CN105611690B - 一种新型护眼灯系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型学生护眼灯及配套光色温、频谱及强度的参数的反馈系统。LED护眼灯包括电源模块一、主控模块一、通信模块一、LED灯珠模块；配套光色温、频谱及强度参数的反馈装置包括电源模块二、主控模块二、通信模块二、传感器模块；本发明的护眼灯关心眼睛接收到的光，并根据学习的情景智能调节灯光的色温、强度等要素，使护眼灯发出的光根据科学原理，减缓使用者眼睛的疲劳程度，并根据使用者学习的时间长短合理调节光线，提高学生的学习效率。

Description

一种新型护眼灯系统

技术领域

本发明涉及护眼灯领域，特别地涉及一种新型护眼灯系统。使用者的眼睛接收到的光线始终保持在合适的色温、强度，合适的光线减缓使用者眼睛的疲劳程度，并根据使用者学习的时间长短合理调节光线以提高使用者的学习效率。

背景技术

1、据教育部对全国学生体质健康调研显示，我国学生视力状况不容乐观，7-12岁小学生、13-15岁初中生和16-18岁高中生视力不良率分别高达40.89％、67.33％和79.20％。某直辖市青少年近视防治中心报告，目前近视高发于9～13岁，特点是低龄化、高度数，近视度数高于600易导致视网膜病变，根据教育部关于印发《普通高等学校招生体检工作指导意见》的通知要求，裸眼视力任何一眼低于5.0者，相关专业不能录取，所以预防近视的工作刻不容缓，“不良的视觉环境，读书写字时光线不足，近距离用眼时间过长，读写姿势不正确等是造成近视发生或发展的重要原因”。

2、LED灯具有多种优点：环保特性，无污染、无紫外线、红外线和热辐射；光线质量高，由于光谱中没有紫外线和红外线，故没有热量，没有辐射，不会给人眼带来负担，长时间阅读或工作不会有眼睛发疼发胀的现象；显色性好，有利于减少人眼的疲劳程度，对保护视力有很大帮助；维护成本低，LED灯寿命长。LED灯作为学生学习时使用的护眼灯日益流行。

3、当前市场上的学生用护眼灯都没有考虑到使用者眼睛接收的光线，比如有一些号称全光谱的护眼灯，就没有考虑到使用者佩戴防蓝光镜片的情况，在使用者佩戴防蓝光镜片时使用全光谱的护眼灯会造成使用者看白色的物体偏黄，造成使用者的不便。使用者佩戴防蓝光镜片同时使用一般的LED灯，一般的LED灯蓝光的强度相对比较大，但是防蓝光镜片过滤的蓝光比例与一般的LED灯蓝光的强度不一定匹配，会造成使用者眼睛接收到的蓝光过多或者过少。

4、当前市场上的学生用护眼灯都没有考虑到用光的属性来促进使用者学习效率，也没有考虑到出厂后根据使用者的习惯及其设置来调整光的属性，从光的属性来促使使用者在情绪、睡眠、生长等方面发挥预想的作用。

5、目前LED光衰没有国家标准，各个厂家使用的芯片不一样，使用相同的时间光衰的程度也不一样，从设计上相同的芯片散热不同光衰也不相同，这导致用户使用的护眼灯光线的参数与出厂时不尽相同。

6、目前LED等相关的专利，可分为如下几类：

1)调光类，如申请号为《201410735164.9》、《201110004079.1》、《201310180067.3》的发明专利，主要的方法是通过调节光源，使光源变化后假设人眼镜能得到适合的光线，申请号为《201410735164.9》、《201310180067.3》的发明专利考虑到了人眼的距离，但是并没有考虑到人眼接收到的光的强度，只是假设通过距离的计算可以推测出人眼接收到光的强度，暂不论推测是否准确，仅人眼的方向、是否戴眼镜、眼镜的透光性能都有可能导致申请号为《201410735164.9》、《201310180067.3》的发明专利的实用效果不理想甚至在某些情况下反向调节，申请号为《201410735164.9》、《201310180067.3》的发明专利也没有考虑到根据使用者学习时间的长短来智能的调节光线来增强使用者的学习效果。申请号为《201410735164.9》、《201310180067.3》的发明专利只是简单的检测光线强度，并没有对光线的频谱等其它性质进行检测，有一种可能是光线强度没有问题，但都是蓝光，使用者在这种环境下使用申请号为《201410735164.9》、《201310180067.3》的发明专利所述护眼灯非但不能护眼，反而会造成视力损伤。

