CN105392232A - Led多通道混色智能灯泡、智能照明系统及多通道混色方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED多通道混色智能灯泡，包含至少四条混色通道与至少四组颜色的LED芯片或者LED光源组件，可使灯泡能够复现并无限接近全色域；基于LED多通道混色智能灯泡的智能照明系统可以实时采集灯泡的温度和颜色，根据色差与灯泡的温度对调光值进行补偿，使灯泡在不同温度下可保持相同的颜色，基于此系统还可以拓展为智能家居通过与手机平板等终端预装的APP连接，丰富使用场景与用途；基于智能照明系统的多通道混色方法以三通道混色算法为基础，求解出的各基础颜色的调光值准确，可准确还原目标颜色。

Description

LED多通道混色智能灯泡、智能照明系统及多通道混色方法

技术领域

本发明涉及智能家居领域，特别是涉及一种智能灯泡、智能照明系统以及该系统的混色方法。

背景技术

发光二极管简称为LED。由含镓(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等的化合物制成。当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光，氮化镓二极管发蓝光。

LED混色技术在一般照明、情景照明、舞台装饰等场合应用很多，其原理是选取不同主波长的LED发出的单色光作为原色，将这些原色以某种适当比例混合，从而产生一种新的预定颜色的光色。

现有灯泡多基于R、G、B三通道混色原理，显色范围较窄，无法满足高标准调色要求，颜色会随灯泡温度的升高而偏离预定颜色导致颜色不稳定，且应用场景单一，仅有通电变亮与断电变暗两种状态。

由于现有的技术在实际应用中难以满足人们对于照明日趋苛刻的要求，因此有必要研发更完善、更精确、更简便控制的混色技术。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种可以达到更广色域的LED多通道混色智能灯泡、智能照明系统及多通道混色方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明的LED多通道混色智能灯泡，包括LED驱动器以及包含红、绿、蓝三原色在内的N组基础颜色的LED芯片，其中N≥4；所述LED驱动器内包括ZigBee天线以及N个LED通道，每个LED通道分别与一组基础颜色的LED芯片相连；所述ZigBee天线用于接收目标色的调色值，各LED通道根据ZigBee天线接收到的各种基础颜色的调色电流值分别驱动对应基础颜色的LED芯片发光。

进一步地，所述LED驱动器还包括AC-DC变换模块给各LED通道供电，每个LED通道还单独连接有一个DC-DC变换模块，每个LED通道与对应的LED灯以及各自的DC-DC变换模块组成一条支路，各支路之间相互并联连接。

进一步地，所述N组LED芯片或者LED光源组件发出的光的波长均在380nm-780nm之间。

基于上述LED多通道混色智能灯泡的智能照明系统，包括LED多通道混色智能灯泡、微控制器、颜色传感器以及温度传感器，所述微控制器通过ZigBee发送调色值到所述LED多通道混色智能灯泡的LED驱动器，所述颜色传感器采集所述LED多通道混色智能灯泡发出的光并转化为调色值反馈给所述微控制器，所述温度传感器采集所述LED多通道混色智能灯泡的实时温度值反馈给所述微控制器。

进一步地，还包括用于协调各种通信协议的网关、用于控制整个系统执行对应操作的用户终端、用于保持室温的恒温器、用于智能开关灯的智能插座以及调节光的照明灯的光暗器，所述微处理器、用户终端、恒温器、智能插座以及光暗器均与所述网关连接。

进一步地，所述用户终端为智能手机或平板电脑，智能手机或平板电脑通过预装的APP通过无线网络与所述微控制器连接。

进一步地，所述恒温器以及智能插座均通过无线网络与所述微控制器连接。

进一步地，述无线网络基于Wi-Fi无线网络标准。

基于上述LED智能照明系统的多通道混色方法，混色步骤为：

步骤1：所述微控制器将N种基础颜色每三个一组按照三通道混色原理组成个不同的色域三角形，每个色域三角形区域内包含以组成该色域三角形的三个基础颜色进行混色可产生的所有颜色；

