一種led室內智能化照明控制裝置的製作方法

2023-05-15 06:40:06

專利名稱：一種led室內智能化照明控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種室內照明控制裝置，特別是一種LED室內智能化照明控制裝置。
背景技術：
目前，照明已經逐漸進入LED時代。比起現在仍在普遍使用的節能燈和白熾燈來 說，LED具有電光轉換效率高、光效高、壽命長、節能、安全、綠色環保、色彩豐富等等優點。 LED可以將99%以上的電能轉換為光能，而節能燈只能達到80%，白熾燈就更低得多；LED 高亮照明燈的光效可以達到801m/W，節能燈只有601m/W ；LED的使用壽命理論上長達5萬 小時，相比之下，節能燈只有1萬小時。隨著科學技術的發展，LED的光效逐年提高，LED照 明將成為照明技術的發展主流已成為共識。但在我國，除了個別城市的試點以夕卜，LED還並未大規模投入到室內和室外的照明 領域，而僅僅用於指示、電腦顯示屏等有限的用途。這方面一是由於國產LED的光衰比較 大，另一方面LED的發光角度小，光譜比較單一，並不適合直接使用在辦公場所、住宅等室 內照明場所。科學家最新研究表明，彩光汙染不僅有損人的生理功能，而且對人的心理也有 影響。「光譜光色度效應」測定顯示，如以白色光的心理影響為100，則藍色光為152，紫色光 為155，紅色光為158，黑色光最高，為187。要是人們長期處在彩光燈的照射下，其心理積累 效應，也會不同程度地引起倦怠無力、頭暈、神經衰弱等身心方面的病症。所以，目前室內照 明的趨勢都是以白光為主，彩光只是作為輔助性地使用在特殊場合中。因此，設計一套智能 化的LED照明控制系統，通過環境感應信號的反饋和用戶預設參數對LED照明的亮度、色彩 進行智能化控制，有助於LED室內照明系統的規模化發展。但是，目前尚沒有LED照明智能 控制的相關的報導。

發明內容
本發明所解決的技術問題在於提供一種可自動調節LED亮度、色彩和方向LED室 內智能化照明控制裝置。實現本發明目的的技術解決方案為一種LED室內智能化照明控制裝置，包括傳 感器、採樣模塊、A\D轉換器、智能處理晶片、內存、輸入設備、顯示屏、PWM信號發生器、LED 驅動電路、LED射燈模式轉換開關和LED燈具系統，所述LED燈具系統包括各色LED燈和不 同方向射燈模塊；傳感器接收外界信號，並將其轉換為模擬電信號，採樣模塊與傳感器相連 接，將傳感器接收的信號進行採樣，採樣模塊的輸出端連接A\D轉換器，將採集到的光信號 傳輸給A\D轉換器，A\D轉換器將接收到的模擬信號轉換成數位訊號後傳輸給與其連接的 智能微處理器晶片，智能微處理器晶片還與採樣模塊相連接，為其提供時鐘頻率；智能微處 理器晶片的輸出端通過PWM信號發生器分別連接LED驅動電路和LED射燈模式轉換開關， 將輸出的信號經過PWM信號發生器脈寬調製後傳輸給LED驅動電路和LED射燈模式轉換開 關，LED驅動電路的輸出端連接各色LED燈，對各色LED燈的亮度進行調節，LED射燈模式轉 換開關的輸出端連接不同方向射燈模塊，對其方向進行調節；智能處理晶片還連接內存，並通過1\0接口連接用戶輸入設備和顯示屏，通過用戶輸入設備接收外部輸入的信號，並將 信息在顯示屏上顯示。本發明與現有技術相比，其顯著優點1)本發明可以實現LED室內照明的可控化 和智能化。室內照明的可控化是指可以人工調節LED的亮度、朝向、色彩、渲染等照明效果， 而不僅僅是開和關兩種狀態。智能化是指使用智能晶片，根據室內整體的或者局部的照明 效果，自動調節各項照明指標，以實現最理想的照明效果，成為真正高效、長壽命、低成本的 普通室內照明光源。本發明的控制裝置可以實現被動控制，即使用者可以直接調節LED燈 具的亮度、方向、色彩等照明指標。2)本發明的控制裝置在被動控制的模式之上，利用智能 微處理器，結合多種環境參數傳感器，對室內照明條件實時採樣，並與預設照明參數比較， 相應的調節LED的輸出，實現智能化的主動控制，實現室內LED照明的最佳效果，同時達到 節能環保的目的，有助於室內LED照明產業的規模化發展。3)本發明可以實現「一芯多控」 和「模式轉換」。通過智能微處理器，本系統可以在被動模式和主動模式之間切換，實現對 LED照明的亮度，色彩和方向的等多項指標的控制調節。下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。


