專利名稱：一種led室內(nèi)智能化照明控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種室內(nèi)照明控制裝置，特別是一種LED室內(nèi)智能化照明控制裝置。
背景技術(shù)：
目前，照明已經(jīng)逐漸進入LED時代。比起現(xiàn)在仍在普遍使用的節(jié)能燈和白熾燈來 說，LED具有電光轉(zhuǎn)換效率高、光效高、壽命長、節(jié)能、安全、綠色環(huán)保、色彩豐富等等優(yōu)點。 LED可以將99%以上的電能轉(zhuǎn)換為光能，而節(jié)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(jié)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(jié)能燈只有1萬小時。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，LED的光效逐年提高，LED照 明將成為照明技術(shù)的發(fā)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還并未大規(guī)模投入到室內(nèi)和室外的照明 領(lǐng)域，而僅僅用于指示、電腦顯示屏等有限的用途。這方面一是由于國產(chǎn)LED的光衰比較 大，另一方面LED的發(fā)光角度小，光譜比較單一，并不適合直接使用在辦公場所、住宅等室 內(nèi)照明場所?？茖W家最新研究表明，彩光污染不僅有損人的生理功能，而且對人的心理也有 影響?！肮庾V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(jīng)衰弱等身心方面的病癥。所以，目前室內(nèi)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(shè)計一套智能 化的LED照明控制系統(tǒng)，通過環(huán)境感應信號的反饋和用戶預設(shè)參數(shù)對LED照明的亮度、色彩 進行智能化控制，有助于LED室內(nèi)照明系統(tǒng)的規(guī)?；l(fā)展。但是，目前尚沒有LED照明智能 控制的相關(guān)的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種可自動調(diào)節(jié)LED亮度、色彩和方向LED室 內(nèi)智能化照明控制裝置。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種LED室內(nèi)智能化照明控制裝置，包括傳 感器、采樣模塊、A\D轉(zhuǎn)換器、智能處理芯片、內(nèi)存、輸入設(shè)備、顯示屏、PWM信號發(fā)生器、LED 驅(qū)動電路、LED射燈模式轉(zhuǎn)換開關(guān)和LED燈具系統(tǒng)，所述LED燈具系統(tǒng)包括各色LED燈和不 同方向射燈模塊；傳感器接收外界信號，并將其轉(zhuǎn)換為模擬電信號，采樣模塊與傳感器相連 接，將傳感器接收的信號進行采樣，采樣模塊的輸出端連接A\D轉(zhuǎn)換器，將采集到的光信號 傳輸給A\D轉(zhuǎn)換器，A\D轉(zhuǎn)換器將接收到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后傳輸給與其連接的 智能微處理器芯片，智能微處理器芯片還與采樣模塊相連接，為其提供時鐘頻率；智能微處 理器芯片的輸出端通過PWM信號發(fā)生器分別連接LED驅(qū)動電路和LED射燈模式轉(zhuǎn)換開關(guān)， 將輸出的信號經(jīng)過PWM信號發(fā)生器脈寬調(diào)制后傳輸給LED驅(qū)動電路和LED射燈模式轉(zhuǎn)換開 關(guān)，LED驅(qū)動電路的輸出端連接各色LED燈，對各色LED燈的亮度進行調(diào)節(jié)，LED射燈模式轉(zhuǎn) 換開關(guān)的輸出端連接不同方向射燈模塊，對其方向進行調(diào)節(jié)；智能處理芯片還連接內(nèi)存，并通過1\0接口連接用戶輸入設(shè)備和顯示屏，通過用戶輸入設(shè)備接收外部輸入的信號，并將 信息在顯示屏上顯示。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點1)本發(fā)明可以實現(xiàn)LED室內(nèi)照明的可控化 和智能化。室內(nèi)照明的可控化是指可以人工調(diào)節(jié)LED的亮度、朝向、色彩、渲染等照明效果， 而不僅僅是開和關(guān)兩種狀態(tài)。智能化是指使用智能芯片，根據(jù)室內(nèi)整體的或者局部的照明 效果，自動調(diào)節(jié)各項照明指標，以實現(xiàn)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(nèi)照明光源。