步骤2：按照三通道混色原理对目标色按顺序求解每个色域三角形获得该色域三角形的三个调色值，若该组的三个调色值中有负值，则舍弃该组的调色值，否则记录该组的调色值作为有效解；

步骤3：对步骤2中得到的所有的有效解进行相加，得到N种基础颜色各自的总调色值；

步骤4：所述微控制器将N种基础颜色各自的总调色值按比例转换成调色电流值发送到所述LED多通道混色智能灯泡，LED多通道混色智能灯泡的LED驱动器接收目标色的调色值，各LED通道根据ZigBee天线接收到的各种基础颜色的调色电流值分别驱动对应基础颜色的LED芯片发光。

有益效果：本发明的LED多通道混色智能灯泡由于包含至少四条混色通道，可使灯泡复现并无限接近于全色域；基于LED多通道混色智能灯泡的智能照明系统可以实时采集灯泡的温度和颜色，根据色差与灯泡的温度对调光值进行补偿，使灯泡在不同温度下可保持相同的颜色，基于此系统还可以拓展为智能家居通过与手机平板等终端预装的APP连接，丰富使用场景与用途；基于智能照明系统的多通道混色方法以三通道混色算法为基础，求解出的各基础颜色的调光值准确，可准确还原目标颜色。

附图说明

附图1为LED多通道混色智能灯泡的示意图；

附图2为智能照明系统的示意图；

附图3为集成有用户终端、恒温器、智能插座、光暗器以及网关的智能照明系统的示意图；

附图4为温度对光通量的影响对比图；

附图5为温度对光波长的影响对比图；

附图6为颜色激励的线性多维空间的几何表示；

附图7为四通道混色原理图；

附图8为四通道混色的算法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如附图1所示的LED多通道混色智能灯泡，包括LED驱动器以及包含4组基础颜色的LED芯片，4组LED芯片发出的光的波长均在380nm-780nm之间；所述LED驱动器内包括ZigBee天线以及N个LED通道，每个LED通道分别与一组基础颜色的LED芯片相连；所述ZigBee天线用于接收目标色的调色值，各LED通道根据ZigBee天线接收到的各种基础颜色的调色电流值分别驱动对应基础颜色的LED芯片发光。LED驱动器还包括AC-DC变换模块给各LED通道供电，每个LED通道还单独连接有一个DC-DC变换模块，每个LED通道与对应的LED芯片以及各自的DC-DC变换模块组成一条支路，各支路之间相互并联连接。

采用这种结构的灯泡，由于其具有4组基础颜色的LED芯片，以这4组基础颜色为基础进行混色，比传统红、绿、蓝为基础颜色进行混色拥有广得多的色域，可以满足更为广泛的调光需求。基于此进行拓展，还可以包含5、6……N种基础颜色的LED芯片，这样，就能无限覆盖全色域。

如附图2所示的基于上述LED多通道混色智能灯泡的智能照明系统，包括LED多通道混色智能灯泡、微控制器、颜色传感器以及温度传感器，所述微控制器通过ZigBee发送调色值到所述LED多通道混色智能灯泡的LED驱动器，所述颜色传感器采集所述LED多通道混色智能灯泡发出的光并转化为调色值反馈给所述微控制器，所述温度传感器采集所述LED多通道混色智能灯泡的实时温度值反馈给所述微控制器。

上述智能照明系统的微控制器可以同时控制多个LED多通道混色智能灯泡。由于LED芯片泡的温度会随着亮灯时长而升高，温度对光通量与光的波长均会产生较大影响，附图4为温度对光通量的影响，附图5为温度对光波长的影响，因此配备颜色传感器与温度传感器实时采集LED多通道混色智能灯泡的颜色与温度，并转变为信号反馈给微处理器，微处理器根据色差与当前温度对各项参数进行补充，保证灯泡在各种温度下颜色的一致性。

基于上述照明系统可以进一步拓展到智能家居领域，如附图3所示，在系统中加入用于协调各种通信协议的网关、用于控制整个系统执行对应操作的用户终端、用于保持室温的恒温器、用于智能开关灯的智能插座以及调节光的照明灯的光暗器，所述微处理器、用户终端、恒温器、智能插座以及光暗器均与所述网关连接。上述用户终端可以是智能手机或平板电脑，智能手机或平板电脑通过预装的APP通过无线网络与所述微控制器连接。所述恒温器以及智能插座均通过无线网络与所述微控制器连接。无线网络基于Wi-Fi无线网络标准。