圖1為本發明的LED室內智能化照明控制裝置主動控制原理示意圖。圖2為本發明的LED室內智能化照明控制裝置被動控制原理示意圖。圖3為本發明的LED室內智能化照明控制裝置的電路原理框圖。圖4為本發明的LED室內智能化照明控制裝置的控制流程圖。
具體實施例方式結合圖3，本發明的一種LED室內智能化照明控制裝置，包括傳感器、採樣模塊、 A\D轉換器、智能處理晶片、內存、輸入設備、顯示屏、PWM信號發生器、LED驅動電路、LED射 燈模式轉換開關和LED燈具系統，所述LED燈具系統包括各色LED燈和不同方向射燈模塊；傳感器接收外界信號，並將其轉換為模擬電信號，採樣模塊與傳感器相連接，將傳 感器接收的信號進行採樣，採樣模塊的輸出端連接A\D轉換器，將採集到的光信號傳輸給 A\D轉換器，A\D轉換器將接收到的模擬信號轉換成數位訊號後傳輸給與其連接的智能微 處理器晶片，智能微處理器晶片還與採樣模塊相連接，為其提供時鐘頻率；智能微處理器晶片的輸出端通過PWM信號發生器分別連接LED驅動電路和LED 射燈模式轉換開關，將輸出的信號經過PWM信號發生器脈寬調製後傳輸給LED驅動電路和 LED射燈模式轉換開關，LED驅動電路的輸出端連接各色LED燈，對各色LED燈的亮度進行 調節，LED射燈模式轉換開關的輸出端連接不同方向射燈模塊，對其方向進行調節；智能處理晶片還連接內存，並通過1\0接口連接用戶輸入設備和顯示屏，通過用 戶輸入設備接收外部輸入的信號，並將信息在顯示屏上顯示。傳感器包括光敏傳感器、色敏傳感器和溫度傳感器。各色LED燈包括白光LED、紅 光LED、綠光LED和藍光LED。發明的控制裝置可以按照預先設置好的程序和參數，根據室內光強，溫度的感應 反饋來自動調節LED的亮度、色彩、方向等的方法及裝置。
本發明的裝置是利用微處理器進行控制的，微處理器將傳感器反饋回來的環境參 數與預設的照明參數進行對比，並將利用對比的結果來調節LED的照明效果，其步驟為步驟1、用戶通過小鍵盤等外部輸入設備預先設置照明參數以及相應的程序，存儲 於照明控制裝置的內存中；步驟2、光敏傳感器，色敏傳感器和溫度傳感器檢測室內環境參數，諸如光強，色 彩，溫度等，並轉換器轉換成相應的模擬電信號。步驟3、對不同信道的傳感器的電信號進行採樣並經過模/數轉換，得到相應的數 字信號，反饋到智能微處理器晶片。數據採樣的時鐘頻率由微處理器晶片提供，並且可以由 用戶預先設置。步驟4、智能微處理器晶片獲取不同信道的環境參數以後，通過與預設值的比較， 產生相應的控制信號，輸出五路脈衝寬度調製PWM(pulse widthmodulation)信號。四路 PWM信號輸出到LED驅動電路模塊。其中一路用於控制LED燈具系統裡面的主照明白光LED 的亮度，其他三路用於控制紅、綠、藍三原色彩燈的亮度。第五路PWM信號輸出到射燈模式 轉換開關電路。傳感器檢測到的環境參數，預設的照明參數和照明程序，通過I/O接口顯示 在IXD顯示屏上。步驟5、LED驅動電路模塊產生相應的電流，輸入到LED燈具系統，達到自動調節的 的效果。射燈模式轉換開關電路輸出信號控制不同方向的LED射燈模塊。用戶可以根據不同季節、時間、場所的照明條件，預先設置情景化的照明程序以及 各個時間段的相應的照明參數值。系統包括監測環境參數的傳感器，採樣以及模/數轉換 器，智能微處理器，內存，LED驅動電路模塊等。智能微處理器執行用戶設置好的照明程序， 在預設的時間段內實現不同的LED照明效果。同時各個信道的傳感器接收相應的信號並轉 化為模擬電信號，經過採樣及模/數轉換模塊轉變成數位訊號輸入到微處理器，與預先設 置在照明程序裡不同時間段內的照明參數進行比較，並輸出控制信號在預設的時間段內去 調節LED的亮度，色彩調配以及方向。LED的照明控制可分為被動控制或主動控制。被動控制是指由使用者直接調節 LED燈具的亮度、方向、色彩等照明指標。主動控制是指智能晶片根據預設的照明指標，根 據室內的照明現狀而自動調節LED的亮度、方向、色彩等，以達到預設值。