CN112040597A - 一种节能环保的照明控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种节能环保的照明控制电路，由麦克风检测电路向第一延时单元输出启动信号；第一延时单元启动后进行预定延时，并在延时期间输出具备第一电流的高电平信号；热释电红外传感器1和乘法器3分别连接电压比较器4的输入端，乘法器3的第一输入端接参考电压产生电路2、另一输入端接补偿系数运算单元10；第二延时单元用于在第二预定时长T2内对电压比较器4的输出信号进行反相并输出；取大电路12的输入分别连接到第一延时单元和第二延时单元的输出，用于选择输出电流中的较大者用于驱动LED发光单元6工作；补偿系数运算单元10基于反馈电压信号Vd生成温度补偿系数。本发明克服了温度波动造成的影响，实现了精准的按需灯亮。

Description

一种节能环保的照明控制电路

技术领域

本发明涉及照明控制领域，尤其涉及一种具有温度补偿功能的照明控制电路。

背景技术

LED技术的发展使得其被应用于各类消费电子设备，包括各类家用照明灯具。其中，踢脚灯等夜间辅助照明工具在起居生活中被大量使用，为用户夜间临时活动带来极大的便利。目前市场上的家用踢脚灯以嵌入式为主，设置于卧室或者客厅等用户途径路线的墙角。为了提高夜灯控制的准确性，传感器被引入以实现用户检测，例如通过热释电红外传感器、麦克风等检测是否存在活动的用户，在夜间用户接近时可以自动开启，用户离开时自动关闭。

然而，现有的控制方式均存在着很多不足，例举如下：

1、虽然通过声音可以更准确针对性地控制照明开启，但夜间睡觉时喊话或者发出声响的方式又会影响到家人的休息；此外，诸如打呼噜等噪音也会对声控触发造成干扰而导致误启；当采用热释电红外传感器检测时，深夜用户梦中踢踏或者不自觉翻身又会触发踢脚灯工作；而踢脚灯的亮度较高这种误触发容易影响用户睡眠；

2、不同房间的背景温度不同，例如西侧房间的温度普遍比东侧房间的温度更高，开了空调的房间比没开空调的房间温度低等，而由于热释电红外传感器对于温度具有敏感性，因此温度会对传感器的感测结果带来较大影响。

但现有的诸多夜灯往往不具备温度补偿功能，出厂时传感器参数已经是固定的，无法对不同环境下的温度进行有效监测和补偿；当需要进行温度补偿时，要增加额外的温度检测模块，又会增加过多的成本。

因此，如何能够更智能化、更精准、更高效便捷地进行夜灯控制是目前迫切需要解决的一大难题。

发明内容

为了克服现有技术中的上述缺陷，本发明提出了一种精准高效灵活的具有温度补偿功能的照明控制电路及控制方法，可应用于各类需要夜间照明的使用场景中，克服了温度波动造成的影响，实现了精准的按需灯亮、兼具了控制精度高、成本低等优点。

为了达到本发明目的，本发明提供了一种节能环保的照明控制电路，其特征在于：所述照明控制电路包括一热释电红外传感器1、参考电压发生电路2、乘法器3、电压比较器4、第一延时单元5、LED发光单元6、麦克风检测电路7、补偿系数运算单元10、带反相器的第二延时单元11、取大电路12；

麦克风检测电路7用于在触发信号的控制下进行周期性声音检测，当麦克风检测电路在检测期间内采集到高于预定值的声音信号时向第一延时单元输出启动信号；第一延时单元在接收到麦克风检测电路输出的启动信号时进行第一预定时长T1的延时，并在延时期间输出具备第一电流的高电平信号；

热释电红外传感器1输出热释电红外检测信号OUT给电压比较器4的反相输入端，电压比较器4的正相输入端接一乘法器3的输出端，乘法器3的第一输入端接参考电压产生电路2、另一输入端接补偿系数运算单元10输出的温度补偿系数Kd；

电压比较器4的输出端输出一比较结果到带反相器的第二延时单元11的输入端；带反相器的第二延时单元用于在第二预定时长T2内对输入信号进行反相并输出；

当热释电红外检测信号OUT高于所述乘法器3的输出信号时，电压比较器输出一低电平，第二延时单元输出高电平，同时反相器使得驱动电流提升到第二电流；

取大电路12的输出端连接LED驱动电路，其输入分别连接到第一延时单元和第二延时单元的输出，用于选择输出电流中的较大者用于驱动LED发光单元6工作；

LED发光单元6的阴线连接电源地，LED发光单元6的阳极还反馈一检测电压信号Vd给补偿系数运算单元10，运算单元10内预先存储有电压信号Vd与温度补偿系数Kd的对应关系；

