TWI657719B - 脈衝式可調節頻率系統 - Google Patents

Abstract

一種脈衝式可調節頻率系統，用以解決習知光電系統發電效率不佳的問題。係包含：一辨識模組，用以辨識一空間是否有人，若辨識為是，產生一工作指令，若辨識為否，產生一省電指令；一疲勞偵測模組，用以偵測該空間的人是否為疲勞狀態，若偵測為是，產生一亮光指令，若偵測為否，則持續進行偵測；至少一燈具，用以提供光源給一發電物品發電；及一控制器，係可依該工作指令、該亮光指令或該省電指令相對輸出一脈寬調變訊號，並調整該脈寬調變訊號的頻率、振幅，以相對執行一工作模式、一亮光模式或一省電模式。

Description

脈衝式可調節頻率系統

本發明係關於一種脈衝式可調節頻率系統，尤其是一種可依據環境狀況調節光源的脈衝式可調節頻率系統。

所有由交流電源供電的光源，如：白熾燈、鹵素燈、日光燈或LED燈，皆會因為交流電源的正負電流交換，使光源的光通量隨時間呈快速、重複的變化而產生閃爍，稱之為「頻閃」，人體肉眼對於光源頻閃的感知主要係依賴於光源亮度的振幅和頻率，由於振幅的大小直接影響了閃爍變化的強度，因此，振幅大小對人體的影響會隨著頻閃的頻率而引發不同的生理反應，惟，頻閃現象一般係人眼所無法直接察覺。

近年來，隨著LED燈日益普及於照明的各種領域，包括通用照明，頻閃現象所帶來的問題已成為照明領域中最常見的問題，舉例來說，許多業者為降低成本而使用低頻閃爍的光源，然而人體長期暴露在不當的低頻閃爍環境下，無論是工作、學習或娛樂等各種環境，皆可能會誘發身體不適、頭痛及視力受損，嚴重者甚至會導致癲癇發作；反之，光源若為高頻閃爍則相對耗電，且容易高溫而影響燈泡壽命。故隨著光源技術的進步以及對於光生物性瞭解的不斷加深，解決頻閃現象所帶來的問題無疑是實現健康照明的關鍵。

為解決上述問題，本發明的目的是提供一種脈衝式可調節頻 率系統，係可依據環境狀況自動調節照明光源的振幅及頻率，以使照明光源可以適當地調整成不同的省電、工作或最亮模式。

本發明全文所述之「發電」，係指從其他種類的能源轉換為電力的過程，係本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。

本發明全文所述之「脈寬調變」(Pulse Width Modulation,PWM)為脈衝寬度調變的簡稱，係指將類比訊號轉換為脈波訊號的一種技術，脈波訊號的每一週期內包含有一高準位及一低準位，其中該高準位佔單一週期之時間比例值為佔空比(Duty Cycle)，係本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。

本發明的次一目的是提供一種脈衝式可調節頻率系統，係可依據照明模式的不同，自動調節照明光源的振幅週期，以對可照射區域內之可利用光線發電的物品(如：薄膜太陽能電池)進行最佳化發電。

本發明的脈衝式可調節頻率系統，係包含：一辨識模組，用以辨識一空間是否有人，若辨識為是，產生一工作指令，若辨識為否，產生一省電指令；一疲勞偵測模組，用以偵測該空間的人是否為疲勞狀態，若偵測為是，產生一亮光指令，若偵測為否，則持續進行偵測；至少一燈具，用以提供光源給一發電物品發電；及一控制器，該控制器耦接該辨識模組、該疲勞偵測模組及該至少一燈具，該控制器具有一訊號轉換單元，用以對該至少一燈具依該工作指令、該亮光指令或該省電指令相對輸出一脈寬調變訊號，並由一頻率控制單元及一振幅控制單元調整該脈寬調變訊號的頻率、振幅，以相對執行一工作模式、一亮光模式或一省電模式，該工作模式、該亮光模式或該省電模式的脈寬調變訊號之工作週期為50%。

