CN104797063A - 灯光亮度调节方法、装置和led灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种灯光亮度调节方法、装置和LED灯，该方法包括接收输入的目标亮度值；获取灯光当前亮度值；确定目标亮度值与当前亮度值之间的亮度差值；根据亮度差值匹配对应的PID参数进行PID运算获得调整值；根据当前值与调整值计算输出值；发送与输出值对应的脉冲信号至驱动电路。该灯光亮度调节方法，通过预先将亮度差值进行分段，不同段的亮度差值匹配不同的PID参数，在对灯光进行亮度调节时，根据计算的亮度差值匹配对应的PID参数，该方法通过对亮度差值进行PID计算，从而能够达到平滑的控制灯光效果，减少抖动现象。

Description

灯光亮度调节方法、装置和LED灯

技术领域

本发明涉及灯光调光技术领域，特别是涉及一种灯光亮度调节方法、装置和LED灯。

背景技术

舞台灯光通常通过DMX512(数字多路复用协议Digital Multiplex)控制器调节，根据舞台的需要调节灯光的亮度从而展现不同的舞台效果。DMX512控制器采用DMX512协议，DMX512是由USITT(美国剧院技术协会)发展成为从控制器用标准数字接口控制调光器的方式。

现有的使用DMX512控制器调节灯光亮度的方法是根据用户在DMX512控制器上输入调整灯光的亮暗程度信息输出目标亮度值，再通过脉冲调光或模拟调光方式调节输出电流从而实现灯光的亮度调节。

