CN113692086A - 面向养老机构的可调节照明设备及其控制方法 - Google Patents

面向养老机构的可调节照明设备及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了面向养老机构的可调节照明设备及其控制方法，包括：主控电路；主控电路分别与输入模块、无线通信电路、LED驱动电路和电源电路连接；无线通信电路与无线模块连接；LED驱动电路与光源电路连接；利用主控电路输出两路占空比不同的脉冲宽度调制波PWM控制LED驱动电路，从而控制光源电路的LED灯珠，进行混光，从而实现可调节照明设备的色温调节。能够解决养老照明设备同时调节色温与照度的问题。

Description

面向养老机构的可调节照明设备及其控制方法
技术领域
本发明涉及照明技术领域，特别是涉及面向养老机构的可调节照明设备及其控制方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提到了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
养老机构或养老院中需要有健康实用的光源，所以要考虑室内的光照问题，光照对老年人的睡眠及日常生活有着直接的关系。而随着LED照明技术的不断发展与突破，LED发光效率逐步提高。特别是对于老人，由于他们不同的工作生活经历，对光照的习好也各不相同，为了提升养老院的舒适度，需要一种可以调节的照明设备。
目前的可调节灯具，大多只是对灯具照度的简单调节，还有一小部分是直接调节电流的大小来控制LED灯具的亮度，色温灯保持不变，这种调光设备对灯光的调节不够细腻，具有闪烁感。另外，由于养老院居住的一般时老年人，老人视力和行动能力相对较差，操作调节灯光难度大，因此亟需一种可以记忆老人灯光偏好的可调节灯具和调节方法。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了面向养老机构的可调节照明设备及其控制方法；解决养老照明设备同时调节色温与照度，并能时刻记忆老人对灯光喜好的灯具和调节方法，从而解决老人在夜间视力不佳、行动不便和调节灯光时闪烁的问题，提高老人的舒适感。
第一方面，本发明提供了面向养老机构的可调节照明设备；
面向养老机构的可调节照明设备，包括：主控电路；
主控电路分别与输入模块、无线通信电路、LED驱动电路和电源电路连接；
无线通信电路与无线模块连接；LED驱动电路与光源电路连接；
利用主控电路输出两路占空比不同的脉冲宽度调制波PWM控制LED驱动电路，从而控制光源电路的LED灯珠，进行混光，从而实现可调节照明设备的色温调节。
第二方面，本发明提供了面向养老机构的可调节照明设备的控制方法；
面向养老机构的可调节照明设备的控制方法，包括：
获取开灯信号，从若干个参数存储区中选择工作时间最长值所对应的灯光色温和照度数据到当前参数缓冲区；
判断当前参数缓冲区的数据是否有效，如果是，就按照当前数据缓冲区数据调节灯光的色温和照度，并启动当前色温和照度的使用时长计时；判断是否收到色温或照度调节事件指令；如果否，就按照设备出厂设定的参数调节灯光的色温和照度，并启动当前色温和照度的使用时长计时；
判断是否收到色温或照度调节事件指令；如果是，则进入下一步；如果否就判断是否收到关灯事件指令；
停止当前色温和照度计时，将计时结果保存到对应的色温照度缓冲区；按照输入事件调节色温和照度，并启动新色温和照度的使用时长计时；返回判断是否收到色温或照度调节事件指令；
判断是否收到关灯事件指令，如果是，就停止当前色温和照度计时，将计时结果写入对应的色温照度缓冲区；找出记载时间最长的色温照度缓冲区，并将该缓冲区对应的色温和照度均存储到参数存储区和当前参数缓冲区，供下次开启设备时使用；如果否，就判断是否收到色温或照度调节事件指令。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、能够解决养老照明设备同时调节色温与照度；
