CN104812119A - 模拟动态自然光的智能家居照明系统 - Google Patents

Abstract

本发明为了高效、科学地保证用眼卫生，提供了一种模拟动态自然光的智能家居照明系统，包括至少一个对房间进行照明的照明单元，所述照明单元包括控制器、计时器、传感器和LED发光装置，该LED发光装置包括多个由能发出多种颜色的LED发光器构成的发光体矩阵，所述控制器接收到所述计时器输出的时间信息，控制并调节LED发光体矩阵中的每个LED发光体的照度和色温。其促使瞳孔的收缩或扩张，并籍此而促使眼睛虹膜内的肌肉调节，使眼肌自然舒展收缩，并有效地刺激视网膜的显色细胞的活跃，进而保持了视神经的兴奋，对延缓眼睛显色系统的机能退化有着积极的作用，同时使得照明效果更灵活、自然模拟效果更逼真，起到护眼保健的作用。

Description

模拟动态自然光的智能家居照明系统

技术领域

本发明属于灯光照明技术领域，涉及一种智能家居照明系统，具体来说是一种模拟动态自然光的智能家居照明系统。

背景技术

智能家居是集成建筑、网络通讯、信息家电、设备自动化于一体加以管理的居住环境。 智能家居系统是在家庭产品自动化、智能化的基础上，通过网络按拟人化的要求而实现的，它利用先进的计算机技术、网络通讯技术、结构化布线技术、无线技术，将与家居生活有关的各种子系统有机地结合在一起。智能家居照明系统使用白炽灯、荧光灯、节能灯、LED灯等多种照明单元，通过对智能家居照明的智能化控制，形成不同的灯光场景，营造舒适优雅的光环境，丰富人们不同的居住需要，衬托出居住者的高雅的艺术修养、气度不凡的性格品质。

然而，由于天气和自然光照的不确定性，智能家居的照明效果也不能完全变得适宜人们的需求。例如，在光照强烈的中午，智能家居提供的光照环境加上强烈的自然光往往不能保证人们阅读时保持视力健康的要求；受到建筑物户型和窗户采光情况的影响，智能家居的使用者不能得到最有利于视力健康的照明环境，尤其是对于书房、家庭影院等对用眼健康有特定要求的光照环境。

在上面的环境中，照明光源的不科学很容易造成眼肌长期处于疲劳状态进而致其调节功能的下降，进而引起近视、弱视等眼部疾患。

现有技术中的智能家居照明系统往往注重的是照明与其他家居行为的内在关联性调节。例如，申请号为CN201110001918.4的发明专利申请公开了一种基于LED的智能传感照明系统，包括传感器模块，所述传感器模块通过模数转换器与一微控制器相互通讯连接，所述微控制器分别连接有一LED驱动器、一安防系统、一智能照明系统，所述LED驱动器连接有一LED显示电路，所述智能照明系统分别与智能家居系统，以及互联网管理系统相互通讯，所述智能照明系统、智能家居系统及互联网管理系统分别于一用于实现各种资源共享和协调的分布分布式WEB智能信息管理系统相互通讯。该系统实现节能照明的同时，具备触觉、视觉、味觉、听觉和感知等功能，具备信息主动获取，主动识别，主动传输，主动控制的特点，实现了照明的主动性、互动性特点，形成了智能化，信息化和网络化的功能。又如，美国专利申请US12/482,570公开了一种利用多个传感器的照明系统，其以居住者提供便利和舒适度，或者节能为目的，包括灯具、板载处理器、从传感器接口获得人进入或者走出房间等事件消息的数据接口，其中板载处理器根据事件消息控制灯具的照明情况。然而，上述现有技术中的智能家居照明系统均没有从护眼的角度提供人性化的设计。只要使用者在房间内，不论在阴天环境下的室内和晴天环境下的室内照射情况都相同。这种照射显然不符合用眼卫生。

鉴此，本申请人认为，视力保健从用眼环境来说，模拟自然光的光源即保证一个合适的光照度固然重要，但显然，从眼肌保健的角度来说，改变光照面的亮度促使瞳孔的收缩并籍此缓解眼肌疲劳，以及通过色温的变化来使显色细胞显得更活跃，使视神经更兴奋，确保了整个眼球的屈光系统能处于良好的工作环境中，这对于视力保健、防止视力下降也是非常必要的。

