CN109951927A

CN109951927A - 一种智能调光系统及其调光方法

Info

Publication number: CN109951927A
Application number: CN201910308708.6A
Authority: CN
Inventors: 陈宜建
Original assignee: Changzhou College of Information Technology CCIT
Current assignee: Changzhou College of Information Technology CCIT
Priority date: 2019-04-17
Filing date: 2019-04-17
Publication date: 2019-06-28

Abstract

本发明公开了一种智能调光系统及其调光方法，其中智能调光系统包括控制模块；LED灯具；恒流驱动模块，与控制模块和LED灯具电性连接，用于改变电路中的输出电流，以调整LED冷白光和暖白光的亮度；电源模块，与控制模块和恒流驱动模块电性连接，用于对控制模块和恒流驱动模块提供电源；温度传感器，与控制模块电性连接，用于测量LED灯具所处环境的温度；光电转换模块，与控制模块电性连接，用于测量LED灯具所处环境的光照度。本发明具有能够根据当前环境来自动调整照明灯具的亮度，从而保证良好的照明舒适度的特点。

Description

一种智能调光系统及其调光方法

技术领域

本发明属于智能照明技术领域，具体涉及一种智能调光系统及其调光方法。

背景技术

随着社会的不断进步和信息技术的迅猛发展，自动控制技术和LED相结合的智能照明系统正悄然走进人们的日常生活。现有的LED灯功能单一，一般只具备传统的照明功能，灯光亮度无法实现智能调控，不能满足人们更高层次的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能调光系统及其调光方法，能够根据当前环境来自动调整照明灯具的亮度，从而保证良好的照明舒适度。

实现本发明目的的技术方案是：

一种智能调光系统，包括控制模块；LED灯具；恒流驱动模块，与控制模块和LED灯具电性连接，用于改变电路中的输出电流，以调整LED冷白光和暖白光的亮度；电源模块，与控制模块和恒流驱动模块电性连接，用于对控制模块和恒流驱动模块提供电源；温度传感器，与控制模块电性连接，用于测量LED灯具所处环境的温度；光电转换模块，与控制模块电性连接，用于测量LED灯具所处环境的光照度。

进一步地，还包括与控制模块电性连接的按键模块和显示模块。

进一步地，所述显示模块为OLED屏。

进一步地，还包括移动终端，该移动终端通过无线通信模块与控制模块相连，并用于调节LED灯具的亮度。

进一步地，所述移动终端为手机APP。

进一步地，所述无线通信模块为蓝牙或无线网络。

一种智能调光系统的自动调光方法，包括以下步骤，

S1：控制模块内预设LED灯具输出光的色温和光照度的初始数值；

S2：温度传感器测量LED灯具当前所述的环境温度，并将该环境温度的信息反馈给控制模块；

S3：控制模块输出PWM信号到恒流驱动模块，与初始的色温数值进行比较，自动调整暖白和冷白光LED的输出比，实现灯具混光，从而改变输出光的色温；

S4：光电转换模块检测LED灯具当前所处的光照度，并将该环境温度的信息反馈给控制模块；

S5：光电转换模块处理电路输出的电压信号，由控制模块内部A/D转换器进行处理，并与初始数值进行比较判断，通过控制模块来自动调整光照度的初始数值；

S6：若光照度检测数值经过调整后依然小于设定数值，则光电转换模块发出故障报警声；

进一步地，步骤S3中恒流驱动模块根据PWM信号来改变输出电流，其电流的计算方法如下，

如果PWM高电平小于2.5V，则

其中：D表示PWM信号的占空比，Rs表示电流采样电阻，I_OUT表示输出电流，V_PULSE表示PWM信号的幅值。

一种智能调光系统的手动调光方法为操作按键模块或手机APP来调整色温数值和光照度数值，并进行保存。

采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：(1)本发明通过控制模块输出PWM信号到恒流驱动器，对恒流驱动模块输出电流的进行控制，以调整LED灯具冷白光和暖白光的亮度，实现混光；对光电转换模块和温度传感器模块输出的电压信号进行处理，得到当前环境温度和光照度，基于此信息，控制模块调整输出的PWM占空比，从而改变LED灯具输出光的色温和光照度，从而实现灯光的智能调控，节能环保，保证良好的照明舒适度。

(2)本发明通过按键模块或手机APP来手动调节LED灯具的亮度，以满足自身的需求，显示模块上显示LED灯具的色温数值和光照度数值，设置完成可以保存，下次开灯将依据保存的数据进行调光。