但现有调节是将输入的目标亮度值直接通过脉冲调光或模拟调光进行调节，在调光过程中容易出现调光抖动的问题。

发明内容

基于此，有必要提供一种避免调光抖动的灯光亮度调节方法、装置和LED灯。

一种灯光亮度调节方法，包括：

接收输入的目标亮度值；

获取灯光当前亮度值；

确定目标亮度值与当前亮度值之间的亮度差值；

根据亮度差值匹配对应的PID参数进行PID运算获得调整值；

根据当前值与调整值计算输出值；

发送与输出值对应的脉冲信号至驱动电路。

在其中一种实施方式中，亮度差值包括第一亮度差值和第二亮度差值，

确定目标亮度值与当前亮度值之间的亮度差值的步骤包括：

根据目标亮度值与当前亮度值计算第一亮度差值；

将目标亮度值和当前亮度值转换为二进制数据；

根据目标亮度值和当前亮度值的二进制数据计算第二亮度差值，第二亮度差值为二进制数据；

根据亮度差值匹配对应的PID参数进行PID运算获得调整值的步骤包括：

根据第二亮度差值匹配对应的PID参数；

根据第一亮度差值和匹配的PID参数进行PID运算获得调整值。

在其中一种实施方式中，二进制数据为16位的二进制数据。

在其中一种实施方式中，脉冲信号为16位的脉冲信号。

在其中一种实施方式中，PID算法为比例积分算法，其输入输出关系为：

$u\left(t\right)=k_{P}e\left(t\right)+k_I{\∫}_0^{t}e\left(t\right)\mathrm{dt};$

其中，u(t)为调整值，e(t)为亮度差值，k_P为比例控制参数，k_I为积分控制参数。

一种灯光亮度调节装置，包括：

接收模块，用于接收输入的目标亮度值；

获取模块，用于获取灯光当前亮度值；

第一计算模块，用于确定目标亮度值与当前亮度值之间的亮度差值；

第二计算模块，用于根据亮度差值匹配对应的PID参数进行PID运算获得调整值；

第三计算模块，用于根据当前值与调整值计算输出值；

发送模块，用于发送与输出值对应的脉冲信号至驱动电路。

在其中一种实施方式中，亮度差值包括第一亮度差值和第二亮度差值，第一计算模块包括第一计算单元、第一转换单元和第二计算单元，

第一计算单元，用于根据目标亮度值与当前亮度值计算第一亮度差值；

第一转换单元，用于将目标亮度值和当前亮度值转换为二进制数据；

第二计算单元，用于根据目标亮度值和当前亮度值的二进制数据计算第二亮度差值，第二亮度差值为二进制数据；

第二计算模块包括匹配单元和第三计算单元，

匹配单元，用于根据第二亮度差值匹配对应的PID参数；

第三计算单元，用于根据第一亮度差值和匹配的PID参数进行PID运算获得调整值。

在其中一种实施方式中，二进制数据为16位的二进制数据。

在其中一种实施方式中，脉冲信号为16位的脉冲信号。

一种LED灯，包括上述的灯光亮度调节装置。

该灯光亮度调节方法，通过预先将亮度差值进行分段，不同段的亮度差值匹配不同的PID参数，在对灯光进行亮度调节时，根据计算的亮度差值匹配对应的PID参数，利用PID算法计算得到调整值和实际输出值，发送与输出值对应的脉冲信号至驱动电路调节灯光亮度，该方法通过对亮度差值进行PID计算，从而能够达到平滑的控制灯光效果，减少抖动现象。

附图说明

图1为一种实施方式的灯光亮度调节方法的流程图；

图2为一种实施方式的灯光亮度调节装置的模块图。

具体实施方式

如图1所示，一种灯光亮度调节方法，包括以下步骤：

S101：接收输入的目标亮度值。

S102：获取灯光当前亮度值；

S103：确定目标亮度值与当前亮度值之间的亮度差值。

S104：根据亮度差值匹配对应的PID参数进行PID运算获得调整值。

S105：根据当前值与调整值计算输出值。

S106：发送与输出值对应的脉冲信号至驱动电路。

上述灯光亮度调节方法，可用于舞台灯光、建筑灯光、装饰灯光或LED灯具设备的亮度调节。本实施方式以舞台灯光调节为例。

操作者使用DMX512控制器调节舞台灯光，通过DMX512控制器输入亮暗变化信号，该亮暗变化信号对应输入的目标亮度值。接收输入的目标亮度值并获取当前亮度值，根据目标亮度值与当前亮度值计算亮度差值。当前亮度值为DMX512控制器调整前的灯光亮度值。亮度差值反应的是灯光调节幅度，若亮度差值较大，则灯光调节幅度较大，若亮度差值较小，则灯光调节幅度较小。

根据不同的亮度差值匹配对应的PID参数进行PID运算获得调整值。预先将灯光可调幅度，即亮度差值分为多个段，每段根据需要设有不同的PID参数。

在一个具体的实施方式中，通过PID(比例积分微分)算法调节亮度差值得到调整值的具体方法为，预先存储各段亮度差值与PID参数的映射关系表，该关系表预先将亮度差值分为多段，不同的段对应不同的PID参数。通过计算的亮度差值先匹配的属的段，再查找对应的PID参数，利用PID算法计算得到调整值。

PID算法即比例积分微分算法，通过对亮度差值进行比例、积分和微分计算，通过比例计算，能够加快调节的速度，通过积分的计算能够减小误差，通过微分的计算能够改善系统的动态性能。

该灯光亮度调节方法，将PID算法应用到灯光亮度调节领域，通过使用PID算法计算调整值，根据不同段的亮度差值匹配不同的PID参数，可达到平滑的控制灯光效果，减少抖动现象。

根据当前值与PID计算的调整值计算输出值，该输出值为实际输出值。具体为，当前值加调整值得到输出值，PID计算的调整值可能为正负也可能为负数。当亮度调节由亮度高调节到亮度低时，目标亮度值小于当前亮度值时，计算的亮度差为负数，得到的调整值也为负数。当亮度调节由亮度低调节为亮度高时，目标亮度值大于当前亮度值时，计算的亮度差为正数，得到的调整值也为正数。

调光的具体方式可采用脉冲(PWM，Pulse Width Modulation)调光或是模拟调光进行，模拟调光是通过调节灯光的电流以改变灯光的光输出。脉冲调光是改变灯光中恒定电流的占空比，以有效改变灯光的平均电流以实现调光。

本实施方式以脉冲调光为例进行说明。

发送与输出值对应的脉冲信号至驱动电路，该驱动电路具备两个功能，一个是具有恒流驱动LED的能力，使LED发出稳定、高质量的光；另一个是具有调光功能，根据接收的PWM信号的占空比，实现对LED驱动电流大小的控制，从而调节LED发出的光。该驱动电路可采用现有的带脉冲调节的LED驱动电路，在此不再赘述。

