CN104717807A - 一种led助眠唤醒灯及方法 - Google Patents

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周国泉
王悦悦
徐一清
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Abstract

本发明公开了一种LED助眠唤醒灯及方法，包括灯光控制器(100)和LED灯(200)，所述灯光控制器(100)包括开关电源(101)、微处理器(102)、时钟单元(103)、功能按键(104)、定时旋钮(105)和串口通信单元(106)；该微处理器(102)包括助眠模式控制单元和唤醒模式控制单元，助眠模式控制单元内预置有对使用者起到催眠作用的LED灯光颜色和明暗渐变曲线参数，唤醒模式控制单元内页预置有自然唤醒使用者的LED灯光颜色和明暗渐变曲线参数，通过色光、相应持续时间和相应光强的柔和且渐变的方式变化，使得使用者身体逐渐活跃，拥有喜悦和快乐之情，激励使用者具有起床的勇气，达到自然唤醒之目的，体现以人为本的发明理念。

Description

一种LED助眠唤醒灯及方法
技术领域
本发明属于电光源领域，具体涉及一种具有助眠和唤醒功能的灯具及助眠唤醒方法。
背景技术
睡眠是生活中的一件大事。好的睡眠是非常重要的，因为睡眠质量的好坏直接影响到第二天的精神气质和工作学习效率。睡个好觉，让人感到神清气爽，充满活力，学习、工作和生活都充满着生机；觉没睡好，会让人感到无精打采，食不甘味，神不守舍。生活节奏快和工作压力大会降低睡眠质量，而有规律的作息时间可以保证睡眠质量。本发明则利用LED的色彩变化和光强变化协助人们进入睡眠状态，提高睡眠质量，也具有唤醒功能，帮助人们及时起床。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种具有助眠和唤醒功能的LED灯及其助眠唤醒方法。
解决上述技术问题采用的技术方案是：
一种LED助眠唤醒灯，包括灯光控制器(100)和LED灯(200)，所述灯光控制器(100)包括开关电源(101)、微处理器(102)、时钟单元(103)、功能按键(104)、定时旋钮(105)和串口通信单元(106)；该微处理器(102)包括助眠模式控制单元和唤醒模式控制单元，助眠模式控制单元内预置有对使用者起到催眠作用的LED灯光颜色和明暗渐变曲线参数，唤醒模式控制单元内页预置有自然唤醒使用者的LED灯光颜色和明暗渐变曲线参数，功能按键(104)选择相应的助眠功能或者唤醒功能时，微处理器(102)根据相应的LED灯光颜色和明暗渐变曲线参数，将各路RGB格式的LED灯光控制数据转换为串行的标准DMX512协议信号，输出点亮LED灯(200)，实现多种柔和灯光颜色和明暗渐变；所述LED灯(200)包括DMX512解码驱动芯片(201)和RGB三基色LED(202)；使用助眠功能时，采用预置的对使用者起到催眠作用的LED灯光颜色和明暗渐变曲线参数控制LED灯光，通过色光和相应光强的柔和且渐变的方式变化，使得使用者的情绪得到缓减、心律减缓、脉搏减慢、心情放松，对使用者起到催眠作用，提高其睡眠质量；使用唤醒功能时，采用预置的对使用者起到自然唤醒作用的LED灯光颜色和明暗渐变曲线参数控制LED灯光，通过色光、相应持续时间和相应光强的柔和且渐变的方式变化，使得使用者身体逐渐活跃，拥有喜悦和快乐之情，激励使用者具有起床的勇气，达到自然唤醒之目的。
所述的LED助眠唤醒灯，所述微处理器(102)采用增强型51单片机STC12C5A60S2。
所述的LED助眠唤醒灯，开关电源(101)一路输出24V电压至降压电路稳压后输出5V为微处理器(102)、时钟单元(103)和串口通信单元(106)供电，另一路输出24V电压给DMX512解码驱动芯片(201)供电，驱动点亮LED灯(200)。
所述的LED助眠唤醒灯，所述降压电路中的降压芯片采用了降压型电源管理单片集成电路LM2596。