(3)本发明通过蓝牙或无线网络可实现数据快速传输，通过手机APP可对多个LED灯同时控制，同时也便于操控。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明的结构示意图；

图2本发明中控制模块的结构示意图；

图3为LED灯具中灯珠的排列示意图；

图4为本发明中恒流驱动模块的电路图；

图5为本发明中光照度与输出电压关系图；

图6为本发明中光电转换模块的电路图；

图7为本发明中温度传感器的检测电路图；

图8为本发明的另一种结构示意图；

图9为本发明中蓝牙的电路图；

图10为本发明中双色温灯带中灯珠的排列示意图；

图11为本发明中双色温灯带的电路图；

图12为本发明中RGB彩色灯带的电路图。

附图中，控制模块1，LED灯具2，恒流驱动模块3，电源模块4，温度传感器5，光电转换模块6，按键模块7，显示模块8，移动终端9，无线通信模块10。

具体实施方式

(实施例1)

见图1，本实施例的智能调光系统，包括控制模块1、LED灯具2、恒流驱动模块3、电源模块4、温度传感器5、光电转换模块6、按键模块7、显示模块8和移动终端9。

恒流驱动模块3与控制模块1、LED灯具2电性连接，电源模块4与控制模块1、恒流驱动模块3电性连接，温度传感器5与控制模块1电性连接，光电转换模块6与控制模块1电性连接，按键模块7和显示模块8均与控制模块1电性连接，本实施例中显示模块8为OLED屏。

如图2，本实施例中控制模块1采用STM32F103C8T6单片机，该处理器是基于CortexM3的32位微处理器，功能强大，资源丰富，共有256KB的FLASH存储器，最高工作频率高达72MHz，具有单周期乘法和硬件除法，运算速度快，GPIO功能强大。系统中，PB口16位配置为推挽输出，与TFT屏进行并行通信，PC口用于对TFT屏控制。PD口部分引脚用于控制X/Y轴直流电机的正反转。

如图3，本实施例中的LED灯具2由SMD2835灯珠构成，LED灯珠为0.2W，色温为2700K暖白和5700K冷白两种，采用带状柔性线路板(FPC)，由于FPC材质柔软，可以任意弯曲、折叠、卷绕，可以在三维空间随意移动及伸缩而且不会折断。适合于不规则和空间狭小的环境中使用。

LED灯具2中使用两个并联连接的灯条，灯条尺寸为405mm×7mm。每个灯条上有冷白、暖白LED灯珠各42颗，并且冷白、暖白灯珠间隔均匀分布，提高了灯具出光均匀性。不同色温的灯珠均采取六串七并连接方式。每颗灯珠最大工作电流小于35mA,这样有效提高了灯具使用寿命。

如图4，本实施例中的恒流驱动模块3的电路中使用电源芯片PT4115，恒流驱动模块的电路中PT4115内置功率开关，采用高端电流采样，设置LED平均电流，通过DIM引脚可以接受模拟调光和很宽范围的PWM调光。LED的最大平均电流由连接在Vin和Csn两端的电阻R_S决定，通过在DIM引脚加入可变占空比的PWM信号，改变输出电流，以实现调光，计算方法如下所示，

如果PWM高电平小于2.5V，则

PWM脉冲信号由单片机的PA8和PB15引脚输出，为了防止单片机引脚被较高电压烧坏，在单片机PWM输出端接高速二极管。

如图5和图6，本实施例中，光电转换模块6包括一个光敏传感器、无源RC低通滤波器、电压跟随器和放大电路组成，光敏传感器使用Everlight(亿光)公司生产的ALS-PT243-3C/L177，该传感器是一款直径5mm的圆柱形本体的光敏传感器，品质稳定，性价比高。根据测量范围和传感器的光照度与输出电压关系图，负载电阻R26取7.5KΩ。

光敏传感器输出电压计算过程如下式所示，

I＝I₁+I₂

∵I₂＜＜I₁

∴I＝I₁，V_O1＝I₁*R₂₆

传感器输出电压V_O1经过电压跟随器，连接到同相放大器的同相端，运算放大器的放大倍数为2。放大器输出端与单片机的PB0引脚相连，运用单片机进行AD转换，从而实现环境光照度检测。

如图7，本实施例采用DS18B20温度传感器，通过测量环境温度，调整灯具输出光的色温。环境温度和输出光色温满足下表，

环境温度T(℃)	灯具色温(k)
		T≤18	2700
18<T≤22	3000
		22<T≤26	3500
26<T≤30	4000
		30<T≤33	4500
33<T	5700

