CN210069722U - 智能追光照明系统 - Google Patents

Abstract

智能追光照明系统，包括底座、日光汇聚机构、支承杆、光照角度监测机构、转向驱动机构、光导纤维、漫射器及控制器；日光汇聚机构包括迎光板和光纤接入架；光纤接入架上设有多个光纤连接口；迎光板设置在光纤接入架上方，其上设有与光纤连接口一一对应的凸透镜，沿凸透镜主光轴方向射入凸透镜的平行光经凸透镜汇聚后，被对应的光纤连接口接收；光照角度监测机构设在迎光板上，以实时监测照射在迎光板上的光线的角度是否平行于凸透镜主光轴方向。本实用新型的优点在于在白天为室内提供优质的自然光照明，其相比电气照明节能环保；具有自动追踪日光的功能，从而保证了每时每刻均以最大效率接收自然光，并传导至室内。

Description

智能追光照明系统

技术领域

本实用新型涉及照明系统领域，特别是一种智能追光系统。

背景技术

目前很多建筑或房屋都存在背光面的位置，一年四季很难有阳光照入，只能借助电气灯具照明，这样房屋内部就会比较黑暗或阴冷，影响人们的生活居住体验。

而自然光相比电气照明光是一种亮度好、色温理想、显色性强且不闪烁的优质光源。

因此，为了减少电气照明对能源的消耗，也为了获得更优质的照明体验，设计一款能将自然光(日光)引入背光的建筑内的照明系统显得非常有意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，而提供一种智能追光系统，它解决了背光建筑的日间采光及对优质光源的需求问题。

本实用新型的技术方案是：智能追光照明系统，包括底座、日光汇聚机构、支承杆、光照角度监测机构、转向驱动机构、光导纤维、漫射器及控制器；

日光汇聚机构包括迎光板和光纤接入架；光纤接入架上设有多个光纤连接口；迎光板设置在光纤接入架上方，其上设有与光纤连接口一一对应的呈矩形的凸透镜，沿凸透镜主光轴方向射入凸透镜的平行光经凸透镜汇聚后，被对应的光纤连接口接收；

支承杆下端固接在底座上，上端通过万向节活动连接在迎光板下端中心区域，从而将日光汇聚机构支承在底座上方；

光照角度监测机构设在迎光板上，以实时监测照射在迎光板上的光线的角度是否平行于凸透镜主光轴方向；

转向驱动机构设在底座上，并与迎光板关联，以驱动日光汇聚机构转向；

光导纤维一端连接在光纤接入架的光纤连接口上，另一端与漫射器连接；

控制器分别与光照角度监测机构和转向驱动机构电连接，其接收光照角度监测机构的监测数据以控制转向驱动机构产生动作，使日光汇聚机构转向正对日光的方向，在正对日光的方向时，日光以平行于凸透镜主光轴的方向射入凸透镜。

本实用新型进一步的技术方案是：日光汇聚机构还包括设在迎光板和光纤接入架之间的焦距调节组件，其用于控制光纤接入架沿凸透镜主光轴的方向移动，以靠近或远离迎光板；

其还包括照度传感器；照度传感器安装在漫射器上，并与控制器电连接；控制器接收照度传感器的检测数据以控制焦距调节组件产生动作，使光纤接入架沿凸透镜主光轴的方向移动，以靠近或远离迎光板。

本实用新型再进一步的技术方案是：迎光板呈方形，其上设有阵列排布的多个透镜安装孔，所述凸透镜安装在迎光板的透镜安装孔内，每个透镜安装孔内安装有一块凸透镜；

光纤接入架呈方形，其上的光纤连接口与迎光板上的凸透镜一一对应，其四个角分别与迎光板的四个角一一对应；

焦距调节组件包括步进电机A、丝杠、螺母、导向光杆及导向套；两个步进电机A分别固定安装在迎光板的两对角上，其机轴均向下伸出；丝杠上端通过联轴器与步进电机A的机轴连接，下端向下伸出；螺母固接在光纤接入架的两对角上，并与丝杠螺纹连接；两根导向光杆上端分别固接在迎光板的另外两对角上，下端分别穿过固接在光纤接入架另外两对角上的导向套；步进电机A启动带动丝杠转动，进而使螺母沿丝杠上下移动，进而带动光纤接入架沿着导向光杆上下移动，以靠近或远离迎光板。