所述的LED助眠唤醒灯，时钟单元(103)包括时钟芯片DS1302以及相关元件，负责为系统提供工作时钟信号，并为定时功能提供定时时间的设定。
本发明还提供一种基于上述LED助眠唤醒灯的助眠唤醒方法，在使用助眠功能时，选择进入助眠功能模式；RGB三基色LED先发出米色光，有利于使用者静下心来，消除其疲劳，在这一期间光强从高到低缓慢降低；米色光持续一段时间后，RGB三基色LED发出粉红色光，使得使用者心脏活动舒缩变慢，肌肉放松，心率下降，粉红光持续期间光强也从高到低缓慢降低；粉红光结束后，LED发出浅蓝色光，使用者的心律减缓、脉搏减慢，劳累了一天的紧张情绪得予消除，浅蓝色光的光强也从高到低缓慢降低，直至熄灭，协助使用者进入睡眠状态，起到催眠作用；在使用唤醒功能时，选择进入助眠功能模式，通过定时旋钮105调节定时时间，在到了定时唤醒时间时，RGB三基色LED先发出红色光，使得使用者脉搏增快，身体逐渐活跃，激励使用者具有起床的勇气，激发爱的情感，在此色光持续期间光强从零开始慢慢增大；红色光结束后，RGB三基色LED发出黄色光，使用者的脉搏正常，使得使用者充满喜悦和快乐之情，在此期间黄色光的光强从低到高逐渐增大；最后RGB三基色LED发出白色光，且光强也从低到高逐渐增大，使得使用者适应新一天的开始。
所述的助眠唤醒方法，助眠功能模式中，所述米色、粉红色和浅蓝色三个不同色光持续的时间相同，并且可调节，总的持续时间上限为1个小时。
所述的助眠唤醒方法，所述粉红色光的起始光强小于所述米色光的最终光强，所述浅蓝色光的起始光强小于所述粉红色光的最终光强。
所述的助眠唤醒方法，唤醒功能模式中，所述红色光、黄色光和白色光持续的时间不同，相应的比例为5∶3∶2，总的持续时间上限为半个小时。
所述的助眠唤醒方法，所述黄色光的起始光强大于所述红色光的最终光强，所述白色光的起始光强大于所述黄色光的最终光强。
本LED助眠唤醒灯，在使用助眠功能时，LED先发出米色光，有利于使用者静下来心，消除其疲劳，在这一期间光强从高到低缓慢降低；米色光持续一段时间后，LED发出粉红色光，使得使用者心脏活动舒缩变慢，肌肉放松，心率下降，粉红光持续期间光强也遵循从高到低第二个下降周期；粉红光结束后，LED发出浅蓝色光，使用者的心律减缓、脉搏减慢，劳累了一天的紧张情绪得予消除，浅蓝色光的光强经历高到低最后一个降坡，直至熄灭，协助使用者进入睡眠状态，起到催眠作用。三个不同色光持续的时间相同，并且可调节，总的持续时间上限为1个小时。在使用唤醒功能时，在到了定时唤醒时间时，LED先发出红色光，使得使用者脉搏增快，身体逐渐活跃，激励使用者具有起床的勇气，激发爱的情感，在此色光持续期间光强从零开始慢慢增大；红色光结束后，LED发出黄色光，使用者的脉搏正常，使得使用者充满喜悦和快乐之情，在此期间黄色光的光强从低到高逐渐增大，即为第二个光强爬坡阶段；最后LED发出白色光，且光强经历从低到高最后一个爬坡上升阶段，使得使用者适应新一天的开始。红色光、黄色光和白色光持续的时间不同，相应的比例为5∶3∶2，总的持续时间上限为半个小时。
本发明的有益效果是：使用助眠功能时，通过色光和相应光强的柔和且渐变的方式变化，使得使用者的情绪得到缓减、心律减缓、脉搏减慢、心情放松，对使用者起到催眠作用，提高其睡眠质量；使用唤醒功能时，通过色光、相应持续时间和相应光强的柔和且渐变的方式变化，使得使用者身体逐渐活跃，拥有喜悦和快乐之情，激励使用者具有起床的勇气，达到自然唤醒之目的，体现以人为本的发明理念。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明助眠功能时光强变化示意图；
图3为本发明唤醒功能时光强变化示意图；
图4为本发明的降压电路原理图；
图5为本发明的时钟单元电路原理图；
图6为本发明的串口通信单元电路原理图；
图7为本发明的微处理器电路原理图；
图8为本发明的DMX512解码驱动芯片电路原理图；
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。