據此，本發明的脈衝式可調節頻率系統，係可應用於具有至少一燈具的空間，該系統可依據該空間內人的有無及人的精神狀況，適當地執行該工作模式、該亮光模式或該省電模式，同時使該空間的燈具可以 作為光源，並對該空間的可利用光線發電物品進行最佳化發電，且於該燈具之溫度過高時，還可降低該燈具的發光強度及發電功率，以利該燈具降溫，如此，係可具有保護燈具、提高使用效率，並避免不當地頻閃現象可能對人體所造成的問題，同時還具備了對可利用光線發電物品進行發電等多重功效。再且，當該工作模式、該亮光模式或該省電模式的脈寬調變訊號之工作週期為50%時，還可具有最適當之發電效率，進而使該可發電物品具有最佳的發電效率的效果。

其中，於該工作模式，該脈寬調變訊號之頻率範圍為75至120赫茲。如此，係可使位於該室內空間的人具有舒適的工作環境的效果。

其中，於該亮光模式，該脈寬調變訊號之頻率範圍為121至1000赫茲。如此，係可使位於該空間的人接收到較為刺激的頻閃感知，以短暫消除疲勞狀態的效果。

其中，於該省電模式，該脈寬調變訊號之頻率範圍為1至74赫茲。如此，係可使該至少一燈具呈現低頻閃爍，以達到省電的效果，且仍可使該空間內可利用光線發電的物品(如薄膜太陽能電池)，係具有最佳的發電效率的效果。

其中，另包含一溫度感測器，該溫度感測器耦接該控制器。如此，係可藉由該溫度感測器持續感測該至少一燈具的溫度，以具有保護燈具的效果。

其中，該溫度感測器用以感測該至少一燈具的溫度，該溫度感測器持續產生該至少一燈具的溫度資訊，並傳送至該控制器。如此，係可於該至少一燈具之溫度過高時，由該控制器使該至少一燈具降溫，以具有保護燈具的效果。

其中，當該控制器接收到該至少一燈具的溫度資訊高於60℃時，該振幅控制單元使該脈寬調變訊號之振幅減小。如此，係可使該至 少一燈具的發光強度降低，以具有利於該至少一燈具降溫及達到較佳的省電週期的效果。

其中，當該控制器接收到該至少一燈具的溫度資訊高於60℃時，該頻率控制單元使該脈寬調變訊號之頻率減小。如此，係可使該至少一燈具的發電功率降低，以具有利於該至少一燈具降溫及達到較佳的省電週期的效果。

〔本發明〕

1‧‧‧辨識模組

2‧‧‧疲勞偵測模組

3‧‧‧控制器

31‧‧‧訊號轉換單元

32‧‧‧頻率控制單元

33‧‧‧振幅控制單元

4‧‧‧溫度感測器

S‧‧‧空間

L‧‧‧燈具

第1圖：本發明一實施例的系統方塊圖。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：本發明全文所述之「耦接」，係指兩電子裝置間可利用有線實體(如：導電線或光纖等)或無線技術(如：紅外線、藍芽、WIFI、3G等)相互傳遞訊息，使該二裝置可以相互傳遞資料，係本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。

請參照第1圖，其係本發明脈衝式可調節頻率系統的一較佳實施例，該系統係可應用於具有至少一燈具的空間S，在本實施例中，該空間S可以為一室內空間，係包含一辨識模組1、一疲勞偵測模組2及一控制器3，該辨識模組1、該疲勞偵測模組2及該至少一燈具L耦接該控制器3。

該辨識模組1係可以為具有全彩攝影功能或紅外線導引功能的一攝影器或一熱像儀，該辨識模組1用以自動辨識該空間S是否無人，若辨識為是，該辨識模組1產生一省電指令，並傳送至該控制器3；若辨識為否，該辨識模組1產生一工作指令，並傳送至該控制器3。

