CN107166328A - 一体式自然光与led光互补混合照明装置的智慧控制系统 - Google Patents

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陈镜羽
葛卓嫱
郝如龙
朱凌
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    • F21S19/00—Lighting devices or systems employing combinations of electric and non-electric light sources; Replacing or exchanging electric light sources with non-electric light sources or vice versa
    • F21S19/005—Combining sunlight and electric light sources for indoor illumination
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F21V23/003—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being electronics drivers or controllers for operating the light source, e.g. for a LED array
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

本发明属于照明装置技术领域，具体一体式自然光与LED光互补混合照明装置的智慧控制系统。该系统由收光面板、导光管、混合照明装置、LED阵列、LED调光控制器、直流电源与光电探测模块组成。收光面板用于聚集自然光，LED阵列发出的LED光从混合照明装置周边耦合与自然光形成共光路照明；LED调光控制器连接LED阵列，光电探测器模块设置于混合照明装置内部，或者置于工作面上；混合照明装置将导光管导入的自然光与LED阵列发出的光混合共光路出射,照明工作区域。本发明既可充分利用太阳光实现节能减排，又可在外界自然光强度不能满足照度要求时,由LED补光照明,满足生活中不同场景的照明需求，得到节能舒适的混合光照明效果。

Description

一体式自然光与LED光互补混合照明装置的智慧控制系统
技术领域
本发明属于照明装置技术领域，具体涉及自然光与LED光互补混合照明装置的智慧控制系统。
背景技术
自然光是取之不尽、用之不竭的，是大自然赐予人类的宝贵财富，具有清洁安全的特点，这是其他能源所没有的。随着社会经济的快速发展,人类社会面临的能源短缺与环境污染问题日益突出,节约能源与保护环境已刻不容缓。照明能耗作为我国能源消耗的大户,所消耗的能源逐年增加。如何充分利用自然光、降低建筑照明能耗已经成为建筑照明以及控制领域的主要研究方向。在室内充分利用自然光照明，并将自然光照明与人工照明混合控制，可以有效减少人工照明的使用，减少白天人工照明的比例，最终降低照明用电能耗。由此提出了混合光智慧照明系统。
混合光智慧照明系统的设计必须考虑照度、色温与自然光的匹配，要避免照度和色温的突变，因此需要有闭环反馈调光系统，当太阳光减弱时，增强电气照明灯光。同时最好还要有色彩反馈调节的功能，以补偿太阳光的色温变化。
现有混合光照明系统，自然光与人工光源是分离的两部分，在光色均一性（照度均匀性、色温一致性等等）上做得并不好，由于引进的自然光没有重新设计合理的配光、光电传感器放置位置不当、照度一致性控制算法设计不合理，以及没有设计色温控制模块等等，导致营造的光环境比较粗糙，并不一定能满足人们对室内光环境的舒适性的要求。
发明内容
本发明的目的在于提出一种一体式自然光与LED光互补混合照明装置的智慧控制系统。该系统通过光电探测模块的测量反馈，能够自动调节两种色温的LED光输出，在满足工作面恒定照度的基础上，还实现特定相关色温的光输出，以满足生活中不同场景的照明需求。