发明内容

本发明的目的是要公开一种模拟动态自然光的智能家居照明系统，具有在用眼的同时籍由光线的变化来促使眼肌进行保健煅练的功能，达到缓解眼肌疲劳而护眼的目的。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种模拟动态自然光的智能家居照明系统，包括至少一个对房间进行照明的照明单元，所述照明单元包括控制器、计时器、传感器和LED发光装置，该LED发光装置包括多个由能发出多种颜色的LED发光器构成的发光体矩阵，所述控制器接收到所述计时器输出的时间信息，控制并调节LED发光体矩阵中的每个LED发光体的照度和色温。

进一步地，各所述LED发光体矩阵位于照明单元的不同部位，从而调节LED发光装置所发出的光的照射角度。

进一步地，所述的照度、色温和/或光的照射角度根据所述时间信息变化，该变化使眼肌自然舒展收缩，避免因长时间定格在某一状态下而产生眼肌紧张或痉挛并致其调节功能的下降，有效地缓解眼疲劳。

进一步地，所述照明单元还包括传感器，所述控制器还接收所述传感器输出的环境参数值。

进一步地，所述照明单元还包括光学组件，所述光学组件采用滤光片和/或柔光片。

进一步地，所述能发出多种颜色的LED发光器均匀交错地分布在它们所在的发光体矩阵内。

进一步地，所述传感器包括光照传感器。

进一步地，所述能发出多种颜色的LED发光器包括能发出660nm、610nm、570nm、550nm、460nm、440nm和410nm的LED发光器。

进一步地，所述照明单元还包括音频播放单元、存储器和声音驱动单元，所述控制器根据计时器输出的时间信息，控制声音驱动单元从所述存储器中读取声音信息，并发送到音频播放单元进行播放。

进一步地，所述照明单元还包括散热装置或散热设计结构。

本发明的有益效果为：第一：一个或多个具有通过模拟自然光实现视力保健的照明单元能够灵活地设置在智能家居的任意一个或多个房间中，使得照明效果更灵活、自然模拟效果更逼真，起到护眼保健的作用。第二：照射的光是通过LED光源发出的，其本身无频闪。第三：LED照射的光的色温、亮度和照射角度根据时间产生变化，从而一方面是光源亮度的亮暗变化，促使瞳孔的收缩或扩张，并籍此而促使眼睛虹膜内的肌肉调节，使眼肌自然舒展收缩，避免因长时间定格在某一状态下而产生眼肌紧张或痉挛并致其调节功能的下降，有效地缓解眼疲劳。另一方面是光源色温的变化，它有效地刺激视网膜的显色细胞的活跃，进而保持了视神经的兴奋，对延缓眼睛显色系统的机能退化有着积极的作用。第四：照射时根据室内环境光照而对LED照射的光的照度和色温进行智能修正，更符合用眼卫生标准，能够科学、有效地提供利于视力的高效阅读照明工具。第五：通过控制电路来调节光源的亮度和色温的变化，进一步模拟动态自然光，促使光照度保持在一定舒适度的情况下产生光变化，能够起到有效调节人体植物神经系统的效果，符合当代人体工学设计思想。

附图说明

图1示出了根据本发明的一个实施例的模拟动态自然光的智能家居照明系统的内部结构框图。

具体实施方式

根据本发明的一个实施例，提供了一种模拟动态自然光的智能家居照明系统100，包括至少一个对房间进行照明的照明单元20_1，20_2，…，20_N，所述照明单元20_1，20_2，…，20_N均包括控制器40_1、计时器30_1、传感器50_1和LED发光装置60_1，该LED发光装置60_1包括多个由能发出多种颜色的LED发光器构成的发光体矩阵，所述控制器40_1接收到所述计时器输出的时间信息，控制并调节LED发光体矩阵中的每个LED发光体的照度和色温。如图1所示，照明单元20_2，…，20_N的内部结构与照明单元20_1相同，在下文中将不再赘述。

本发明的各个实施例中，照明单元20_1，20_2，…，20_N的数量与其被安装在的房间的数量没有固定的对应关系。例如，所述的一个照明单元20_1，20_2，…，20_N可以被设置在智能家居的某一个房间中，也可以使多个照明单元20_1，20_2，…，20_N同时被设置在智能家居的某一个房间中。且在某些情况下，出于成本、使用者需求等的考虑，也可以使所述的一个照明单元20_1，20_2，…，20_N被设置在整个智能家居的有模拟自然光照明需求的各房间中。