其中，所述第二电流大于第一电流，且T2＞T1。

进一步的，取大电路12可以直接驱动LED发光单元6或者通过一LED驱动电路9进行电流处理后再驱动LED发光单元6发光；所述第一电流为5-10ma，第二电流为50-100ma。

此外，第一延时单元在第一预定时长的延时结束后输出一使能信号EN用于使能电压比较器，电压比较器在使能信号EN的控制下进行工作；所述使能信号EN例如为高电平使能或者上升沿使能。

进一步的，所述第二延时单元的输出信号取反后作为触发信号控制麦克风检测电路的工作状态，使得麦克风检测电路在第二延时单元的延时期间关闭以节约能耗；所述麦克风检测电路7的触发信号还来自其他设置电路8。

所述控制电路中，运算单元10首先根据所述电压信号Vd获得当前照明的环境温度T，而后根据温度T生成对应的温度补偿系数kd；优选地，所述温度T与温度补偿系数Kd的关系为：Kd＝|37-T|/37。

优选的，运算单元10内部存储的Vd与补偿系数Kd的关系式为：Kd＝|37-(3.42-Vd)/0.0022|/37。

本发明创造性地提出了基于温度补偿的夜间照明控制方案，改进了现有夜间照明的不足，提高了夜间照明的精准性，减少光源被误开启的情况；更进一步的，还最低成本地实现了利用灯具已有电路进行环境温度感测，并基于温度感测结果对感应模块的感测结果进行有效补偿，从而以最少的成本实现最准确的测量，最终优化了用户体验，有效解决了现有系统中的诸多不足。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1示出了热释电红外传感器的典型构造图。

图2为本发明一实施例提供的具有温度补偿的照明控制电路的示意图。

图3为本发明一实施例提供的电压Vd与温度T的关系曲线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

热释电红外传感器能检测人体或某些动物发射的红外线并转换成电信号输出，是一种能检测人体发射的红外线的探测元件，它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化并将其转换成电压信号输出。将输出的电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路。图1示出了热释电红外传感器的典型构造图，对于其具体原理属于本领域的公知技术，在此不进行赘述。

针对现有夜间照明的上述不足，图2为本发明一实施例提供的具有温度补偿功能的节能环保的照明控制电路的示意图，其中热释电红外传感器可以采用图1所示的结构。如图2所示，照明控制电路包括一热释电红外传感器1、参考电压发生电路2、乘法器3、电压比较器4、第一延时单元5、LED发光单元6、麦克风检测电路7、LED驱动电路9、补偿系数运算单元10、带反相器的第二延时单元11、取大电路Max 12，可选地，还包括与麦克风检测电路连接的其他设置电路。

麦克风检测电路7用于在触发信号的控制下进行周期性声音检测，当麦克风检测电路在检测期间内采集到高于预定值的声音信号时向第一延时单元输出启动信号；其中，第一延时单元在接收到麦克风检测电路输出的启动信号时进行第一预定时长T1的延时，并在延时期间输出第一电流例如为5-10ma的高电平信号。第一延时单元在第一预定时长的延时结束后输出一使能信号EN用于使能电压比较器。所述使能信号EN例如为高电平使能或者上升沿使能。

进一步的，所述麦克风检测电路7的触发信号可以来自其他设置电路。所述其他设置电路用于确定是否进入夜间模式，例如根据系统在进入预设时段后，比如夜间时段22:00-8:00，或者亮度传感器检测到亮度低于一预定值时，其他设置电路8输出触发信号使能麦克风检测电路进行工作。亮度低于预定值表明当前环境光线不足用户存在辅助照明的需求。

热释电红外传感器1输出热释电红外检测信号OUT给电压比较器4的反相输入端，电压比较器4的正相输入端接一乘法器3的输出端，乘法器3的第一输入端接参考电压产生电路2、另一输入端接补偿系数运算单元10输出的温度补偿系数Kd，乘法器用于将参考电压Vf和温度补偿系数Kd相乘从而补偿温度变化对热释电红外传感器的影响。电压比较器在使能信号EN的控制下实时输出电压比较器的比较结果，当热释电红外检测信号OUT高于所述乘法器3的输出信号时，电压比较器输出一低电平，表征热释电红外传感器感测到有效的活动用户。

