基于非視覺光生物效應(yīng)的智能led燈光系統(tǒng)及照明控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種Lm)智能調(diào)光系統(tǒng)，尤其是設(shè)及一種結(jié)合光生物效應(yīng)作為調(diào)光依 據(jù)的光強(qiáng)可調(diào)L邸燈光系統(tǒng)W及照明控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代照明技術(shù)的發(fā)展著重于節(jié)能環(huán)保，隨著人們生活水平的提高，健康的理念也 逐漸進(jìn)入工作和生活的各個(gè)方面，因此，與人們息息相關(guān)的照明系統(tǒng)引起的健康與效率問 題越來越受到人們的重視。
[0003] 非視覺光生物效應(yīng)是2002年世界上十大發(fā)現(xiàn)之一，它的研究表明人體的體溫、人 體活躍性、稱黑激素和激素皮質(zhì)醇的分泌等均有晝夜節(jié)律變化，可W影響人的工作、學(xué)習(xí)效 率，疲勞度和瞳孔大小等因素。為了調(diào)節(jié)辦公室或書房等場(chǎng)合內(nèi)作業(yè)人員的興奮度，提高工 作效率，可W采用不同色溫和不同照明強(qiáng)度進(jìn)行照明；同時(shí)，現(xiàn)代人們工作壓力大，隨之而 來的睡眠問題已經(jīng)成為困擾人們的一大難題，而夜晚家居照明也可W考慮非視覺光生物效 應(yīng)的因素，提高人的睡眠質(zhì)量。
[0004] L抓調(diào)光系統(tǒng)已經(jīng)開始應(yīng)用在現(xiàn)代建筑照明當(dāng)中，現(xiàn)階段的樓宇燈光照明已經(jīng)實(shí) 現(xiàn)了用單片機(jī)等控制單元結(jié)合上位機(jī)和傳感器進(jìn)行燈光的調(diào)節(jié)，同時(shí)各個(gè)模塊通過電纜連 接并傳輸數(shù)據(jù)信息。該類型的系統(tǒng)較為龐大，但是單片機(jī)作為控制單元存在著時(shí)鐘頻率較 低，存儲(chǔ)空間小，且電纜布線復(fù)雜等問題?，F(xiàn)場(chǎng)可編程口陣列(FPGA)作為較新的控制單元已 經(jīng)大量應(yīng)用在工業(yè)、消費(fèi)類電子產(chǎn)品的控制當(dāng)中，具有時(shí)鐘頻率高，穩(wěn)定性強(qiáng)，外設(shè)引腳多 等優(yōu)勢(shì)。它可W用VHDL或Verilog HDL來編程，靈活性強(qiáng)，由于能夠進(jìn)行編程、除錯(cuò)、再編程 和重復(fù)操作，因此可W充分地進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)和驗(yàn)證。其現(xiàn)場(chǎng)編程能力可W用來進(jìn)行系統(tǒng)升 級(jí)或除錯(cuò)，延長(zhǎng)產(chǎn)品在市場(chǎng)上的壽命。
[0005] 此外，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起，現(xiàn)階段也存在著利用平板電腦、手機(jī)等移動(dòng)終端結(jié) 合APP進(jìn)行遙控的L邸照明燈具，它可W通過手機(jī)無線遙控開關(guān)、亮暗程度等。無線控制技術(shù) 包括了藍(lán)牙方案、WiFi方案、ZigBee方案，Ξ種方案各有優(yōu)點(diǎn)，但是也存在著較大的缺點(diǎn)，受 控制的燈具需要依賴電子設(shè)備的控制，也就是說，如果終端設(shè)備出現(xiàn)問題或者不在身旁，燈 具就沒辦法實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)控制的功能。
