CN103124449A - Led室内智能化照明系统控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED室内智能化照明系统控制方法，包括有输入设备、存储系统、光敏传感器、色敏传感器、温度传感器、微处理器、LED驱动电路模块、模/数转换器、LED灯具系统的LED室内智能化照明系统，利用微处理器根据传感器反馈回来的环境参数与预设的照明参数的比较结果来智能化调节LED的照明效果，实现LED室内照明的可控化和智能化。室内照明的可控化是指可以人工调节LED的亮度、朝向、色彩、渲染等，根据室内整体的或者局部的照明效果，自动调节各项照明指标，以实现最理想的照明效果，使LED成为真正高效、长寿命、低成本的普通室内照明光源。

Description

LED室内智能化照明系统控制方法

技术领域

本发明涉及一种可编程的LED室内智能化照明控制方法，可以按照预先设置好的程序和参数，根据室内光强，温度的感应反馈来自动调节LED的亮度、色彩、方向等的方法及装置。

背景技术

目前，照明已经逐渐进入LED时代。比起现在仍在普遍使用的节能灯和白炽灯来说，LED具有电光转换效率高、光效高、寿命长、节能、安全、绿色环保、色彩丰富等等优点。LED可以将99%以上的电能转换为光能，而节能灯只能达到80%，白炽灯就更低得多；LED高亮照明灯的光效可以达到80lm/W，节能灯只有60lm/W；LED的使用寿命理论上长达5万小时，相比之下，节能灯只有1万小时。随着科学技术的发展，LED的光效逐年提高，LED照明将成为照明技术的发展主流已成为共识。

但在我国，除了个别城市的试点以外，LED还并未大规模投入到室内和室外的照明领域，而仅仅用于指示、电脑显示屏等有限的用途。这方面一是由于国产LED的光衰比较大，另一方面LED的发光角度小，光谱比较单一，并不适合直接使用在办公场所、住宅等室内照明场所。科学家最新研究表明，彩光污染不仅有损人的生理功能，而且对人的心理也有影响。“光谱光色度效应”测定显示，如以白色光的心理影响为100，则蓝色光为152，紫色光为155，红色光为158，黑色光最高，为187。要是人们长期处在彩光灯的照射下，其心理积累效应，也会不同程度地引起倦怠无力、头晕、神经衰弱等身心方面的病症。所以，目前室内照明的趋势都是以白光为主，彩光只是作为辅助性地使用在特殊场合中。因此，设计一套智能化的LED照明控制系统，通过环境感应信号的反馈和用户预设参数对LED照明的亮度、色彩进行智能化控制，有助于LED室内照明系统的规模化发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种LED室内智能化照明系统控制方法，实现LED室内照明的可控化和智能化。室内照明的可控化是指可以人工调节LED的亮度、朝向、色彩、渲染等照明效果，而不仅仅是开和关两种状态。智能化是指使用微处理器，根据室内整体的或者局部的照明效果，自动调节各项照明指标，以实现最理想的照明效果，成为真正高效、长寿命、低成本的普通室内照明光源。

本发明的目的是是这样实现的，LED室内智能化照明系统控制方法，利用微处理器根据传感器反馈回来的环境参数与预设的照明参数的比较结果来智能化调节LED的照明效果，其步骤为：

1）构建包括有输入设备、存储系统、光敏传感器、色敏传感器、温度传感器、微处理器（芯片）、LED驱动电路模块、模/数转换器、LED灯具系统的LED室内智能化照明系统；

2）用户通过输入设备预先设置照明参数以及相应的程序，存储于存储系统的内存中；

3）通过光敏传感器，色敏传感器和温度传感器将室内环境参数，诸如光强、色彩、温度转换成相应的模拟电信号；

4）对不同信道的传感器的电信号进行采样并经过模/数转换，得到相应的数字信号，反馈到微处理器；数据采样的时钟频率由微处理器根据用户预先设置提供；

5）微处理器获取不同信道的环境参数以后，通过与预设值的比较，产生相应的控制信号，输出五路脉冲宽度调制PWM信号，四路PWM信号输出到LED驱动电路模块，其中一路用于控制LED灯具系统里面的主照明白光LED的亮度，其他三路用于控制红、绿、蓝三原色彩灯的亮度，第五路PWM信号输出到射灯模式转换开关电路，传感器检测到的环境参数，预设的照明参数和照明程序，通过I/O接口显示在LCD显示屏上；

