CN106102244B

CN106102244B - 一种感知背景光实现等照度照明的方法

Info

Publication number: CN106102244B
Application number: CN201610574779.7A
Authority: CN
Inventors: 高英明; 邹念育; 董丽; 朱明兴; 陈艾琳; 曹帆
Original assignee: Dalian Polytechnic University
Current assignee: Dalian Polytechnic University
Priority date: 2016-07-20
Filing date: 2016-07-20
Publication date: 2017-12-01
Anticipated expiration: 2036-07-20
Also published as: CN106102244A

Abstract

本发明公开了一种感知背景光实现等照度照明的方法，包括如下步骤：S1、选定LED光源，基于k＝L/D，确定光源特性k；S2、建立PWM照明系统，包括：所LED光源、LED驱动单元、传感器，以及处理单元；S3、周期式实现等照度照明，其中，LED光源在测量计算期处于关闭状态，在开灯照明期处于驱动照明状态。本发明根据照度叠加原理给出一种根据背景光的调整光源亮度的调光照明方法。根据背景光的强弱动态调节光源光通量，使得工作面照度在背景照度与灯光照度叠加后保持恒定。本发明相对于传统照明即能够保证照明的舒适性，又能够优化能量使用，做到科学用电。本发明相对于PID控制方法，不需要整定参数，适应性更强。

Description

一种感知背景光实现等照度照明的方法

技术领域

本发明涉及一种照明的控制方法，更具体地说，涉及LED光源的照明控制方法。

背景技术

目前的照度控制采用PID控制、模糊控制、神经网络控制等技术，具体实施起来较为复杂。如PID控制往往需要事先整定参数才能达到期望的控制效果，一旦应用场景发生变化，往往需要重新整定。

发明内容

针对上述问题，本发明考虑照明中己有光照水平自动对电光源亮度进行调节，实现等照度照明，相对于传统照明即能够保证照明的舒适性，又能够优化能量使用，做到科学用电。本发明相对于PID控制方法，不需要整定参数，适应性更强。

为了达到上述目的，本发明提供了一种感知背景光实现等照度照明的方法，包括如下步骤：

S1、选定LED光源，基于k＝L/D，通过给定D值、测量L值的试验，确定k；其中，D为LED光源的占空比，L为LED光源的照度；

S2、基于所述LED光源，建立PWM照明系统(即具有PWM调光功能照明系统)，包括：所述LED光源，以及

LED驱动单元，用于所述LED光源的驱动照明；

传感器，用于周期性采集照明处的背景照度B₁、B₂……B_n，

处理单元，基于所述传感器采集信息，控制所述LED驱动单元，实现PWM控制；

S3、周期式实现等照度照明；其中，测量计算期和开灯照明期交替构成一个照明周期；所述LED光源在所述测量计算期处于关闭状态，在开灯照明期处于驱动照明状态；

在第n个周期的所述测量计算期，基于公式(1)确定所述LED光源第n个周期所述开灯照明期所需的占空比D_n，进而所述处理单元基于D_n实现第n个周期开灯照明期的PWM控制；

其中，I_T为照明处所需的目标照度；m是开灯照明期与测量计算期时间长度比值，取值1～5；k是步骤S1确定值；B_n是所述传感器在第n个周期的测量计算期采集的背景照度。而基于光源占空比用于PWM控制，属于常规技术。

优选方式下，步骤S1中确定k的试验是经多组数据线性拟合后确定k值。实际测量的结果并不会严格满足线性关系，会有误差，尽管相差不大。多次试验、多组数据的目的是为了消除这种误差，将多次的结果进行线性拟合。

本发明根据照度叠加原理给出一种根据背景光的调整光源亮度的调光照明方法。该方法采用PWM调光的方式，根据背景光的强弱动态调节LED光源光通量，使得工作面照度在背景照度与灯光照度叠加后保持恒定。本发明相对于传统照明即能够保证照明的舒适性，又能够优化能量使用，做到科学用电。本发明相对于PID控制方法，不需要整定参数，适应性更强。

附图说明

图1是本发明感知背景光实现等照度照明的方法的工作过程。

图2是本发明感知背景光实现等照度照明的方法中的PWM调光波形。

图3是本发明感知背景光实现等照度照明的方法的系统组成框图。

图4是基于现有技术测量I_L与D的对应关系及拟合结果。

图5是本发明感知背景光的等照度照明控制方法的程序流程图

具体实施方式

如图1和5所示，本发明每工作周期的两个半周期的背景照度相同，两个半周期分别是测量计算期和开灯照明期，对应于PWM调光信号周期的t_off期(关闭期，即测量计算期)和t_on期(开灯照明期)，如图2。为达到等照度要求每个周期的平均照度I_A等于目标照度I_T，结合LED光源的输出特性，由式(1)计算得到第n周期的LED光源的工作占空比D_n。