2)光源类，如申请号为《201410431772.0》、《201410180591.5》、《201210136847.3》的发明专利，主要的方法是通过多种LED的类型，来发出比较接近自然光线的光，使发出的光线比较适合学习、阅读，申请号为《201410431772.0》、《201410180591.5》、《201210136847.3》的发明专利没有考虑到背景光和使用者眼部具体接收到的光的属性是否合适，也没有考虑到使用者。

以上分析的专利都不实用，没有考虑到使用者眼睛的实际接收光的情况，在实际使用中效果会有欠缺。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明旨在实现的技术问题为：设计一种新型LED护眼灯系统，实现对使用者进行视力保护，并达到帮助成长、提高学习效率的效果。

为了实现上述发明目的，其采用的技术方案为：一种新型护眼灯系统，包括LED护眼灯和配套光色温、频谱及强度参数的反馈装置两部分，LED护眼灯包括电源模块一、主控模块一、通信模块一、LED灯珠模块：

电源模块一给主控模块一、通信模块一、LED灯珠模块供电，电源模块一与LED灯珠模块的连接为一条或多条线路，并可以分别控制；主控模块一控制电源模块一、通信模块一；通信模块一与配套光色温、频谱及强度参数的反馈装置通信；LED灯珠模块为一个或者多个，用于发出所需不同频率的光；LED护眼灯对LED灯珠模块进行控制，使配套光色温、频谱及强度参数的反馈装置接收到的光的参数符合预先设定的标准。

配套光色温、频谱及强度参数的反馈装置包括电源模块二、主控模块二、通信模块二、传感器模块：

电源模块二给主控模块二、传感器模块、通信模块二供电；主控模块二控制电源模块二、传感器模块、通信模块二；传感器模块感知光的某种或者多种特性；通信模块二与LED护眼灯通信。

通信模块一、通信模块二也负责与系统外的手机端、服务端通信，通信方式可以是有线或者无线。

主控模块一或主控模块二包含RTC，用于计时；通信模块一或通信模块二在通信的同时感知LED护眼灯和配套光色温、频谱及强度参数的反馈装置两个通信模块之间的距离。

传感器模块包括但不限于色温相关传感器、频谱相关传感器、光强传感器：色温相关传感器用于收集光的色温；频谱相关传感器用于收集光的频谱；光强传感器用于收集光的强度。LED护眼灯和配套光色温、频谱及强度参数的反馈装置装有报警装置，在光线不适合读书、学习时报警。

LED护眼灯系统根据学习时间的长短、学习习惯调节光线，学习时间长短、学习习惯可以由人工设置或者由本发明LED护眼灯系统自动统计或者感知：

若用户学习时间比较长，则采用偏暖色的光线来提高学习效率；若用户学习时间较短，则采用偏冷色的光线，来提高学习效率；用户学习时间由服务端分析得到；

若用户学习时喜欢动，即向本装置发出使用冷色调的控制信息；用户学习习惯由运动传感装置判断。

根据手机端或者服务端设置的参数得到用户眼镜片对各种频谱光线的影响，根据参数和预设的光的参数标准来闭环调节LED灯珠模块的发光参数。

配套光色温、频谱及强度参数的反馈装置为眼镜架式。

本发明的有益效果如下：

1、本发明所述的护眼灯系统，一直在监控用户眼睛接收的光线，即使有光衰现象，本发明所述护眼灯系统也可以动态调节，使用户眼睛接收到的光线达到预先设置的标准，极端情况下光线无法达到预先设置的标准，所述配套光色温、频谱及强度参数的反馈装置也可以通过声、光、电、无线等方式报警。

