基于非視覺光生物效應(yīng)的智能LED燈光系統(tǒng)技術(shù)方案

本實用新型專利技術(shù)公開了基于非視覺光生物效應(yīng)的智能LED燈光系統(tǒng)；該系統(tǒng)包括FPGA主控制器、照明模塊、ZigBee通信模塊、傳感器感應(yīng)節(jié)點模塊、存儲模塊、WiFi模塊、移動終端和電源模塊；FPGA主控制器分別與照明模塊、ZigBee通信模塊、存儲模塊和WiFi模塊信號連接；ZigBee通信模塊與傳感器感應(yīng)節(jié)點模塊信號連接；電源模塊分別與FPGA主控制器、傳感器感應(yīng)節(jié)點模塊、ZigBee通信模塊、WiFi模塊和照明模塊電連接；本實用新型專利技術(shù)分區(qū)域不同模式的燈光調(diào)節(jié)方便使用人員在不同的應(yīng)用場景自動進(jìn)行不同色溫的燈光亮度和暗滅的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了移動終端遠(yuǎn)程監(jiān)控環(huán)境照度和控制不同照明模式，方便消費者使用。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及一種LED智能調(diào)光系統(tǒng)，尤其是涉及一種結(jié)合光生物效應(yīng)作為調(diào)光依據(jù)的光強可調(diào)LED燈光系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
現(xiàn)代照明技術(shù)的發(fā)展著重于節(jié)能環(huán)保，隨著人們生活水平的提高，健康的理念也逐漸進(jìn)入工作和生活的各個方面，因此，與人們息息相關(guān)的照明系統(tǒng)引起的健康與效率問題越來越受到人們的重視。非視覺光生物效應(yīng)是2002年世界上十大發(fā)現(xiàn)之一，它的研究表明人體的體溫、人體活躍性、褪黑激素和激素皮質(zhì)醇的分泌等均有晝夜節(jié)律變化，可以影響人的工作、學(xué)習(xí)效率，疲勞度和瞳孔大小等因素。為了調(diào)節(jié)辦公室或書房等場合內(nèi)作業(yè)人員的興奮度，提高工作效率，可以采用不同色溫和不同照明強度進(jìn)行照明；同時，現(xiàn)代人們工作壓力大，隨之而來的睡眠問題已經(jīng)成為困擾人們的一大難題，而夜晚家居照明也可以考慮非視覺光生物效應(yīng)的因素，提高人的睡眠質(zhì)量。LED調(diào)光系統(tǒng)已經(jīng)開始應(yīng)用在現(xiàn)代建筑照明當(dāng)中，現(xiàn)階段的樓宇燈光照明已經(jīng)實現(xiàn)了用單片機等控制單元結(jié)合上位機和傳感器進(jìn)行燈光的調(diào)節(jié)，同時各個模塊通過電纜連接并傳輸數(shù)據(jù)信息。該類型的系統(tǒng)較為龐大，但是單片機作為控制單元存在著時鐘頻率較低，存儲空間小，且電纜布線復(fù)雜等問題。現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)作為較新的控制單元已經(jīng)大量應(yīng)用在工業(yè)、消費類電子產(chǎn)品的控制當(dāng)中，具有時鐘頻率高，穩(wěn)定性強，外設(shè)引腳多等優(yōu)勢。它可以用VHDL或Verilog HDL來編程，靈活性強，由于能夠進(jìn)行編程、除錯、再編程和重復(fù)操作，因此可以充分地進(jìn)行設(shè)計開發(fā)和驗證。其現(xiàn)場編程能力可以用來進(jìn)行系統(tǒng)升級或除錯，延長產(chǎn)品在市場上的壽命。此外，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起，現(xiàn)階段也存在著利用平板電腦、手機等移動終端結(jié)合APP進(jìn)行遙控的LED照明燈具，它可以通過手機無線遙控開關(guān)、亮暗程度等。無線控制技術(shù)包括了藍(lán)牙方案、WiFi方案、ZigBee方案，三種方案各有優(yōu)點，但是也存在著較大的缺點，受控制的燈具需要依賴電子設(shè)備的控制，也就是說，如果終端設(shè)備出現(xiàn)問題或者不在 身旁，燈具就沒辦法實現(xiàn)調(diào)節(jié)控制的功能。