2、能够时刻记忆老人对灯光喜好的灯具和调节方法；
3、能够解决老人在夜间视力不佳、行动不便和调节灯光时闪烁的问题，提高老人的舒适感。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例一的基于养老院的可调节照明设备组成结构框图；
图2为本发明实施例一的数据缓冲区和参数存储区的关系图；
图3为本发明实施例一的基于养老院的可调节照明设备的调节方法流程图；
图4为本发明实施例一的一种色温照度缓冲区和当前参数缓冲区的数据结构图；
图5为本发明实施例一的一种参数存储区的数据结构图；
图6为本发明实施例一的电源电路示意图；
图7为本发明实施例一的主控电路示意图；
图8为本发明实施例一的LED驱动电路示意图；
图9为本发明实施例一的无线通信电路示意图；
图10为本发明实施例一的输入模块示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本实施例所有数据的获取都在符合法律法规和用户同意的基础上，对数据的合法应用。
实施例一
本实施例提供了面向养老机构的可调节照明设备；
如图1所示，面向养老机构的可调节照明设备，包括：主控电路；
主控电路分别与输入模块、无线通信电路、LED驱动电路和电源电路连接；
无线通信电路与无线模块连接；LED驱动电路与光源电路连接；
利用主控电路输出两路占空比不同的脉冲宽度调制波PWM控制LED驱动电路，从而控制光源电路的LED灯珠，进行混光，从而实现可调节照明设备的色温调节。
电源电路，用于接入DC12V电源，然后转换出DC5V和DC3.3V电源，为其它模块供电；
主控电路，负责各个独立模块之间的交互，采集信息，分析数据，输出控制；
LED驱动电路，对主控电路输出的信号进行放大，提高系统可靠性；
无线通信电路，包括：蓝牙通信电路、WIFI通信电路和遥控器信号接收电路中的一种或多种，将输入模块中的光照度传感器接收的信号传到主控电路的单片机，实现相应的动作；
输入模块，包括红外传感器、麦克风、光照度传感器，用于采集红外信息、语音信息及光照度检测信息；
光源电路，包括：两个发光LED灯珠，采用至少两个色温不同的发光灯珠，控制不同的发光组进行亮灭，以起到调色的效果。
无线模块，包括：WIFI模块、蓝牙模块。
该照明设备解决目前无法根据用户需求调节色温与照度自适应的LED光源以及解决老人在实体开关特定情况下操控不方便的问题，不仅能解决养老照明设备同时调节色温与照度，而且能够时刻记忆老人对灯光喜好的灯具和调节方法。更能够解决老人在夜间视力不佳、行动不便和调节灯光时闪烁的问题，提高老人的舒适感。
光源电路包括两个发光LED灯珠，由此采用至少两个色温不同的发光灯珠，控制不同的发光组进行亮灭，以起到调色的效果。
无线模块包括WIFI模块、蓝牙模块。
一种养老院情景式可调节照明设备包括电源电路、主控电路、LED驱动电路、无线通信电路、输入模块、光源电路、无线模块。
如图6所示，所述电源电路：用于接入DC12V电源，然后转换出DC5V和DC3.3V电源，为其它模块供电；整个控制板采用DC12V供电，电源通过DC插座(DC1)接入，正极串联一个肖特基二极管(D6)经过滤波电容(C18)作为LM2596转压芯片(U10)的输入，LM2596转压芯片(U10)转换出DC5V电压，经过滤波电容(C16、C17)输出波形比较稳定的DC5V电压供控制板使用。DC5V电压经过滤波电容(C14、C15)进入AMS1117降压芯片(U9)，芯片输出DC3.3V电压，经过滤波电容(C12、C13)输出供控制板使用。DC3.3V经过限流电阻(R34)连接电源指示灯(LED2)，来指示电源是否正常工作。其中DC12V用于LED恒流驱动芯片的供电，DC5V主要用于蓝牙模块、逻辑电路芯片、光耦隔离芯片、光照强度传感器的供电，DC3.3V主要用于STM32单片机主芯片以及外围电路的供电；
