CN102014560A - 一种自适应led照明装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应LED照明装置及其控制方法，该装置包括微处理器，实时接受传感信号，并根据传感信号，通过控制可调恒流模块输出改变驱动电流从而改变LED亮度；与微处理器相连接的传感器部分，用来检测照明环境各种数据信息，并送微处理器单元；和与微处理器相连接的电源模块和可调恒流驱动模块，其中电源模块用于为整个装置供电，其中可调恒流驱动模块受微处理器控制并输出恒定电流，用于驱动LED灯具发光，由于车灯感应功能、运动感应功能、温度控制功能、时间控制功能、或/和照度感应功能，本发明节约了电能，减少了LED发热，延长了LED使用寿命；日光灯色温随外界变化而自适应变化的要求，提供更舒适的光照环境。

Description

一种自适应LED照明装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种LED照明装置及其控制方法，特别是涉及具有自动调节功能的自适应LED照明装置及其控制方法。

背景技术

目前LED灯具大部分都是简单的直接照明，缺少必要的智能控制，或者有一些智能控制，但是功能比较单一，不能综合检测灯具环境参数，节能程度也比较有限。一般夜间LED照明设备通宵满负荷工作，然而夜间人流量有时比较少，就会造成不必要的浪费，而且长时间满负荷工作发热严重，大大危及LED的使用寿命。即使具有节能功能的夜间LED照明设备，大都采用运动传感、人体红外等传感器，常常会有检测距离不够的缺点。普通LED照明设备具有过温保护功能，温度超过一定值LED停止输出，却很少具有温度控制亮度的功能。随着人们生活水平的提高，用户对LED日光灯也提出了更高的要求，要求LED日光灯看起来更加舒适，这就要求日光灯色温要随外界的变化而自适应变化，以给用户提供符合人类感官享受的色温。一般人类感官认为，当环境温度偏高时，暖温色彩应该偏少，纯白光应该居多；而环境温度偏低时，暖温色彩应该居多，纯白光应该偏少。从时间上来讲，白天尤其是中午的时候，暖温色彩应该偏少，纯白光应该居多；晚上的时候，暖温色彩应该居多，纯白光应该偏少。而现有技术中，只能通过控制LED的亮灭来提供照明，不能根据环境信息改变色温和亮度，因此不能给用户提供舒适的光照环境。

发明内容

本发明为了解决上述不能够根据环境信息改变色温和亮度的问题，提供一种自适应LED照明装置，该装置包括微处理器，实时接受传感信号，并根据传感信号，通过控制可调恒流模块输出改变驱动电流从而改变LED亮度；与微处理器相连接的传感器部分，用来检测照明环境各种数据信息，并送微处理器单元；和与微处理器相连接的电源模块和可调恒流驱动模块，其中电源模块用于为整个装置供电，其中可调恒流驱动模块受微处理器控制并输出恒定电流，用于驱动LED灯具发光。

其中所述可调恒流模块包括负责电流数据的处理和输出电流控制的恒流控制芯片，通过PWM接口与微处理器相连接；为可调恒流模块提供电源的电源电路，与恒流控制芯片连接；和采集反馈信号的反馈网络，连接在负载和恒流控制芯片之间。

其中所述负载为暖色LED、冷色LED和/或白光LED，所述反馈信号为电流或电压信号。

其中所述传感器部分包括车灯感应模块，用于检测夜间车灯信息，从而判断检测到照明区域有无车辆来往；当装置检测到照明区域没有车辆来往时，微处理器通过控制可调恒流模块输出小电流，灯具保持低亮度水平；当夜间有车辆进入检测区域时，微处理器通过控制可调恒流模块提高恒流模块驱动能力，增加LED照明亮度。

其中所述传感器部分包括运动感应模块，用于检测覆盖范围内人体物体的运动情况，从而检测到照明区域没有人体或物体的运动；当装置检测到照明区域没有人体或物体的运动时，微处理器通过控制可调恒流模块输出小电流，灯具保持低亮度水平；当装置检测到检测区域有运动人体或物体时，微处理器通过控制可调恒流模块提高恒流模块驱动能力，增加LED照明亮度。