上述灯光亮度调节方法，通过预先将亮度差值进行分段，不同段的亮度差值匹配不同的PID参数，在对灯光进行亮度调节时，根据计算的亮度差值匹配对应的PID参数，利用PID算法计算得到调整值和实际输出值，发送与输出值对应的脉冲信号至驱动电路调节灯光亮度，该方法通过对亮度差值进行PID计算，从而能够达到平滑的控制灯光效果，减少抖动现象。

为使调整得更精确，本发明预先将亮度差转换成16位的二进制数据，并根据16位二进制数据的亮度差分成多个段。由于二进制数据的字长为16位，因此，能够精确的亮度差分为精细的多个段，每个段对应不同的PID参数，使计算更加精确。

在一种实施方式中，亮度差值包括第一亮度差值和第二亮度差值，步骤S103包括：

S1031：根据目标亮度值与当前亮度值计算第一亮度差值；

S1032：将目标亮度值和当前亮度值转换为二进制数据；

S1033：根据目标亮度值和当前亮度值的二进制数据计算第二亮度差值，第二亮度差值为二进制数据。

步骤S104具体包括：

S1041：根据第二亮度差值匹配对应的PID参数；

S1042：根据第一亮度差值和匹配的PID参数进行PID运算获得调整值。

通常DMX512控制器反应的灯光亮度值为十进制数值，本实施方式中，预先将亮度差值使用16位的二进制数据表示，方便将亮度差值精细的分为多个段，从而使得灯光调节控制更精确。

优选的，该二进制为16位的二进制，在其它实施方式中，也可以使用32位的二进制。

步骤S106中的脉冲信号为16位的脉冲信号。

本实施方式中，使用16位的脉冲信号，从而提高脉冲信号的分辨率，进一步提高调光的控制精度。

在一种实施方式中，步骤S104所使用的PID算法具体可为PI算法，即比例-积分算法，其输入输出关系为：

$u\left(t\right)=k_{P}e\left(t\right)+k_I{\∫}_0^{t}e\left(t\right)\mathrm{dt}$

其中，u(t)为调整值，e(t)为亮度差值，k_P为比例控制参数，k_I为积分控制参数。

PI算法将计算的亮度差值通过比例-积分算法计算得到调整值。预先将亮度差值分为多段，不同的段对应不同的PI参数，根据对应的PI参数使用上述公式计算得到调整值。

比例计算通过成比例地减小亮度差，积分计算起到消除误差的作用，根据不同段的亮度差值匹配不同的PI参数，能够达到平滑的控制灯光效果，减少抖动现象。

基于相同的发明构思，本发明还提供一种灯光亮度调节装置，如图2所示，包括：

接收模块101，用于接收输入的目标亮度值；

获取模块102，用于获取灯光当前亮度值；

第一计算模块103，用于确定目标亮度值与当前亮度值之间的亮度差值；

第二计算模块104，用于根据亮度差值匹配对应的PID参数进行PID运算获得调整值；

第三计算模块105，用于根据当前值与调整值计算输出值；

发送模块106，用于发送与输出值对应的脉冲信号至驱动电路。

上述灯光亮度调节装置，可用于舞台灯光、建筑灯光、装饰灯光或LED灯具设备的亮度调节。本实施方式以舞台灯光调节为例。

操作者使用DMX512控制器调节舞台灯光，通过DMX512控制器输入亮暗变化信号，该亮暗变化信号对应输入的目标亮度值。接收输入的目标亮度值并获取当前亮度值，根据目标亮度值与当前亮度值计算亮度差值。当前亮度值为DMX512控制器调整前的灯光亮度值。亮度差值反应的是灯光调节幅度，若亮度差值较大，则灯光调节幅度较大，若亮度差值较小，则灯光调节幅度较小。

根据不同的亮度差值匹配对应的PID参数进行PID运算获得调整值。预先将灯光可调幅度，即亮度差值分为多个段，每段根据需要设有不同的PID参数。

在一个具体的实施方式中，通过PID(比例积分微分)算法调节亮度差值得到调整值的具体方法为，预先存储各段亮度差值与PID参数的映射关系表，该关系表预先将亮度差值分为多段，不同的段对应不同的PID参数。通过计算的亮度差值先匹配所属的段，再查找对应的PID参数，利用PID算法计算得到调整值。