如图7所示，所述主控电路：与所述电源稳压电路连接，负责各个独立模块之间的交互，能够采集信息，分析数据，输出控制；采用单片机作用主控芯片(U8)。增加最基本的外围电路，如晶振电路(C1、C2、X1、R1)，复位电路(C3、R18、SW1)，程序调试下载电路(R13、R14、R15、R16)，指示灯电路(LED1、R19)等。同时在芯片周围增加电容进行滤波(C6、C7、C8、C9)，提高系统运行的稳定性；
如图8所示，所述LED驱动电路：与所述主控电路连接，是能够对所述主控电路输出的信号进行放大的中间电路，能够提高系统可靠性；控制器编写程序输出的PWM脉冲(T2C1、T1C1、T4C1、T1C4)经过与非门电路(U4、U5)，输出等周期互补的PWM信号(PWM1和PWM2、PWM4和PWM5)，如图1所示。PWM信号经过PT4115LED恒流驱动芯片(U2、U3、U6、U7)控制光源，此时的光源有专门的芯片驱动，两个光源关联控制；
如图9所示，所述无线通信电路：与所述主控电路连接，包括蓝牙通信电路、WIFI通信电路和遥控器信号接收电路，能够将传感器接收的信号传到所述主控电路的单片机，实现相应的动作；包括蓝牙通信电路接口(H1)，WIFI通信电路接口(U1)，遥控器信号接收电路，信号经过光耦隔离器(U11)输出到接口(H2)；
如图10所示，所述输入模块：与所述主控电路连接，用于采集红外信息、语音信息及光检测信息；包括红外模块、语音模块、光照强度传感器模块、红外接收电路(CN8)、语音接收电路(CN9)、光检测电路接口(CN3)；通过红外传感器接口，做人体感应开关；通过语音识别传感器实现语音控制；设计IIC通信接口，接入光照强度传感器模块，采集当前光照强度。
所述光源电路包括两个发光LED灯珠，由此采用至少两个色温不同的发光灯珠，控制不同的发光组进行亮灭，以起到调色的效果。
所述无线模块包括WIFI模块、蓝牙模块接入所述的基于无线的LED调光调色照明电路中设计的WIFI、蓝牙、遥控器、串口通信接口。设计WIFI模块接口，连接主控芯片的串口3；设置低功耗蓝牙模块的接口，连接主控芯片的串口2；设计遥控器接收模块，通过光耦隔离模块接入主芯片，增加隔离，保护主控芯片。
实施例二
本实施例提供了面向养老机构的可调节照明设备的控制方法；
如图3所示，面向养老机构的可调节照明设备的控制方法，包括：
S201：获取开灯信号，从若干个参数存储区中选择工作时间最长值所对应的灯光色温和照度数据到当前参数缓冲区；
S202：判断当前参数缓冲区的数据是否有效，如果是，就按照当前数据缓冲区数据调节灯光的色温和照度，并启动当前色温和照度的使用时长计时；进入S203；如果否，就按照设备出厂设定的参数调节灯光的色温和照度，并启动当前色温和照度的使用时长计时；
S203：判断是否收到色温或照度调节事件指令；如果是，则进入S204；如果否就进入S205；
S204：停止当前色温和照度计时，将计时结果保存到对应的色温照度缓冲区；按照输入事件调节色温和照度，并启动新色温和照度的使用时长计时；返回S203；
S205：判断是否收到关灯事件指令，如果是，就停止当前色温和照度计时，将计时结果写入对应的色温照度缓冲区；找出记载时间最长的色温照度缓冲区，并将该缓冲区对应的色温和照度均存储到参数存储区和当前参数缓冲区，供下次开启设备时使用；如果否，就返回S203。
进一步地，所述判断当前参数缓冲区的数据是否有效；具体判断原则为：
如果当前参数缓冲区的色温在设定范围内且照度在设定范围内，则判定当前参数缓冲区的数据为有效数据。色温的设定范围:2500K–7000K；照度的设定范围：50LUX–1500LUX。
进一步地，按照当前数据缓冲区数据调节灯光的色温和照度，与按照设备出厂设定的参数调节灯光的色温和照度；具体调节步骤是一致的；
其中，按照当前数据缓冲区数据调节灯光的色温和照度；具体包括：