2、本发明所述产品可以根据用户输入的镜片品牌、型号、近视度数、散光度数等从服务端下载相应的过滤蓝光及其它频谱的参数，本发明所述产品可以根据这些下载的参数和预设的光的参数标准来闭环调节LED灯的发光参数。

3、本发明所述产品可以记录日常使用者眼睛接收的光的参数并上传服务器,在有足够的数据后服务端可以分析数据和用户输入的视力变化情况，从而得出光参数/时间和视力的关系，并反作用于本产品，即将参数下载到本发明所述产品。

4、本发明所述产品可以在光线不适合读书、学习时报警。

5、本发明所述产品可以根据统计的学习时间，来动态调节光的参数，比如经过服务端分析用户每天学习时间比较长，则可以采用偏暖色的光线来提高学习效率，如果用户每天学习时间较短，则可以采用偏冷色的光线，来提高学习效率。

6、本发明所述配套光色温、频谱及强度参数的反馈装置使用时传感器感光部分与眼睛的距离很近，并且眼睛的方向一致，保证接收到的光线与眼镜接收到的光线尽量一致。

附图说明

图1为本发明实施例的护眼灯电源及开关电路图；

图2为本发明实施例的护眼灯主控逻辑电路图；

图3为本发明实施例的护眼灯LED驱动电路图；

图4为本发明实施例的护眼灯RGB-LED灯模组电路图；

图5为本发明实施例的护眼灯无线通信电路图；

图6为本发明实施例的反馈装置电源电路图；

图7为本发明实施例的反馈装置主控逻辑电路图；

图8为本发明实施例的反馈装置语音及指示灯警示电路电路图；

图9为本发明实施例的反馈装置距离测量电路图；

图10为本发明实施例的反馈装置倾角测量电路图；

图11为本发明实施例的反馈装置光谱测量电路图；

图12为本发明实施例的反馈装置无线通信电路图。

具体实施方式

下面通过实施例来说明本发明的具体工作方式。

LED护眼灯包括多个能发出不同频率光的LED灯珠，多个独立可调节电源，控制器，通信装置，配套光色温、频谱及强度参数的反馈装置包括频谱相关传感器、控制器、通信装置。

多个能发出不同频率光的LED灯珠用于发出所需不同频率的光。

多个独立可调节电源为多个能发出不同频率光的LED灯珠供电，多个独立可调节电源与多个能发出不同频率光的LED灯珠可以是一对一或者一对多的关系。

控制器用于控制多个独立可调节电源、通信装置。

通信装置用于LED护眼灯和配套光色温、频谱及强度参数的反馈装置之间的通信，也可以同时用于LED护眼灯或配套光色温、频谱及强度参数的反馈装置同手机或者远程服务端之间的通信。

配套光色温、频谱及强度参数的反馈装置用于收集光的各种参数并将参数通过通信装置反馈到LED护眼灯供LED护眼灯在需要时调节多个能发出不同频率光的LED灯珠发出所需的光。

频谱相关传感器用于收集光的频谱。

配套光色温、频谱及强度参数的反馈装置一般放在眼镜框上，方向与眼睛的方向相同，使一般学习时眼睛接收到的光线和传感器接收光线的方向相同。

本实施例的LED护眼灯和配套光色温、频谱及强度参数的反馈装置形成一个反馈调节闭环系统，闭环系统根据事先设定的规则对LED护眼灯的每一个LED灯珠进行控制，使配套光色温、频谱及强度参数的反馈装置接收到的光的参数符合预先设定的标准。预先设定的规则可以根据用户设置或者根据与远程服务器交互的结果得到，配套光色温、频谱及强度参数的反馈装置接收到的光的参数的标准可以根据用户设置或者根据与远程服务器交互的结果得到。

本实施例的LED护眼灯或配套光色温、频谱及强度参数的反馈装置可以从手机等其它装置获得时间、设置信息，设置信息包括但不限于镜片的透光系数、不同的学习时间对应的不同的光的频谱、光强，光强和光谱可以随学习时间变化。透光系数可以分不同的频谱有不同的值，透光系数根据不同的镜片有不同的数值。