其中所述传感器部分包括温度传感模块，用来获取照明环境温度，当检测到环境温度低于温度下限值时，发出暖色灯光；当检测到环境温度高于温度上限值时，发出冷色灯光。

其中所述传感器部分包括实时时钟模块，用于获取实时时间，在早晨和晚上的时候，微处理器通过控制恒流驱动电路，驱动暖色LED发出暖色调光；中午的时候，微处理器通过控制恒流驱动电路，驱动冷色LED发出冷色调光。

其中所述传感器部分包括光敏传感模块，用来采集环境照度数据，当环境照度小于照度下限值，微处理器通过控制可调恒流模块提高恒流模块驱动能力，增加LED照明亮度；当环境照度大于照度上限值时，微处理器通过控制可调恒流模块减小驱动电流，减弱LED亮度。

本发明还提供一种自适应LED照明装置控制方法，该方法包括：

读取温度和时间信息输出相应的色温，系统先判断温度再判断时间做出色温调整，当温度高于温度上限值时输出冷色温，温度低于温度下限值时输出暖色温，温度处于温度下限值和温度上限值之间时，按照时间信息控制；

检测进行车灯检测、运动检测和照度，当车灯检测、运动检测和照度检测之一判断为LED灯变亮时，则LED灯变亮。

其中所述可调恒流模块包括负责电流数据的处理和输出电流控制的恒流控制芯片，通过PWM接口与微处理器相连接；为可调恒流模块提供电源的电源电路，与恒流控制芯片连接；和采集反馈信号的反馈网络，连接在负载和恒流控制芯片之间。

本发明由于车灯感应功能、运动感应功能、温度控制功能、时间控制功能、或/和照度感应功能，节约了电能，同时也减少了LED发热，延长了LED使用寿命。同时，日光灯色温随外界变化而自适应变化的要求，给用户提供更舒适的光照环境。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的可调恒流模块；

图3是本发明的暖色LED可调恒流驱动模块；

图4是本发明的冷色LED可调恒流驱动模块；

图5是本发明的一个实施例；

图6是本发明的车辆检查示意图；

图7是本发明的控制流程图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1所示的一种自适应LED照明装置，该装置包括微处理器，用来实现各种传感信息的读取、逻辑判断功能；与微处理器相连接的传感器部分，用来检测照明环境各种数据信息，并送微处理器单元，该传感器部分至少包括车灯感应模块、运动感应模块、温度传感模块、实时时钟模块和光敏传感模块之一，或者该传感器部分包括车灯感应模块、运动感应模块、温度传感模块、实时时钟模块和光敏传感模块的至少两个以上的组合；与微处理器相连接的电源模块和可调恒流驱动模块，其中电源模块用于为整个装置供电，其中可调恒流驱动模块受微处理器控制并输出恒定电流，用于驱动LED灯具发光。

所述可调恒流驱动模块受微处理器控制并输出恒定电流，用于驱动LED灯具发光。可调恒流模块如图2所示，包括恒流控制芯片、PWM控制接口、电源电路和电流反馈网络；恒流控制芯片是可调恒流模块的核心，负责电流数据的处理和输出电流的控制，恒流控制芯片采用市场上通用的控制芯片；恒流控制芯片提供PWM控制接口，受前端微处理器控制；电源电路为可调恒流模块提供电源；电流反馈网络采集负载电流值，为恒流控制芯片提供实时电流数据，需要说明的是，根据情况也可以采集反馈电压。