6）LED驱动电路模块产生相应的电流，输入到LED灯具系统，达到自动调节的效果，射灯模式转换开关电路输出信号控制不同方向的LED射灯模式。

本发明采用一种可编程的智能化LED照明控制系统，用户可以根据不同季节、时间、场所的照明条件，预先设置情景化的照明程序以及各个时间段的相应的照明参数值。系统包括监测环境参数的传感器，采样以及模/数转换器，微处理器，内存，LED驱动电路模块等。微处理器执行用户设置好的照明程序，在预设的时间段内实现不同的LED照明效果。同时各个信道的传感器接收相应的信号并转化为模拟电信号，经过采样及模/数转换模块转变成数字信号输入到微处理器，与预先设置在照明程序里不同时间段内的照明参数进行比较，并输出控制信号在预设的时间段内去调节LED的亮度、色彩调配以及方向。

本发明的原理是：LED的照明控制可分为被动控制或主动控制，被动控制是指由使用者直接调节LED灯具的亮度、方向、色彩等照明指标，主动控制是指微处理器根据预设的照明指标，根据室内的照明现状而自动调节LED的亮度、方向、色彩等，以达到预设值。很显然，被动控制是实现主动控制的基础，在技术上也比较容易实现。主动控制则更困难一些，设计到环境、控制芯片、LED三者之间的信息交换。光传感器通过对环境采光，测得此处的光强，并输出一电压值给微处理器。微处理器将该电压值与预设值相比较，然后相应地调节LED的输出，由此而实现一个反馈过程。光传感器数据采样的频率可以在出厂前设定，既可以实时控制，也可以按一定的间隔（比如说每1分钟或者每5分钟采光一次）。

控制芯片内的预设值实际上决定了LED所照明区域的最终照明效果。但照明效果并不仅仅与LED有关，还和所在的具体环境有紧密关系，所以出厂时的预设值很可能并不代表用户所需要的照明效果，所以用户必须要具有将自己所需要的照明效果写入控制芯片的途径。这实际上是一个被动控制的过程。

本发明与现有技术相比，其优势在于在被动控制的模式之上，利用微处理器，结合多种环境参数传感器，对室内照明条件实时采样，并与预设照明参数比较，相应的调节LED的输出，实现智能化的主动控制，实现室内LED照明的最佳效果，同时达到节能环保的目的，有助于室内LED照明产业的规模化发展。本发明的特点在于实现“一芯多控”和“模式转换”。通过微处理器，本系统可以在被动模式和主动模式之间切换，实现对LED照明的亮度、色彩和方向等多项指标的控制调节。

具体实施方式

本发明的的适用范围为室内LED照明的智能化控制，适用对象为LED灯组，其中应该包括主照明白光LED模块，红绿蓝三原色彩光LED模块，以及不同方向的射光模块。本发明的目的是利用智能化芯片实现对室内LED照明多项指标，如亮度、色彩和方向，进行调控。本发明的特点在于“一芯多控”和“模式转换”。

原理上本发明可以用被动控制模式或者主动控制模式操控，并且可以在两种模式之间切换。首先，用户在对系统的初始化过程中，通过被动控制模式，利用系统的输入设备，输入符合自身室内照明条件的预设参数，诸如主照明的亮度，三原色彩灯的不同亮度设置形成不同色彩模式，以及不同方向的射灯模式。微处理器根据预设值初始化LED的照明参数，用户可以通过调节预设值达到理想的照明效果。并把预设值存储在存储系统内存中。之后的日常照明中，用户可以切换系统到主动控制模式，执行预先设置好的照明程序。通过光敏传感器和色敏传感器检测各项光线指标，转化成数字电信号后由微处理器和预设值进行比较，然后产生相应的调控信号去调节LED的照明参数，以达到理想的照明效果。用户还可以通过微处理器，根据日常作息时刻中不同的情景需要，设置一套相应的照明程序。对应不同时刻的照明需求，启动相应的照明指标，系统将会根据编好的照明程序，通过主动控制模式对于不同时段的LED照明进行调节。

微处理器是系统的大脑，它的作用是接收来自环境参数感应器的信号，经过采样以及数模转换之后，与存储系统内存中存储的域设置进行比较，根据比较结果输出相应的控制信号去激发LED驱动电路和方向转换开关电路，达到调节LED照明效果的目的。本发明系统中，有两路信道用于检测环境参数。一路是光敏传感器，用于检测室内光线强度；一路是色敏传感器，用来感应室内环境中红绿蓝不同波段的光线强度。当光敏传感器信道的感应信号经过采样和模数转换之后，微处理器会把室内光强信号和存储系统存储的预设值比较，如果高于预设值，芯片会输出一个控制信号Cm到PWM信号发生器，激发一个PWM信号Sm。该信号被输入到LED驱动电路中，对白光LED主照明模块的输入电流Im进行负向调节，降低LED的功率，减少LED的亮度，从而降低室内的总体光强。如果光敏感应器的感应信号低于预设值，则微处理器会产生一个控制信号对Im进行正向调节，增加LED的功率，提高LED的亮度，从而增强室内的总体光强。