环境温度利用DS18B20温度传感器进行测量，DS18B20测量范围从－55℃～+125℃，最大分辨率为0.625℃，而且数据读出或写入的信息仅需要一根口线(单线接口)。为了提高测温精度，采用外接电源供电方式，DS18B20温度传感器的VCC引脚与+5V电源相连接，GND引脚接地、DQ引脚通过4.7kΩ的电阻上拉，接到单片机的PA6引脚。

本实施例通过电源模块对整个系统提供电力，以保证正常运行，本系统包括自动模式和手动模式，例如自动模式：通过控制模块1输出PWM信号到恒流驱动模块3上，控制LED灯具2的冷白光和冷白光的输出，实现LED灯具2混光；再通过温度传感器5对当前所处环境的温度检测，调整LED灯具2暖白光和冷白光输出配比；然后通过光电转换模块6检测当前所处环境的光照度，根据系统的初始设置，调整输出光的照度比例系数，从而实现自动调光。手动模式为：可以使用按键模块7手动改变色温和照度，设置完成可以保存，下次开灯将依据保存的数据进行调光。

本实施例可以连接多个LED灯具2，可以作为普通家用照明，也可用作特殊照明，比如电梯照明，车库照明，机车照明等，具有很强的实用价值。

另外，光电转换模块6处理电路输出的电压信号，由控制模块1内部A/D转换器进行处理，并与系统预设数值进行比较判断，完成光照度调整，若光照度检测值总是小于设定的故障报警值，系统输出报警信号。例如，预先设定恒流驱动模块3输出的最大值和最小值，保证LED灯具2输出光照度在一定范围内，这样有利于保护LED灯具2，延长使用寿命。当光电转换模块6检测环境光照度长时间小于设定的报警光照度值时，控制模块1会输出报警信息，提示用户。

本实施例的智能调光系统的自动调光方法，包括以下步骤，

S1：控制模块1内预设LED灯具2输出光的色温和光照度的初始数值；

S2：温度传感器5测量LED灯具2当前所述的环境温度，并将该环境温度的信息反馈给控制模块；

S3：控制模块1输出PWM信号到恒流驱动模块3，与初始的色温数值进行比较，自动调整暖白和冷白光LED的输出比，实现灯具混光，从而改变输出光的色温；

S4：光电转换模块6检测LED灯具2当前所处的光照度，并将该环境温度的信息反馈给控制模块；

S5：光电转换模块6处理电路输出的电压信号，由控制模块1内部A/D转换器进行处理，并与初始数值进行比较判断，通过控制模块1来自动调整光照度的初始数值；

S6：若光照度检测数值经过调整后依然小于设定数值，则光电转换模块6发出故障报警声；

本实施例的智能调光系统的手动调光方法为，操作按键模块7来调整色温数值和光照度数值，并进行保存，按键模块7为键盘。这样下一次开灯时就无需在进行调节了。当系统自动调光后还觉得不满意的话，用户就可以根据自己的需求手动进行调光，以达到最佳的亮度；当然，系统的自动调光无法工作后，手动调光依然可以使用。

(实施例2)

如图8和图9本实施例与实施例1的结构基本相同，不同之处在于：本实施例的智能调光系统还包括移动终端9，移动终端9通过无线通信模块10与控制模块1相连，并用于调节LED灯具的亮度。本实施例中的移动终端9为手机APP，无线通信模块10为蓝牙或无线网络，通过手机APP改变LED灯具2的色温数值和光照度数值来实现手动调光。

本实施例优选BT-05蓝牙。BT05蓝牙基于Bluetooth4.0BLE技术，核心芯片采用TI(Texas Instruments)的CC2541，主要面向消费类医疗电子设备、个人运动设备、遥控设备以及计算机移动外设。可实现超低功耗短距离无线连接，使用一颗纽扣电池可连续工作超过一年，其还拥有也比传统蓝牙更远的可靠通信距离。该蓝牙接口包括发送引脚TXD，接收引脚RXD和状态引脚STATE。通过LED1指示灯的亮与灭可以直观判断蓝牙是否连通。控制模块通过该蓝牙接收手机蓝牙发送的信息，并把手机发送的控制信息以串口通信的模式传输给控制器。

(实施例3)