本实用新型更进一步的技术方案是：光照角度监测机构包括安置盒、光敏电阻A和光敏电阻B；安置盒有两组，每组数量为1～2个，两组安置盒分别固定安装在迎光板的两条相对的侧边上，同组安置盒内所有的安置盒排布方向一致，两组安置盒的排布方向相反；安置盒上设有安装孔A和安装孔B，安装孔A和安装孔B均为开口朝上且竖直布置的沉孔，安装孔A上端开口的一侧设有挡光壁段A，安装孔B上端开口的一侧设有挡光壁段B，挡光壁段B在安装孔B上的位置与挡光壁段A在安装孔A上的位置为同一侧；光敏电阻A安装在安装孔A的底部，光敏电阻B安装在安装孔B的底部；当可同时照射到安装孔A底部和安装孔B底部的平行光的角度发生变化时，安装孔A底部的光照强度变化大于安装孔B底部的光照强度变化。

本实用新型更进一步的技术方案是：安置盒的上表面为斜坡面，所述挡光壁段A和挡光壁段B均通过该斜坡面形成。

本实用新型更进一步的技术方案是：转向驱动机构为平面五连杆机构，其包括步进电机B、步进电机C、曲柄A、曲柄B、连杆A和连杆B，步进电机B和步进电机C分别固定安装在底座上，步进电机B和步进电机C分别与曲柄A和曲柄B的前端关联，曲柄A和曲柄B的后端分别与连杆A和连杆B的前端连接，连杆A和连杆B的后端分别通过万向节连接在迎光板同一侧边的两端；步进电机B启动带动曲柄A和连杆A运动，步进电机C启动带动曲柄B和连杆B运动，从而控制迎光板的两个相邻角以支承杆上端的万向节为支点上升或下降。

本实用新型更进一步的技术方案是：控制器为可编程PLC单片机。

本实用新型更进一步的技术方案是：其还包括LED照明灯，LED照明灯与控制器电连接；控制器接收照度传感器的检测数据以控制LED照明灯供电或断电。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

1、在白天为室内提供优质的自然光照明，其相比电气照明节能环保。

2、具有自动追踪日光的功能，从而保证了每时每刻均以最大效率接收自然光，并传导至室内。

3、具有照度自动调节功能，在一天之内随着室外太阳光强度的变化，室内的照明亮度变化均处在人眼较为舒适的范围(600-1300勒克斯)，当太阳光强度不足以维持室内照明需求时，LED照明灯自动启动，补充室内照明，从而实现全天候无间歇的照明需求。

以下结合图和实施例对本实用新型作进一步描述。

附图说明

图1为本实用新型在一种视角下的结构示意图；

图2为本实用新型在另一视角下的结构示意图；

图3为迎光板调节角度之前的状态示意图；

图4为迎光板调节角度之后的状态示意图；

图5为迎光板的结构示意图；

说明：图1中光导纤维未绘出。

具体实施方式

实施例1：

如图1-2及图5所示，智能追光照明系统，包括底座1、日光汇聚机构、支承杆3、光照角度监测机构4、转向驱动机构、光导纤维6、漫射器7、LED照明灯8、照度传感器(图中未示出)及控制器(图中未示出)。

日光汇聚机构包括迎光板21、光纤接入架22及设在迎光板21和光纤接入架22之间的焦距调节组件。

迎光板21呈方形，其上设有阵列排布的多个透镜安装孔，每个透镜安装孔内安装有一块凸透镜211。

光纤接入架22呈方形，其设置在迎光板21下方，其四个角分别与迎光板21的四个角一一对应，光纤接入架22上设有与凸透镜211一一对应的光纤连接口221，每个光纤连接口221均处在其对应的凸透镜211的主光轴上，以接收来自对应的凸透镜211汇聚的光。

焦距调节组件用于控制光纤接入架22沿凸透镜211主光轴的方向移动，以靠近或远离迎光板21。焦距调节组件包括步进电机A231、丝杠232、螺母233、导向光杆234及导向套235。两个步进电机A231分别固定安装在迎光板21的两对角上，其机轴均向下伸出。丝杠232上端通过联轴器与步进电机A231的机轴连接，下端向下伸出。螺母233固接在光纤接入架22的两对角上，并与丝杠232螺纹连接。两根导向光杆234上端分别固接在迎光板21的另外两对角上，下端分别穿过固接在光纤接入架22另外两对角上的导向套235。步进电机A231启动带动丝杠232转动，进而使螺母233沿丝杠232上下移动，进而带动光纤接入架22沿着导向光杆234上下移动(该方向即为平行于凸透镜211主光轴的方向)，以靠近或远离迎光板21，从而达到调节光纤连接口221与凸透镜211之间的对焦距离的效果。

