CN104540264A - 一种室内光环境智能控制*** - Google Patents

一种室内光环境智能控制*** Download PDF

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史文辉
严梨炯
郑雷雷
吴益辉
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Abstract

本发明公开了一种室内光环境控制***，包括：用于检测环境信息的传感器检测单元；用于接收传感器检测单元的环境信息并进行分析处理的***管理单元；用于发射不同色温和不同光照强度的LED灯具；用于接收***管理单元发送的驱动信号并根据驱动信号驱动LED灯具发出所需色温和光照强度的LED灯具驱动单元。本发明通过对影响人体生物节律的因数进行数据分析和处理，对光照条件进行控制，实现室内光环境随季节、时间、天气以及特定应用的变化和切换的控制，为人体生物节律提供最合适的光照条件，从而使人感到轻松，舒适，精神好，促进和改善脑力活动，提高工作效率。同时还降低了建筑物的照明能耗。

Description

一种室内光环境智能控制***
技术领域
本发明涉及智能照明应用领域，尤其是在采用LED照明的室内实现光照的色温和照度随季节、天气、时间以及特定应用来自动调节的智能照明控制***。
背景技术
随着社会的不断发展，传统的“日出而作，日入而息”的生活节律已经离我们远去。当人们深居在高楼大厦中生活、工作时，太阳光对我们的影响也越来越小，取而代之的是全天候的人工照明，但是目前的人工照明无法实现太阳光对人体的调节功能。
据研究表明光对人体生物节律能起到调节作用，光对人体的体温、代谢、激素的产生，人的注意力与举止行为的波动等都有一定的影响，对睡眠和觉醒过程的影响尤其大。在自然界中对人体生物节律影响最为重要的因素就是太阳光，太阳光的色温从早上到晚上是一直处于不断变化之中的，人的视觉经过长年累月和太阳光的相互作用，适应了这种变化，这一过程维持着人体正常的生物节律。
同时，人体在不同季节、温度、天气以及照度的情况下，受光的色温的影响也是不一样的。而传统的人工照明无法实现色温与这些因素的变化而变化。
申请号为201410191716.4(申请公布号CN 104010412A)的中国发明专利申请公开了一种教室光环境的分区自动控制***及控制方法，该教室光环境的分区自动控制***将教室空间分隔成几个区域，并对这些区域内的照明分别采用电磁开关控制器通断，所述自动控制***包括信号采集模块和控制器，信号采集模块用于检测教室各分区内是否存在人以及分区内光强度，并将采集到的信息传递给控制器，控制器中的信号处理模块对收到的信号进行分析，并由控制器控制相应区域的照明打开或关闭。该技术方案通过逐次检测室内各分区的光线强度以及是否有人以决定是否开灯，从而节省了电能，提高了智能化程度。
申请号为201010593033.3(申请公布号CN 102150569A)的中国发明专利申请公开了一种模拟光环境的方法，包括：在作物所处实际光环境的光谱中分别确定影响作物生长的光线的光强；依据灯珠输出功率与发光光强的对应关系，调整可发射影响作物生长的光线的灯珠的输出功率。该模拟光环境的***，包括：光谱检测装置，用于检测作物所处实际光环境的光谱；灯具，所述灯具可发射影响作物生长的光线；控制器，用于在所述光谱中确定影响作物生长的光线的光强，并依据灯具输出功率与发光光强的对应关系，调整所述灯具的输出功率。该技术方案采用可发射影响作物生长的光线的灯具作为光源，根据作物所处实际光环境的光谱确定影响作物生长的光线的光强，并据此调整相应灯具的输出功率，实现光环境的精确模拟，可以对间作套种复合群体内的实际光环境进行精确模拟。
上述的技术方案都没有提供为人体生物节律提供最合适的光照条件，真正实现人工照明模拟太阳光对人体的调节功能的技术方案。