PID算法即比例积分微分算法，通过对亮度差值进行比例、积分和微分计算，通过比例计算，能够加快调节的速度，通过积分的计算能够减小误差，通过微分的计算能够改善系统的动态性能。

该灯光亮度调节装置，将PID算法应用到灯光亮度调节领域，通过使用PID算法计算调整值，根据不同段的亮度差值匹配不同的PID参数，可达到平滑的控制灯光效果，减少抖动现象。

根据当前值与PID计算的调整值计算输出值，该输出值为实际输出值。具体为，当前值加调整值得到输出值，PID计算的调整值可能为正负也可能为负数。当亮度调节由亮度高调节到亮度低时，目标亮度值小于当前亮度值时，计算的亮度差为负数，得到的调整值也为负数。当亮度调节由亮度低调节为亮度高时，目标亮度值大于当前亮度值时，计算的亮度差为正数，得到的调整值也为正数。

调光的具体方式可采用脉冲(PWM，Pulse Width Modulation)调光或是模拟调光进行，模拟调光是通过调节灯光的电流以改变灯光的光输出。脉冲调光是改变灯光中恒定电流的占空比，以有效改变灯光的平均电流以实现调光。

本实施方式以脉冲调光为例进行说明。

发送与输出值对应的脉冲信号至驱动电路，该驱动电路具备两个功能，一个是具有恒流驱动LED的能力，使LED发出稳定、高质量的光；另一个是具有调光功能，根据接收的PWM信号的占空比，实现对LED驱动电流大小的控制，从而调节LED发出的光。该驱动电路可采用现有的带脉冲调节的LED驱动电路，在此不再赘述。

上述灯光亮度调节装置，通过预先将亮度差值进行分段，不同段的亮度差值匹配不同的PID参数，在对灯光进行亮度调节时，根据计算的亮度差值匹配对应的PID参数，利用PID算法计算得到调整值和实际输出值，发送与输出值对应的脉冲信号至驱动电路调节灯光亮度，该装置通过对亮度差值进行PID计算，从而能够达到平滑的控制灯光效果，减少抖动现象。

为使调整得更精确，本装置预先将亮度差转换成16位的二进制数据，并根据16位二进制数据的亮度差分成多个段。由于二进制数据的字长为16位，因此，能够精确的亮度差分为精细的多个段，每个段对应不同的PID参数，使计算更加精确。

在一种实施方式中，亮度差值包括第一亮度差值和第二亮度差值，第一计算模块103包括第一计算单元、第一转换单元和第二计算单元。

第一计算单元，用于根据目标亮度值与当前亮度值计算第一亮度差值。

第一转换单元，用于将目标亮度值和当前亮度值转换为二进制数据。

第二计算单元，用于根据目标亮度值和当前亮度值的二进制数据计算第二亮度差值，第二亮度差值为二进制数据。

第二计算模块104具体包括匹配单元和第三计算单元。

匹配单元，用于根据第二亮度差值匹配对应的PID参数。

第三计算单元，用于根据第一亮度差值和匹配的PID参数进行PID运算获得调整值。

通常DMX512控制器反应的灯光亮度值为十进制数值，本实施方式中，预先将亮度差值使用16位的二进制数据表示，方便将亮度差值精细的分为多个段，从而使得灯光调节控制更精确。

