшим учетом его эмоционального состояния.

Вариант 5.

При использовании в составе блока датчиков 13 трехосевого акселерометра можно определять характер движения человека. А именно можно определить, находится ли человек в спокойном состоянии, ходит, бежит, активно передвигает руками или ногами. Вместе с термометром для измерения температуры тела человека это позволяет определять вид действий человека, что позволяет настраивать интенсивность освещения лампы 13, которая лучше всего подходит для ходьбы, бега, статичного положения или активных действий на месте.

Вариант 6.

Если в составе блока датчиков 13 использовать трехосевой акселерометр, термометр вместе с акустическим и оптическим датчиками, то БУ 1 может определить эмоциональное состояние человека, вид и характер физических нагрузок. Примеры сценариев изменения характера освещения описаны в вариантах 1-5. Дополнительно можно отслеживать динамику изменения пульса, вида биений пульса и содержание кислорода в крови в зависимости от вида активности человека. Эта информация важна для определения уровня усталости человека и его нервной системы.

Вариант 7 и 8.

Если в составе блок датчиков 13 использовать трехосевой акселерометр, термометр вместе с акустическим или оптическим датчиками, то БУ 1 может определять эмоциональное состояние человека, вид и характер физических нагрузок. В данном варианте состав датчиков влияет на точность определения состояния человека. Одним из дополнений к вариантам с трехосевым акселерометром может служить гироскоп. Гироскоп позволяет определить ориентацию положения тела человека. Это, в свою очередь, дает информацию о том, в каком положении находится человек: стоит, лежит. Например, если человек лежит и при этом характер биений пульса или температура тела изменяется характерно для человека, который засыпает, то система освещения может плавно уменьшить интенсивность освещения или выключить его.

Еще одним дополнением к вариантам с трехосевым акселерометром может служить цифровой компас, который позволяет определять изменение направления движения человека. Например, таким образом можно определить, что человек танцует, и в зависимости от частоты изменения ориентации можно менять интенсивность освещения.

Полезным эффектом от использования полезной модели является обеспечение положительного влияния на организм человека различных режимов работы лампы 13, задаваемых блоком управления 1, при помощи которых можно настраивать человека на более продуктивную работу или расслаблять его, успокаивать, налаживать циркадный ритм, способствовать аппетиту, будить и склонять ко сну.