CN113154301A - 一种仿自然光照明灯具及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种仿自然光照明灯具，包括灯罩，所述灯罩的上端通过螺栓可拆卸连接有固定杆，所述反光罩的内部位于发光芯片矩阵下方的边侧固定连接有仿自然白光基础芯片，所述反光罩的下端固定连接有格栅板，所述灯罩的下端固定连接有出光口混光板，所述智控包罩内部的左侧固定连接有桌面照度探测器，所述桌面照度探测器的下端固定连接有桌面照度探头，所述智控包罩内部的右端固定连接有单片机与调控信号接收系统，所述智控包罩的内部位于桌面照度探测器、单片机与调控信号接收系统之间固定连接有恒流驱动芯片。该仿自然光照明灯具，实现了仿自然光光谱改造、色温可调、智能可调控改造以及5G程序远程输入与遥控。

Description

一种仿自然光照明灯具及其控制方法
技术领域
本发明涉及教室照明灯具技术领域，具体为一种仿自然光照明灯具。
背景技术
灯具是照明工具的统称,分为吊灯、台灯、壁灯、落地灯等。指能透光、分配和改变光源光分布的器具，包括除光源外所有用于固定和保护光源所需的全部零部件，以及与电源连接所必需的线路附件，灯具的使用十分广泛，家居、教室、工业、商场等都有涉及。
然而，现有的教室照明灯具一般都是采用手动控制，也无法对光照进行智能调控，智能化程度较低，无法对光线的光谱进行改造，也无法对色温进行调控，同时无法根据不同时间段、季节、地域的自然光特质进行智能可控改造，以及无法进行5G远程输入遥控。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种仿自然光照明灯具，以解决上述背景技术中提出的现有的教室照明灯具一般都是采用手动控制，也无法对光照进行智能调控，智能化程度较低，无法对光线的光谱进行改造，也无法对色温进行调控，同时无法根据不同时间段、季节、地域的自然光特质进行智能可控改造，以及无法进行5G远程输入遥控的技术问题。
本发明的第二目的是提供一种使用所述的一种仿自然光照明灯具进行控制的控制方法。
为实现上述第一目的，本发明提供如下技术方案：一种仿自然光照明灯具，包括灯罩，所述灯罩的上端通过螺栓可拆卸连接有固定杆，所述固定杆的上端固定连接有固定座，所述固定座的上端固定连接有悬挂件，所述灯罩的右上端固定连接有智控包罩，所述灯罩的内部固定连接有反光罩，所述反光罩的内部固定连接有发光芯片矩阵，所述反光罩的内部位于发光芯片矩阵下方的边侧固定连接有仿自然白光基础芯片，所述反光罩的下端固定连接有格栅板，所述灯罩的下端固定连接有出光口混光板，所述智控包罩内部的左侧固定连接有桌面照度探测器，所述桌面照度探测器的下端固定连接有桌面照度探头，所述桌面照度探头的下端延伸至出光口混光板的下端面，所述智控包罩内部的右端固定连接有单片机与调控信号接收系统，所述智控包罩的内部位于桌面照度探测器、单片机与调控信号接收系统之间固定连接有恒流驱动芯片。
优选的，所述固定杆、固定座与悬挂件关于灯罩的竖直中心线对称设置有两个，所述灯罩采用ABS热压而成。
优选的，所述反光罩采用高抛光不锈钢材质，所述反光罩完全包裹在灯罩的内侧。
优选的，所述仿自然白光基础芯片关于发光芯片矩阵对称设置有两个。
优选的，所述仿自然白光基础芯片设置有三组，分别供早上、中午和晚上的不同时间段使用。
优选的，所述出光口混光板采用亚克力材质，所述出光口混光板与灯罩的口部相互适配。
优选的，所述恒流驱动芯片与发光芯片矩阵、仿自然白光基础芯片电性连接，所述恒流驱动芯片与单片机与调控信号接收系统电性连接，所述单片机与调控信号接收系统与桌面照度探测器电性连接，所述桌面照度探测器与桌面照度探头电性连接。
本发明的第二方案是通过以下方案实现的：
一种使用所述的一种仿自然光照明灯具进行控制的控制方法，其包括利用不同色彩灯珠，组成无红外仿自然阵矩光源，保持冷光源680nm以上光谱的低缺，其他部分仿自然光光谱。
作为优选，所述控制方法包括以下步骤：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
白基础光源：用已研发的仿自然光（4000K）LED芯片结合蓝光技术与单色混合法，碳化硅（SiC）-LED芯片+黄绿荧光粉型芯片、氮化镓(GaN)- LED芯片，组成两条面向下LED芯片条带作基础白光源；若仿自然光芯片价格贵，可用460-550nm多芯片组合成阵矩混合仿自然白光；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