本發(fā)明的控制裝置可以實現(xiàn)被動控制，即使用者可以直接調(diào)節(jié)LED燈 具的亮度、方向、色彩等照明指標。2)本發(fā)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(jié)合多種環(huán)境參數(shù)傳感器，對室內(nèi)照明條件實時采樣，并與預設(shè)照明參數(shù)比較， 相應的調(diào)節(jié)LED的輸出，實現(xiàn)智能化的主動控制，實現(xiàn)室內(nèi)LED照明的最佳效果，同時達到 節(jié)能環(huán)保的目的，有助于室內(nèi)LED照明產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；l(fā)展。3)本發(fā)明可以實現(xiàn)“一芯多控” 和“模式轉(zhuǎn)換”。通過智能微處理器，本系統(tǒng)可以在被動模式和主動模式之間切換，實現(xiàn)對 LED照明的亮度，色彩和方向的等多項指標的控制調(diào)節(jié)。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。


圖1為本發(fā)明的LED室內(nèi)智能化照明控制裝置主動控制原理示意圖。圖2為本發(fā)明的LED室內(nèi)智能化照明控制裝置被動控制原理示意圖。圖3為本發(fā)明的LED室內(nèi)智能化照明控制裝置的電路原理框圖。圖4為本發(fā)明的LED室內(nèi)智能化照明控制裝置的控制流程圖。
具體實施例方式結(jié)合圖3，本發(fā)明的一種LED室內(nèi)智能化照明控制裝置，包括傳感器、采樣模塊、 A\D轉(zhuǎn)換器、智能處理芯片、內(nèi)存、輸入設(shè)備、顯示屏、PWM信號發(fā)生器、LED驅(qū)動電路、LED射 燈模式轉(zhuǎn)換開關(guān)和LED燈具系統(tǒng)，所述LED燈具系統(tǒng)包括各色LED燈和不同方向射燈模塊；傳感器接收外界信號，并將其轉(zhuǎn)換為模擬電信號，采樣模塊與傳感器相連接，將傳 感器接收的信號進行采樣，采樣模塊的輸出端連接A\D轉(zhuǎn)換器，將采集到的光信號傳輸給 A\D轉(zhuǎn)換器，A\D轉(zhuǎn)換器將接收到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后傳輸給與其連接的智能微 處理器芯片，智能微處理器芯片還與采樣模塊相連接，為其提供時鐘頻率；智能微處理器芯片的輸出端通過PWM信號發(fā)生器分別連接LED驅(qū)動電路和LED 射燈模式轉(zhuǎn)換開關(guān)，將輸出的信號經(jīng)過PWM信號發(fā)生器脈寬調(diào)制后傳輸給LED驅(qū)動電路和 LED射燈模式轉(zhuǎn)換開關(guān)，LED驅(qū)動電路的輸出端連接各色LED燈，對各色LED燈的亮度進行 調(diào)節(jié)，LED射燈模式轉(zhuǎn)換開關(guān)的輸出端連接不同方向射燈模塊，對其方向進行調(diào)節(jié)；智能處理芯片還連接內(nèi)存，并通過1\0接口連接用戶輸入設(shè)備和顯示屏，通過用 戶輸入設(shè)備接收外部輸入的信號，并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(fā)明的控制裝置可以按照預先設(shè)置好的程序和參數(shù)，根據(jù)室內(nèi)光強，溫度的感應 反饋來自動調(diào)節(jié)LED的亮度、色彩、方向等的方法及裝置。
本發(fā)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(huán)境參 數(shù)與預設(shè)的照明參數(shù)進行對比，并將利用對比的結(jié)果來調(diào)節(jié)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(shè)備預先設(shè)置照明參數(shù)以及相應的程序，存儲 于照明控制裝置的內(nèi)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(nèi)環(huán)境參數(shù)，諸如光強，色 彩，溫度等，并轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)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采樣并經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換，得到相應的數(shù) 字信號，反饋到智能微處理器芯片。數(shù)據(jù)采樣的時鐘頻率由微處理器芯片提供，并且可以由 用戶預先設(shè)置。