CN114158151A - 基于人因照明的节律照明系统及该系统的光谱调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于人因照明的节律照明系统包括：电源模块、时间设定组件、所述微控制单元、发光二极管LED可调节驱动电源、第一MP LED阵列、第二MP LED阵列、第一开关电路、第二开关电路、第一电流检测电路和第二电流检测电路；本发明所提供的一种基于人因照明的节律照明系统具有使用方便、有助于人体健康的优点，本申请通过时间设定组件比如旋钮开关进行时间，内部电路进行时间计时，并控制二种或二种以上的不同MP值LED进行亮度与色温的变化，一天24小时灯光会对应不同的MP的光谱，使人体能以帮助人们调节身体24小时的自然昼夜节律，该设计有助于老年人及睡眠少的人更好的生活与休息，具有极大的经济价值和使用价值。

Description

基于人因照明的节律照明系统及该系统的光谱调节方法
技术领域
本发明涉及照明灯具设计技术领域，尤其涉及一种基于人因照明的节律照明系统及该系统的光谱调节方法。
背景技术
褪黑素(Melatonin，MT)是由脑松果体分泌的激素之一。褪黑素属于吲哚杂环类化合物，其化学名是N-乙酰基-5甲氧基色胺，又称为松果体素、褪黑激素、褪黑色素。褪黑素合成后，储存在松果体内，交感神经兴奋支配松果体细胞释放褪黑素。褪黑素的分泌具有明显的昼夜节律，白天分泌受抑制，晚上分泌活跃。褪黑素可抑制下丘脑-垂体-性腺轴，使促性腺激素释放激素、促性腺激素、黄体生成素以及卵泡雌激素的含量均减低，并可直接作用于性腺，降低雄激素、雌激素及孕激素的含量。另外，MT有强大的神经内分泌免疫调节活性和清除自由基抗氧化能力，可能会成为新的抗病毒治疗的方法和途径。MT最终在肝脏中代谢，肝细胞的损伤可影响体内MT的水平。MT是内分泌的总司令，它控制体内各种内分泌腺的活动，褪黑素还与人体呼吸系统、消化系统、泌尿系统有调节作用，从而间接地控制我们全身的机能，它的作用有：1.防止病变2. 调整昼夜节律3.推迟老化4.对中枢神经系统的调节作用5.对免疫系统的调节作用6.对心血管系统的调节作用
人类视网膜上存在视锥细胞和视杆细胞两种感光细胞。当光线进入人眼后, 视锥细胞和视杆细胞接受光信号,并通过视神经传递给大脑视觉皮层,形成视觉体验。起初,人们对光照作用的认知也仅局限于其视觉图像功能。
直至2002年,美国Brown大学的Berson等人在哺乳动物的视网膜上发现了有别于视锥和视杆细胞的新型感光细胞——视网膜自主感光神经节细胞(Intrinsicallyphotosensitive retinal ganglion cells,ipRGC)。ipRGC的发现让人们认识到,眼睛不仅具有传统感光细胞的视觉效应,还具有非视觉效应，以ipRGC为主的非视觉感光细胞对人体的生物节律，褪黑素分泌，情绪状态等有显著的影响。也可以说非视觉细胞确定了我们的生物钟，控制我们的睡眠/觉醒周期。长期生活在不合理光照环境下会使人体内在的昼夜节律发生改变，从而影响人体身心健康。因此，照明设计时应同时兼顾视觉功效和非视觉功效，使室内光环境顺应人体生理节律，节律照明的理念也因此备受关注。我们采用的灯珠为双波长芯片，增加480nm光谱强度，提高MP值，高MP值可以抑制褪黑素的分泌，使人精神集中，适合工作学习状态，白天可以抑制体内褪黑色素水平，其抑制能力比普通LED照明提升。低MP值促进褪黑激素分泌，使得人体在灯光下释放的褪黑色素较平时多增加了人体的放松度，有助于调节睡眠。利用智能控制使室内的环境可24小时不停根据人体生理节律进行M/PRatio(Melanopic/photopic ratio)：(如图1-3)光谱中非视觉效应与视觉效应的比值，数值越大，越能有效的抑制褪黑色素的分泌，这个也是我们进行评估光线对人体影响的指标。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足而提供一种使用方便、有助于人体健康的基于人因照明的节律照明系统及该系统的光谱调节方法。
本发明为解决上述问题所采用的技术方案为：
本发明提供一种基于人因照明的节律照明系统，包括：电源模块、时间设定组件、所述微控制单元、发光二极管LED可调节驱动电源、第一MP LED阵列、第二MP LED阵列、第一开关电路、第二开关电路、第一电流检测电路和第二电流检测电路；所述电源模块、时间设定组件分别与所述微控制单元的输入端以及LED可调节驱动电源的输入端连接；LED可调节驱动电源的正极并联有第一支路和第二支路，第一支路上依次串联有第一高MP LED阵列、所述第一开关电路和所述第一电流检测电路，第二支路上依次串联有所述第二低MP LED阵列、所述第二开关电路和所述第二电流检测电路，LED可调节驱动电源的负极接地。