本实施例的LED护眼灯或配套光色温、频谱及强度参数的反馈装置可以从手机等其它装置获得控制信息，控制信息包括但不限于色调信息，如运动传感装置判断使用者学习时喜欢动，需要本实施例的系统用冷色调帮助使用者提高注意力，即向本装置发出使用冷色调的控制信息。

本实施例的LED护眼灯或配套光色温、频谱及强度参数的反馈装置可以把相关统计信息发送到手机等其它装置，相关统计信息包括使用时间、光强、频谱、频闪、色温、使用的规则、设置等信息。

本实施例的配套光色温、频谱及强度参数的反馈装置做成头戴式。

LED护眼灯实施例主要包括：主控逻辑单元、LED驱动单元(电源模块)、通信单元。图1～5是各个模块单元的电路原理图。其中通信单元是通过2.4G无线通信模块与主控单元相连后进行数据传输的。电源电路包括系统开关电路和LDO电源转换电路。

本实施例的工作原理如下：如图1电源电路，按键S200是整个电路的开关按键，插上USB电源线后，按一下S200，DC_5V导通然后通过LDO稳压给系统电路供电，实现开启系统的功能；再按一下DC_5V就跟系统断开，起到关闭的作用。

开机后，首先通过图5GFSK调制的2.4G无线通信模块跟配套光色温、频谱及强度参数的反馈装置进行通信，如果配套光色温、频谱及强度参数的反馈装置到LED护眼灯灯光光谱与预设置有偏差，则发指令给LED护眼灯，LED护眼灯通过图3的LED驱动电路对LED灯的R，G，B三色光进行调节，逻辑控制单元通过调节PWM信号的占空比来调节R，G，B三种颜色灯的发光亮度，配套光色温、频谱及强度参数的反馈装置检测到光谱满足要求后，会通知LED护眼灯停止调节，保存当前数据。

上述是LED护眼灯一次工作的主要步骤，每隔半小时会与头戴式反馈装置进行一次通信。

配套光色温、频谱及强度参数的反馈装置实施例主要包括：主控逻辑单元、检测单元、通信单元，提示报警单元。其中检测单元包括倾角检测、距离检测、光谱检测，电压检测。图6～12是各个模块单元的电路原理图，其中倾角测量单元是通过I2C总线和主控逻辑单元相连后进行数据传输和模块控制。警示电路中，双色灯起状态指示的作用；语音电路起语音报警作用。距离测量电路是利用位置传感器，采用三角形测距原理实现对距离测量的。通信单元是通过GFSK调制的2.4G无线通信模块与主控单元相连后进行数据传输的。电源电路包括锂电池及锂电池充电电路，系统开关电路和LDO电源转换电路。

本实施例的工作原理如下：如图6电源电路，按键K1是整个电路的开关按键，U2是双稳态电路，按一下K1锂电池LI1就和VCC_BP导通给系统电路供电，实现开启系统的功能；再按一下K1锂电池LI1就和VCC_BP断开，起到关闭的作用。而图8中的LED指示灯在系统开启的状态下呈绿灯闪烁，关闭的时候灭灯。

K1开启之后，系统由主控逻辑单元进行控制，首先对锂电池电量进行检测，图7中电池电压经过R211\R210分压后输入主控逻辑单元进行电压的检测，当电池电压低于3.3V时，指示灯呈绿灯闪烁状态，系统不进行其他检测工作，并提示用户需要充电。充电时可以通过图6中J10输入5V，经过U3电池充电芯片对锂电池充电，在充电过程中，充电芯片通过CHG_S信号点亮指示灯并使之呈红灯状态，并通知主控单元当前的充电状态，当电池充满后红灯熄灭。

