CN102281680A - 基于人眼视觉感受的色温自动调节照明系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于人眼视觉感受的色温自动调节照明系统。该系统包括模式选择电路、数字电源电路、微控制器、温度传感器、湿度传感器、亮度传感器、定时器电路、人工场景地理信息选择及色温亮度设定电路、光源驱动电路和RGB三基色光源。温度传感器、亮度传感器和定时器电路都和微控制器相连接，向微控制器发送外界环境的信号，微控制器通过对这些信号进行处理，控制光源驱动电路，进而控制RGB三基色光源的色温和亮暗。本发明的优点在于：结合光源色温对人体生理和心理的影响来控制光源的色温和亮度，使光源能最大程度上满足人体的舒适感，使室内照明更加人性化。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过调节RGB三基色光源来调整色温的照明系统，尤其涉及基于人眼视觉感受的色温自动调节照明系统。
背景技术
光源的颜色常用色温这一概念来表示。光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光色相同时，黑体的温度称为该光源的色温。在黑体辐射中，随着温度不同，光的颜色各不相同，黑体呈现由红—橙红—黄—黄白—白—蓝白的渐变过程。
人类居住在地球上， 太阳光的色温从早上到晚上是处于不断变化之中的，人的视觉经过长年累月和太阳光的相互作用，已适应了这种变化。例如在晴天时，人体可以提高劳动热情， 增加劳动效率，而在夕阳时，人体会有一种轻松的舒适感。与固定的色温光源相比较，当人体暴露于与像太阳光那样可变性光源时，脑力活动时的嗜睡和疲劳感都低，计算问题的正确率高而费时短。所以，如果人在办公室一天内所处的照明环境，也能像太阳光那样，从早上到晚上经常变换不同色温的照明光源的话，对人体将是舒适的， 也有利于提高工作效率。一般来讲，色温越低，颜色越接近于火焰色，就越会给人以温暖、热烈的感觉；色温越高，光色蓝中带青，就给人以寒冷、文雅的感觉。所以将光源色温与人体舒适度相结合显得尤为必要。
根据色度学原理，全部光色都可以由红、绿、蓝三基色以适当的比例混合而得到。1931CIE色度图上表明了黑体辐射轨迹，即色温，因此我们可以从该色度图上得到不同色温的色坐标，再将色坐标转换为红、绿、蓝三基色的不同比例。
因此，根据不同光源色温下心理和生理变化的规律，来使人体能针对冷暖季节和环境舒适度的变化来选择不同色温的光源，创造出同时对人的工作、生活和娱乐最为适宜的光环境。但是目前在照明方面，大都是单一色温的光源，可自由改变色温的光源还很少见。
发明内容
本发明的目的实现一种基于人眼在不同光源色温下心理和生理变化的规律来自动选择舒适色温的照明系统，使人体能针对冷暖季节和环境温度等的变化来选择不同色温的光源，创造对人的工作和生活最为适宜的光环境。
为实现上述系统，本发明采用如下方案：一种基于人眼视觉感受的色温自动调节照明系统，该系统包括微控制器、数字电源电路、温度传感器、湿度传感器、亮度传感器、定时器电路、光源驱动电路和RGB三基色光源；其特征在于：所述温度传感器、亮度传感器、定时器电路和所述的微控制器相连接，采集每个季节天气晴朗时从早上到晚上太阳光的色温变化值以及环境温度信号发送给微控制器，所述微控制器结合光源色温对人体生理和心理的影响通过光源驱动电路来控制RGB三基色光源的色温和亮度，使光源能最大程度上满足人体的舒适感。