步驟4、智能微處理器芯片獲取不同信道的環(huán)境參數(shù)以后，通過與預設(shè)值的比較， 產(chǎn)生相應的控制信號，輸出五路脈沖寬度調(diào)制PWM(pulse widthmodulation)信號。四路 PWM信號輸出到LED驅(qū)動電路模塊。其中一路用于控制LED燈具系統(tǒng)里面的主照明白光LED 的亮度，其他三路用于控制紅、綠、藍三原色彩燈的亮度。第五路PWM信號輸出到射燈模式 轉(zhuǎn)換開關(guān)電路。傳感器檢測到的環(huán)境參數(shù)，預設(shè)的照明參數(shù)和照明程序，通過I/O接口顯示 在IXD顯示屏上。步驟5、LED驅(qū)動電路模塊產(chǎn)生相應的電流，輸入到LED燈具系統(tǒng)，達到自動調(diào)節(jié)的 的效果。射燈模式轉(zhuǎn)換開關(guān)電路輸出信號控制不同方向的LED射燈模塊。用戶可以根據(jù)不同季節(jié)、時間、場所的照明條件，預先設(shè)置情景化的照明程序以及 各個時間段的相應的照明參數(shù)值。系統(tǒng)包括監(jiān)測環(huán)境參數(shù)的傳感器，采樣以及模/數(shù)轉(zhuǎn)換 器，智能微處理器，內(nèi)存，LED驅(qū)動電路模塊等。智能微處理器執(zhí)行用戶設(shè)置好的照明程序， 在預設(shè)的時間段內(nèi)實現(xiàn)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并轉(zhuǎn) 化為模擬電信號，經(jīng)過采樣及模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號輸入到微處理器，與預先設(shè) 置在照明程序里不同時間段內(nèi)的照明參數(shù)進行比較，并輸出控制信號在預設(shè)的時間段內(nèi)去 調(diào)節(jié)LED的亮度，色彩調(diào)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(diào)節(jié) LED燈具的亮度、方向、色彩等照明指標。主動控制是指智能芯片根據(jù)預設(shè)的照明指標，根 據(jù)室內(nèi)的照明現(xiàn)狀而自動調(diào)節(jié)LED的亮度、方向、色彩等，以達到預設(shè)值。很顯然，被動控制 是實現(xiàn)主動控制的基礎(chǔ)，在技術(shù)上也比較容易實現(xiàn)。主動控制如圖1所示，設(shè)計到環(huán)境、控 制芯片、LED三者之間的信息交換。光傳感器通過對環(huán)境采光，測得此處的光強，并輸出一 電壓值給智能微處理器芯片。微處理器芯片將該電壓值與預設(shè)值相比較，然后相應地調(diào)節(jié) LED的輸出，由此而實現(xiàn)一個反饋過程。光傳感器數(shù)據(jù)采樣的頻率可以在出廠前設(shè)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分鐘采光一次)。控制芯片內(nèi)的預設(shè)值實際上決定了 LED所照明區(qū)域的最終照明效果。但照明效果 并不僅僅與LED有關(guān)，還和所在的具體環(huán)境有緊密關(guān)系，所以出廠時的預設(shè)值很可能并不 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芯片 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(diào)節(jié)控制芯片，并通過控制芯 片控制LED燈，若用戶滿意，則將設(shè)定的結(jié)果進行保存并退出被動模式，若不滿意，則繼續(xù) 調(diào)節(jié)直到滿意為止。本發(fā)明的適用范圍為室內(nèi)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(fā)明 的目的是利用智能化芯片實現(xiàn)對室內(nèi)LED照明多項指標，如亮度、色彩和方向，進行調(diào)控。 本發(fā)明的特點在于“一芯多控”和“模式轉(zhuǎn)換”。結(jié)合圖1和圖2，原理上本發(fā)明可以用被動控制模式或者主動控制模式操控，并且 可以在兩種模式之間切換。首先，用產(chǎn)在對系統(tǒng)的初始化過程中，通過被動控制模式，利用 系統(tǒng)的輸入設(shè)備，輸入符合自身室內(nèi)照明條件的預設(shè)參數(shù)，諸如主照明的亮度，三原色彩燈 的不同亮度設(shè)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(jù)預設(shè)值 初始化LED的照明參數(shù)，用戶可以通過調(diào)節(jié)預設(shè)值達到理想的照明效果。