該疲勞偵測模組2係可以為利用眼球及臉部追蹤等方式，用以自動偵測該空間S的人的眨眼頻率、速度、持續時間以及面部表情，並採用人工智能技術對此類表徵予以鑑別，以偵測該空間S的人是否有注意力不集中，或是非自主性片段睡眠的點頭、閉眼等疲勞狀態的現象發生，若偵測為是，該疲勞偵測模組2產生一亮光指令，並傳送至該控制器3；若偵測為否，該疲勞偵測模組2持續對該空間S的人進行疲勞偵測。

該控制器3係可以為具有資料運算與邏輯判斷等功能的一中央處理器，以由該控制器3控制該至少一燈具L的頻率、振幅及工作週期，在本實施例中，該控制器3係選用具有控制脈寬調變(PWM)訊號功能的訊號產生器，該控制器3係用以接收該省電指令、該工作指令、該亮光指令及該溫度資訊，並具有一訊號轉換單元31、一頻率控制單元32及一振幅控制單元33，該控制器3係可藉由該訊號轉換單元31依該省電指令、該工作指令及該亮光指令相對輸出一脈寬調變(PWM)訊號，並調整該脈寬調變訊號的工作週期，還可藉由該頻率控制單元32調整該脈寬調變訊號的頻率(Frequency)，以及藉由該振幅控制單元33調整該脈寬調變訊號的振幅(Amplitude)。

必須注意的是，光源為以交流電源供電之照明設備，如：白熾燈、鹵素燈、日光燈或LED燈等，經實驗證明，當該光源的閃爍頻率為120赫茲(HZ)時，係人體肉眼最為舒適的工作環境，且當該光源的工作週期為50%時，係具有最適當之發電效率。在本實施例中，該至少一燈具L係以LED燈為例做後續之說明，故該至少一燈具L還可做為一發電光源，以供可發電物品發電，如：薄膜太陽能電池。

詳言之，當該辨識模組1自動辨識出該空間S有人，該辨識模組1即產生一工作指令，並將該工作指令傳送至該控制器3，當該控制器3的訊號轉換單元31接收該工作指令，該控制器3即可對該空間S的該 至少一燈具L執行一工作模式，該工作模式係由該訊號轉換單元31相對輸出一脈寬調變訊號，並由該頻率控制單元32使該脈寬調變訊號之頻率範圍調整為75至120赫茲，較佳地，該脈寬調變訊號之頻率為120赫茲，如此，係可使位於該空間S的人具有相對舒適的工作環境。此外，該訊號轉換單元31較佳使該脈寬調變訊號之工作週期為50%，意即該脈寬調變訊號之脈波的高準位及低準位所佔單一週期之時間比例值為1：1，如此，係可使該至少一燈具L具有最適當之發電效率，且當該空間S內具有如薄膜太陽能電池等可發電物品時，係可使該可發電物品具有最佳的發電效率。

又，當該控制器3執行該工作模式，該疲勞偵測模組2即持續對該空間S的人進行疲勞偵測，如若偵測到該空間S的人有疲勞狀態的現象發生，該疲勞偵測模組2產生一亮光指令，並將該亮光指令傳送至該控制器3，當該控制器3的訊號轉換單元31接收該亮光指令，該控制器3即可對該空間S的該至少一燈具L執行一亮光模式，該亮光模式係由該頻率控制單元32使該脈寬調變訊號之頻率範圍調整為121至1000赫茲，並短暫持續一段時間，較佳地，該脈寬調變訊號之頻率為1000赫茲，如此，係可使位於該空間S的人接收到較為刺激的頻閃感知，以短暫消除疲勞狀態。同樣地，該訊號轉換單元31較佳使該脈寬調變訊號之工作週期為50%，以使該空間S內如具有薄膜太陽能電池等可發電物品時，可具有最佳的發電效率。