进一步地，所述时间设定组件用于使用者自行设置照明时间，所述时间设定组件包括机械旋钮、编码器，所述电源模块用于保障在外部灯具照明用电断电的情况下继续为时间设定模块提供电量供应，保证时间模块继续正常计时；
所述第一MP LED阵列为高MP LED阵列，所述第二MP LED阵列为低 MP LED阵列。
进一步地，所述微控制单元分别与所述第一开关电路、所述第二开关电路、所述第一电流检测电路的第一端、所述第二电流检测电路的第一端以及LED可调节驱动电源的第一输入端连接；所述微控制单元向所述第一开关电路输出第一PWM信号，以及向所述第二开关电路输出第二PWM信号，第二PWM信号与第一PWM信号的相位相反；
进一步地，所述微控制单元还用于通过所述第一电流检测电路检测高所述第二MPLED阵列的第一电流，通过第二检测电路检测高所述第二MP LED阵列的第二电流，并根据第一电流和所述第二电流确定第一电流比值参数，根据预先获取的电流比值参数与色温的对应关系，确定用户输入的时间/色温参数，微电路模块内部计算；所述微控制单元还用于根据第一电流比值参数以及目标电流比值参数，调整第一PWM信号和第二PWM信号的占空比，使得第一电流比值参数等于目标电流比值参数。
进一步地，所述微控制单元具体用于：检测所述第一电流检测电路的两端的第一电压，并根据第一电压和所述第一电流检测电路的阻值计算得到第一电流，以及检测所述第二电流检测电路两端的第二电压，根据第二电压和所述第二电流检测电路的阻值计算得到第二电流。
进一步地，还包括反相器，所述微控制单元的第一输出端分别与所述第一开关电路以及反相器的输入端连接，反相器的输出端与所述第二开关电路连接，所述微控制单元的第二输出端与所述第一电流检测电路的第一端连接，所述微控制单元的第三输出端与所述第二电流检测电路的第一端连接，所述第一电流检测电路的第二端和所述第二电流检测电路的第二端分别接地，所述微控制单元的第四输出端与LED可调节驱动电源的第一输入端连接。
进一步地，所述第一电流检测电路为第一电阻，所述第二电流检测电路为第二电阻所述第一开关电路为第一场效应管，第二开关为第二场效应管，所述微控制单元的第一输出端与第一场效应管的栅极连接，第一场效应管的源极与所述第一电流检测电路的输入端连接，第一场效应管的漏极与高所述第二MP LED阵列连接，所述反相器的输出端与第二场效应管的栅极连接，第二场效应管的源极与所述第二电流检测电路的输入端连接，第二场效应管的漏极与暖白 LED阵列连接。
一种基于人因照明的节律照明系统的光谱调节方法，包括如下步骤：
(1)检测可调节光谱的LED灯的所述第二MP LED阵列的第一电流以及高MP LED灯的第二电流；
(2)根据第一电流和第二电流确定第一电流比值参数；
(3)根据预先获取的电流比值参数与目标光谱的对应关系，确定用户输入的目标MP对应的目标电流比值参数；根据第一电流比值参数以及目标电流比值参数，调整控制高MP LED阵列和所述第二MP LED阵列在单位时间内的导通时间比例的脉冲宽度调制信号的占空比，使得第一电流比值参数等于目标电流比值参数。
本发明的有益效果在于：
本发明所提供的一种基于人因照明的节律照明系统具有使用方便、有助于人体健康的优点，本申请通过时间设定组件比如旋钮开关进行时间，内部电路进行时间计时，并控制二种或二种以上的不同MP值LED进行亮度与色温的变化，一天24小时灯光会对应不同的MP的光谱，使人体能以帮助人们调节身体24小时的自然昼夜节律，该设计有助于老年人及睡眠少的人更好的生活与休息，具有极大的经济价值和使用价值。
附图说明
图1是普通LED灯的频谱图；
图2是本发明一种基于人因照明的节律照明系统高MP值的LED频谱图；
图3是本发明一种基于人因照明的节律照明系统低MP值的LED频谱图；
图4是本发明一种基于人因照明的节律照明系统的测试数据对比图表；
图5是本发明一种基于人因照明的节律照明系统的原理系统框图。
具体实施方式
下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制。