优选的，该二进制为16位的二进制，在其它实施方式中，也可以使用32位的二进制。

发送模块106发送的脉冲信号为16位的脉冲信号。

本实施方式中，使用16位的脉冲信号，从而提高脉冲信号的分辨率，进一步提高调光的控制精度。

在一种实施方式中，第二计算模块104所使用的PID算法具体可为PI算法，即比例-积分算法，其输入输出关系为：

$u\left(t\right)=k_{P}e\left(t\right)+k_I{\∫}_0^{t}e\left(t\right)\mathrm{dt}$

其中，u(t)为调整值，e(t)为亮度差值，k_P为比例控制参数，k_I为积分控制参数。

PI算法将计算的亮度差值通过比例-积分算法计算得到调整值。预先将亮度差值分为多段，不同的段对应不同的PI参数，根据对应的PI参数使用上述公式计算得到调整值。

比例计算通过成比例地减小亮度差，积分计算起到消除误差的作用，根据不同段的亮度差值匹配不同的PI参数，能够达到平滑的控制灯光效果，减少抖动现象。

本发明还提供一种LED灯，包括上述的灯光亮度调节装置。

该LED灯可为舞台灯光、建筑灯光、装饰灯光或LED灯具设备。通过该LED灯的灯光亮度调节装置，在对灯光进行亮度调节时，根据计算的亮度差值匹配对应的PID参数，利用PID算法计算得到调整值和实际输出值，发送与输出值对应的脉冲信号至驱动电路调节灯光亮度，该方法通过对亮度差值进行PID计算，从而能够达到平滑的控制灯光效果，减少抖动现象。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种灯光亮度调节方法，其特征在于，包括：

接收输入的目标亮度值；

获取灯光当前亮度值；

确定所述目标亮度值与当前亮度值之间的亮度差值；

根据亮度差值匹配对应的PID参数进行PID运算获得调整值；

根据当前值与调整值计算输出值；

发送与输出值对应的脉冲信号至驱动电路。

2.根据权利要求1所述的灯光亮度调节方法，其特征在于，所述亮度差值包括第一亮度差值和第二亮度差值，

所述确定所述目标亮度值与当前亮度值之间的亮度差值的步骤包括：

根据所述目标亮度值与当前亮度值计算第一亮度差值；

将所述目标亮度值和当前亮度值转换为二进制数据；

根据目标亮度值和当前亮度值的二进制数据计算第二亮度差值，所述第二亮度差值为二进制数据；

所述根据亮度差值匹配对应的PID参数进行PID运算获得调整值的步骤包括：

根据第二亮度差值匹配对应的PID参数；

根据第一亮度差值和匹配的PID参数进行PID运算获得调整值。

3.根据权利要求2所述的灯光亮度调节方法，其特征在于，所述二进制数据为16位的二进制数据。

4.根据权利要求3所述的灯光亮度调节方法，其特征在于，所述脉冲信号为16位的脉冲信号。

5.根据权利要求1所述的灯光亮度调节方法，其特征在于，所述PID算法为比例积分算法，其输入输出关系为：

$u\left(t\right)=k_{P}e\left(t\right)+k_I{\∫}_0^{t}e\left(t\right)\mathrm{dt};$

其中，u(t)为调整值，e(t)为亮度差值，k_P为比例控制参数，k_I为积分控制参数。

6.一种灯光亮度调节装置，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收输入的目标亮度值；

获取模块，用于获取灯光当前亮度值；

第一计算模块，用于确定所述目标亮度值与当前亮度值之间的亮度差值；

第二计算模块，用于根据亮度差值匹配对应的PID参数进行PID运算获得调整值；

第三计算模块，用于根据当前值与调整值计算输出值；

发送模块，用于发送与输出值对应的脉冲信号至驱动电路。

7.根据权利要求6所述的灯光亮度调节装置，其特征在于，所述亮度差值包括第一亮度差值和第二亮度差值，所述第一计算模块包括第一计算单元、第一转换单元和第二计算单元，

所述第一计算单元，用于根据所述目标亮度值与当前亮度值计算第一亮度差值；

所述第一转换单元，用于将所述目标亮度值和当前亮度值转换为二进制数据；

所述第二计算单元，用于根据目标亮度值和当前亮度值的二进制数据计算第二亮度差值，所述第二亮度差值为二进制数据；

所述第二计算模块包括匹配单元和第三计算单元，

所述匹配单元，用于根据第二亮度差值匹配对应的PID参数；

所述第三计算单元，用于根据第一亮度差值和匹配的PID参数进行PID运算获得调整值。

8.根据权利要求7所述的灯光亮度调节装置，其特征在于，所述二进制数据为16位的二进制数据。

9.根据权利要求8所述的灯光亮度调节装置，其特征在于，所述脉冲信号为16位的脉冲信号。

10.一种LED灯，其特征在于，包括权利要求6-9任一项所述的灯光亮度调节装置。