电压比较器4的输出连接带反相器的第二延时单元11的输入端，带反相器的第二延时单元用于在第二预定时长T2内对输入信号进行反相并输出。可选地，第二延时单元11当超过第二预定时长T2后复位，此时输出低电平。当输入为高电平时，由于反相器的存在，第二延时单元输出低电平；当输入为低电平时，第二延时单元输出高电平，同时反相器使得驱动电流提升到第二电流，第二电流可以为50-100ma。

更进一步的，第二延时单元的输出信号还可以取反后作为触发信号控制麦克风检测电路的工作状态，使得麦克风检测电路在第二延时单元的延时期间关闭以节约能耗。

取大电路Max 12的输出端连接LED驱动电路，其输入分别连接到第一延时单元和第二延时单元的输出，用于选择输出电流中的较大者并用于驱动LED发光单元工作。取大电路可以直接驱动LED发光单元6或者通过一LED驱动电路进行电流处理后再驱动LED发光单元6发光。

取大电路Max 12可以实施为一加法器。

LED驱动电路和LED发光单元依次连接在电源正极Vcc和电源地之间，LED驱动电路和LED发光单元的连接点s还反馈一检测电压信号Vd给补偿系数运算单元。LED驱动电路可以采用开关驱动电路，包括功率开关Q1，取大电路所选择的电流通过功率开关Q1驱动LED发光。其中，第一电流在第一预定时长T1内使LED发光单元以不会影响用户睡眠的第一亮度进行点亮；第二电流在第二预定时长T1使LED发光单元以更高的第二亮度为用户进行夜间辅助照明。

检测电压信号Vd为LED的阳极电压。检测电压信号Vd为LED的阳极电压，由于LED发光单元设置在低电位侧，因此LED的阳极电压正比于其顺向压降，仅需一个采样点S即可完成所需电压的采样。运算单元10内预先存储有LED的阳极电压与温度补偿系数Kd的对应关系。

具体地，当给LED输入电流并保持恒定时，LED所处温度和检测电压Vd的关系为：Vd＝(nk/q)ln(Id/I0)+Rs×Id，式中：Vd表示LED阳极电压，n为一个参量，k为玻尔兹曼常量，q是电子电荷，Id是LED顺向电流，I0是反向饱和电流，Rs是电阻。当LED环境温度上升时，I0会随之增大，与此同时电压Vd会随之减小。

作为一实施例，图3是实验选用1W普通正装GaN基LED进行测量得到电压Vd与LED所处温度T的关系曲线，曲线通过线性拟合得到：Vd＝3.42-0.0022T，R^2＝0.9946，从图3和公式可以得出正向电压与结温符合线性关系。

在第一预定时长T1内运算单元10采样采样点s处反馈的电压信号Vd，而后可以根据所述电压信号Vd获得当前照明的环境温度T，并根据温度T生成对应的温度补偿系数kd。其中，T2＞T1，为了提高温度检测的准确性，还通过一低通滤波器对电压信号Vd进行平滑处理。

温度T与温度补偿系数Kd的关系为：温度越高，Kd越小，优选地，温度T与温度补偿系数Kd的关系为：Kd＝|37-T|/37，通过这一设置使得热释电红外传感器能够精准检测到活动的用户。

为了节约计算量，运算单元内部存储的Vd与补偿系数Kd的关系式为：

Kd＝|37-(3.42-Vd)/0.0022|/37。

基于上述控制电路，本发明还提出了一种具有温度补偿功能的照明控制方法，具体包括如下步骤：

步骤1、当夜间模式时，麦克风检测电路进行周期性检测；

其中，夜间模式具体通过其他设置电路确定，例如控制器根据系统在进入预设时段后，比如夜间时段22:00-8:00，或者亮度传感器检测到亮度低于一预定值时，使能麦克风检测电路进行工作。亮度低于预定值表明当前环境光线不足用户存在辅助照明的需求。

步骤2、当麦克风检测电路在检测期间内采集到高于预定值的声音信号时向第一延时单元5输出使能信号，从而在第一预定时长T1内以第一电流控制LED驱动电路进行工作，进而LED发光单元以不会影响用户睡眠的第一亮度发光；

