CN105142302B - 一种置于Led灯具内检测自然光的方法和感应器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种置于Led灯具内检测自然光的方法，其特征在于通过只检测LED发出的人造光光谱范围以外的部分光谱波长范围的光线强度，人造光谱范围的光谱波长范围为380nm～700nm，根据检测的人造光谱以外的部分波长范围内的光线强度来表征自然光的整体光照强度，通过传感器与放大电路或数据转换将检测到的部分光谱波长范围的光线强度转换为自然光强度。还公开了一种实现置于Led灯具内检测自然光的感应器。本发明通过创造性的突破固有思维的限制，通过检测LED光源不能发出的不可见光来实现检测自然光光强目的，设计精巧、实施容易、成本低，特别是可实现一体化设计，实现准确检测自然光的强度，实现根据环境亮度对灯具开关控制及对亮度连续调节等精准控制。

Description

一种置于Led灯具内检测自然光的方法和感应器

技术领域

本发明涉及Led照明领域，特别涉及一种置于Led灯具内检测自然光的方法和感应器。

背景技术

随着智能照明的大批量推广使用，现有的技术在实现根据光的阀值控制方面已经使用非常普遍。越来越多的消费者希望得到一种更好的产品，当外界光线达到一定值时灯具能够自己关闭，低于设定值时自己开启，或按照周围环境光的亮度，自动地调整灯光的亮度，以达到人造光与自然光线的互动，提供按需照明。内置于灯具内的光传感器在使用的时候除了接收到外界自然光的光线外，还接收到灯具本身发出的人造光或周边其它人造光，在绝大多数时候这种LED自身或周边灯具发出的人造光线强度远远大于环境的自然光线强度，因此并不能有效准确的检测周边环境自然光的强度，因此也就无法真正实现根据自然光的强度实现自动控制灯具的亮度和开与关；针对该问题和实际需求，大家只能采用LED灯具与传感器分开设置的方法，如将光传感器通过引线引出的方案，让光传感器远离灯具本身，来达到只采集自然光的效果，然而这种方案在实际使用中布线困难，影响外观与使用，难以大批量推广，且成本高。

发明内容

针对以上缺陷，本发明目的在于如何实现可内置于LED灯具内而不受灯具的人造光的干扰实现准确检测自然光的强度。

为了解决以上问题，本发明提出了一种置于Led灯具内检测自然光的方法，其特征在于只检测紫外光、近红外或红外部分光谱波长范围的光线强度，人造光谱为LED的发光光谱，光谱波长范围为380nm～700nm；根据检测的人造光谱以外的部分光谱波长范围的光线强度来表征自然光的整体光照强度，通过光传感器与放大电路或数据转换将检测到的部分光谱波长范围的光线强度转换为自然光强度,检测一段时间内的自然光强度数据，取平均值作为当前时间的自然光强度。

所述的置于Led灯具内检测自然光的方法，其特征在于采用的光传感器为感光光谱波长范围在700nm-1100nm的光敏元件，检测近红外部分光谱波长范围的光线强度。

一种实现置于Led灯具内检测自然光的感应器，包括人体移动感应模块、移动信号放大模块、自然光强检测模块、自然光强信号放大、中央处理器、设置界面、执行电路模块，其特征在于自然光强检测模块中的光传感器为只检测LED发出的人造光光谱范围以外的部分光谱波长范围的光敏元件，控制界面可以设置全亮时间，关断光强和灵敏度。

所述的实现置于Led灯具内检测自然光的感应器，其特征在于所述的光敏元件的感光光谱波长范围在700nm-1100nm。

所述的实现置于Led灯具内检测自然光的感应器，其特征在于光敏元件为光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电二极管、硅光电池、光敏I C、或环境光传感器。

所述的实现置于Led灯具内检测自然光的感应器，其特征在于中央处理器包括人体移动信号处理电路、A/D光强采样、采样信号处理、执行信号产生；执行信号产生模块根据不同的要求输出不同的信号，输出信号为正弦交流电全波、半波信号、0-10V调光信号、1-10V调光信号、高低电平信号、PWM脉宽调制信号或用继电器对电路进行通断控制。