[0006] 目前無論是利用平臺(tái)還是移動(dòng)終端的燈光調(diào)控，都是基于人主觀的調(diào)光，并不存 在任何科學(xué)理論指導(dǎo)，對(duì)人體在學(xué)習(xí)和工作效率、生活上的影響沒辦法保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種符合人體非視覺光生物效應(yīng)機(jī)制的智能照明系統(tǒng)W 及應(yīng)用該系統(tǒng)的照明控制方法，用于提高辦公、學(xué)習(xí)場(chǎng)合的作業(yè)效率，智能調(diào)節(jié)所在場(chǎng)合的 燈光強(qiáng)度，并可手動(dòng)切換照明模式，滿足人們?cè)诠ぷ?、調(diào)節(jié)疲勞度、日常照明等多方面的照 明需要。
[000引本發(fā)明建立基于FPGA控制單元的包含無線信號(hào)傳輸、移動(dòng)終端控制等多種控制方 式結(jié)合的Lm)調(diào)光系統(tǒng)，同時(shí)，調(diào)光的依據(jù)建立在人體光生物效應(yīng)的理論，結(jié)合實(shí)際實(shí)驗(yàn)而 獲得的有效數(shù)據(jù)，解決照明調(diào)光系統(tǒng)穩(wěn)定性、布線麻煩、移動(dòng)終端調(diào)光沒有依據(jù)等問題。根 據(jù)實(shí)際的應(yīng)用的布局不同色溫的Lm)燈進(jìn)行照明，通過科學(xué)的實(shí)驗(yàn)獲得有效的色溫、照度的 情況進(jìn)行切換，實(shí)現(xiàn)了無需色溫檢測(cè)儀器進(jìn)行不同情境的色溫的科學(xué)控制。
[0009] 為了解決上述存在的問題，本發(fā)明采用了 W下方案：
[0010] 基于非視覺光生物效應(yīng)的智能LED燈光系統(tǒng)，包括FPGA主控制器、照明模塊、 Zi濁ee通信模塊、傳感器感應(yīng)節(jié)點(diǎn)模塊、存儲(chǔ)模塊、WiFi模塊、移動(dòng)終端和電源模塊;FPGA主 控制器分別與照明模塊、ZigBee通信模塊、存儲(chǔ)模塊和WiFi模塊信號(hào)連接;ZigBee通信模塊 與傳感器感應(yīng)節(jié)點(diǎn)模塊信號(hào)連接；電源模塊分別與FPGA主控制器、傳感器感應(yīng)節(jié)點(diǎn)模塊、 Zi濁ee通信模塊、WiFi模塊和照明模塊電連接；
[0011] 所述照明模塊包含L抓驅(qū)動(dòng)電路和L抓燈珠，L抓驅(qū)動(dòng)電路一端與FPGA主控制器連 接，另一端與L邸燈珠連接；
[0012] 所述ZigBee通信模塊包括ZigBee發(fā)送單元和Zi濁ee中繼站，ZigBee發(fā)送單元通過 Zi濁ee中繼站與FPGA主控制器連接；
[0013] 所述傳感器感應(yīng)節(jié)點(diǎn)模塊包含控制單元、光照度傳感器和紅外人體感應(yīng)傳感器； 所述控制單元采用AT89S52單片機(jī)，AT89S52單片機(jī)分別與光照度傳感器和紅外人體感應(yīng)傳 感器連接，控制單元與Zi濁ee發(fā)送單元信號(hào)連接；
[0014] FPGA主控制器通過WiFi模塊與移動(dòng)終端連接;FPGA主控制器被設(shè)置連接到家庭或 工作環(huán)境的WiFi網(wǎng)絡(luò)中，移動(dòng)終端連接到同一個(gè)WiFi網(wǎng)絡(luò)中。
[0015] 為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，優(yōu)選地，所述的L邸驅(qū)動(dòng)電路采用5-35VDC-D邱華壓恒流 模塊。
[0016] 優(yōu)選地，所述的L邸燈珠采用正白或暖白的抓L邸燈。