步骤3、运算单元采样采样点s处反馈的LED发光单元的阳极电压信号Vd，并输出一温度补偿系数Kd；

步骤4、在第一预定时长延时结束后进入步骤5；

步骤5、将热释电红外传感器的输出信号与温度补偿系数Kd和参考电压的乘积进行比较；

步骤6、带反相器的第二延时单元11实时获取电压比较结果，当连续2次获得热释电红外传感器的输出信号高于所述乘积时，表征热释电红外传感器感测到有效的活动用户，第二延时单元11在第二预定时长T2内以第二电流控制LED驱动电路进行工作进而LED发光单元以更高的第二亮度为用户进行夜间辅助照明。

其中，T2＞T1，第二电流高于第一电流，所述温度T与温度补偿系数Kd的关系为：Kd＝|37-T|/37，优选地，Kd＝|37-(Vd-3.42)/0.0022|/37。

本发明通过分级亮度控制最大化降低了夜灯误触发带来的影响，保障用户睡眠的连续性；并且通过麦克风和热释电红外的双重感测提高了控制的准确性。

此外，为了补偿房间背景温度的影响，本发明还创造性地结合LED特性进行传感器的温度补偿，最低成本、高效地提高了控制精度。

本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种节能环保的照明控制电路，其特征在于：所述照明控制电路包括一热释电红外传感器1、参考电压发生电路2、乘法器3、电压比较器4、第一延时单元5、LED发光单元6、麦克风检测电路7、补偿系数运算单元10、带反相器的第二延时单元11、取大电路12；

麦克风检测电路7用于在触发信号的控制下进行周期性声音检测，当麦克风检测电路在检测期间内采集到高于预定值的声音信号时向第一延时单元输出启动信号；第一延时单元在接收到麦克风检测电路输出的启动信号时进行第一预定时长T1的延时，并在延时期间输出具备第一电流的高电平信号；

热释电红外传感器1输出热释电红外检测信号OUT给电压比较器4的反相输入端，电压比较器4的正相输入端接一乘法器3的输出端，乘法器3的第一输入端接参考电压产生电路2、另一输入端接补偿系数运算单元10输出的温度补偿系数Kd；

电压比较器4的输出端输出一比较结果到带反相器的第二延时单元11的输入端；带反相器的第二延时单元用于在第二预定时长T2内对输入信号进行反相并输出；

当热释电红外检测信号OUT高于所述乘法器3的输出信号时，电压比较器输出一低电平，第二延时单元输出高电平，同时反相器使得驱动电流提升到第二电流；

取大电路12的输入端分别连接到第一延时单元和第二延时单元的输出，用于选择输出电流中的较大者用于驱动LED发光单元6工作；

LED发光单元6的阴线连接电源地，LED发光单元6的阳极还反馈一检测电压信号Vd给补偿系数运算单元10，运算单元10内预先存储有电压信号Vd与温度补偿系数Kd的对应关系；

其中，所述第二电流大于第一电流，且T2＞T1。

2.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于：取大电路12可以直接驱动LED发光单元6或者通过一LED驱动电路9进行电流处理后再驱动LED发光单元6发光。

3.如权利要求1或2所述的控制电路，其特征在于：第一电流为5-10ma，第二电流为50-100ma。

4.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于：第一延时单元在第一预定时长的延时结束后输出一使能信号EN用于使能电压比较器，电压比较器在使能信号EN的控制下进行工作。

5.如权利要求4所述的控制电路，其特征在于：所述使能信号EN例如为高电平使能或者上升沿使能。

6.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于：第二延时单元的输出信号取反后作为触发信号控制麦克风检测电路的工作状态，使得麦克风检测电路在第二延时单元的延时期间关闭以节约能耗。

7.如权利要求6所述的控制电路，其特征在于：所述麦克风检测电路7的触发信号还来自其他设置电路8。

8.如权利要求1-7任一项所述的控制电路，其特征在于：运算单元10首先根据所述电压信号Vd获得当前照明的环境温度T，而后根据温度T生成对应的温度补偿系数kd。

9.如权利要求8所述的控制电路，其特征在于：所述温度T与温度补偿系数Kd的关系为：Kd＝|37-T|/37。

10.如权利要求1-7任一项所述的控制电路，其特征在于：运算单元10内部存储的Vd与补偿系数Kd的关系式为：Kd＝|37-(3.42-Vd)/0.0022|/37。

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