发明内容
本发明为解决上述传统人工照明的不足，提供了一种室内光环境控制***，将智能照明控制***与LED灯具及相关设备有机结合，实现室内光环境能随着季节、时间、天气以及特定应用等自动变化和自由切换。
本发明提供的室内光环境控制***采用的技术方案，一种室内光环境智能控制***，包括：
用于检测环境信息的传感器检测单元；
用于接收所述传感器检测单元的环境信息并进行分析处理的***管理单元；
用于发射不同色温和不同光照强度的LED灯具；
用于接收所述***管理单元发送的驱动信号并根据驱动信号驱动LED灯具发出所需色温和光照强度的LED灯具驱动单元。
本发明中，通过传感器检测单元得到环境信息，环境信息包括室内温度、室内湿度、室内光照强度等。***管理单元预设有预设时间段下色温和光照强度，根据***管理单元对环境信息进行分析，其需要控制LED灯具的光照强度为预设的光照强度-室内光照强度，然后确定相应的光照强度，之后***管理单元根据所要LED灯具给予的色温和光照强度发送驱动信号，LED灯具驱动单元驱动LED灯具发出所需色温和光照强度，从而使室内呈现出理想的光环境。预设时间段下色温和光照强度依据太阳光的变化，从早上到晚上不断变化不同的色温和不同光照强度，模拟太阳光，为人体生物节律提供最合适的光照条件，真正实现人工照明模拟太阳光对人体的调节功能。
本发明中，通过所述***管理单元预设时间段、循环周期，以及所述传感器检测单元检测环境温度、湿度、照度等手段，对影响人体生物节律的因数进行数据分析和处理，所述***管理单元获取预先设定的相同或相近条件下人体最舒适的光环境数据，并由所述驱动单元驱动LED灯具及相关设备达到预期效果，实现室内光环境随季节、时间、天气以及特定应用的变化和切换的控制。
作为优选，所述的室内光环境智能控制***，还包括：电动窗帘以及驱动所述电动窗帘的电动窗帘驱动单元，电动窗帘控制自然光线的补充，对光环境进行微调。LED灯具驱动单元对不同色温的所述LED灯具进行调光控制，窗帘驱动单元对所述电动窗帘进行开合控制，实现室内整体色温和照度的改变，以达到预设值。
进一步优选，所述的传感器检测单元，包括：
用于检测室内温度的温度传感器；
用于检测室内湿度的湿度传感器；
用于检测室内光照强度的照度传感器；
接收所述的温度传感器的室内温度信息、湿度传感器的室内湿度信息和照度传感器的室内光照强度信息的微处理单元；
以及，与所述微处理单元连接用于无线通讯的无线通讯模块。
其中，温度传感器、湿度传感器和照度传感器与微处理单元有线连接，无线通讯模块与微处理单元有线连接。
通过各传感器得到室内温度、室内湿度、室内光照强度，并传送给微处理单元，无线通讯模块使得传感器检测单元可与外界进行无线通讯。微处理单元即为微处理器。
进一步优选，所述的***管理单元，包括：用于管理预设光环境数据以及进行分析比较处理的微处理中心；与所述微处理中心连接的无线通信收发模块。其中，微处理中心与无线通信收发模块有线连接。***管理单元可通过无线通信收发模块与外界进行无线通信，进行信息的传输。所述的微处理中心可采用ARM处理器。
进一步优选，所述的LED灯具，包括：
色温范围2000K～3000K的暖色温LED灯具，用于发出暖色温的光线；
色温范围5500K～6500K的冷色温LED灯具，用于发出冷色温的光线。
当需要得到不同色温光线时，可采用暖色温LED灯具和冷色温LED灯具混合的形式，到需要暖色色温时，可只亮暖色温LED灯具，到需要冷色色温时，可只亮暖色温LED灯具，中间的色温可采用两种混合的形式。到需要保持色温不便，增加光照亮度时，可同比例增加暖色温LED灯具和冷色温LED灯具的亮度。
进一步优选，所述的LED灯具为色温范围3000K～6500K可调节的LED灯具。