红调控光源：用市售铝砷化镓、磷化镓（610-760nm）LED芯片，组成红光可调控长波段光带；
③青、蓝光可调控光源：用市售碳化硅（450-500nm）LED芯片，组成青、蓝光可调控短波段光带；
④用市售各色LED芯片（已有LED光对应的波长：红光610-760、橙色626-610、黄色580-595、黄绿565-575、绿色 495-530、青光450-500、紫色370-410、白光450-465），组成可调控阵矩光带；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
分线电流电压调制器：单板机连接发出各指令输入调制器；调制器依据指令，调节各芯片的电流、电压，控制开关以及明暗度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
该仿自然光照明灯具，通过恒流驱动芯片变为无频直流低压电源，对不同器件的电流、电压的调控，完成智能驱动，单片机与调控信号接收系统可烧录预先搜集的不同地区、时段、季节的光谱信息，再结合遥控器、5G信号及桌面照度探头对桌面采集的桌面照度信息，通过单片机与调控信号接收系统预先输入智能程序，向分线恒流驱动芯片发出调控指令，用已研发的仿自然白光基础芯片作基础光源，通过预制程序改变发光芯片矩阵每个芯片的启动与否及亮度，从而完成不同的光谱、照度及节律需求，通过弧形反光罩及出光口混光板与白光充分混合，格栅板可阻挡发光源光线直接入眼，实现了仿自然光光谱改造、色温可调、智能可调控改造以及5G程序远程输入与遥控。
附图说明
图1为本发明主视结构示意图；
图2为本发明纵剖面结构示意图；
图3为本发明横剖面结构示意图一；
图4为本发明横剖面结构示意图二；
图5为本发明电路结构示意图；
图6为本发明460-550nm的多芯片组合成阵矩混合仿自然白光光带图；
图7为本发明610-760nm的LED芯片组成红光可调控长波段光带光带图；
图8为本发明450-500nm的LED芯片组成青蓝光可调控短波段光带图。
图中：1、灯罩；2、固定杆；3、固定座；4、悬挂件；5、智控包罩；6、反光罩；7、发光芯片矩阵；8、仿自然白光基础芯片；9、格栅板；10、出光口混光板；11、桌面照度探测器；12、桌面照度探头；13、单片机与调控信号接收系统；14、恒流驱动芯片。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种仿自然光照明灯具，包括灯罩1，灯罩1的上端通过螺栓可拆卸连接有固定杆2，固定杆2的上端固定连接有固定座3，固定座3的上端固定连接有悬挂件4，灯罩1的右上端固定连接有智控包罩5，灯罩1的内部固定连接有反光罩6，反光罩6的内部固定连接有发光芯片矩阵7，反光罩6的内部位于发光芯片矩阵7下方的边侧固定连接有仿自然白光基础芯片8，反光罩6的下端固定连接有格栅板9，灯罩1的下端固定连接有出光口混光板10，智控包罩5内部的左侧固定连接有桌面照度探测器11，桌面照度探测器11的下端固定连接有桌面照度探头12，桌面照度探头12的下端延伸至出光口混光板10的下端面，智控包罩5内部的右端固定连接有单片机与调控信号接收系统13，智控包罩5的内部位于桌面照度探测器11、单片机与调控信号接收系统13之间固定连接有恒流驱动芯片与分线电流电压调制器14，实现了仿自然光光谱改造、色温可调、智能可调控改造以及5G程序远程输入与遥控。
进一步的，固定杆2、固定座3与悬挂件4关于灯罩1的竖直中心线对称设置有两个，灯罩1采用ABS热压而成，便于灯具的稳定固定。
进一步的，反光罩6采用高抛光不锈钢材质，反光罩6完全包裹在灯罩1的内侧，便于光线的反射到出光口混光板10上。
进一步的，仿自然白光基础芯片8关于发光芯片矩阵7对称设置有两个，实现了仿自然光光谱改造。
进一步的，出光口混光板10采用亚克力材质，出光口混光板10与灯罩1的口部相互适配，确保将光线与白光混合。
进一步的，恒流驱动芯片与分线电流电压调制器14与发光芯片矩阵7、仿自然白光基础芯片8电性连接，恒流驱动芯片14与单片机与调控信号接收系统13电性连接，单片机与调控信号接收系统13与桌面照度探测器11电性连接，桌面照度探测器11与桌面照度探头12电性连接，实现了5G程序远程输入与遥控。