并把預設(shè)值存儲 在系統(tǒng)內(nèi)存中。之后的日常照明中，用戶可以切換系統(tǒng)到主動控制模式，執(zhí)行預先設(shè)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(zhuǎn)化成數(shù)字電信號后由智能 芯片和預設(shè)值進行比較，然后產(chǎn)生相應的調(diào)控信號去調(diào)節(jié)LED的照明參數(shù)，以達到理想的 照明效果。用戶還可以通過智能芯片，根據(jù)日常作息時刻種不同的情景需要，設(shè)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(tǒng)將會根據(jù)編好的照明程 序，通過主動控制模式對于不同時段的LED照明進行調(diào)節(jié)。結(jié)合圖3，本發(fā)明的系統(tǒng)框圖中，智能微處理器芯片是系統(tǒng)的大腦，它的作用是接 收來自環(huán)境參數(shù)感應器的信號，經(jīng)過采樣以及數(shù)模轉(zhuǎn)換之后，與系統(tǒng)內(nèi)存中存儲的域設(shè)置 進行比較，根據(jù)比較結(jié)果輸出相應的控制信號去激發(fā)LED驅(qū)動電路和方向轉(zhuǎn)換開關(guān)電路， 達到調(diào)節(jié)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于檢測環(huán)境參數(shù)。 一路是光敏傳感器，用于檢測室內(nèi)光線強度；一路是色敏傳感器，用來感應室內(nèi)環(huán)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(jīng)過采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換之后，智能芯 片會把室內(nèi)光強信號和系統(tǒng)存儲的預設(shè)值比較，如果高于預設(shè)值，芯片會輸出一個控制信 號Cm到PWM信號發(fā)生器，激發(fā)一個PWM信號Sm。該信號被輸入到LED驅(qū)動電路中，對白光 LED主照明模塊的輸入電流Im進行負向調(diào)節(jié)，降低LED的功率，減少LED的亮度，從而降低 室內(nèi)的總體光強。如果光敏感應器的感應信號低于預設(shè)值，則微處理器會產(chǎn)生一個控制信 號對Im進行正向調(diào)節(jié)，增加LED的功率，提高LED的亮度，從而增強室內(nèi)的總體光強。同理，色敏感應器信道的三色感應信號經(jīng)過采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換之后，智能芯片會把 紅綠藍三色的光強信號和系統(tǒng)存儲的預設(shè)值比較，當實際信號與預設(shè)值不符時，芯片會輸 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(fā)生器，激發(fā)相應的三個PWM信號Sr、Sg和Sb。該信號被輸入到LED驅(qū)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(diào)節(jié)來達到LED色彩調(diào)配的目的。LED照明系統(tǒng)中的色溫調(diào)節(jié)，可以通過預先設(shè)置的程序來控制，按照不同季節(jié)、時 間、場所根據(jù)用戶的照明需求設(shè)定不同色溫值，實現(xiàn)情景化的色溫調(diào)配模式。不同色溫調(diào)配 模式由用戶預先設(shè)置并儲存在系統(tǒng)內(nèi)存中。智能芯片在執(zhí)行用戶預設(shè)程序時，在不同時間 段，會根據(jù)預設(shè)值輸出三個控制信號Cr、Cg和Cb，到PWM信號發(fā)生器，激發(fā)相應的三個PWM 信號Sr、Sg和Sb。該信號被輸入到LED驅(qū)動電路中，產(chǎn)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(diào)配的目的。LED照明系統(tǒng)中的方向調(diào)節(jié)，則是通過預先設(shè)置的程序來被動控制。LED照明系統(tǒng) 中可以設(shè)計多個方向的陣列模組，在設(shè)置系統(tǒng)照明程序的時候，針對不同時段的不同情境，