采用上述系统可以进一步丰富LED多通道混色智能灯泡的应用场景，由于LED多通道混色智能灯泡调色范围广，可无限覆盖全色域的显色范围，用户终端通过APP可以调节灯泡发出任意颜色的光，还可以通过APP设置智能插座定时通电唤醒灯泡，光暗器可以使灯泡点亮时渐变点亮，关灯时渐变变暗；且APP中还可以集成很多有趣且实用的功能，如使灯泡模拟太阳功能，在白天动态模拟太阳在不同时刻的色温和亮度。

以格拉斯曼颜色光混合定律为基础定律，采用R、G、B三基色加法混色原理，即在混色过程中，虽然目标混合色的色品坐标与用来混色的基础色的色品坐标之间没有线性叠加关系，但是目标混合色的3刺激值与用来混色的基础色的3刺激值存在线性叠加关系，通过目标色的3刺激值再来推算出目标色的色品坐标。

基于上述三通道混色原理，可以推演出采用R、A、B、G这4种颜色为基础颜色的四通道混色模型，在多点激励空间，色彩激励由字母R、Q、G、B和A等标记。Q指代任意颜色的激励；字母R、G、B和A，留作表述选定的用于配色实验的固定基本激励。色彩匹配是指给定激励Q由确定的各种基本激励R、G、B和A以适当数量混合得到的附加剂混合物，可用矢量方程表示为：

Q＝R_QR+G_QG+B_QB+…+A_QA(1)

在多维空间，颜色激励Q由多点激励向量Q表述；其中：标量乘数R_Q、G_Q、B_Q和A_Q分别以给定的基本激励R、G、B和A的约定的各自度量单位来测量，它们被称为Q的多点激励值。

附图6是公式(1)线性多维空间的几何表示。单位向量R、G、B和A代表基本激励，它们界定了空间。他们有共同起点，指向四个不同方向。

四通道混色方案基于叠加原理。它以三通道混色算法为基础。对四通道混色来说，如果将四个LED的色点映射到一个色彩空间图，很明显，四个LED色点间的连线，就构成了四个三角形，如附图7所示，分别为三角形ABG、ABR、BGR、GAR，每个三角形都是基于3通道混色原理为基础的，这样以来可以实现RAGB四边形范围内的所有颜色，扩大了显色范围，分别求解每个三角形以获得用于三通道混色功能的调光值。在这四个三角形中，两个给出非负的调光值；另两个，有一个或全部的是负调光值。带负值的三角形是无效的应丢弃掉。对全部正值的调光值进行累计。

对于负调光值的解释是：所需的点位于由三种基本颜色组成的三角形外，不能由此三种基本色产生目标颜色。

比如混成颜色P1，则，在求解4个三角形时，其中GAB和AGR中求得的是负值；混成颜色P2，则，在求解4个三角形时，其中GAB和BGR中求得的是负值。

以此类推完全可以实现5、6、7……等多通道混色，来无限扩大混色范围，无限接近于全色域。

基于上述混色原理，如附图8所示，可知上述智能照明系统的混色步骤为：

步骤1：所述微控制器将N种基础颜色每三个一组按照三通道混色原理组成个不同的色域三角形，每个色域三角形区域内包含以组成该色域三角形的三个基础颜色进行混色可产生的所有颜色；

步骤2：按照三通道混色原理对目标色按顺序求解每个色域三角形获得该色域三角形的三个调色值，若该组的三个调色值中有负值，则舍弃该组的调色值，否则记录该组的调色值作为有效解；

步骤3：对步骤2中得到的所有的有效解进行相加，得到N组基础颜色各自的总调色值；

步骤4：所述微控制器将N种基础颜色各自的总调色值发送到所述LED多通道混色智能灯泡，LED多通道混色智能灯泡的LED驱动器接收目标色的调色值，各LED通道根据ZigBee天线接收到的各种基础颜色的调色值分别驱动对应基础颜色的LED灯发光。