在一个优选的实施例中，每个LED发光体的照度和色温都随着计时器输出的时间信息而改变：在早上和晚上时照度和色温较低；而在中午时，照度和色温最高。在从早上到中午以及从中午到晚上的时间段内，照度和色温均匀地发生变化。例如，当在早上8:00打开照明单元20_1，20_2，…，20_N时，LED发光体的照度为10LUX、色温为3000；然后，从该照度和色温开始逐渐提高，到12:00时，照度为500LUX、色温为5000；从该照度和色温开始再逐渐降低，到晚上5:00时，照度为50LUX，色温为3000。

在另一个优选的实施例中，各所述LED发光体矩阵位于照明单元20_1，20_2，…，20_N的4不同部位，从而调节LED发光装置60_1所发出的光的照射角度。这4个部位的LED发光体矩阵被设置在照明单元20_1，20_2，…，20_N的左上、左下、右上和右下这四个部分，而这四个部分可以是被均匀划分的，也可以是被按照不规则或不对称的分割线划分的。在照明单元20_1，20_2，…，20_N工作时，各LED发光体有两种工作方式：一种工作方式是：在某一时刻，只有4个部位之一内的所有LED发光体发光；另一种工作方式是：在某一时刻，上述每个部位的LED发光体根据所在的不同部位而使其中的某些LED发光体工作而另一些LED发光体不工作，且上述工作的LED发光体随着时间的流逝而发生照度和色温的改变。上述工作方式中各LED发光体的发光与否以及其照度和色温的调整和控制，由控制器40_1根据预先设定的LED发光体位置（坐标）、工作与否、色温、照度等信息构成的信息表实现。

在本发明的一个优选的实施例中，所述的照度、色温和/或光的照射角度根据所述时间信息变化，该变化使眼肌自然舒展收缩，避免因长时间定格在某一状态下而产生眼肌紧张或痉挛并致其调节功能的下降，有效地缓解眼疲劳。本发明中，这种根据所述时间信息变化可以是实时进行的，也可以是在预先确定的某些时刻进行的。

上述计时器采用计数器实现，例如，555计数器。这种计数器的参数设置（包括计时时间或倒计时时间）可以通过固化在该照明单元20_1，20_2，…，20_N内的ROM完成，也可以通过在该照明单元20_1，20_2，…，20_N上通过单片机编程或DSP编程、ARM编程等方式实现。在一个实施例中，上述计时器被设置成24小时计数器。在一个优选的实施例中，上述计时器被设置成每隔5分钟向控制器40_1输出一次计时信号，用于向控制器40_1提供当前的时间信息。

在某些实施例中，上述照明单元20_1，20_2，…，20_N还包括光照传感器。其中，光照传感器又称照度传感器、光照度传感器或光照强度传感器。在一个实施例中，采用HA2003这种高精度的光照强度作为光照传感器，体积小巧，IP65防护等级设计，可选用电压或电流输出。上述光照传感器、温度传感器50_1、气体传感器50_1以及湿度传感器50_1都是用于采集照明单元20_1，20_2，…，20_N工作的环境参数，以向控制器40_1提供当前天气为阴天或晴天，或者提供表示当前所在的环境的光亮度的信息。

控制器40_1在接收到所述计时器和传感器50_1输出的时间信息和环境参数值以后，控制所述LED发光体矩阵中的每个LED发光体的照度和色温进行调节。这种调节的方式是按照预先存储在该照明单元20_1，20_2，…，20_N内的ROM中的对照表为基础并利用传感器50_1的环境参数修正完成的。在一个实施例中，该对照表存储了24小时内每隔5分钟照度和色温的值，其中照度在400LUX至1000LUX的范围内变化而色温则是从低值为3000K-4000K变化至高值为5000K-6000K。例如，中午12:00时存储的照度为900LUX、色温为5500k，然后，当到达中午12:00时，根据传感器50_1采集到当前室内环境光的光照度500LUX，对读取出来的上述900LUX这一照度进行修正，例如修正为450LUX，然后按照450LUX的照度、5500k的色温设置LED发光体。LED发光体发出的光经过上述调节以后的再透过光学组件进行照射。