通过主控电路输出两路占空比不同的脉冲宽度调制波PWM，通过分别调节两路脉冲宽度调制波PWM的占空比，来分别控制至少一组灯珠，一组灯珠，至少包括参考色温6500K的正白光灯珠和参考色温3500K的暖白光灯珠；利用主控电路输出两路占空比不同的脉冲宽度调制波PWM控制LED驱动电路，从而控制光源电路的LED灯珠，进行混光，从而实现色温调节。
进一步地，按照当前数据缓冲区数据调节灯光的色温和照度；具体包括：
在照度保持恒定的情况下，进行色温调节：
通过主控电路产生周期相差十倍的两路PWM波，两个PWM波经过“与”运算后，经过LED驱动电路控制光源电路的正白光灯珠；
将周期小的PWM波经过“非”运算后，再和周期长的PWM波进行“与”运算，然后经过LED驱动电路控制光源电路的暖白光灯珠。
通过调节周期大的PWM波的占空比，实现照明设备的亮度调节；
通过调节周期小的PWM波的占空比，实现照明设备的色温调节。
实现在照度保持恒定的情况下，进行色温调节。也可实现在色温保持恒定的情况下，进行照度调节。
进一步地，所述从若干个参数存储区中选择工作时间最长值所对应的灯光色温和照度数据到当前参数缓冲区；具体包括：
如图2所示，在主控电路的微处理器中分配至少两个参数存储区、一个当前参数缓冲区和至少两个色温照度缓冲区，参数存储区的数目与色温照度缓冲区数目相同且一一对应；当前参数缓冲区与所有的参数存储区连接；每个参数存储区与对应的色温照度缓冲区连接；
如图4所示，色温照度缓冲区k的数据结构，包括：色温pk、照度qk、和色温pk且照度qk的本次工作时长；k为正整数；k的取值范围为2到N；
如图5所示，参数存储区k的数据结构，包括：色温pk、照度qk、色温pk且照度qk的第N次工作时长tN、色温pk且照度qk的第N-1次工作时长tN-1、色温pk且照度qk的第N-2次工作时长tN-2、……、色温pk且照度qk的第1次工作时长t1；
参数存储区的数据结构比色温照度缓冲区的数据结构多N-1个存储工作时长的存储区，将色温照度缓冲区中的参数写入参数存储区前，先将参数缓冲区的所有工作时长参数向第N次工作时长方向移动1个区域，然后再将色温照度缓冲区中的本次工作时长写入第1次工作时长区域；
其中，参数存储区工作k时长Tk，计算方式为：
Figure BDA0003229253280000101
从N个参数存储区工作时长中选择最大值所对应的色温和照度，写入当前参数缓冲区。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.面向养老机构的可调节照明设备，其特征是，包括：主控电路；
主控电路分别与输入模块、无线通信电路、LED驱动电路和电源电路连接；
无线通信电路与无线模块连接；LED驱动电路与光源电路连接；
利用主控电路输出两路占空比不同的脉冲宽度调制波PWM控制LED驱动电路，从而控制光源电路的LED灯珠，进行混光，从而实现可调节照明设备的色温调节。
2.如权利要求1所述的面向养老机构的可调节照明设备，其特征是，电源电路，用于接入DC12V电源，然后转换出DC5V和DC3.3V电源，为其它模块供电；主控电路，负责各个独立模块之间的交互，采集信息，分析数据，输出控制。
3.如权利要求1所述的面向养老机构的可调节照明设备，其特征是，LED驱动电路，对主控电路输出的信号进行放大；无线通信电路，包括：蓝牙通信电路、WIFI通信电路和遥控器信号接收电路中的一种或多种，将输入模块中的光照度传感器接收的信号传到主控电路的单片机，实现相应的动作。
4.如权利要求1所述的面向养老机构的可调节照明设备，其特征是，输入模块，包括红外传感器、麦克风、光照度传感器，用于采集红外信息、语音信息及光照度检测信息。
5.如权利要求1所述的面向养老机构的可调节照明设备，其特征是，光源电路，包括：两个发光LED灯珠，采用至少两个色温不同的发光灯珠，控制不同的发光组进行亮灭，以起到调色的效果。
6.面向养老机构的可调节照明设备的控制方法，其特征是，包括：
获取开灯信号，从若干个参数存储区中选择工作时间最长值所对应的灯光色温和照度数据到当前参数缓冲区；