见图10和图11，本实施例与实施例1的结构基本相同，不同之处在于：LED灯具2优选为双色温灯带，灯带中的LED光源由SMD2835灯珠构成，LED灯珠为0.2W，暖白色温为3000K和冷白色温为6000K，采用带状柔性线路板(FPC)。灯带标准段长为400mm，非标段长为200mm，两端设有带过孔焊盘，可以方便用户自由组合成所需的各种长度灯带。灯带上有恒流芯片，在电源波动和长距离照明有压降的情况下，有效保证LED灯珠电流大小基本相同，从而使得灯带首尾亮度一致。每串灯珠上串联一个电阻进行降压，防止恒流芯片功率过大。经过测试，在中间无中继电源，即单个电源供电，灯带最长可达10米，而且无明显亮度和色温偏差。

(实施例4)

见图12，本实施例与实施例1的结构基本相同，不同之处在于：LED灯具2优选为RGB彩色灯带，彩色灯带由RGB三合一、SMD5050LED灯珠构成。将0.2W的LED组装在带状柔性线路板(FPC)上，由于FPC材质柔软，可以任意弯曲、折叠、卷绕，可以在三维空间随意移动及伸缩而且不会折断。适合于不规则和空间狭小的环境中使用。每个恒流驱动芯片UCS2904B驱动6颗LED灯珠。灯带标准段长度400mm，共24颗LED灯珠；非标段长100mm，6颗LED灯珠，两端设有带过孔焊盘，可以方便用户自由组合成所需的各种长度灯带。为防止光源板带电插拔、电源和信号线反接等情况下损坏芯片，在芯片的信号输入及输出引脚各串接一个120欧姆的电阻。为减少地线浪涌干扰芯片，电源和地之间并接一个0.1uf的电容。经过测试，在中间无中继电源，即单个电源供电，灯带最长可达20米，而且无明显亮度和色温偏差。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种智能调光系统，其特征在于：包括

控制模块(1)；

LED灯具(2)；

恒流驱动模块(3)，与控制模块(1)、LED灯具(2)电性连接，用于改变电路中的输出电流，以调整LED冷白光和暖白光的亮度；

电源模块(4)，与控制模块(1)、恒流驱动模块(3)电性连接，用于对控制模块和恒流驱动模块提供电源；

温度传感器(5)，与控制模块(1)电性连接，用于测量LED灯具(2)所处环境的温度；

光电转换模块(6)，与控制模块(1)电性连接，用于测量LED灯具(2)所处环境的光照度。

2.根据权利要求1所述的一种智能调光系统，其特征在于：还包括与控制模块(1)电性连接的按键模块(7)和显示模块(8)。

3.根据权利要求2所述的一种智能调光系统，其特征在于：所述显示模块(8)为OLED屏。

4.根据权利要求1所述的一种智能调光系统，其特征在于：还包括移动终端(9)，该移动终端(9)通过无线通信模块(10)与控制模块(1)相连，并用于调节LED灯具(2)的亮度。

5.根据权利要求4所述的一种智能调光系统，其特征在于：所述移动终端(9)为手机APP。

6.根据权利要求4所述的一种智能调光系统，其特征在于：所述无线通信模块(10)为蓝牙或无线网络。

7.根据权利要求1所述的一种智能调光系统的自动调光方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1，控制模块(1)内预设LED灯具(2)输出光的色温和光照度的初始数值；

S2，温度传感器(5)测量LED灯具(2)当前所述的环境温度，并将该环境温度的信息反馈给控制模块(1)；

S3，控制模块(1)输出PWM信号到恒流驱动模块(3)，与初始的色温数值进行比较，自动调整暖白和冷白光LED的输出比，实现灯具混光，从而改变输出光的色温；

S4，光电转换模块(6)检测LED灯具(2)当前所处的光照度，并将该环境温度的信息反馈给控制模块(1)；

S5，光电转换模块(6)处理电路输出的电压信号，由控制模块(1)内部A/D转换器进行处理，并与初始数值进行比较判断，通过控制模块(1)来自动调整光照度的初始数值；

S6，若光照度检测数值经过调整后依然小于设定数值，则光电转换模块(6)发出故障报警声。

8.根据权利要求7所述的一种智能调光系统的自动调光方法，其特征在于：步骤S3中恒流驱动模块(3)根据PWM信号来改变输出电流，其电流的计算方法如下，

如果PWM高电平小于2.5V，则

9.根据权利要求2所述的一种智能调光系统的手动调光方法，其特征在于：所述手动调光方法为操作按键模块(7)或手机APP来调整色温数值和光照度数值，并进行保存。