支承杆3下端固接在底座1上，上端通过万向节活动连接在迎光板21下端中心区域，从而将日光汇聚机构支承在底座1上方。

光照角度监测机构4用于实时监测照射在迎光板21上的光线的角度是否平行于凸透镜211主光轴方向。光照角度监测机构4包括安置盒41、光敏电阻A42和光敏电阻B43。安置盒41有两组，每组数量为2个，两组安置盒41分别固定安装在迎光板21的两条相对的侧边上，同组安置盒41内的2个安置盒41排布方向一致，两组安置盒41的排布方向相反(参看图1)。安置盒41上设有安装孔A411和安装孔B412，安装孔A411和安装孔B412均为开口朝上且竖直布置的沉孔，安装孔A411上端开口的一侧设有挡光壁段A4111，安装孔B412上端开口的一侧设有挡光壁段B4121，挡光壁段B4121在安装孔B412上的位置与挡光壁段A4111在安装孔A411上的位置为同一侧。光敏电阻A42安装在安装孔A411的底部，光敏电阻B43安装在安装孔B412的底部。

当可同时照射到安装孔A411底部和安装孔B412底部的平行光的角度发生变化时，安装孔A411底部的光照强度变化大于安装孔B412底部的光照强度变化。具体的，(安装孔A411的孔截面积与孔深之比)α＞(安装孔B412的孔截面积与孔深之比)β即可达成上述要求。

转向驱动机构与迎光板21关联，以驱动日光汇聚机构转向。转向驱动机构为平面五连杆机构，其包括步进电机B51、步进电机C52、曲柄A53、曲柄B54、连杆A55和连杆B56，步进电机B51和步进电机C52分别固定安装在底座1上，步进电机B51和步进电机C52分别与曲柄A53和曲柄B54的前端关联，以分别驱动曲柄A53个曲柄B54转动，曲柄A53和曲柄B54的后端分别与连杆A55和连杆B56的前端连接，连杆A55和连杆B56的后端分别通过万向节连接在迎光板21同一侧边的两端。步进电机B51启动带动曲柄A53和连杆A55运动，步进电机C52启动带动曲柄B54和连杆B56运动，从而分别控制迎光板21的两个相邻角以支承杆3上端的万向节为支点上升或下降。

光导纤维6一端连接在光纤接入架22的光纤连接口221上，另一端与漫射器7连接，漫射器7安装在待照明的室内区域的天花板上。

照度传感器安装在漫射器7上，以检测光导纤维6末端传导出来的光照强度。

控制器分别与光敏电阻A42、光敏电阻B43、步进电机B51、步进电机C52、LED照明灯8、照度传感器电连接，其接收光敏电阻A42和光敏电阻B43的监测数据以控制转向驱动机构产生动作，使迎光板21转向正对日光的方向，在正对日光的方向时，日光以平行于凸透镜211主光轴的方向射入凸透镜211。控制器接收照度传感器的检测数据以控制焦距调节组件产生动作，使光纤接入架22沿凸透镜211主光轴的方向移动，以靠近或远离迎光板21。控制器接收照度传感器的检测数据以控制LED照明灯8供电或断电。

优选，安置盒41的上表面为斜坡面，所述挡光壁段A4111和挡光壁段B4121均通过该斜坡面形成。

优选，智能追光照明系统还包括太阳能电池板9和电源模块(图中未示出)，太阳能电池板9安装在迎光板21上，并与电源模块电连接，电源模块分别与步进电机A231、步进电机B51、步进电机C52、LED照明灯8电连接，从而为整个智能追光照明系统的运行提供能源支持。

优选，太阳能电池板9环绕设置在凸透镜211外，从而将所有的凸透镜211包围在内。

优选，控制器为可编程PLC单片机，型号为MK66FN2M0VLQ18主控芯片。

简述迎光板的追光机制的工作原理：参看图3，当太阳光(沙粒填充区域)斜射迎光板21时，位于迎光板21两相对侧边上的安置盒41的安装孔A411内的光敏电阻A42接收到的光量不一致，位于迎光板21两相对侧边上的安置盒41的安装孔B412内的光敏电阻B43接收到的光量也不一致。两个光敏电阻A42和两个光敏电阻B43均将检测数据传递至控制器。