同理，色敏感应器信道的三色感应信号经过采样和模数转换之后，微处理器会把红绿蓝三色的光强信号和存储系统存储的预设值比较，当实际信号与预设值不符时，芯片会输出三个控制信号Cr、Cg和Cb，每个控制信号分别对应红、绿、蓝三种颜色中的一种，到PWM信号发生器，激发相应的三个PWM信号Sr、Sg和Sb。该信号被输入到LED驱动电路中，对彩光LED照明模块的输入电流Ir、Ig和Ib进行正向或者负向的反馈补偿。通过对三原色亮度调节来达到LED色彩调配的目的。

LED照明系统中的色温调节，可以通过预先设置的程序来控制，按照不同季节、时间、场所根据用户的照明需求设定不同色温值，实现情景化的色温调配模式。不同色温调配模式由用户预先设置并储存在存储系统内存中。微处理器在执行用户预设程序时，在不同时间段，会根据预设值输出三个控制信号Cr、Cg和Cb，到PWM信号发生器，激发相应的三个PWM信号Sr、Sg和Sb。该信号被输入到LED驱动电路中，产生输入到彩光LED照明模块的相应的电流值Ir、Ig和Ib，来达到LED色彩调配的目的。

LED照明系统中的方向调节，则是通过预先设置的程序来被动控制。LED照明系统中可以设计多个方向的阵列模组，在设置系统照明程序的时候，针对不同时段的不同情境，设置不同方向的LED射灯的开关转换序列。微处理器根据用户预设的程序，产生控制信号Cd，激发一个PWM信号Sd。该信号输入到LED射灯模式转换开关，根据程序向不同方向的LED模组提供驱动电流Id。这样，LED的照明方向可以通过用户根据自身照明需求而预先设定的程序进行调节。

本发明的智能化控制流程分为系统初始化设置的被动控制部分和LED照明程序执行过程中的主动控制部分。首先用户对系统进行初始化，根据室内的照明需求设置智能化照明程序。在该程序的每一步设置中，利用系统的输入设备，输入符合自身室内照明条件的预设参数，诸如主照明的亮度，三原色彩灯的不同亮度设置形成不同色彩模式，以及不同方向的射灯模式。微处理器根据预设值初始化LED的照明参数，用户可以通过调节预设值达到理想的照明效果。并把预设值存储在存储系统内存中。当照明程序设置完成，就可以进入到主动控制部分。在照明程序开始执行之后，各环境参数感应器开始检测室内的照明参数， 通过信号转换，交由微处理器和储存的预设值对比，符合预设值，系统将等待下一个采样信号进行对比，不符合预设值的，则产生相应的控制信号去调节LED的照明。这样的反馈补偿过程一直循环到照明程序结束为止。

Claims (1)

1.一种LED室内智能化照明系统控制方法，其特征是包括如下步骤：

1）构建包括有输入设备、存储系统、光敏传感器、色敏传感器、温度传感器、微处理器芯片、LED驱动电路模块、模/数转换器、LED灯具系统的LED室内智能化照明系统；

2）用户通过包括小键盘的外部输入设备预先设置照明参数以及相应的程序，存储于存储系统的内存中；

3）通过光敏传感器，色敏传感器和温度传感器将室内环境参数，诸如光强、色彩、温度转换成相应的模拟电信号；

4）对不同信道的传感器的电信号进行采样并经过模/数转换，得到相应的数字信号，反馈到智能微处理器芯片；数据采样的时钟频率由微处理器芯片根据用户预先设置提供；

5）智能微处理器芯片获取不同信道的环境参数以后，通过与预设值的比较，产生相应的控制信号，输出五路脉冲宽度调制PWM信号，四路PWM信号输出到LED驱动电路模块，其中一路用于控制LED灯具系统里面的主照明白光LED的亮度，其他三路用于控制红、绿、蓝三原色彩灯的亮度，第五路PWM信号输出到射灯模式转换开关电路，传感器检测到的环境参数，预设的照明参数和照明程序，通过I/O接口显示在LCD显示屏上；

6）LED驱动电路模块产生相应的电流，输入到LED灯具系统，达到自动调节的效果，射灯模式转换开关电路输出信号控制不同方向的LED射灯模式。