在开机状态中，首先进行LED护眼灯光谱测量，图11光谱颜色传感器通过切换R，G，B三种颜色滤光片检测视力保护台灯R，G，B三种颜色光谱的强度，如果不满足预设值，会通过主逻辑单元触发报警装置，然后将数值通过图12的2.4G无线通信模块发送给LED护眼灯，LED护眼灯对R，G，B强度进行调整，达到预设条件后，系统会通过语音提示使用者可以开始学习。

然后进行目视距离和头部坐姿检测。图9是目视距离测量电路，测距方法是位置传感器的三角形测距法。图中主控逻辑单元发送700HzPWM波给红外发射管(图9中N1显示)发射红外波，位置传感器D2接收到由桌面或书本反射回来的红外波，并产生两个电流I1、I2输出，I1、I2经过放大器进行放大并转换成电压信号传送到主控逻辑单元中，主控逻辑单元经过相应的数据处理得到对应的距离参数。图10中倾斜角度测量单元采用重力加速度传感器，重力加速度传感检测人体头部的倾斜角度，当头部往左或往右倾斜大于某一角度时，将通过主控逻辑单元触发报警装置。

最后是报警提示，报警提示电路主要是由语音芯片完成，通过检测主控逻辑单元发出的报警信号类型进行报警，通过语音提示使用者当前学习姿势不正确、需要休息、需要充电等。

综上所述是产品工作一次的主要步骤，在整个流程完成后系统将休眠5s后再进行下一次的检测。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例和附图并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (6)

1.一种新型护眼灯系统，其特征在于：包括LED护眼灯和配套光色温、频谱及强度参数的反馈装置；LED护眼灯包括电源模块一、主控模块一、通信模块一、LED灯珠模块；

1)电源模块一给主控模块一、通信模块一、LED灯珠模块供电，电源模块一与LED灯珠模块的连接为一条或多条线路，连接为多条时分别控制；

2)主控模块一控制电源模块一、通信模块一；

3)通信模块一与配套光色温、频谱及强度参数的反馈装置通信；

4)LED灯珠模块为一个或者多个，用于发出所需不同频率的光；LED护眼灯对LED灯珠模块进行控制，使配套光色温、频谱及强度参数的反馈装置接收到的光的参数符合预先设定的标准；

5)主控模块一或主控模块二包含RTC，用于计时；

6)通信模块一或通信模块二在通信的同时感知LED护眼灯和配套光色温、频谱及强度参数的反馈装置两个通信模块之间的距离；

配套光色温、频谱及强度参数的反馈装置包括电源模块二、主控模块二、通信模块二、传感器模块；

1)电源模块二给主控模块二、传感器模块、通信模块二供电；

2)主控模块二控制电源模块二、传感器模块、通信模块二；

3)传感器模块感知光的某种或者多种特性；

4)通信模块二与LED护眼灯通信；

LED护眼灯系统根据学习时间的长短、学习习惯调节光线，学习时间长短、学习习惯由人工设置或者由LED护眼灯系统自动统计或者感知。

2.根据权利要求1所述的新型护眼灯系统，其特征在于：

通信模块一、通信模块二也同时负责与系统外的手机端、服务端通信，通信方式是有线或者无线。

3.根据权利要求1所述的新型护眼灯系统，其特征在于：

1)LED护眼灯或配套光色温、频谱及强度参数的反馈装置装有报警装置，在光线不适合读书、学习时报警；

2)传感器模块包括色温相关传感器、频谱相关传感器、光强传感器：

色温相关传感器用于收集光的色温；

频谱相关传感器用于收集光的频谱；

光强传感器用于收集光的强度。

4.根据权利要求1至3之一所述的新型护眼灯系统，其特征在于：

根据手机端或者服务端设置的参数得到用户眼镜片对各种频谱光线的影响，根据参数和预设的光的参数标准来闭环调节LED灯珠模块的发光参数。

5.根据权利要求1至3之一所述的新型护眼灯系统，其特征在于：配套光色温、频谱及强度参数的反馈装置为眼镜架式。

6.根据权利要求4所述的新型护眼灯系统，其特征在于：配套光色温、频谱及强度参数的反馈装置为眼镜架式。