目前無論是利用平臺還是移動終端的燈光調(diào)控，都是基于人主觀的調(diào)光，并不存在任何科學(xué)理論指導(dǎo)，對人體在學(xué)習(xí)和工作效率、生活上的影響沒辦法保證。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的在于提供一種符合人體非視覺光生物效應(yīng)機制的智能照明系統(tǒng)，用于提高辦公、學(xué)習(xí)場合的作業(yè)效率，智能調(diào)節(jié)所在場合的燈光強度，并可手動切換照明模式，滿足人們在工作、調(diào)節(jié)疲勞度、日常照明等多方面的照明需要。本技術(shù)建立基于FPGA控制單元的包含無線信號傳輸、移動終端控制等多種控制方式結(jié)合的LED調(diào)光系統(tǒng)，同時，調(diào)光的依據(jù)建立在人體光生物效應(yīng)的理論，結(jié)合實際實驗而獲得的有效數(shù)據(jù)，解決照明調(diào)光系統(tǒng)穩(wěn)定性、布線麻煩、移動終端調(diào)光沒有依據(jù)等問題。根據(jù)實際的應(yīng)用的布局不同色溫的LED燈進(jìn)行照明，通過科學(xué)的實驗獲得有效的色溫、照度的情況進(jìn)行切換，實現(xiàn)了無需色溫檢測儀器進(jìn)行不同情境的色溫的科學(xué)控制。為了解決上述存在的問題，本技術(shù)采用了以下方案：基于非視覺光生物效應(yīng)的智能LED燈光系統(tǒng)，包括FPGA主控制器、照明模塊、ZigBee通信模塊、傳感器感應(yīng)節(jié)點模塊、存儲模塊、WiFi模塊、移動終端和電源模塊；FPGA主控制器分別與照明模塊、ZigBee通信模塊、存儲模塊和WiFi模塊信號連接；ZigBee通信模塊與傳感器感應(yīng)節(jié)點模塊信號連接；電源模塊分別與FPGA主控制器、傳感器感應(yīng)節(jié)點模塊、ZigBee通信模塊、WiFi模塊和照明模塊電連接；所述照明模塊包含LED驅(qū)動電路和LED燈珠，LED驅(qū)動電路一端與FPGA主控制器連接，另一端與LED燈珠連接；所述ZigBee通信模塊包括ZigBee發(fā)送單元和ZigBee中繼站，ZigBee發(fā)送單元通過ZigBee中繼站與FPGA主控制器連接；所述傳感器感應(yīng)節(jié)點模塊包含控制單元、光照度傳感器和紅外人體感應(yīng)傳感器；所述控制單元采用AT89S52單片機，AT89S52單片機分別與光照度傳感器和紅外人體感應(yīng)傳感器連接，控制單元與ZigBee發(fā)送單元信號連接；FPGA主控制器通過WiFi模塊與移動終端連接；FPGA主控制器被設(shè)置連接到家庭或工作環(huán)境的WiFi網(wǎng)絡(luò)中，移動終端連接到同一個WiFi網(wǎng)絡(luò)中。為進(jìn)一步實現(xiàn)本技術(shù)目的，優(yōu)選地，所述的LED驅(qū)動電路采用5‐35VDC‐DC降壓恒流模塊。優(yōu)選地，所述的LED燈珠采用正白或暖白的5W LED燈。優(yōu)選地，所述的紅外人體感應(yīng)傳感器選用HC‐SR501模塊。優(yōu)選地，所述的光照度傳感器選用BH1750型傳感器。基于非視覺光生物效應(yīng)的智能LED燈光系統(tǒng)的照明控制方法，包括如下步驟：步驟1、用戶通過進(jìn)行光生物效應(yīng)的實驗獲得設(shè)定不同照明模式所需的光照參數(shù)Lx，其中Lx對應(yīng)不同模式的光照強度；步驟2、用戶根據(jù)不同的照明場景布置的LED燈對應(yīng)預(yù)設(shè)定不同的照明模式；設(shè)定默認(rèn)照明模式，環(huán)境燈光按照默認(rèn)的照度值照明；用戶根據(jù)需要通過移動終端或主控制器的按鍵對環(huán)境燈光進(jìn)行調(diào)節(jié)和選擇照明模式；步驟3、FPGA主控制器根據(jù)用戶輸入情況通過PWM對于照明模塊實現(xiàn)調(diào)控，光生物效應(yīng)所獲得的光照強度與對應(yīng)光照調(diào)節(jié)過程的數(shù)學(xué)模型為：e(k)＝Lx(k)-Lx (1) u ( k ) = k p [ e ( k ) - e ( k - 1 ) ] + k i Σ j = 0 k e ( j ) + k d [ e ( k ) - e ( k - 1 ) ] - - - ( 2 ) ]]>Lx(k)＝K·u(k) (3)其中，設(shè)光照度傳感器的采樣周期為T，t時刻光照強度為Lx(t)，對應(yīng)數(shù)字化的PID控制算法的值為Lx(k)，為采樣獲得的第k個時期的光照強度值，k＝0,1,2..