其中：m是开灯照明期与测量计算期占时的比值；B_n是第n周期的背景照度；I_T是工作面要保持的照度值，即目标照度值；k是灯光照度与对应的光源工作占空比之比，其值由LED光源的型号与光源距工作的距离确定，具体方法如下。

(1)选定LED光源，将光源置于暗室中，排除其它光对结果的影响；

(2)固定LED光源，使光源与工作面的垂直距离为定值，如30cm、50cm、100cm、150cm等；

(3)在给定的光源距工作面距离下，光源工作在PWM调光模式下，在3～5个不同的占空比下测量光源正下方的照度，利用灯光照度L与占空比D成线性关系，从而确定式(1)中的k＝L/D。

为使在照度调节过程中人眼觉察不到光源闪烁，保证照明舒适性，照度调节频率至少为200Hz。式(1)中的m范围为1～5。

实施例1

以台灯为例，系统由供电单元、处理单元、LED驱动单元、LED灯和传感器单元组成(如图3)。其中处理单元以单片机STC15F2K08S2为核心，负责计算，A/D转换，输出PWM调光信号至LED驱动单元等操作；传感器单元由光谱响应特性与人眼相似的光电二极管S7686和运算放大器如ICL7611组成，传感器单元的输出信号给处理单元进行A/D转换，传感器单元安置于灯座上，由于接近工作面，可近似认为其测量的照度即为工作面照度；LED驱动单元采用升压型驱动芯片XL6003，XL6003的PWM调光引脚与STC15F2K08S2单片机的PWM输出引脚相连，接收调光信号；供电单元将市电转换为12V的直流电，12V直流电转换为5V直流电给处理单元和传感单元供电；12V直流电为LED驱动单元供电，LED驱动单元将其转换为恒流350mA输出；LED灯的工作电压为30V，工作电流为350mA。

确定k的方法如下：

1、将该台灯置于暗室中，以排除其它光线对灯致照度L的影响，固定光源发光面与工作台面之间的距离，如35cm。

2、编程使STC15F2K08S2单片机的PWM功能工作于8位模式，依次设置PWM信号的占空比D为1/256、5/256、10/256、…、255/256、1。

3、通过系统的传感器单元对照度值进行测量，依次记录步骤2中不同占空比D对应的灯致照度L。

4、根据占空比D和L的对应关系，对其进行线性拟合得到L＝1206D，即k＝1206，如图4所示。

STC15F2K08S2单片机的PWM模块工作于8位模式下，输出占空比可由式(3)确定，其中i(0≤i≤255)为单片机捕获寄存器的值。

由式(1)和式(3)，取式(1)中的m＝1得到

将k＝1206，目标照度IT＝300Lx代入式(4)

i_n＝129+0.4B_n(0≤i_n≤255) (5)

其中，设第n周期B_n为200Lx，代入式(5)得到i_n＝209。

此外，本实例中m＝1，I_T＝300Lx，照度调节频率为250Hz，B_n是变量，因为光环境随时者可能改变，也就是背景照度。

如图1所示，照明处实际照度I_T是恒定的，因为I_T与每个周期的平均照度相同。是根据背景照度，调整光源亮度，两者在工作面上照度叠加后在一个完整周期的平均效果。等照度控制，就是控制平均照度不变。每个周期背景照度是相同的，灯致照度L不一定相同，除非背景照度相同。表示灯致照度L的阴影部分面积是根据平均照度等于目标照度算出来的。

平均照度是这样算的：

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种感知背景光实现等照度照明的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、选定LED光源，基于k＝L/D，通过给定D值、测量L值的试验，经多组数据线性拟合后确定k值；其中，D为LED光源的占空比，L为LED光源的照度；

S2、基于所述LED光源，建立PWM照明系统，包括：所述LED光源，以及：

LED驱动单元，用于所述LED光源的驱动照明；

传感器，用于周期性采集照明处的背景照度B₁、B₂……B_n；

其中，I_T为照明处所需的目标照度；m是开灯照明期与测量计算期时间长度比值，取值1～5；k是步骤S1确定值；B_n是所述传感器在第n个周期的测量计算期采集的背景照度。