本发明的LED多通道混色智能灯泡由于包含至少四条混色通道，可使灯泡覆盖更广的色域；基于LED多通道混色智能灯泡的智能照明系统可以实时采集灯泡的温度和颜色，根据色差与灯泡的温度对调光值进行补偿，使灯泡在不同温度下可保持相同的颜色，基于此系统还可以拓展为智能家居通过与手机平板等终端预装的APP连接，丰富使用场景与用途；基于智能照明系统的多通道混色方法以三通道混色算法为基础，求解出的各基础颜色的调光值准确，可准确还原目标颜色。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，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 (9)

1.LED多通道混色智能灯泡，其特征在于：包括LED驱动器以及包含红、绿、蓝三原色在内的N组基础颜色的LED芯片，其中N≥4；所述LED驱动器内包括ZigBee天线以及N个LED通道，每个LED通道分别与一组基础颜色的LED芯片相连；所述ZigBee天线用于接收目标色的调色值，各LED通道根据ZigBee天线接收到的各种基础颜色的调色电流值分别驱动对应基础颜色的LED芯片发光。

2.根据权利要求1所述LED多通道混色智能灯泡，其特征在于：所述LED驱动器还包括AC-DC变换模块给各LED通道供电，每个LED通道还单独连接有一个DC-DC变换模块，每个LED通道与对应的LED芯片以及各自的DC-DC变换模块组成一条支路，各支路之间相互并联连接。

3.根据权利要求1所述LED多通道混色智能灯泡，其特征在于：所述N组LED芯片或者LED光源组件发出的光的波长均在380nm-780nm之间。

4.基于权利要求1所述的LED多通道混色智能灯泡的智能照明系统，其特征在于：包括LED多通道混色智能灯泡、微控制器、颜色传感器以及温度传感器，所述微控制器通过ZigBee发送调色值到所述LED多通道混色智能灯泡的LED驱动器，所述颜色传感器采集所述LED多通道混色智能灯泡发出的光并转化为调色值反馈给所述微控制器，所述温度传感器采集所述LED多通道混色智能灯泡的实时温度值反馈给所述微控制器。

5.根据权利要求4所述的智能照明系统，其特征在于：还包括用于协调各种通信协议的网关、用于控制整个系统执行对应操作的用户终端、用于保持室温的恒温器、用于智能开关灯的智能插座以及调节光的照明灯的光暗器，所述微处理器、用户终端、恒温器、智能插座以及光暗器均与所述网关连接。

6.根据权利要求5所述的智能照明系统，其特征在于：所述用户终端为智能手机或平板电脑，智能手机或平板电脑通过预装的APP通过无线网络与所述微控制器连接。

7.根据权利要求5所述的智能照明系统，其特征在于：所述恒温器以及智能插座均通过无线网络与所述微控制器连接。

8.根据权利要求6或7任一项所述的智能照明系统，其特征在于：所述无线网络基于Wi-Fi无线网络标准。

9.基于权利要求4所述的LED智能照明系统的多通道混色方法，其特征在于：混色步骤为：

步骤1：所述微控制器将N种基础颜色每三个一组按照三通道混色原理组成个不同的色域三角形，每个色域三角形区域内包含以组成该色域三角形的三个基础颜色进行混色可产生的所有颜色；

步骤2：按照三通道混色原理对目标色按顺序求解每个色域三角形获得该色域三角形的三个调色值，若该组的三个调色值中有负值，则舍弃该组的调色值，否则记录该组的调色值作为有效解；

步骤3：对步骤2中得到的所有的有效解进行相加，得到N种基础颜色各自的总调色值；

步骤4：所述微控制器将N种基础颜色各自的总调色值按比例转换成调色电流值发送到所述LED多通道混色智能灯泡，LED多通道混色智能灯泡的LED驱动器接收目标色的调色值，各LED通道根据ZigBee天线接收到的各种基础颜色的调色电流值分别驱动对应基础颜色的LED芯片发光。