所述可调恒流驱动模块可以用于驱动暖色LED、冷色LED和白光LED，这主要取决于LED灯是属于暖色LED、冷色LED和/或白光LED，驱动暖色LED、冷色LED和/或白光LED的时候的控制方式与一般电流驱动控制方式一样，采用普遍的PWM控制方式。比如图3是暖色LED可调恒流驱动模块，图4是冷色LED可调恒流驱动模块。如图5所示的一个实施例，同时包括冷色LED和暖色LED，当系统根据环境条件需要输出暖色温时，微处理器冷色温控制端口(PWM1)输出低电平，禁止冷色温驱动电路工作，冷色温LED不点亮；微处理器暖色温控制端口(PWM2)输出可控占空比的PWM波形，暖色温驱动电路按照占空比例控制输出电流，使暖色LED发出不同等级亮度的光线。当系统根据环境条件需要输出冷色温时，微处理器暖色温控制端口(PWM2)输出低电平，禁止暖色温驱动电路工作，暖色温LED不点亮；微处理器冷色温控制端口(PWM1)输出可控占空比的PWM波形，冷色温驱动电路按照占空比例控制输出电流，使冷色LED发出不同等级亮度的光线。

其中车灯感应模块用于检测夜间车灯信息，从而判断检测到照明区域有无车辆来往；当装置检测到照明区域没有车辆来往时，微处理器通过控制可调恒流模块输出小电流，灯具保持低亮度水平；当夜间有车辆进入检测区域时，微处理器通过控制可调恒流模块提高恒流模块驱动能力，增加LED照明亮度。由于车灯感应功能，节约了电能，同时也减少了LED发热，延长了LED使用寿命。

其中车灯感应模块包括光敏探头和光学透镜两部分。光敏探头用来传感外界光照度的变化。光学透镜用来滤除光照杂波。微处理器根据光敏探头照度的变化量判断车灯进入检测区域。

如图6所示，图6(2)中，车辆未进入检测区域，光敏探头光量基本保持不变。图6(1)中，车辆进入检测区域，光敏探头接收到车灯光照，光量产生变化，微处理器根据光量的变化，判断夜间车辆是否进入检测区域。同时，微处理器滤除非车灯引起光量变化，避免误判。白天的时候，光照度值较大，系统不进行车灯检测。夜间，光照度值较低，系统进入检测车灯程序。当微处理器在夜间接收到光量变化时开始计时在1S时间连续采集120次照度值，去除最大的10个和最小的10个数据，在余下的100个数据里根据采集时间先后顺序判断数据组是否具有递增趋势，并且后一个点的采样电压值不得大于前一个点电压值的30％，如果数据组没有递增趋势或者数据点间变化量大于30％，系统则判定没有车辆进入检测区域。

其中运动感应模块采用微波传感器或人体红外传感器或超声波传感器，检测照明区域内物体或人体的运动情况。从而检测到照明区域有无人体或物体的运动；当装置检测到照明区域没有人体或物体的运动时，微处理器通过控制可调恒流模块输出小电流，灯具保持低亮度水平；当装置检测到检测区域有运动人体或物体时，微处理器通过控制可调恒流模块提高恒流模块驱动能力，增加LED照明亮度。采用运动感应功能，节约了电能，同时也减少了LED发热，延长了LED使用寿命。

温度传感模块用来获取照明环境温度，温度传感模块采用热敏电阻或温度传感器获取照明环境温度信息，当检测到环境温度低于温度下限值时(一般视环境情况设定，比如以装置开机时采集到温度值再减去5℃为温度下限值)，装置发出暖色灯光(微处理器通过PWM方式驱动暖色恒流驱动电路，使设备发出暖色灯光)。当检测到环境温度高于温度上限值时(一般视环境情况设定，比如以装置开机时采集到温度值再加上5℃为温度上限值)，发出冷色灯光(微处理器通过PWM方式驱动冷色恒流驱动电路，使设备发出冷色灯光)。

此外，微处理器还可以根据环境温度，通过控制可调恒流模块输出改变驱动电流从而改变LED亮度，当温度高的时候降低驱动电流，降低了LED灯的亮度从而降低了热量，当温度低的时候提高驱动电流，增加了LED灯的亮度从而增加了热量，使得LED灯具温度始终保持合理范围。通过温度控制功能，为客户提供符合人体感官享受的照明环境，同时节约了电能，也减少了LED发热，延长了LED使用寿命。