；e(k)為第k時刻LED輸出的光照度被光照度傳感器采樣得到的Lx(k)減去光生物效應(yīng)所獲得的光照強度Lx的誤差值；u(k)為FPGA輸出的占空比；kp、ki、kd為PID參數(shù)；K為PWM調(diào)制波的占空比和LED發(fā)出來的光照強度所對應(yīng)的線性系數(shù)；調(diào)控的過程先通過環(huán)境光照度采集的光照度情況，和預(yù)設(shè)的模式對應(yīng)的光照度值進(jìn)行差值，F(xiàn)PGA主控制器進(jìn)行算法的計算，再通過FPGA主控制器控制PWM增減燈光亮度，最終LED進(jìn)入對應(yīng)的照明模式。所述照明模式包括促進(jìn)睡眠的夜間睡前活動照明模式、促進(jìn)早晨喚醒的起床照明模式、學(xué)習(xí)和工作的高效作業(yè)照明模式以及家居生活的舒適照明模式；在臥室本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
基于非視覺光生物效應(yīng)的智能LED燈光系統(tǒng)，其特征在于，包括FPGA主控制器、照明模塊、ZigBee通信模塊、傳感器感應(yīng)節(jié)點模塊、存儲模塊、WiFi模塊、移動終端和電源模塊；FPGA主控制器分別與照明模塊、ZigBee通信模塊、存儲模塊和WiFi模塊信號連接；ZigBee通信模塊與傳感器感應(yīng)節(jié)點模塊信號連接；電源模塊分別與FPGA主控制器、傳感器感應(yīng)節(jié)點模塊、ZigBee通信模塊、WiFi模塊和照明模塊電連接；所述照明模塊包含LED驅(qū)動電路和LED燈珠，LED驅(qū)動電路一端與FPGA主控制器連接，另一端與LED燈珠連接；所述ZigBee通信模塊包括ZigBee發(fā)送單元和ZigBee中繼站，ZigBee發(fā)送單元通過ZigBee中繼站與FPGA主控制器連接；所述傳感器感應(yīng)節(jié)點模塊包含控制單元、光照度傳感器和紅外人體感應(yīng)傳感器；所述控制單元采用AT89S52單片機，AT89S52單片機分別與光照度傳感器和紅外人體感應(yīng)傳感器連接，控制單元與ZigBee發(fā)送單元信號連接；FPGA主控制器通過WiFi模塊與移動終端連接；FPGA主控制器被設(shè)置連接到家庭或工作環(huán)境的WiFi網(wǎng)絡(luò)中，移動終端連接到同一個WiFi網(wǎng)絡(luò)中。...

【技術(shù)特征摘要】
1.基于非視覺光生物效應(yīng)的智能LED燈光系統(tǒng)，其特征在于，包括FPGA主控制器、照明模塊、ZigBee通信模塊、傳感器感應(yīng)節(jié)點模塊、存儲模塊、WiFi模塊、移動終端和電源模塊；FPGA主控制器分別與照明模塊、ZigBee通信模塊、存儲模塊和WiFi模塊信號連接；ZigBee通信模塊與傳感器感應(yīng)節(jié)點模塊信號連接；電源模塊分別與FPGA主控制器、傳感器感應(yīng)節(jié)點模塊、ZigBee通信模塊、WiFi模塊和照明模塊電連接；所述照明模塊包含LED驅(qū)動電路和LED燈珠，LED驅(qū)動電路一端與FPGA主控制器連接，另一端與LED燈珠連接；所述ZigBee通信模塊包括ZigBee發(fā)送單元和ZigBee中繼站，ZigBee發(fā)送單元通過ZigBee中繼站與FPGA主控制器連接；所述傳感器感應(yīng)節(jié)點模塊包含控制單元、光照度傳感器和紅外人體感應(yīng)傳感器；所述控制單元采用AT89S52單...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：周曉明，張惠平，羅達(dá)，
申請(專利權(quán))人：華南理工大學(xué)，
類型：新型
國別省市：廣東;44