本发明通过创造性的突破固有思维的限制，避开LED灯具由LED光源发出的最强的可见光光谱波长范围，通过检测这些LED光源不能发出的不可见光光谱来实现检测自然光光强目的，设计精巧、实施容易、成本低，特别是可实现一体化设计，可有效克服LED自身发出的较强的人造光光谱或周边其他灯具发出的人造光线光谱干扰，实现准确检测自然光的强度，进而实现根据环境亮度对灯具开关控制及对亮度连续调节等精准控制。

附图说明

图1是太阳光的光能能量分布图：

图2是现有光敏元件的感光特性曲线；

图3是近红外光敏元件的感光特性曲线；

图4是实现内置于Led内检测自然光的方法的感应器的实施例1的框图；

图5是实现内置于Led内检测自然光的方法的感应器的实施例2的框图；

图6是实现内置于Led内检测自然光的方法的感应器的实施例3的框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在照明技术领域，根据自然光的强度实现自动调整灯具的照明强度实现智能照明是最为基本的需求。图1是太阳光的光能量分布图，纵坐标表示单位面积能量，可以看出太阳光也就是自然光中能量最为集中的是可见光部分，因此现有技术对于自然光的强度检测都说固有选择检测能量最为集中的可见光部分或至少包含可见光部分，而人造光的目的是照明，因此人造光的光谱波长范围也必定是选择在可见光的光谱波长范围内以实现效率最大化。人造光必然落入到检测范围，因此该干扰是不可避免的。

发明人通过分析实验，创造性的突破了现有技术的思维定势，根据不同光谱波长范围的光线在自然光中的能量分布比例是相对固定的，通过检测LED发光之外的但又比较接近的自然光内特定光谱波长范围的光强，即最靠近可见光波长范围的近红外光谱波长，并根据该光强计算出接近自然光的强度。

图2是现有光敏元件的感光特性曲线；图3是近红外光敏传感器的感光特性曲线；特别选择检测能量相对较强的近红外部分的光谱波长在700nm-1100nm范围的光线强度来实现自然光强度的检测,也就说用近红外光敏传感器来替代现有光敏元件来采集自然光强度。

图4是实现内置于Led内检测自然光的方法的感应器的实施例1的框图，包括电源供电模块1、人体移动感应模块2、移动信号放大模块3、中央处理器4、执行电路模块5、自然光强检测模块6、自然光强信号放大7、控制界面8组成。其中电源供电模块1提供人体移动感应模块2、移动信号放大模块3、中央处理器4、执行电路模块5、自然光强检测模块6、自然光强信号放大7、控制界面8所需要的电源，人体移动感应模块2接受到人体移动信号经过混频检波，输出到移动信号放大模块3，移动信号放大模块3将信号传送到中央处理器4的人体移动信号处理模块进行处理，判断是否有人移动或者无人移动。

自然光强检测模块6检测外部自然光强，把自然光强信号送入自然光强信号放大7，自然光强信号放大7把自然光强信号进行放大，放大后送入中央处理器4中的A/D光强采样模块，采样模块把模拟信号转换为中央处理器能识别的数字信号，经过中央处理器中的采样信号处理模块进行处理，从而检测到外部光线的强度。为了保证检测的准确性，一般要求读取一段时间内的数据，取平均值作为当前时间的光强。