本发明提出一体式自然光与LED光互补混合照明装置的智慧控制系统，由收光面板、导光管、混合照明装置、LED阵列、LED调光控制器、直流电源与光电探测模块组成。收光面板安装于室外，用于聚集自然光，并将自然光耦合到导光管，导光管另一端与混合照明装置耦合相连, LED阵列安装在混合照明装置上的，LED阵列发出的LED光从混合照明装置周边耦合与自然光形成共光路照明；直流电源连接LED调光控制器；LED调光控制器通过导线连接到安装在混合照明装置上的LED阵列，光电探测器模块可以置于混合照明装置内部，也可置于工作面上。混合照明装置将导光管导入的自然光与LED阵列发出的光混合共光路出射,照明工作区域。
本发明中，若光电探测器模块置于混合照明装置内部时，LED调光控制器能与内部的光电探测器模块通信，获得自然光变化的相关信息，并通过控制中心调节LED光的输出，实现恒定光通量的光输出；若光电探测器模块置于工作面上时，LED调光控制器能与外部的光电探测器通信，获得工作面的照度与相关色温信息并通过控制中心调节LED光的输出，实现恒定照度和特定相关色温的光输出。
本发明中，智慧控制系统可以对一体式自然光与LED光互补混合照明装置进行自适应调控。
本发明中，混合照明装置可使用但不限于透镜、反射器、自由曲面任意组合的光学设计，使得自然光与LED光实现共光路照明，两者分别单独照明时，输出的配光曲线形状基本保持一致。
本发明中，若光电探测器模块置于混合照明装置内部时，光电探测器与LED调光控制器之间可使用有线通信；若光电探测器模块置于工作面时，光电探测器模块与LED调光控制器之间的通信可使用但不限于串口连接、蓝牙传输与Zigbee网络连接。
本发明中，光电探测器模块与LED调光控制器之间的通信可使用但不限于串口链接、蓝牙传输与Zigbee网络连接。
本发明中，LED调光控制器调节LED阵列光输出的方式可使用但不限于PWM调光、模拟调光。
本发明中，光电探测模块可以使用4通道色彩传感芯片TCS3200对输出光进行检测，同时获得其照度与色度信息，并将色度信息通过计算转换成相关色温。
本发明中，可随着外界自然光的变化，自动调节LED光与自然光相混合，实现恒定照度的照明。
本发明中，可使用两种色温差异较大的LED与自然光相混合，实现特定色温的输出。
本发明的有益效果在于：与传统的自然光混合照明系统相比，本发明通过光电探测模块的测量反馈，能够自动调节两种色温的LED光输出，在满足工作面恒定照度的基础上，还实现了特定相关色温的光输出，既充分利用了太阳光实现了节能减排，又满足了生活中不同场景的照明需求，使混合光照明效果更加舒适。
附图说明
图1是本发明一体式自然光与LED智慧互补混合照明装置结构框图。
图2是本发明的LED调光控制器结构框图。
图3是本发明一体式自然光与LED智慧互补混合照明装置程序流程图。
具体实施方式
在以下给出的详细说明和实施例中，可以对本发明更全面了解，这些说明和附图并不仅限于特定实施例，而只是起到解释和理解的作用。
实施例1：如图1所示，本发明由收光面板、导光管、混合照明装置、LED阵列、LED调光控制器、直流电源与光电探测模块组成。
安装于室外的收光面板聚集的光耦合到导光管传播导光管另一端与混合照明装置耦合相连,同时若干LED光从混合照明装置周边耦合与自然光形成共光路照明,LED调光控制器通过导线连接到安装在混合照明装置上的LED阵列，混合照明装置将导光管导入的自然光与LED发出的光混合共光路出射,照明工作区域。
LED调光控制器由直流电源供电，接收光电探测模块的测量信号，并通过PWM调制的方式驱动LED阵列的输出。
光电探测器置于工作面上，通过无线串口的方式与调光控制器通信。该探测器能同时检测工作面的照度与相关色温信息。