如图1-5所示，本实施例提供一种基于人因照明的节律照明系统，包括：电源模块、时间设定组件、所述微控制单元、发光二极管LED可调节驱动电源、第一MP LED阵列、第二MPLED阵列、第一开关电路、第二开关电路、第一电流检测电路和第二电流检测电路；所述电源模块、时间设定组件分别与所述微控制单元的输入端以及LED可调节驱动电源的输入端连接；LED可调节驱动电源的正极并联有第一支路和第二支路，第一支路上依次串联有冷白LED阵列、所述第一开关电路和所述第一电流检测电路，第二支路上依次串联有高所述第二MP LED阵列、所述第二开关电路和所述第二电流检测电路，LED可调节驱动电源的负极接地。
本实施例中，所述时间设定组件用于使用者自行设置照明时间，所述时间设定组件包括机械旋钮、编码器，所述电源模块用于保障在外部灯具照明用电断电的情况下继续为时间设定模块提供电量供应，保证时间模块继续正常计时；
所述第一MP LED阵列为高MP LED阵列，所述第二MP LED阵列为低MP LED阵列。
本实施例中，所述微控制单元分别与所述第一开关电路、所述第二开关电路、所述第一电流检测电路的第一端、所述第二电流检测电路的第一端以及LED 可调节驱动电源的第一输入端连接；所述微控制单元向所述第一开关电路输出第一PWM信号，以及向所述第二开关电路输出第二PWM信号，第二PWM信号与第一PWM信号的相位相反；
本实施例中，所述微控制单元还用于通过所述第一电流检测电路检测高所述第二MP LED阵列的第一电流，通过第二检测电路检测高所述第二MP LED 阵列的第二电流，并根据第一电流和所述第二电流确定第一电流比值参数，根据预先获取的电流比值参数与色温的对应关系，确定用户输入的时间/色温参数，微电路模块内部计算；所述微控制单元还用于根据第一电流比值参数以及目标电流比值参数，调整第一PWM信号和第二PWM信号的占空比，使得第一电流比值参数等于目标电流比值参数。
本实施例中，所述微控制单元具体用于：检测所述第一电流检测电路的两端的第一电压，并根据第一电压和所述第一电流检测电路的阻值计算得到第一电流，以及检测所述第二电流检测电路两端的第二电压，根据第二电压和所述第二电流检测电路的阻值计算得到第二电流。
本实施例中，还包括反相器，所述微控制单元的第一输出端分别与所述第一开关电路以及反相器的输入端连接，反相器的输出端与所述第二开关电路连接，所述微控制单元的第二输出端与所述第一电流检测电路的第一端连接，所述微控制单元的第三输出端与所述第二电流检测电路的第一端连接，所述第一电流检测电路的第二端和所述第二电流检测电路的第二端分别接地，所述微控制单元的第四输出端与LED可调节驱动电源的第一输入端连接。
本实施例中，所述第一电流检测电路为第一电阻，所述第二电流检测电路为第二电阻所述第一开关电路为第一长效杨管，第二开关为第二场效应管，所述微控制单元的第一输出端与第一场效应管的栅极连接，第一场效应管的源极与所述第一电流检测电路的输入端连接，第一场效应管的漏极与高所述第二MP LED阵列连接，所述反相器的输出端与第二场效应管的栅极连接，第二场效应管的源极与所述第二电流检测电路的输入端连接，第二场效应管的漏极与暖白 LED阵列连接。
一种基于人因照明的节律照明系统的光谱调节方法，包括如下步骤：
(1)检测可调节光谱的LED灯的所述第二MP LED阵列的第一电流以及高MP LED灯的第二电流；
(2)根据第一电流和第二电流确定第一电流比值参数；
(3)根据预先获取的电流比值参数与目标光谱的对应关系，确定用户输入的目标MP对应的目标电流比值参数；根据第一电流比值参数以及目标电流比值参数，调整控制高MP LED阵列和所述第二MP LED阵列在单位时间内的导通时间比例的脉冲宽度调制信号的占空比，使得第一电流比值参数等于目标电流比值参数。
本申请中，我们采用的灯珠为双波长芯片，增加480nm光谱强度，提高MP 值，高MP值可以抑制褪黑素的分泌，使人精神集中，适合工作学习状态，低 MP值促进褪黑激素分泌，使人放松，减缓身心疲劳。研究表明：不同季节不同时间段的色温，采用冷暖两种色温的灯珠，调节占比。用户需要根据应用程序, 设定初始时间，灯具中的电子计时器接到时间信号，会开始按照客户设定的季节时间去运行，在家亦可感受四季光照变化。