本发明一实施例中，系统采用三种工作方式。方式一为全自动模式，即系统通过实时接收一些传感器信号，进行分析，得到时钟信号、环境的舒适度指数、环境亮度等，微控制器根据这些数据，对比已存储在微控制器里的数据，在自动选择当前环境下最舒适色温和亮度并输出。方式二为半自动模式，即手动选择所需要的场景和地理信息等，微控制器根据这些信息来选择适合该场景的色温和亮度并输出。方式三为手动模式，即手动设定所需色温值和亮度值，微控制器自动控制数字电源电路和光源驱动电路输出相应的色温和亮度。
本发明的优点在于：实现了模拟每个季节晴朗天气时从早上到晚上太阳光的色温变化情况结合环境舒适度指数以及光源色温对人体生理和心理的影响来调整光源的色温和亮度，另外本照明系统还有多种工作方式，使光源能最大程度上满足人体的舒适感，还能促进和改善脑力活动，提高工作效率，使室内照明更加人性化，更加节能环保。本系统采用三基色光源，因此也可以轻松实现各种任意色彩，色温调整范围大。
附图说明
图1是本发明一种基于人眼视觉感受的色温自动调节照明系统电路连接示意图。
图2是本发明一种基于人眼视觉感受的色温自动调节照明系统时钟信号、色温、RGB三基色比例映射示意图。
图3是本发明一种基于人眼视觉感受的色温自动调节照明系统工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图具体说明本发明一种基于人眼视觉感受的色温自动调节照明系统。本发明提供优选实施例，但不应该被认为仅限于在此阐述的实施例。
本发明提供一种基于人眼视觉感受的色温自动调节照明系统，该系统包括微控制器、数字电源电路、温度传感器、湿度传感器、亮度传感器、定时器电路、光源驱动电路和RGB三基色光源；其特征在于：所述温度传感器、亮度传感器、定时器电路和所述的微控制器相连接，采集每个季节天气晴朗时从早上到晚上太阳光的色温变化值以及环境温度信号发送给微控制器，所述微控制器结合光源色温对人体生理和心理的影响通过光源驱动电路来控制RGB三基色光源的色温和亮度，使光源能最大程度上满足人体的舒适感。所述的微控制器还连接有模式选择电路和人工场景地理信息选择及色温亮度设定电路；所述的模式选择电路以下三种种工作方式：全自动、半自动和人工设定。
下面结合附图做进一步说明，在本发明一实施例中，如图1所示，该系统包括模式选择电路1、微控制器2、数字电源电路3、温度传感器5、湿度传感器6、亮度传感器7、定时器电路8、人工场景地理信息选择及色温亮度设定电路9、光源驱动电路4和RGB三基色光源10。模式选择电路1、数字电源电路3、温度传感器5、湿度传感器6、亮度传感器7、定时器电路8、人工场景地理信息选择及色温亮度设定电路9和光源驱动电路4都各自和微控制器2相连接。微控制器2接收来自模式选择电路1、温度传感器5、湿度传感器6、亮度传感器7、定时器电路8和场景地理信息选择及色温亮度设定电路的信号9，根据预设的程序对信号进行分析处理，将控制信号分别发送到数字电源电路3和光源驱动电路4。数字电源电路3根据微控制器2的控制信号输出相应的电压给光源驱动电路4，调节三基色光源10的整体亮度，光源驱动电路4接收微控制器2的控制信号，输出相应的PWM信号给RGB三基色光源10，控制红色光源，绿色光源和蓝色光源三色的亮度比例。
如图2所示是时钟信号、色温、RGB三基色比例映射示意图。记录某地区的每个季节中晴朗的一天下室内的色温变化情况，存储到微处理器里。再将一天的时间分为多个时刻，每个时刻分别对应所存储的色温值。根据色度学原理，全部光色都可以由红绿蓝三基色以适当比例混合而得到，故一种色温值对应一种红绿蓝比例。
对于大多数人，气温较低时人们更希望选用暖色调的灯光，气温较高时更喜欢冷色调的灯光。如图1，微处理器接收温度传感器的信号，微处理器判断外界温度是否在人舒适的温度范围内，若在范围内，则色温不变；若温度小于范围的最小值，则将色温调低到暖色调；若温度大于范围的最大值，则将色温调高到冷色调。