很顯然，被動控制 是實現主動控制的基礎，在技術上也比較容易實現。主動控制如圖1所示，設計到環境、控 制晶片、LED三者之間的信息交換。光傳感器通過對環境採光，測得此處的光強，並輸出一 電壓值給智能微處理器晶片。微處理器晶片將該電壓值與預設值相比較，然後相應地調節 LED的輸出，由此而實現一個反饋過程。光傳感器數據採樣的頻率可以在出廠前設定，既可 以實時控制，也可以按一定的間隔(比如說每1分鐘或者每5分鐘採光一次)。控制晶片內的預設值實際上決定了 LED所照明區域的最終照明效果。但照明效果 並不僅僅與LED有關，還和所在的具體環境有緊密關係，所以出廠時的預設值很可能並不 代表用戶所需要的照明效果，所以用戶必須要具有將自己所需要的照明效果寫入控制晶片 的途徑。這實際上是一個被動控制的過程，如圖2所示，用戶調節控制晶片，並通過控制芯 片控制LED燈，若用戶滿意，則將設定的結果進行保存並退出被動模式，若不滿意，則繼續 調節直到滿意為止。本發明的適用範圍為室內LED照明的智能化控制，適用對象為LED燈組，其中應該包括主照明白光LED模塊，紅綠藍三原色彩光LED模塊，以及不同方向的射光模塊。本發明 的目的是利用智能化晶片實現對室內LED照明多項指標，如亮度、色彩和方向，進行調控。 本發明的特點在於「一芯多控」和「模式轉換」。結合圖1和圖2，原理上本發明可以用被動控制模式或者主動控制模式操控，並且 可以在兩種模式之間切換。首先，用產在對系統的初始化過程中，通過被動控制模式，利用 系統的輸入設備，輸入符合自身室內照明條件的預設參數，諸如主照明的亮度，三原色彩燈 的不同亮度設置形成不同色彩模式，以及不同方向的射燈模式。智能微處理器根據預設值 初始化LED的照明參數，用戶可以通過調節預設值達到理想的照明效果。並把預設值存儲 在系統內存中。之後的日常照明中，用戶可以切換系統到主動控制模式，執行預先設置好的 照明程序。通過光敏傳感器和色敏傳感器檢測各項光線指標，轉化成數字電信號後由智能 晶片和預設值進行比較，然後產生相應的調控信號去調節LED的照明參數，以達到理想的 照明效果。用戶還可以通過智能晶片，根據日常作息時刻種不同的情景需要，設置一套相應 的照明程序。對應不同時刻的照明需求，啟動相應的照明指標，系統將會根據編好的照明程 序，通過主動控制模式對於不同時段的LED照明進行調節。結合圖3，本發明的系統框圖中，智能微處理器晶片是系統的大腦，它的作用是接 收來自環境參數感應器的信號，經過採樣以及數模轉換之後，與系統內存中存儲的域設置 進行比較，根據比較結果輸出相應的控制信號去激發LED驅動電路和方向轉換開關電路， 達到調節LED照明效果的目的。在具體實施的時候可以只有兩路信道用於檢測環境參數。 一路是光敏傳感器，用於檢測室內光線強度；一路是色敏傳感器，用來感應室內環境中紅綠 藍不同波段的光線強度。當光敏傳感器信道的感應信號經過採樣和模數轉換之後，智能芯 片會把室內光強信號和系統存儲的預設值比較，如果高於預設值，晶片會輸出一個控制信 號Cm到PWM信號發生器，激發一個PWM信號Sm。該信號被輸入到LED驅動電路中，對白光 LED主照明模塊的輸入電流Im進行負向調節，降低LED的功率，減少LED的亮度，從而降低 室內的總體光強。如果光敏感應器的感應信號低於預設值，則微處理器會產生一個控制信 號對Im進行正向調節，增加LED的功率，提高LED的亮度，從而增強室內的總體光強。同理，色敏感應器信道的三色感應信號經過採樣和模數轉換之後，智能晶片會把 紅綠藍三色的光強信號和系統存儲的預設值比較，當實際信號與預設值不符時，晶片會輸 出三個控制信號Cr、Cg和Cb，每個控制信號分別對應紅、綠、藍三種顏色中的一種，到PWM信 號發生器，激發相應的三個PWM信號Sr、Sg和Sb。該信號被輸入到LED驅動電路中，對彩 光LED照明模塊的輸入電流Ir、Ig和lb進行正向或者負向的反饋補償。通過對三原色亮 度調節來達到LED色彩調配的目的。LED照明系統中的色溫調節，可以通過預先設置的程序來控制，按照不同季節、時 間、場所根據用戶的照明需求設定不同色溫值，實現情景化的色溫調配模式。不同色溫調配 模式由用戶預先設置並儲存在系統內存中。智能晶片在執行用戶預設程序時，在不同時間 段，會根據預設值輸出三個控制信號Cr、Cg和Cb，到PWM信號發生器，激發相應的三個PWM 信號Sr、Sg和Sb。該信號被輸入到LED驅動電路中，產生輸入到彩光LED照明模塊的相應 的電流值Ir、Ig和Ib，來達到LED色彩調配的目的。LED照明系統中的方向調節，則是通過預先設置的程序來被動控制。LED照明系統 中可以設計多個方向的陣列模組，在設置系統照明程序的時候，針對不同時段的不同情境，