实时时钟模块采用时钟芯片获取实时时间信息，在早晨和晚上的时候，装置发暖色调光，微处理器通过PWM方式控制暖色温恒流电路，驱动暖色LED发出暖色调光。中午的时候，装置发冷色调光，微处理器通过PWM方式控制冷色温恒流电路，驱动冷色LED发出冷色调光。通过时间控制功能，为客户提供符合人体生物钟感官享受的照明环境。

实时时钟模块实时获取系统时间信号；受控于微处理器并输出电流的可调恒流模块；受控于可调恒流模块的LED灯具；如图5所示的一种实施方式，微处理器输入端连接温度检测模块和时间检测模块，微处理器输出端连接可调恒流模块，可调恒流模块输出端连接LED灯具。LED灯具包括暖色和纯白色(冷色)LED混合分布。微处理器输入端连接时间检测模块，微处理器的输出端连接有冷色温可调恒流模块和暖色温可调恒流模块，微处理器根据时间检测模块采集的时间信号，进行判断处理后输出信号分别控制LED灯具的可调恒流模块，可调恒流模块输出端分别连接冷色LED和暖色LED，实现日光灯色温随外界环境自适应的变化。

其中色温是表明白光光源光谱成分的标志，采用低色温光源进行照射，可以产生暖色调氛围；采用高色温光源照射，可以产生冷色调氛围。

通过时间检测模块获取环境时间信号，微处理器处理采集的时间信号后，进行判断处理并分别控制暖色和冷色驱动信号，使两路可调恒流模块输出相应电流，来控制纯白色LED和暖色LED色温，色温相互配合产生不同感官的色温。白天尤其是中午的时候，采用高色温光源照射，使得暖温LED电流偏小，纯白光LED电流居多；晚上的时候，采用低色温光源照射，暖温LED电流居多，纯白光LED电流偏小。达到根据时间变化而改变LED色温，完成日光灯色温随外界变化而自适应变化的要求，给用户提供更舒适的光照环境。

光敏传感模块用来采集环境照度数据，当环境照度小于照度下限值(不同照明环境对地面照度要求不同，照度下限值也不同。一般以安装环境地面照度不低于300LUX对应采集到光敏值作为照度下限值。)，微处理器通过控制可调恒流模块提高恒流模块驱动能力，增加LED照明亮度。当环境照度大于照度上限值时(不同照明环境对地面照度要求不同，照度上限值也不同。一般以按照安装环境地面照度不低于500LUX对应采集到光敏值作为照度上限值。)，微处理器通过控制可调恒流模块减小驱动电流，减弱LED亮度。通过照度感应功能，节约了电能，同时也减少了LED发热，延长了LED使用寿命。

如图7所示的本发明控制流程，装置开机首先进行初始化操作，读取温度和时间信息输出相应的色温，系统先判断温度再判断时间做出色温调整，当温度高于温度上限值(根据环境情况决定，比如以装置开机时采集到温度值再加上5℃为温度上限值)时输出冷色温，微处理器通过PWM方式驱动冷色恒流驱动电路，使设备发出冷色灯光)，温度低于温度下限值(根据环境情况决定，比如以装置开机时采集到温度值再减去5℃为温度下限值)时输出暖色温，微处理器通过PWM方式驱动暖色恒流驱动电路，使设备发出暖色灯光。温度没有异常的情况下，按照时间规律变化色温。然后系统进行车灯检测、运动检测和照度检测，三者的判断无先后顺序是“或”的关系，也就是说，当三者中有一者判断为LED灯变亮，则LED灯变亮。

为了说明本发明的节能技术效果，现将现有技术的LED灯与本发明所述的LED灯的节能对比实验数据。以常见的18W LED日光灯为例，现有技术的LED日光灯当环境发生变化时(温度偏高、环境照度偏高、没有人或物体运动等情况)，功率基本保持不变；而本发明的18WLED日光灯，当环境温度超过40℃或者环境照度大于300LUX或检测区域内没有人体或物体活动时，设备自动减小输出电流降低30％亮度，功率降为12W左右，比普通LED日光灯节能1/3。