如图3所示，首先进行模式选择，人工选择工作方式，本系统共有三种工作方式。
选择工作方式1：由微控制器接收定时器、温度传感器、湿度传感器和亮度传感器的信号，微控制器对信号进行分析处理，自动选择某个时刻下最舒适的色温值和亮度值。即，微控制器根据每个季节晴朗天气时太阳光色温的变化情况，也使光源按照一天的各个时刻进行和太阳光一样的变化。微控制器将一天分为不同的时刻，每一时刻分别对应不同的色温值，再结合温度传感器和湿度传感器的信号判断室内的舒适度情况，若舒适度指数较低，则人体感觉冷，将色温调到暖色调，若舒适度指数偏高，则人体感觉热，就将色温调到冷色调，微处理器再将最终色温值转换为对应RGB三基色比例的控制信号，发送这些控制信号到数字电源电路和RGB光源驱动电路，使光源发出相应色温和亮度的三基色混合光。
选择工作方式2：微控制器接收人工选择系统提供的场景地理信息，微控制器自动选择与所选场景相适应的色温值和亮度值，再将色温值转换为对应RGB三基色比例的控制信号，发送这些控制信号到数字电源电路和RGB光源驱动电路，使光源发出相应色温和亮度的三基色混合光。
选择工作方式3：微控制器接收人工设定所需的色温值和亮度值，再将色温值转换为对应RGB三基色比例的控制信号，发送这些控制信号到数字电源电路和RGB光源驱动电路，使光源发出相应色温和亮度的三基色混合光。
Claims (9)
1.一种基于人眼视觉感受的色温自动调节照明系统，该系统包括微控制器、数字电源电路、温度传感器、湿度传感器、亮度传感器、定时器电路、光源驱动电路和RGB三基色光源；其特征在于：所述温度传感器、亮度传感器、定时器电路和所述的微控制器相连接，采集每个季节天气晴朗时从早上到晚上太阳光的色温变化值以及环境温度信号发送给微控制器，所述微控制器结合光源色温对人体生理和心理的影响通过光源驱动电路来控制RGB三基色光源的色温和亮度，使光源能最大程度上满足人体的舒适感。
2.根据权利要求1所述的基于人眼视觉感受的色温自动调节照明系统，其特征在于：所述的微控制器还连接有模式选择电路和人工场景地理信息选择及色温亮度设定电路；所述的模式选择电路以下三种种工作方式：全自动、半自动和人工设定。
3. 根据权利要求2所述的基于人眼视觉感受的色温自动调节照明系统，其特征在于：所述全自动是系统根据采集的冷暖季节的日光色温变化值和环境的舒适度指数自动选择人体最舒适色温。
4. 根据权利要求2所述的基于人眼视觉感受的色温自动调节照明系统，其特征在于：所述半自动是根据人工选择的场景来自动选择相应色温。
5. 根据权利要求1所述的基于人眼视觉感受的色温自动调节照明系统，其特征在于：所述的数字电源电路与所述的微控制器相连接，微控制器控制电源的输出电压。
6. 根据权利要求1所述的基于人眼视觉感受的色温自动调节照明系统，其特征在于：所述的温度传感器、湿度传感器和亮度传感器都自带有A/D转换器。
7. 根据权利要求1所述的基于人眼视觉感受的色温自动调节照明系统，其特征在于：所述的定时器电路与所述的微控制器相连接，微控制器根据时钟信号向光源驱动电路发送相应的控制信号。
8. 根据权利要求1所述的基于人眼视觉感受的色温自动调节照明系统，其特征在于：光源驱动电路具有输出脉宽调制信号的功能。
9. 根据权利要求1所述的基于人眼视觉感受的色温自动调节照明系统，其特征在于：RGB三基色光源包括红色光源、绿色光源和蓝色光源。
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