6設置不同方向的LED射燈的開關轉換序列。智能晶片根據用戶預設的程序，產生控制信號 Cd，激發一個PWM信號Sd。該信號輸入到LED射燈模式轉換開關，根據程序向不同方向的 LED模組提供驅動電流Id。這樣，LED的照明方向可以通過用戶根據自身照明需求而預先 設定的程序進行調節。 結合圖4，本發明的智能化控制流程分為系統初始化設置的被動控制部分和LED 照明程序執行過程中的主動控制部分。首先用戶對系統進行初始化，根據室內的照明需求 設置智能化照明程序。在該程序的每一步設置中，利用系統的輸入設備，輸入符合自身室內 照明條件的預設參數，諸如主照明的亮度，三原色彩燈的小同亮度設置形成不同色彩模式， 以及不同方向的射燈模式。智能微處理器根據預設值初始化LED的照明參數，用戶可以通 過調節預設值達到理想的照明效果。並把預設值存儲在系統內存中。當照明程序設置完成， 就可以進入到主動控制部分。在照明程序開始執行之後，各環境參數感應器開始檢測室內 的照明參數，通過信號轉換，交由智能晶片和儲存的預設值對比，符合預設值，系統將等待 下一個採樣信號進行對比，不符合預設值的，則產生相應的控制信號去調節LED的照明。這 樣的反饋補償過程一直循環到照明程序結束為止。
權利要求
一種LED室內智能化照明控制裝置，其特徵在於，包括傳感器、採樣模塊、A\D轉換器、智能處理晶片、內存、輸入設備、顯示屏、PWM信號發生器、LED驅動電路、LED射燈模式轉換開關和LED燈具系統，所述LED燈具系統包括各色LED燈和不同方向射燈模塊；傳感器接收外界信號，並將其轉換為模擬電信號，採樣模塊與傳感器相連接，將傳感器接收的信號進行採樣，採樣模塊的輸出端連接A\D轉換器，將採集到的光信號傳輸給A\D轉換器，A\D轉換器將接收到的模擬信號轉換成數位訊號後傳輸給與其連接的智能微處理器晶片，智能微處理器晶片還與採樣模塊相連接，為其提供時鐘頻率；智能微處理器晶片的輸出端通過PWM信號發生器分別連接LED驅動電路和LED射燈模式轉換開關，將輸出的信號經過PWM信號發生器脈寬調製後傳輸給LED驅動電路和LED射燈模式轉換開關，LED驅動電路的輸出端連接各色LED燈，對各色LED燈的亮度進行調節，LED射燈模式轉換開關的輸出端連接不同方向射燈模塊，對其方向進行調節；智能處理晶片還連接內存，並通過I\O接口連接用戶輸入設備和顯示屏，通過用戶輸入設備接收外部輸入的信號，並將信息在顯示屏上顯示。
2.根據權利要求1所述的LED室內智能化照明控制裝置，其特徵在於，傳感器包括光敏 傳感器、色敏傳感器和溫度傳感器。
3.根據權利要求1所述的LED室內智能化照明控制裝置，其特徵在於，各色LED燈包括 白光LED、紅光LED、綠光LED和藍光LED。
全文摘要
本發明公開了一種LED室內智能化照明控制裝置，包括傳感器、採樣模塊、A\D轉換器、智能處理晶片、內存、輸入設備、顯示屏、PWM信號發生器、LED驅動電路、LED射燈模式轉換開關和LED燈具系統，所述LED燈具系統包括各色LED燈和不同方向射燈模塊；傳感器接收外界信號，並將其轉換為模擬電信號，採樣模塊與傳感器相連接，將傳感器接收的信號進行採樣，採樣模塊的輸出端連接A\D轉換器，將採集到的光信號傳輸給A\D轉換器，A\D轉換器將接收到的模擬信號轉換成數位訊號後傳輸給與其連接的智能微處理器晶片，智能微處理器晶片還與採樣模塊相連接，為其提供時鐘頻率。該裝置可以自動調節LED亮度、色彩和方向。
文檔編號H05B37/02GK101854764SQ201010202759
公開日2010年10月6日 申請日期2010年6月18日 優先權日2010年6月18日
發明者劉寧, 方志來, 朱向煒 申請人:揚州天白科技發展有限公司