本发明的工作原理如下：如图2程序流程图所示，LED调光控制器在上电后先完成自身的初始化，其中包括与光电探测模块的通信建立。此后LED调光控制器第一次对工作面上的照度和相关色温信息进行探测。如果此时工作面上的照度E已满足目标照度Ee，则不对LED进行动作，等待一段事件后再次进行探测；如果此时工作面上的照度E不满足目标照度Ee，则根据现有照度水平，及相关色温CCT信息，通过计算得出两种色温LED的输出比例与大小，并通过PWM调制的方式驱动LED阵列按照计算结果进行光输出。然后再次进行照度与相关色温信息的探测，若二者皆符合要求（E=Ee，CCT=CCTe，其中CCTe为光源的目标相关色温），则LED调光控制器在延时一段时间后进行下一次探测；若二者中有不符合要求的，则根据此时的测量结果，重新计算LED的输出参数并驱动LED，通过不断反馈的方式最终实现满足需求的光输出。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1. 一种一体式自然光与LED光互补混合照明装置的智慧控制系统，其特征在于，由收光面板、导光管、混合照明装置、LED阵列、LED调光控制器、直流电源与光电探测模块组成；收光面板安装于室外，用于聚集自然光，并将自然光耦合到导光管，导光管另一端与混合照明装置耦合相连, LED阵列安装在混合照明装置上，LED阵列发出的LED光从混合照明装置周边耦合与自然光形成共光路照明；直流电源连接LED调光控制器；LED调光控制器通过导线连接到安装在混合照明装置上的LED阵列，光电探测器模块设置于混合照明装置内部，或者置于工作面上；混合照明装置将导光管导入的自然光与LED阵列发出的光混合共光路出射,照明工作区域。
2.根据权利要求1所述的智慧控制系统，其特征在于，若光电探测器模块置于混合照明装置内部时，LED调光控制器能与内部的光电探测器模块通信，获得自然光变化的相关信息，并通过控制中心调节LED光的输出，实现恒定光通量的光输出；若光电探测器模块置于工作面上时，LED调光控制器能与外部的光电探测器通信，获得工作面的照度与相关色温信息并通过控制中心调节LED光的输出，实现恒定照度和特定相关色温的光输出。
3.根据权利要求2所述的智慧控制系统，其特征在于，对一体式自然光与LED光互补混合照明装置进行自适应调控。
4.根据权利要求1、2或3所述的智慧控制系统，其特征在于，所述混合照明装置使用透镜、反射器、自由曲面任意组合的光学设计，使得自然光与LED光实现共光路照明，两者分别单独照明时，输出的配光曲线形状基本保持一致。
5.根据权利要求4所述的智慧控制系统，其特征在于，若光电探测模块置于混合照明装置内部时，光电探测模块与LED调光控制器之间使用有线通信；若光电探测器置于工作面时，光电探测模块与LED调光控制器之间的通信使用串口连接、蓝牙传输与Zigbee网络连接。
6.根据权利要求1、2、3或5所述的智慧控制系统，其特征在于，LED调光控制器调节LED阵列光输出的方式使用PWM调光或模拟调光。
7.根据权利要求6所述的智慧控制系统，其特征在于，光电探测模块使用4通道色彩传感芯片TCS3200对输出光进行检测，同时获得其照度与色度信息，并将色度信息通过计算转换成相关色温。
8.根据权利要求1所述的智慧控制系统，其特征在于，随着外界自然光的变化，自动调节LED光与自然光相混合，实现恒定照度的照明。
9.根据权利要求1所述的智慧控制系统，其特征在于，使用两种色温差异较大的LED与自然光相混合，实现特定色温的输出。
10.根据权利要求1、2、3、5、7、8或9所述的智慧控制系统，其特征在于，系统的调控流程如下：
LED调光控制器在上电后先完成自身的初始化，其中包括与光电探测模块的通信建立；此后LED调光控制器第一次对工作面上的照度和相关色温信息进行探测；如果此时工作面上的照度E已满足目标照度Ee，则不对LED进行动作，等待一段事件后再次进行探测；如果此时工作面上的照度E不满足目标照度Ee，则根据现有照度水平，及相关色温CCT信息，通过计算得出两种色温LED的输出比例与大小，并通过PWM调制的方式驱动LED阵列按照计算结果进行光输出；然后再次进行照度与相关色温信息的探测，若二者皆符合要求：E=Ee，CCT=CCTe，CCTe为光源的目标相关色温，则LED调光控制器在延时一段时间后进行下一次探测；若二者中有不符合要求的，则根据此时的测量结果，重新计算LED的输出参数并驱动LED，通过不断反馈的方式最终实现满足需求的光输出。
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