如图4所示，本发明所提供的一种基于人因照明的节律照明系统具有使用方便、有助于人体健康的优点，本申请通过时间设定组件比如旋钮开关进行时间，内部电路进行时间计时，并控制二种或二种以上的不同MP值LED进行亮度与色温的变化，一天24小时灯光会对应不同的MP的光谱，使人体能以帮助人们调节身体24小时的自然昼夜节律，该设计有助于老年人及睡眠少的人更好的生活与休息，具有极大的经济价值和使用价值。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于人因照明的节律照明系统，其特征在于：包括：电源模块、时间设定组件、所述微控制单元、发光二极管LED可调节驱动电源、第一MP LED阵列、第二MP LED阵列、第一开关电路、第二开关电路、第一电流检测电路和第二电流检测电路；所述电源模块、时间设定组件分别与所述微控制单元的输入端以及LED可调节驱动电源的输入端连接；LED可调节驱动电源的正极并联有第一支路和第二支路，第一支路上依次串联有第一MP LED阵列、所述第一开关电路和所述第一电流检测电路，第二支路上依次串联有高所述第二MP LED阵列、所述第二开关电路和所述第二电流检测电路，LED可调节驱动电源的负极接地。
2.根据权利要求1所述的一种基于人因照明的节律照明系统，其特征在于：所述时间设定组件用于使用者自行设置照明时间，所述时间设定组件包括机械旋钮、编码器，所述电源模块用于保障在外部灯具照明用电断电的情况下继续为时间设定模块提供电量供应，保证时间模块继续正常计时；
所述第一MP LED阵列为高MP LED阵列，所述第二MP LED阵列为低MP LED阵列。
3.根据权利要求1所述的一种基于人因照明的节律照明系统，其特征在于：所述微控制单元分别与所述第一开关电路、所述第二开关电路、所述第一电流检测电路的第一端、所述第二电流检测电路的第一端以及LED可调节驱动电源的第一输入端连接；所述微控制单元向所述第一开关电路输出第一PWM信号，以及向所述第二开关电路输出第二PWM信号，第二PWM信号与第一PWM信号的相位相反。
4.根据权利要求1所述的一种基于人因照明的节律照明系统，其特征在于：所述微控制单元还用于通过所述第一电流检测电路检测所述第二MP LED阵列的第一电流，通过第二检测电路检测所述第二MP LED阵列的第二电流，并根据第一电流和所述第二电流确定第一电流比值参数，根据预先获取的电流比值参数与色温的对应关系，确定用户输入的时间/色温参数，微电路模块内部计算；所述微控制单元还用于根据第一电流比值参数以及目标电流比值参数，调整第一PWM信号和第二PWM信号的占空比，使得第一电流比值参数等于目标电流比值参数。
5.根据权利要求1所述的一种基于人因照明的节律照明系统，其特征在于：所述微控制单元具体用于：检测所述第一电流检测电路的两端的第一电压，并根据第一电压和所述第一电流检测电路的阻值计算得到第一电流，以及检测所述第二电流检测电路两端的第二电压，根据第二电压和所述第二电流检测电路的阻值计算得到第二电流。
6.根据权利要求1所述的一种基于人因照明的节律照明系统，其特征在于：还包括反相器，所述微控制单元的第一输出端分别与所述第一开关电路以及反相器的输入端连接，反相器的输出端与所述第二开关电路连接，所述微控制单元的第二输出端与所述第一电流检测电路的第一端连接，所述微控制单元的第三输出端与所述第二电流检测电路的第一端连接，所述第一电流检测电路的第二端和所述第二电流检测电路的第二端分别接地，所述微控制单元的第四输出端与LED可调节驱动电源的第一输入端连接。
7.根据权利要求1所述的一种基于人因照明的节律照明系统，其特征在于：所述第一电流检测电路为第一电阻，所述第二电流检测电路为第二电阻所述第一开关电路为第一场效应管，第二开关为第二场效应管，所述微控制单元的第一输出端与第一场效应管的栅极连接，第一场效应管的源极与所述第一电流检测电路的输入端连接，第一场效应管的漏极与高所述第二MP LED阵列连接，所述反相器的输出端与第二场效应管的栅极连接，第二场效应管的源极与所述第二电流检测电路的输入端连接，第二场效应管的漏极与暖白LED阵列连接。
8.一种基于人因照明的节律照明系统的光谱调节方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)检测可调节光谱的LED灯的所述第二MP LED阵列的第一电流以及高MP LED灯的第二电流；
(2)根据第一电流和第二电流确定第一电流比值参数；
(3)根据预先获取的电流比值参数与目标光谱的对应关系，确定用户输入的时间/色温参数，微电路模块内部计算目标MP对应的目标电流比值参数；根据第一电流比值参数以及目标电流比值参数，调整控制高MP LED阵列和所述第二MP LED阵列在单位时间内的导通时间比例的脉冲宽度调制信号的占空比，使得第一电流比值参数等于目标电流比值参数。
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