6設(shè)置不同方向的LED射燈的開關(guān)轉(zhuǎn)換序列。智能芯片根據(jù)用戶預設(shè)的程序，產(chǎn)生控制信號 Cd，激發(fā)一個PWM信號Sd。該信號輸入到LED射燈模式轉(zhuǎn)換開關(guān)，根據(jù)程序向不同方向的 LED模組提供驅(qū)動電流Id。這樣，LED的照明方向可以通過用戶根據(jù)自身照明需求而預先 設(shè)定的程序進行調(diào)節(jié)。 結(jié)合圖4，本發(fā)明的智能化控制流程分為系統(tǒng)初始化設(shè)置的被動控制部分和LED 照明程序執(zhí)行過程中的主動控制部分。首先用戶對系統(tǒng)進行初始化，根據(jù)室內(nèi)的照明需求 設(shè)置智能化照明程序。在該程序的每一步設(shè)置中，利用系統(tǒng)的輸入設(shè)備，輸入符合自身室內(nèi) 照明條件的預設(shè)參數(shù)，諸如主照明的亮度，三原色彩燈的小同亮度設(shè)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(jù)預設(shè)值初始化LED的照明參數(shù)，用戶可以通 過調(diào)節(jié)預設(shè)值達到理想的照明效果。并把預設(shè)值存儲在系統(tǒng)內(nèi)存中。當照明程序設(shè)置完成， 就可以進入到主動控制部分。在照明程序開始執(zhí)行之后，各環(huán)境參數(shù)感應器開始檢測室內(nèi) 的照明參數(shù)，通過信號轉(zhuǎn)換，交由智能芯片和儲存的預設(shè)值對比，符合預設(shè)值，系統(tǒng)將等待 下一個采樣信號進行對比，不符合預設(shè)值的，則產(chǎn)生相應的控制信號去調(diào)節(jié)LED的照明。這 樣的反饋補償過程一直循環(huán)到照明程序結(jié)束為止。
權(quán)利要求
一種LED室內(nèi)智能化照明控制裝置，其特征在于，包括傳感器、采樣模塊、A\D轉(zhuǎn)換器、智能處理芯片、內(nèi)存、輸入設(shè)備、顯示屏、PWM信號發(fā)生器、LED驅(qū)動電路、LED射燈模式轉(zhuǎn)換開關(guān)和LED燈具系統(tǒng)，所述LED燈具系統(tǒng)包括各色LED燈和不同方向射燈模塊；傳感器接收外界信號，并將其轉(zhuǎn)換為模擬電信號，采樣模塊與傳感器相連接，將傳感器接收的信號進行采樣，采樣模塊的輸出端連接A\D轉(zhuǎn)換器，將采集到的光信號傳輸給A\D轉(zhuǎn)換器，A\D轉(zhuǎn)換器將接收到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后傳輸給與其連接的智能微處理器芯片，智能微處理器芯片還與采樣模塊相連接，為其提供時鐘頻率；智能微處理器芯片的輸出端通過PWM信號發(fā)生器分別連接LED驅(qū)動電路和LED射燈模式轉(zhuǎn)換開關(guān)，將輸出的信號經(jīng)過PWM信號發(fā)生器脈寬調(diào)制后傳輸給LED驅(qū)動電路和LED射燈模式轉(zhuǎn)換開關(guān)，LED驅(qū)動電路的輸出端連接各色LED燈，對各色LED燈的亮度進行調(diào)節(jié)，LED射燈模式轉(zhuǎn)換開關(guān)的輸出端連接不同方向射燈模塊，對其方向進行調(diào)節(jié)；智能處理芯片還連接內(nèi)存，并通過I\O接口連接用戶輸入設(shè)備和顯示屏，通過用戶輸入設(shè)備接收外部輸入的信號，并將信息在顯示屏上顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED室內(nèi)智能化照明控制裝置，其特征在于，傳感器包括光敏 傳感器、色敏傳感器和溫度傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED室內(nèi)智能化照明控制裝置，其特征在于，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(fā)明公開了一種LED室內(nèi)智能化照明控制裝置，包括傳感器、采樣模塊、A\D轉(zhuǎn)換器、智能處理芯片、內(nèi)存、輸入設(shè)備、顯示屏、PWM信號發(fā)生器、LED驅(qū)動電路、LED射燈模式轉(zhuǎn)換開關(guān)和LED燈具系統(tǒng)，所述LED燈具系統(tǒng)包括各色LED燈和不同方向射燈模塊；傳感器接收外界信號，并將其轉(zhuǎn)換為模擬電信號，采樣模塊與傳感器相連接，將傳感器接收的信號進行采樣，采樣模塊的輸出端連接A\D轉(zhuǎn)換器，將采集到的光信號傳輸給A\D轉(zhuǎn)換器，A\D轉(zhuǎn)換器將接收到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后傳輸給與其連接的智能微處理器芯片，智能微處理器芯片還與采樣模塊相連接，為其提供時鐘頻率。該裝置可以自動調(diào)節(jié)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(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者劉寧, 方志來, 朱向煒 申請人:揚州天白科技發(fā)展有限公司