基于光敏电阻B43对迎光板21角度变化的敏感性大于光敏电阻A42对迎光板21角度变化的敏感性(当可同时照射到安装孔A411底部和安装孔B412底部的平行光的角度发生变化时，安装孔A411底部的光照强度变化大于安装孔B412底部的光照强度变化)，控制器则先根据光敏电阻A42的检测数据对迎光板21的角度进行粗调，使在光敏电阻A42的检测精度内，两个光敏电阻A42的检测数据一致，再根据光敏电阻B43的检测数据对迎光板21的角度进行精调，使在光敏电阻B43的检测精度内，两个光敏电阻B43的检测数据一致。

控制器对迎光板21角度的调节通过转向驱动机构实现，在粗调时，通过控制步进电机B51和步进电机C52启动，将接收光量较少的光敏电阻A42所在的迎光板21的一侧边抬高，或将接收光量较多的光敏电阻A42所在的迎光板21的一侧边降低。在精调时，通过控制步进电机B51和步进电机C52启动，将接收光量较少的光敏电阻B43所在的迎光板21的一侧边抬高，或将接收光量较多的光敏电阻B43所在的迎光板21的一侧边降低，最终将迎光板21转向正对日光的方向(参看图4)，此状态下，日光以平行于凸透镜211主光轴的方向射入凸透镜211。

简述本实用新型的工作过程：

智能追光照明系统在启动之前，光纤接入架22的光纤连接口221处在凸透镜211的聚光焦点的位置；

1、启动智能追光照明系统后，控制器根据光照角度监测机构4的实时检测数据，即时控制转向驱动机构动作以调节迎光板21角度，使迎光板21转向正对日光的方向；

2、当照度传感器检测到光照强度超过1300勒克斯时，控制器控制焦距调节组件的步进电机A231启动，使光纤接入架22远离迎光板21，即使光纤接入架22的光纤连接口221远离凸透镜211的焦点，以稀释光照强度，使光照强度降至1000勒克斯。当照度传感器检测到光照强度低于500勒克斯时，控制器控制焦距调节组件的步进电机A231启动，使光纤接入架22靠近迎光板21，即使光纤接入架22的光纤连接口221靠近凸透镜211的焦点，以凝聚光照强度，使光照强度升至800勒克斯。若光纤接入架22到达凸透镜211的焦点处时，照度传感器检测的光照强度不足600勒克斯，控制器将开启LED照明灯8，以补充光照强度，满足照明需求。

Claims (8)

1.智能追光照明系统，其特征是：包括底座(1)、日光汇聚机构、支承杆(3)、光照角度监测机构(4)、转向驱动机构、光导纤维(6)、漫射器(7)及控制器；

日光汇聚机构包括迎光板(21)和光纤接入架(22)；光纤接入架(22)上设有多个光纤连接口(221)；迎光板(21)设置在光纤接入架(22)上方，其上设有与光纤连接口(221)一一对应的呈矩形的凸透镜(211)，沿凸透镜(211)主光轴方向射入凸透镜(211)的平行光经凸透镜(211)汇聚后，被对应的光纤连接口(221)接收；

支承杆(3)下端固接在底座(1)上，上端通过万向节活动连接在迎光板(21)下端中心区域，从而将日光汇聚机构支承在底座(1)上方；

光照角度监测机构(4)设在迎光板(21)上，以实时监测照射在迎光板(21)上的光线的角度是否平行于凸透镜(211)主光轴方向；

转向驱动机构设在底座(1)上，并与迎光板(21)关联，以驱动日光汇聚机构转向；

光导纤维(6)一端连接在光纤接入架(22)的光纤连接口(221)上，另一端与漫射器(7)连接；

控制器分别与光照角度监测机构(4)和转向驱动机构电连接，其接收光照角度监测机构(4)的监测数据以控制转向驱动机构产生动作，使日光汇聚机构转向正对日光的方向，在正对日光的方向时，日光以平行于凸透镜(211)主光轴的方向射入凸透镜(211)。