为了达到本发明的目的，如图1所示，本LED助眠唤醒灯，包括有灯光控制器100和LED灯200，所述灯光控制器100包括开关电源101、微处理器102、时钟单元103、功能按键104、定时旋钮105和串口通信单元106；该微处理器102包括助眠模式控制单元和唤醒模式控制单元，助眠模式控制单元内预置有对使用者起到催眠作用的LED灯光颜色和明暗渐变曲线参数，唤醒模式控制单元内页预置有自然唤醒使用者的LED灯光颜色和明暗渐变曲线参数，在功能按键104选择相应的助眠功能或者唤醒功能时，微处理器102根据相应的LED灯光颜色和明暗渐变曲线参数，将各路RGB格式的LED灯光控制数据转换为串行的标准DMX512协议信号，输出点亮LED灯200，实现多种柔和灯光颜色和明暗渐变；所述LED灯200包括DMX512解码驱动芯片201和RGB三基色LED202。
使用助眠功能时，采用预置的对使用者起到催眠作用的LED灯光颜色和明暗渐变曲线参数控制LED灯光，通过色光和相应光强的柔和且渐变的方式变化，使得使用者的情绪得到缓减、心律减缓、脉搏减慢、心情放松，对使用者起到催眠作用，提高其睡眠质量；
使用唤醒功能时，采用预置的对使用者起到自然唤醒作用的LED灯光颜色和明暗渐变曲线参数控制LED灯光，通过色光、相应持续时间和相应光强的柔和且渐变的方式变化，使得使用者身体逐渐活跃，拥有喜悦和快乐之情，激励使用者具有起床的勇气，达到自然唤醒之目的。
如图1所示，所述的开关电源101为隔离式直流开关电源，输入电压为100-240V，输出电压为24V，输出电流为0-3.2A。如图4所示，开关电源101一路输出24V电压至降压电路稳压后输出5V为微处理器102、时钟单元103和串口通信单元106供电，另一路输出24V电压给DMX512解码驱动芯片201供电，驱动点亮LED灯200。
其中降压芯片采用了降压型电源管理单片集成电路LM2596，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。固定输出版本有3.3V、5V、12V等，本电路中采用了固定输出5V型号。
如图7所示，本LED助眠唤醒灯的微处理器102采用增强型51单片机STC12C5A60S2。该单片机具有高速、低功耗及超强抗干扰等特点，采用5V电源供电，具有8路10位A/D接口、2路PWM输出口，4个16位定时器，56K Flash存储空间、1280B静态存取内存、1K可编程只读存储器，能够满足模式切换、光谱调控、PWM信号输出等工作，为系统的功能实现提供了基础和保障。C1和R1构成单片机复位电路，在上电时对程序复位，C1可用10μF/25V电解电容，R1用1K精密电阻。C2、C3和CR1构成单片机振荡电路，提供时间基准，C2和C3可用22pF瓷片电容，CR1可用12MHz晶振。
参见图5，时钟单元103包括时钟芯片DS1302以及相关元件，负责为系统提供工作时钟信号，并为定时功能提供定时时间的设定。为保证DS1302正常工作，需要在引脚VCC2接5V电压，在引脚VCC1接3.3V电压，在引脚X1与X2之间接32.768MHz晶体振荡器Y1；本电路的3.3V为后备电源，采用纽扣电池供电，以保证在断电的时候不会发生时间丢失问题。
参见图6，本LED助眠唤醒灯的串口通信单元106由MAX232芯片与计算机串口进行相互通信，MAX232芯片中的TXD与RXD分别与STC12C5A60S2芯片的RXD和TXD引脚相连，而MAX232芯片中的T2OUT与DB9接口中的2脚相连，R2IN与DB9接口中的3脚相连，DB9的5脚接地。计算机通过串口通信电路将相关程序和参数下载至单片机STC12C5A60S2的内部存储器E2PROM中，以对LED助眠唤醒灯进行控制。