在一个优选的实施例中，所述光学组件采用滤光片和/或柔光片。所述滤光片用于滤掉眩光，例如，采用眩光片。所述柔光片采用掺有杂质的玻璃，例如毛玻璃。采用这些滤光片和/或柔光片，能够使LED发光器发出的光变得柔和、不刺眼。

在一个优选的实施例中，所述能发出多种颜色的LED发光器均匀交错地分布在它们所在的发光体矩阵内。

所述能发出多种颜色的LED发光器包括能发出如下一种波长范围的光：760-------622纳米、622-------597纳米、597-------577纳米、577-------492纳米、492-------450纳米、450-------435纳米。

在一个实施例中，所述照明单元20_1，20_2，…，20_N还包括声音提示功能。该功能是通过其内部音频播放单元、存储器和声音驱动单元实现的：所述控制器40_1根据计时器输出的时间信息，控制声音驱动单元从所述存储器中读取声音信息，并发送到音频播放单元进行播放。例如，当计时器输出当前时间为12:00时，语音提醒使用者已到达午休时间，请适当休息然后再继续学习和工作。这种提示还可以是播放适当的音乐，帮助智能家居的使用者调节情绪，以达到从紧张的状态向舒缓状态过度的效果。

在一个优选的实施例中，所述照明单元20_1，20_2，…，20_N还包括散热装置。这种散热装置可以是独立的散热片。在另一个优选的实施例中，所述照明单元20_1，20_2，…，20_N还包括在灯罩背部设置的散热孔等散热设计结构。上述散热结构或散热装置都是为了给LED发光器提供适当的工作环境，避免工作时间过长导致其温度过高，进而影响LED正常发光。

在另一个优选的实施例中，基于上述各实施例的智能家居照明系统还可以与现有技术的智能家居照明系统的动作传感器（例如对使用者进入房间、走出房间）、声控和/或光控开关共同使用，来营造使用者需要的任何光环境。这种增加上述传感器和/或开关的方案对于本领域技术人员而言是不需要付出创造性劳动即可实现的。

上面以文字和附图说明的方式阐释了本发明一些具体实施方式的结构，并非详尽无遗或限制于上述所述具体形式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种模拟动态自然光的智能家居照明系统，包括至少一个对房间进行照明的照明单元，所述照明单元包括控制器、计时器、LED发光装置，其特征在于，该LED发光装置包括多个由能发出多种颜色的LED发光器构成的发光体矩阵，所述控制器接收到所述计时器输出的时间信息，控制并调节LED发光体矩阵中的每个LED发光体的照度和色温。

2.根据权利要求1所述的智能家居照明系统，其特征在于，各所述LED发光体矩阵位于所述照明单元的不同部位，从而调节LED发光装置所发出的光的照射角度。

3.根据权利要求2所述的智能家居照明系统，其特征在于，所述的照度、色温和/或光的照射角度根据所述时间信息变化，该变化使眼肌自然舒展收缩，避免因长时间定格在某一状态下而产生眼肌紧张或痉挛并致其调节功能的下降，有效地缓解眼疲劳。

4.根据权利要求1-4之一所述的智能家居照明系统，其特征在于，所述照明单元还包括传感器，所述控制器还接收所述传感器输出的环境参数值。

5.根据权利要求1-4之一所述的智能家居照明系统，其特征在于，所述照明单元还包括光学组件，所述光学组件采用滤光片和/或柔光片。

6.根据权利要求1-4之一所述的智能家居照明系统，其特征在于，所述能发出多种颜色的LED发光器均匀交错地分布在它们所在的发光体矩阵内。

7.根据权利要求4所述的智能家居照明系统，其特征在于，所述传感器包括光照传感器。

8.根据权利要求1-4之一所述的智能家居照明系统，其特征在于，所述能发出多种颜色的LED发光器包括能发出660nm、610nm、570nm、550nm、460nm、440nm和410nm的LED发光器。

9.根据权利要求1-4之一所述的智能家居照明系统，其特征在于，所述照明单元还包括音频播放单元、存储器和声音驱动单元，所述控制器根据计时器输出的时间信息，控制声音驱动单元从所述存储器中读取声音信息，并发送到音频播放单元进行播放。

10.根据权利要求1-4之一所述的智能家居照明系统，其特征在于，所述照明单元还包括散热装置或散热设计结构。

11.根据权利要求1-4之一所述的智能家居照明系统，其特征在于，LED发光体矩阵中的每个LED发光体的照度和色温的调节不同步。