工作原理：首先，通过悬挂件4将灯具固定在教室内，接通灯具的线路，恒流驱动芯片14变为无频直流低压电源，对不同器件的电流、电压的调控，完成智能驱动，单片机与调控信号接收系统13可烧录预先搜集的不同地区、时段、季节的光谱信息，桌面照度探头12采集桌面的照度信息，并将信息传至桌面照度探测器11，桌面照度探测器11将信息传至单片机与调控信号接收系统13，再结合遥控器与5G信号，通过单片机与调控信号接收系统13预先输入智能程序，向分线恒流驱动芯片14发出调控指令，用已研发的仿自然白光基础芯片8作基础光源，通过预制程序改变发光芯片矩阵7每个芯片的启动与否及亮度，从而完成不同的光谱、照度及节律需求，通过弧形反光罩6及出光口混光板10与白光充分混合，格栅板9可阻挡发光源光线直接入眼，实现了仿自然光光谱改造、色温可调、智能可调控改造以及5G程序远程输入与遥控。
一种使用所述的一种仿自然光照明灯具进行控制的控制方法，其包括利用不同色彩灯珠，组成无红外仿自然阵矩光源，保持冷光源680nm以上光谱的低缺，其他部分仿自然光光谱。
控制方法包括以下步骤：
Figure 578518DEST_PATH_IMAGE002
白基础光源：用仿自然光（4000K）LED芯片结合蓝光技术与单色混合法，碳化硅（SiC）-LED芯片+黄绿荧光粉型芯片、氮化镓(GaN)- LED芯片，组成两条面向下LED芯片条带作基础白光源；若仿自然光芯片价格贵，可用460-550nm多芯片组合成阵矩混合仿自然白光（图6）；
Figure 511970DEST_PATH_IMAGE004
红调控光源：用市售铝砷化镓、磷化镓（610-760nm）LED芯片，组成红光可调控长波段光带（图7）；
③青、蓝光可调控光源：用市售碳化硅（450-500nm）LED芯片，组成青、蓝光可调控短波段光带（图7）；
④用市售各色LED芯片（已有LED光对应的波长：红光610-760、橙色626-610、黄色580-595、黄绿565-575、绿色 495-530、青光450-500、紫色370-410、白光450-465），组成可调控阵矩光带（图8）；
Figure 619603DEST_PATH_IMAGE006
分线电流电压调制器：单板机连接发出各指令输入调制器；调制器依据指令，调节各芯片的电流、电压，控制开关以及明暗度。
为克服谷峰光弱点，综合冷热光源优点，我们利用不同色彩灯珠，组成无红外仿自然阵矩光源，保持冷光源680nm以上光谱的低缺，其他部分仿自然光光谱对减轻动物近视化损害有效，但靠色灯拼凑标准差、光损耗大，不具生产可行性（表1）； 但目前LED晶片还不能完全组成全光谱阵矩光源，靠色灯拼凑，为此，改造LED，改变输出光谱，祛富蓝化，得到比阵矩更易应用的两种仿自然连续光谱光源进行对比实验（表2）；实验的室内自然光、卤素灯、实验1号均为连续光，不会形成多焦点现象，实验2、3灯仍存在部分蓝光峰谷及高亮峰值光段，是否形成视网膜后的离焦焦面，从而在眼球发育期仍造成眼轴的纵向延长。
表 1 仿自然阵矩光源对豚鼠眼轴影响（mm）
Figure DEST_PATH_IMAGE008
表2 不同色温连续光谱各时段兔眼轴长度（mm）
Figure DEST_PATH_IMAGE010
根据前期实验，我们认为扬长补短改造LED光源是发展普及型健康光源的方向，我们用双结同体晶片组装A、C灯具，A用套管对红蓝光段稍加压制；E用另种双结同体晶片；B用外加LED（450～480）芯片组成阵矩光盘；比较眼轴差异，四组光与自然光无明显差异，同体晶片更经济适用。
表3
Figure DEST_PATH_IMAGE012
目前，我们得到动物实验效果较好的补充了450~500nm区段光谱的4000KLED芯片（实验C组），并以此为基础白光，根据照明学会中小学教室照明设计规范对LED的要求：
表4
场景 应用 融合照度lx 色温K
唤醒模式 早、午后第一节课 650 6000
一般教学模式 一般教学 300 4000
考试模式 课堂作业或考试 1000 6000
缓解模式 自习考试模式后 300 2700
注1：色温在2700 K-6000 K范围内，实际色温可上下浮动500 K。
注2：夜间使用的教室（19点以后）色温宜为4000 K以下。