本LED助眠唤醒灯采用DMX512总线协议进行控制。DMX512总线协议是USITT(美国剧场技术协会)在1986年发布的一种舞台灯光控制协议，现已成为国际通用的标准协议，被各种灯光控制系统广泛采用。标准的DMX512总线协议规定特定长度的数据帧，每个数据帧的数据容量为513个字节，其中包含一个字节的起始码。标准的DMX512协议通信的波特率为250kbps。虽然标准里面制定的通信波特率为250kbps，但随着电子技术的发展，系统可以在更高的波特率下通信。用户可以根据实际要求自行设定具体通信的波特率。LED行业的飞速发展也为LED控制芯片的设计带来了前所未有的提速，常见的同步DMX512控制芯片有很多，本发明采用TM1803芯片进行控制。TM1803是三通道LED驱动控制专用电路，内部集成有MCU数字接口、数据锁存器、LED高压驱动等电路。通过外围MCU控制实现该芯片的单独灰度、级联控制实现户外大屏的彩色点阵发光控制，采用SOP8的封装形式。如图8所示，每颗RGB三基色LED均配一颗DMX512解码驱动芯片TM1803进行控制，TM1803芯片采用级联控制方式，一根控制线上的TM1803芯片的RGB三个PWM通道的色彩通过一个数据帧同时刷新，进而实现对显示文件的显示。当LED点光源3收到调光数据信号，TM1803芯片根据自身灯具地址，截取三个字节的调光信息，产生三路PWM信号控制恒流驱动模块。一个字节的范围为0-255，每一色LED的灰度为256级别，三基色LED的组合颜色理论上有256*256*256级别灰度，满足灯光的全彩控制需求。
三基色LED的原理是利用红绿蓝(RGB)三种颜色的LED发出的光作为基础，按适当的比例进行配色，从而得到特定所需颜色的光源。根据色彩的三基色合成原理，光的颜色由配色方程F＝x[R]+y[G]+z[B]决定，其中，x[R]、y[G]和z[B]分别代表红绿和蓝三基色LED灯的发光强度由此可见，不同强度比例的三基色光混合后得到不同的颜色，典型的八种颜色的三基色配比如表1所示(255代表最大值)。本RGB三基色LED的调制方式采用脉宽调制(Pulse Width Modulation PWM)方式。PWM调制具有颜色控制精度高的特点，适合数字电路实现。利用PWM驱动LED进行亮度控制并达到所需颜色的配比，以满足不同条件下的照明需求。
表1八种颜色的三基色配比
作为一个具体的例子，本LED助眠唤醒灯，在使用助眠功能时，选择进入助眠功能模式。参考图2，RGB三基色LED先发出米色光，有利于使用者静下心来，消除其疲劳，在这一期间光强从高到低缓慢降低至A；米色光持续一段时间后，RGB三基色LED发出粉红色光，使得使用者心脏活动舒缩变慢，肌肉放松，心率下降，粉红光持续期间光强也遵循从高(最高值小于A)到低，直至降到最低光强B；粉红光结束后，LED发出浅蓝色光，使用者的心律减缓、脉搏减慢，劳累了一天的紧张情绪得予消除，浅蓝色光的光强经历从高(最高值小于B)到低最后一个降坡，直至熄灭，协助使用者进入睡眠状态，起到催眠作用。三个不同色光持续的时间相同，并且可调节，总的持续时间上限为1个小时。
本LED助眠唤醒灯，在使用唤醒功能时，选择进入助眠功能模式，通过定时旋钮105调节定时时间，比如定时1个小时，7个小时等。参考图3，在到了定时唤醒时间时，RGB三基色LED先发出红色光，使得使用者脉搏增快，身体逐渐活跃，激励使用者具有起床的勇气，激发爱的情感，在此色光持续期间光强从零开始慢慢增大至C；红色光结束后，RGB三基色LED发出黄色光，使用者的脉搏正常，使得使用者充满喜悦和快乐之情，在此期间黄色光的光强从低(最低不小于C)到高逐渐增大至D，即为第二个光强爬坡阶段；最后RGB三基色LED发出白色光，且光强经历从低(最低不小于D)到高最后一个爬坡上升阶段，使得使用者适应新一天的开始。红色光、黄色光和白色光持续的时间不同，相应的比例为5∶3∶2，总的持续时间上限为半个小时。