需要说明的是，对于车灯感应模块、运动感应模块、温度传感模块、实时时钟模块和光敏传感模块，可以用其中一个或几个模块采集的信息进行控制，主要根据实际情况的需要。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种自适应LED照明装置，其特征在于，该装置包括：

微处理器，实时接受传感信号，并根据传感信号，通过控制可调恒流模块输出改变驱动电流从而改变LED亮度；

与微处理器相连接的传感器部分，用来检测照明环境各种数据信息，并送微处理器单元；和

与微处理器相连接的电源模块和可调恒流驱动模块，其中电源模块用于为整个装置供电，其中可调恒流驱动模块受微处理器控制并输出恒定电流，用于驱动LED灯具发光。

2.如权利要求1所述的一种自适应LED照明装置，其特征在于，所述可调恒流模块包括：

负责电流数据的处理和输出电流控制的恒流控制芯片，通过PWM接口与微处理器相连接；

为可调恒流模块提供电源的电源电路，与恒流控制芯片连接；

和采集反馈信号的反馈网络，连接在负载和恒流控制芯片之间。

3.如权利要求2所述的一种自适应LED照明装置，其特征在于，所述负载为暖色LED、冷色LED和/或白光LED。

4.如权利要求3所述的一种自适应LED照明装置，其特征在于，所述反馈信号为电流或电压信号。

5.如权利要求1至4之一所述的一种自适应LED照明装置，其特征在于，所述传感器部分包括车灯感应模块，用于检测夜间车灯信息，从而判断照明区域有无车辆来往；当装置检测到照明区域没有车辆来往时，微处理器通过控制可调恒流模块输出小电流，灯具保持低亮度水平；当夜间有车辆进入检测区域时，微处理器通过控制可调恒流模块提高恒流模块驱动能力，增加LED照明亮度。

6.如权利要求1至4之一所述的一种自适应LED照明装置，其特征在于，所述传感器部分包括运动感应模块，用于检测覆盖范围内人体物体的运动情况，从而检测到照明区域没有人体或物体的运动；当装置检测到照明区域没有人体或物体的运动时，微处理器通过控制可调恒流模块输出小电流，灯具保持低亮度水平；当装置检测到检测区域有运动人体或物体时，微处理器通过控制可调恒流模块提高恒流模块驱动能力，增加LED照明亮度。

7.如权利要求1至4之一所述的一种自适应LED照明装置，其特征在于，所述传感器部分包括温度传感模块，用来获取照明环境温度，当检测到环境温度低于温度下限值时，发出暖色灯光；当检测到环境温度高于温度上限值时，发出冷色灯光。

8.如权利要求1至4之一所述的一种自适应LED照明装置，其特征在于，所述传感器部分包括实时时钟模块，用于获取实时时间，在早晨和晚上的时候，微处理器通过控制恒流驱动电路，驱动暖色LED发出暖色调光；中午的时候，微处理器通过控制恒流驱动电路，驱动冷色LED发出冷色调光。

9.如权利要求1至4之一所述的一种自适应LED照明装置，其特征在于，所述传感器部分包括光敏传感模块，用来采集环境照度数据，当环境照度小于照度下限值，微处理器通过控制可调恒流模块提高恒流模块驱动能力，增加LED照明亮度；当环境照度大于照度上限值时，微处理器通过控制可调恒流模块减小驱动电流，减弱LED亮度。

10.如权利要求1-9之一所述的一种自适应LED照明装置的控制方法，其特征在于，该方法包括：

读取温度和时间信息输出相应的色温，系统先判断温度再判断时间做出色温调整，当温度高于温度上限值时输出冷色温，温度低于温度下限值时输出暖色温，温度处于温度下限值和温度上限值之间时，按照实时时间控制；

进行车灯检测、运动检测和照度检测，当车灯检测、运动检测和照度检测之一判断为LED灯变亮时，则LED灯变亮；

所述按照实时时间控制的流程为：在早晨和晚上的时候，微处理器通过PWM方式控制暖色温恒流电路，驱动暖色LED发出暖色调光；中午的时候，微处理器通过PWM方式控制冷色温恒流电路，驱动冷色LED发出冷色调光。

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