2.如权利要求1所述的智能追光照明系统，其特征是：日光汇聚机构还包括设在迎光板(21)和光纤接入架(22)之间的焦距调节组件，其用于控制光纤接入架(22)沿凸透镜(211)主光轴的方向移动，以靠近或远离迎光板(21)；

其还包括照度传感器；照度传感器安装在漫射器(7)上，并与控制器电连接；控制器接收照度传感器的检测数据以控制焦距调节组件产生动作，使光纤接入架(22)沿凸透镜(211)主光轴的方向移动，以靠近或远离迎光板(21)。

3.如权利要求2所述的智能追光照明系统，其特征是：迎光板(21)呈方形，其上设有阵列排布的多个透镜安装孔，所述凸透镜(211)安装在迎光板(21)的透镜安装孔内，每个透镜安装孔内安装有一块凸透镜(211)；

光纤接入架(22)呈方形，其上的光纤连接口(221)与迎光板(21)上的凸透镜(211)一一对应，其四个角分别与迎光板(21)的四个角一一对应；

焦距调节组件包括步进电机A(231)、丝杠(232)、螺母(233)、导向光杆(234)及导向套(235)；两个步进电机A(231)分别固定安装在迎光板(21)的两对角上，其机轴均向下伸出；丝杠(232)上端通过联轴器与步进电机A(231)的机轴连接，下端向下伸出；螺母(233)固接在光纤接入架(22)的两对角上，并与丝杠(232)螺纹连接；两根导向光杆(234)上端分别固接在迎光板(21)的另外两对角上，下端分别穿过固接在光纤接入架(22)另外两对角上的导向套(235)；步进电机A(231)启动带动丝杠(232)转动，进而使螺母(233)沿丝杠(232)上下移动，进而带动光纤接入架(22)沿着导向光杆(234)上下移动，以靠近或远离迎光板(21)。

4.如权利要求3所述的智能追光照明系统，其特征是：光照角度监测机构(4)包括安置盒(41)、光敏电阻A(42)和光敏电阻B(43)；安置盒(41)有两组，每组数量为1～2个，两组安置盒(41)分别固定安装在迎光板(21)的两条相对的侧边上，同组安置盒(41)内所有的安置盒(41)排布方向一致，两组安置盒(41)的排布方向相反；安置盒(41)上设有安装孔A(411)和安装孔B(412)，安装孔A(411)和安装孔B(412)均为开口朝上且竖直布置的沉孔，安装孔A(411)上端开口的一侧设有挡光壁段A(4111)，安装孔B(412)上端开口的一侧设有挡光壁段B(4121)，挡光壁段B(4121)在安装孔B(412)上的位置与挡光壁段A(4111)在安装孔A(411)上的位置为同一侧；光敏电阻A(42)安装在安装孔A(411)的底部，光敏电阻B(43)安装在安装孔B(412)的底部；当可同时照射到安装孔A(411)底部和安装孔B(412)底部的平行光的角度发生变化时，安装孔A(411)底部的光照强度变化大于安装孔B(412)底部的光照强度变化。

5.如权利要求4所述的智能追光照明系统，其特征是：安置盒(41)的上表面为斜坡面，所述挡光壁段A(4111)和挡光壁段B(4121)均通过该斜坡面形成。

6.如权利要求3～5中任一项所述的智能追光照明系统，其特征是：转向驱动机构为平面五连杆机构，其包括步进电机B(51)、步进电机C(52)、曲柄A(53)、曲柄B(54)、连杆A(55)和连杆B(56)，步进电机B(51)和步进电机C(52)分别固定安装在底座(1)上，步进电机B(51)和步进电机C(52)分别与曲柄A(53)和曲柄B(54)的前端关联，曲柄A(53)和曲柄B(54)的后端分别与连杆A(55)和连杆B(56)的前端连接，连杆A(55)和连杆B(56)的后端分别通过万向节连接在迎光板(21)同一侧边的两端；步进电机B(51)启动带动曲柄A(53)和连杆A(55)运动，步进电机C(52)启动带动曲柄B(54)和连杆B(56)运动，从而控制迎光板(21)的两个相邻角以支承杆(3)上端的万向节为支点上升或下降。

7.如权利要求6所述的智能追光照明系统，其特征是：其还包括LED照明灯(8)，LED照明灯(8)与控制器电连接；控制器接收照度传感器的检测数据以控制LED照明灯供电或断电。

8.如权利要求7所述的智能追光照明系统，其特征是：控制器为可编程PLC单片机。

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