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种LED助眠唤醒灯，其特征在于，包括灯光控制器(100)和LED灯(200)，所述灯光控制器(100)包括开关电源(101)、微处理器(102)、时钟单元(103)、功能按键(104)、定时旋钮(105)和串口通信单元(106)；该微处理器(102)包括助眠模式控制单元和唤醒模式控制单元，助眠模式控制单元内预置有对使用者起到催眠作用的LED灯光颜色和明暗渐变曲线参数，唤醒模式控制单元内页预置有自然唤醒使用者的LED灯光颜色和明暗渐变曲线参数，功能按键(104)选择相应的助眠功能或者唤醒功能时，微处理器(102)根据相应的LED灯光颜色和明暗渐变曲线参数，将各路RGB格式的LED灯光控制数据转换为串行的标准DMX512协议信号，输出点亮LED灯(200)，实现多种柔和灯光颜色和明暗渐变；所述LED灯(200)包括DMX512解码驱动芯片(201)和RGB三基色LED(202)；使用助眠功能时，采用预置的对使用者起到催眠作用的LED灯光颜色和明暗渐变曲线参数控制LED灯光，通过色光和相应光强的柔和且渐变的方式变化，使得使用者的情绪得到缓减、心律减缓、脉搏减慢、心情放松，对使用者起到催眠作用，提高其睡眠质量；使用唤醒功能时，采用预置的对使用者起到自然唤醒作用的LED灯光颜色和明暗渐变曲线参数控制LED灯光，通过色光、相应持续时间和相应光强的柔和且渐变的方式变化，使得使用者身体逐渐活跃，拥有喜悦和快乐之情，激励使用者具有起床的勇气，达到自然唤醒之目的。
2.根据权利要求1所述的LED助眠唤醒灯，其特征在于，所述微处理器(102)采用增强型51单片机STC12C5A60S2。
3.根据权利要求1所述的LED助眠唤醒灯，其特征在于，开关电源(101)一路输出24V电压至降压电路稳压后输出5V为微处理器(102)、时钟单元(103)和串口通信单元(106)供电，另一路输出24V电压给DMX512解码驱动芯片(201)供电，驱动点亮LED灯(200)。
4.根据权利要求3所述的LED助眠唤醒灯，其特征在于，所述降压电路中的降压芯片采用了降压型电源管理单片集成电路LM2596。
5.根据权利要求1所述的LED助眠唤醒灯，其特征在于，时钟单元(103)包括时钟芯片DS1302以及相关元件，负责为系统提供工作时钟信号，并为定时功能提供定时时间的设定。
6.权利要求1-5任一所述的LED助眠唤醒灯的助眠唤醒方法，其特征在于，在使用助眠功能时，选择进入助眠功能模式；RGB三基色LED先发出米色光，有利于使用者静下心来，消除其疲劳，在这一期间光强从高到低缓慢降低；米色光持续一段时间后，RGB三基色LED发出粉红色光，使得使用者心脏活动舒缩变慢，肌肉放松，心率下降，粉红光持续期间光强也从高到低缓慢降低；粉红光结束后，LED发出浅蓝色光，使用者的心律减缓、脉搏减慢，劳累了一天的紧张情绪得予消除，浅蓝色光的光强也从高到低缓慢降低，直至熄灭，协助使用者进入睡眠状态，起到催眠作用；在使用唤醒功能时，选择进入助眠功能模式，通过定时旋钮105调节定时时间，在到了定时唤醒时间时，RGB三基色LED先发出红色光，使得使用者脉搏增快，身体逐渐活跃，激励使用者具有起床的勇气，激发爱的情感，在此色光持续期间光强从零开始慢慢增大；红色光结束后，RGB三基色LED发出黄色光，使用者的脉搏正常，使得使用者充满喜悦和快乐之情，在此期间黄色光的光强从低到高逐渐增大；最后RGB三基色LED发出白色光，且光强也从低到高逐渐增大，使得使用者适应新一天的开始。
7.权利要求6所述的助眠唤醒方法，其特征在于，助眠功能模式中，所述米色、粉红色和浅蓝色三个不同色光持续的时间相同，并且可调节，总的持续时间上限为1个小时。
8.权利要求6或7所述的助眠唤醒方法，其特征在于，所述粉红色光的起始光强小于所述米色光的最终光强，所述浅蓝色光的起始光强小于所述粉红色光的最终光强。
9.权利要求6或7所述的助眠唤醒方法，其特征在于，唤醒功能模式中，所述红色光、黄色光和白色光持续的时间不同，相应的比例为5∶3∶2，总的持续时间上限为半个小时。
10.权利要求6或7所述的助眠唤醒方法，其特征在于，所述黄色光的起始光强大于所述红色光的最终光强，所述白色光的起始光强大于所述黄色光的最终光强。
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