控制界面8作为人机交互的界面，可以设置全亮时间，关断光强，灵敏度。

当感应器分析为有人移动时，同时检测到外部光强高于控制界面8设置的关断光强时，中央处理器4中的执行信号产生模块不响应本次移动信号，当感应器分析为有人移动时，同时检测到外部光强小于控制界面8设置的关断光强时，中央处理器4中的执行信号产生模块产生开启信号，此信号输出到执行电路模块，开关K1、开关K2得电开启，AC输出端输出AC全波电压，控制所接的LED驱动工作于全亮状态，此全亮状态的持续时间由控制界面8中的设置全亮时间决定，全亮时间到以后，中央处理器4中的执行信号产生模块产生执行电路模块的全亮关闭信号，开关K2断开，从而这个感应器的AC输出端输出AC半波电压，控制所接的LED驱动工作于半亮状态，此时自然光强检测模块6开始检测外部自然光强，如果当前时间的光强高于控制界面8中的设置光强，中央处理器4中的执行信号产生模块产生整个控制的关闭信号，开关K1断开，从而这个感应器的AC输出端没有电压输出，控制所接的LED驱动工作于关闭状态，关闭状态后自然光强检测模块6持续检测外部自然光强，如果当前时间的光强低于控制界面8中的设置光强，中央处理器4中的执行信号产生模块产生执行电路模块5的半亮开启信号，开关K1开启，从而这个感应器的AC输出端输出半波电压，后面所接的LED驱动工作于半亮状态，实现LED装置根据环境自然光自动开关的效果。

图5是实现内置于Led内检测自然光的方法的感应器的实施例2的框图，实施例2与实施例1的差异在于输出端和输入端的电压可以是AC电压，也可以是DC电压，根据负载的型号来选配；还有差异在于该感应器只连接了开关K1，执行电路模块5通过输出控制开关K1，实现控制后面所接的LED驱动的通与断，也就是只有全亮和全灭两种状态。

图6是实现内置于Led内检测自然光的方法的感应器的实施例3的框图，实施例3与实施例1的差异在于输出端和输入端的电压为DC电压，执行电路模块5通过输出控制场效应管，实现PWM控制信号的输出，通过控制PWM输出的占空比来控制后面所接的LED驱动的工作状态，实现LED灯具根据环境自然光强度自动调节LED灯具输出的亮度。

以上所揭露的仅为本发明一种实施例而已，当然不能以此来限定本之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种置于Led灯具内检测自然光的方法，其特征在于藉由紫外光敏传感器、近红外光敏传感器或红外光敏传感器分别只检测紫外光、近红外或红外部分光谱波长范围的光线强度，并且检测自然光线强度的光学元件仅由相应的紫外光敏传感器、近红外光敏传感器或红外光敏传感器组成，以不需要滤色片来实现自然光强度的检测，人造光谱为LED的发光光谱，光谱波长范围为380nm～700nm；根据检测的人造光谱以外的部分光谱波长范围的光线强度来表征自然光的整体光照强度，通过光传感器与放大电路或数据转换将检测到的部分光谱波长范围的光线强度转换为自然光强度，检测一段时间内的自然光强度数据，取平均值作为当前时间的自然光强度。

2.根据权利要求1所述的置于Led灯具内检测自然光的方法，其特征在于采用的光传感器为感光光谱波长范围在700nm-1100nm的光敏元件，检测近红外部分光谱波长范围的光线强度。

3.一种实现置于Led灯具内检测自然光的感应器，包括人体移动感应模块、移动信号放大模块、自然光强检测模块、自然光强信号放大、中央处理器、设置界面、执行电路模块，其特征在于自然光强检测模块中的光传感器为只检测LED发出的人造光光谱范围以外的部分光谱波长范围的光敏元件，控制界面可以设置全亮时间、关断光强和灵敏度，其中光传感器选自紫外光敏传感器、近红外光敏传感器和红外光敏传感器中的一种，并且自然光强检测模块中检测自然光线强度的光学元件仅由相应的紫外光敏传感器、近红外光敏传感器或红外光敏传感器组成，以不需要滤色片来实现自然光强度的检测。

4.根据权利要求3所述的实现置于Led灯具内检测自然光的感应器，其特征在于所述的光敏元件的感光光谱波长范围在700nm-1100nm。

5.根据权利要求4所述的实现置于Led灯具内检测自然光的感应器，其特征在于光敏元件为光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电二极管、硅光电池、光敏IC、或环境光传感器。

6.根据权利要求5所述的实现置于Led灯具内检测自然光的感应器，其特征在于中央处理器包括人体移动信号处理电路、A/D光强采样、采样信号处理、执行信号产生；执行信号产生模块根据不同的要求输出不同的信号，输出信号为正弦交流电全波、半波信号、0-10V调光信号、1-10V调光信号、高低电平信号、PWM脉宽调制信号或用继电器对电路进行通断控制。