[0017] 優(yōu)選地，所述的紅外人體感應(yīng)傳感器選用肥-SR501模塊。
[0018] 優(yōu)選地，所述的光照度傳感器選用BH1750型傳感器。
[0019] 基于非視覺光生物效應(yīng)的智能L邸燈光系統(tǒng)的照明控制方法，包括如下步驟：
[0020] 步驟1、用戶通過進(jìn)行光生物效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)獲得設(shè)定不同照明模式所需的光照參數(shù) Lx，其中Lx對(duì)應(yīng)不同模式的光照強(qiáng)度；
[0021] 步驟2、用戶根據(jù)不同的照明場(chǎng)景布置的Lm)燈對(duì)應(yīng)預(yù)設(shè)定不同的照明模式;設(shè)定 默認(rèn)照明模式，環(huán)境燈光按照默認(rèn)的照度值照明；用戶根據(jù)需要通過移動(dòng)終端或主控制器 的按鍵對(duì)環(huán)境燈光進(jìn)行調(diào)節(jié)和選擇照明模式；
[0022] 步驟3、FPGA主控制器根據(jù)用戶輸入情況通過P歷對(duì)于照明模塊實(shí)現(xiàn)調(diào)控，光生物 效應(yīng)所獲得的光照強(qiáng)度與對(duì)應(yīng)光照調(diào)節(jié)過程的數(shù)學(xué)模型為：
[0026]其中，設(shè)光照度傳感器的采樣周期為T，t時(shí)刻光照強(qiáng)度為L(zhǎng)x(t)，對(duì)應(yīng)數(shù)字化的PID 控制算法的值為L(zhǎng)x化），為采樣獲得的第k個(gè)時(shí)期的光照強(qiáng)度值，k = 0,1,2. . ;e化)為第k時(shí) 刻LED輸出的光照度被光照度傳感器采樣得到的Lx化)減去光生物效應(yīng)所獲得的光照強(qiáng)度 Lx的誤差值;u化)為FPGA輸出的占空比；kp、ki、kd為P ID參數(shù);Κ為nm調(diào)制波的占空比和LED 發(fā)出來的光照強(qiáng)度所對(duì)應(yīng)的線性系數(shù)；
[0027] 調(diào)控的過程先通過環(huán)境光照度采集的光照度情況，和預(yù)設(shè)的模式對(duì)應(yīng)的光照度值 進(jìn)行差值，F(xiàn)PGA主控制器進(jìn)行算法的計(jì)算，再通過FPGA主控制器控制nm增減燈光亮度，最 終L邸進(jìn)入對(duì)應(yīng)的照明模式。
[0028] 優(yōu)選地，所述照明模式包括促進(jìn)睡眠的夜間睡前活動(dòng)照明模式、促進(jìn)早晨喚醒的 起床照明模式、學(xué)習(xí)和工作的高效作業(yè)照明模式W及家居生活的舒適照明模式;在邸室預(yù) 設(shè)促進(jìn)睡眠的夜間睡前活動(dòng)照明模式或促進(jìn)早晨喚醒的起床照明模式;在書房預(yù)設(shè)學(xué)習(xí)和 工作的高效作業(yè)照明模式，在客廳和餐廳布置家居生活的舒適照明模式。
[0029] 優(yōu)選地，所述通過PWM對(duì)于照明模塊實(shí)現(xiàn)調(diào)控的調(diào)控等級(jí)為256級(jí)，默認(rèn)PWM輸出等 級(jí)為128級(jí)。
[0030] 本發(fā)明通過實(shí)驗(yàn)獲得調(diào)光依據(jù)，從而建立適當(dāng)?shù)恼{(diào)光模式，實(shí)現(xiàn)不同的照明情景。 其利用屯、率血壓監(jiān)測(cè)、學(xué)習(xí)效率高低的測(cè)試獲得被測(cè)人員在光照環(huán)境下的屯、率血壓值和學(xué) 習(xí)效率值，從而獲得有效的影響人們?cè)贚m)燈光照射下的照度值，并利用所述照度值獲得系 統(tǒng)的照明調(diào)節(jié)方