在本申请实施例中，针对“前”、“后”、“左”、“右”等方位名词的描述，仅为根据本申请示出的附图所示的方向进行描述，并不限于对本申请权利要求保护范围的限制，具体实施过程中，可根据该实施例对其进行相应变形得到其他相同或相近的实施方式，均在本申请的保护范围内，且对于其他相近或相同的实施方式，本申请中并不做重复阐述。
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种仿自然光照明灯具，包括灯罩（1），其特征在于：所述灯罩（1）的上端通过螺栓可拆卸连接有固定杆（2），所述固定杆（2）的上端固定连接有固定座（3），所述固定座（3）的上端固定连接有悬挂件（4），所述灯罩（1）的右上端固定连接有智控包罩（5），所述灯罩（1）的内部固定连接有反光罩（6），所述反光罩（6）的内部固定连接有发光芯片矩阵（7），所述反光罩（6）的内部位于发光芯片矩阵（7）下方的边侧固定连接有仿自然白光基础芯片（8），所述反光罩（6）的下端固定连接有格栅板（9），所述灯罩（1）的下端固定连接有出光口混光板（10），所述智控包罩（5）内部的左侧固定连接有桌面照度探测器（11），所述桌面照度探测器（11）的下端固定连接有桌面照度探头（12），所述桌面照度探头（12）的下端延伸至出光口混光板（10）的下端面，所述智控包罩（5）内部的右端固定连接有单片机与调控信号接收系统（13），所述智控包罩（5）的内部位于桌面照度探测器（11）、单片机与调控信号接收系统（13）之间固定连接有恒流驱动芯片（14）。
2.根据权利要求1所述的一种仿自然光照明灯具，其特征在于：所述固定杆（2）、固定座（3）与悬挂件（4）关于灯罩（1）的竖直中心线对称设置有两个，所述灯罩（1）采用ABS热压而成。
3.根据权利要求1所述的一种仿自然光照明灯具，其特征在于：所述反光罩（6）采用高抛光不锈钢材质，所述反光罩（6）完全包裹在灯罩（1）的内侧。
4.根据权利要求1所述的一种仿自然光照明灯具，其特征在于：所述仿自然白光基础芯片（8）关于发光芯片矩阵（7）对称设置有两个。
5.根据权利要求1所述的一种仿自然光照明灯具，其特征在于：所述仿自然白光基础芯片（8）设置有三组，分别供早上、中午和晚上的不同时间段使用。
6.根据权利要求1所述的一种仿自然光照明灯具，其特征在于：所述出光口混光板（10）采用亚克力材质，所述出光口混光板（10）与灯罩（1）的口部相互适配。
7.根据权利要求1所述的一种仿自然光照明灯具，其特征在于：所述恒流驱动芯片（14）与发光芯片矩阵（7）、仿自然白光基础芯片（8）电性连接，所述恒流驱动芯片（14）与单片机与调控信号接收系统（13）电性连接，所述单片机与调控信号接收系统（13）与桌面照度探测器（11）电性连接，所述桌面照度探测器（11）与桌面照度探头（12）电性连接。
8.一种使用权利要求1-7任一项所述的一种仿自然光照明灯具的控制方法，其特征在于：利用不同色彩灯珠，组成无红外仿自然阵矩光源，保持冷光源680nm以上光谱的低缺，其他部分仿自然光光谱。
9.一种使用权利要求8所述的一种仿自然光照明灯具的控制方法，其特征在于包括以下步骤：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
白基础光源：用仿自然光3500-4500K的LED芯片结合蓝光技术与单色混合法，碳化硅-LED芯片+黄绿荧光粉型芯片、氮化镓- LED芯片，组成两条面向下LED芯片条带作基础白光源；或用460-550nm多芯片组合成阵矩混合仿自然白光；
Figure DEST_PATH_IMAGE004
红调控光源：用铝砷化镓、磷化镓610-760nm的LED芯片，组成红光可调控长波段光带；
③青、蓝光可调控光源：用碳化硅450-500nm的LED芯片，组成青、蓝光可调控短波段光带；
④用各色LED芯片，组成可调控阵矩光带；其中，LED光对应的波长：红光610-760、橙色626-610、黄色580-595、黄绿565-575、绿色 495-530、青光450-500、紫色370-410、白光450-465；
Figure DEST_PATH_IMAGE006
分线电流电压调制器：单板机连接发出各指令输入调制器；调制器依据指令，调节各芯片的电流、电压，控制开关以及明暗度。
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