反之，當該辨識模組1未自動辨識出該空間S有人，該辨識模組1產生一省電指令，並將該省電指令傳送至該控制器3，當該控制器3的訊號轉換單元31接收該省電指令，該控制器3即可對該空間S的該至少一燈具L執行一省電模式，該省電模式係由該訊號轉換單元31相對輸出一脈寬調變訊號，並由該頻率控制單元32使該脈寬調變訊號之頻率範圍調整為1至74赫茲，較佳地，該脈寬調變訊號之頻率為1赫茲，且該脈寬調變 訊號之工作週期同樣為50%，如此，係可使該至少一燈具L呈現低頻閃爍，以達到省電的效果，且仍可使該空間S內如具有薄膜太陽能電池等可發電物品時，仍可具有較佳的發電效率。

另外，該控制器3還可以耦接一溫度感測器4，該溫度感測器4係可以具有量測溫度功能，該溫度感測器4用以感測該至少一燈具L的溫度，詳言之，於該控制器3執行各該模式的同時，該溫度感測器4持續產生該至少一燈具L的溫度資訊，並將該溫度資訊持續傳送至該控制器3，當該控制器3接收到該至少一燈具L的溫度資訊高於60℃時，係可由該振幅控制單元33使該脈寬調變訊號之振幅減小，使該至少一燈具L的發光強度降低，並由該頻率控制單元32使該脈寬調變訊號之頻率減小，使該至少一燈具L的發電功率降低，如此，係可以利於該至少一燈具L降溫及達到較佳的省電週期。

綜上所述，本發明的脈衝式可調節頻率系統，係可依據該空間內人的有無及人的精神狀況，適當地執行該工作模式、該亮光模式或該省電模式，同時使該空間的燈具可以作為光源，以對該空間的可利用光線發電物品進行最佳化發電，且於該燈具之溫度過高時，還可降低該燈具的發光強度及發電功率，以利該燈具降溫，如此，係可具有保護燈具、提高使用效率，並避免不當地頻閃現象可能對人體所造成的問題，同時還具備了對可利用光線發電物品進行發電等多重功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (8)

1. 一種脈衝式可調節頻率系統，係包含：一辨識模組，用以辨識一空間是否有人，若辨識為是，產生一工作指令，若辨識為否，產生一省電指令；一疲勞偵測模組，用以偵測該空間的人是否為疲勞狀態，若偵測為是，產生一亮光指令，若偵測為否，則持續進行偵測；至少一燈具，用以提供光源給一發電物品發電；及一控制器，該控制器耦接該辨識模組、該疲勞偵測模組及該至少一燈具，該控制器具有一訊號轉換單元，用以對該至少一燈具依該工作指令、該亮光指令或該省電指令相對輸出一脈寬調變訊號，並由一頻率控制單元及一振幅控制單元調整該脈寬調變訊號的頻率、振幅，以相對執行一工作模式、一亮光模式或一省電模式，該工作模式、該亮光模式或該省電模式的脈寬調變訊號之工作週期為50%。
2. 如申請專利範圍第1項所述之脈衝式可調節頻率系統，其中，於該工作模式，該脈寬調變訊號之頻率範圍為75至120赫茲。
3. 如申請專利範圍第1項所述之脈衝式可調節頻率系統，其中，於該亮光模式，該脈寬調變訊號之頻率範圍為121至1000赫茲。
4. 如申請專利範圍第1項所述之脈衝式可調節頻率系統，其中，於該省電模式，該脈寬調變訊號之頻率範圍為1至74赫茲。
5. 如申請專利範圍第1、2、3或4項中任一項所述之脈衝式可調節頻率系統，其中，另包含一溫度感測器，該溫度感測器耦接該控制器。
6. 如申請專利範圍第5項所述之脈衝式可調節頻率系統，其中，該溫度感測器用以感測該至少一燈具的溫度，該溫度感測器持續產生該至少一燈具的溫度資訊，並傳送至該控制器。
7. 如申請專利範圍第6項所述之脈衝式可調節頻率系統，其中，當該控制器接收到該至少一燈具的溫度資訊高於60℃時，該振幅控制單元使該脈寬調變訊號之振幅減小。
8. 如申請專利範圍第6項所述之脈衝式可調節頻率系統，其中，當該控制器接收到該至少一燈具的溫度資訊高於60℃時，該頻率控制單元使該脈寬調變訊號之頻率減小。