判断当前参数缓冲区的数据是否有效，如果是，就按照当前数据缓冲区数据调节灯光的色温和照度，并启动当前色温和照度的使用时长计时；判断是否收到色温或照度调节事件指令；如果否，就按照设备出厂设定的参数调节灯光的色温和照度，并启动当前色温和照度的使用时长计时；
判断是否收到色温或照度调节事件指令；如果是，则进入下一步；如果否就判断是否收到关灯事件指令；
停止当前色温和照度计时，将计时结果保存到对应的色温照度缓冲区；按照输入事件调节色温和照度，并启动新色温和照度的使用时长计时；返回判断是否收到色温或照度调节事件指令；
判断是否收到关灯事件指令，如果是，就停止当前色温和照度计时，将计时结果写入对应的色温照度缓冲区；找出记载时间最长的色温照度缓冲区，并将该缓冲区对应的色温和照度均存储到参数存储区和当前参数缓冲区，供下次开启设备时使用；如果否，就判断是否收到色温或照度调节事件指令。
7.如权利要求6所述的面向养老机构的可调节照明设备的控制方法，其特征是，所述判断当前参数缓冲区的数据是否有效；具体判断原则为：
如果当前参数缓冲区的色温在设定范围内且照度在设定范围内，则判定当前参数缓冲区的数据为有效数据。
8.如权利要求6所述的面向养老机构的可调节照明设备的控制方法，其特征是，按照当前数据缓冲区数据调节灯光的色温和照度，与按照设备出厂设定的参数调节灯光的色温和照度；具体调节步骤是一致的；
其中，按照当前数据缓冲区数据调节灯光的色温和照度；具体包括：
通过主控电路输出两路占空比不同的脉冲宽度调制波PWM，通过分别调节两路脉冲宽度调制波PWM的占空比，来分别控制至少一组灯珠，一组灯珠，至少包括参考色温6500K的正白光灯珠和参考色温3500K的暖白光灯珠；利用主控电路输出两路占空比不同的脉冲宽度调制波PWM控制LED驱动电路，从而控制光源电路的LED灯珠，进行混光，从而实现色温调节。
9.如权利要求6所述的面向养老机构的可调节照明设备的控制方法，其特征是，按照当前数据缓冲区数据调节灯光的色温和照度；具体包括：
在照度保持恒定的情况下，进行色温调节：
通过主控电路产生周期相差十倍的两路PWM波，两个PWM波经过“与”运算后，经过LED驱动电路控制光源电路的正白光灯珠；
将周期小的PWM波经过“非”运算后，再和周期长的PWM波进行“与”运算，然后经过LED驱动电路控制光源电路的暖白光灯珠；
通过调节周期大的PWM波的占空比，实现照明设备的亮度调节；
通过调节周期小的PWM波的占空比，实现照明设备的色温调节。
10.如权利要求6所述的面向养老机构的可调节照明设备的控制方法，其特征是，所述从若干个参数存储区中选择工作时间最长值所对应的灯光色温和照度数据到当前参数缓冲区；具体包括：
在主控电路的微处理器中分配至少两个参数存储区、一个当前参数缓冲区和至少两个色温照度缓冲区，参数存储区的数目与色温照度缓冲区数目相同且一一对应；当前参数缓冲区与所有的参数存储区连接；每个参数存储区与对应的色温照度缓冲区连接；
色温照度缓冲区k的数据结构，包括：色温pk、照度qk、和色温pk且照度qk的本次工作时长；k为正整数；k的取值范围为2到N；
参数存储区k的数据结构，包括：色温pk、照度qk、色温pk且照度qk的第N次工作时长tN、色温pk且照度qk的第N-1次工作时长tN-1、色温pk且照度qk的第N-2次工作时长tN-2、……、色温pk且照度qk的第1次工作时长t1；
参数存储区的数据结构比色温照度缓冲区的数据结构多N-1个存储工作时长的存储区，将色温照度缓冲区中的参数写入参数存储区前，先将参数缓冲区的所有工作时长参数向第N次工作时长方向移动1个区域，然后再将色温照度缓冲区中的本次工作时长写入第1次工作时长区域；
其中，参数存储区工作k时长Tk，计算方式为：
Figure FDA0003229253270000041
从N个参数存储区工作时长中选择最大值所对应的色温和照度，写入当前参数缓冲区。
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