以上所述LED灯具要求亮度可以0～100％无级调节，其亮度可以根据需要增加。
更进一步优选，暖色温LED灯具和冷色温LED灯具安装在室内，要求均匀分布，有利于其光线混合，得到所需色温的光线。不同色温的LED灯具安装在室内，要求均匀分布，电动窗帘控制自然光线的补充。
所述的传感器检测单元与***管理单元无线连接，所述的***管理单元与LED灯具驱动单元无线连接，所述的***管理单元与电动窗帘驱动单元无线连接。
所述驱动单元(LED灯具驱动单元和电动窗帘驱动单元)预存了各种光环境下所述LED灯具的亮度和所述电动窗帘的开关状态，并接受来自所述***管理单元的驱动信号，实现所述LED灯具及相关设备的亮度和开关状态达到。所示驱动单元是安装在灯具上的独立的驱动设备或者是安装在灯具内部的辅助设备，通过无线方式接收控制信号，根据信号的命令来执行相应的操作，保证整体的光照效果达到预设值。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明室内光环境智能控制***，将智能照明控制***与LED照明有机融合，实现了室内LED照明能提供一个种对人体生物节律有利的人工照明方式。通过对温度、湿度、照度等环境参数的检测，以及按照人体的生物节律设定定时时间，来改变室内光照在不同季节、时间、天气等环境下的色温和照度，为人体生物节律提供最合适的光照条件，真正实现人工照明模拟太阳光对人体的调节功能。
使用本发明室内光环境智能控制***在办公室内照明，也能像太阳光那样，从早上到晚上不断变换不同色温，从而使人感到轻松，舒适，精神好，促进和改善脑力活动，提高工作效率。同时还可以降低建筑物的照明能耗。
附图说明
图1为本发明室内光环境智能控制***的模块示意图；
图2为本发明室内光环境智能控制***中***管理单元的模块示意图；
图3为本发明室内光环境智能控制***中传感器检测单元的模块示意图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明室内光环境智能控制***做进一步详细说明。
如图1所示，为本发明室内光环境智能控制***，包括：***管理单元1、传感器检测单元2、调光驱动单元(即LED灯具驱动单元)3和4、电动窗帘驱动单元5、暖色温LED灯具6、冷色温LED灯具7以及电动窗帘8。***管理单元1与传感器检测单元2无线连接，***管理单元1与调光驱动单元3和4无线连接，***管理单元1与电动窗帘驱动单元5无线连接，无线连接包括ZigBee连接，WiFi连接、蓝牙连接、红外连接等具体形式。调光驱动单元3与暖色温LED灯具6通过有线方式连接，调光驱动单元4与冷色温LED灯具7通过有线方式连接，电动窗帘驱动单元5与电动窗帘8有线连接。***管理单元1接收传感器检测单元2的环境参数，以及结合***管理单元1内部的时间管理13，将预存的LED照明的色温和照度值对应参数发送给调光驱动单元3和4以及电动窗帘驱动单元5，调光驱动单元3接收到来自***管理单元1的控制指令后根据预设值驱动暖色温LED灯具6的亮度，调光驱动单元4接收到来自***管理单元1的控制指令后根据预设值驱动冷色温LED灯具7的亮度，电动窗帘驱动单元5接收到来自***管理单元1的控制指令后根据预设值驱动电动窗帘8开合的程度。
如图2所示，***管理单元1，包括：微处理中心11、无线通信收发(即无线通信收发模块)12、时间管理13、环境参数分析14以及光环境预设对比15。微处理中心11是***管理单元1的运算管理中心，采用ARM处理器，通过无线通信收发12接收来自传感器检测单元2的检测数据以及发送驱动信号到驱动单元。时间管理13，用于预设循环时间段，不同时间段对应不同的色温和照度。环境参数分析14，用于接受来自传感器检测单元2的数据，并对数据进行分析和处理，判断出当前的环境温度、光照强度等。光环境预设对比15，用于对时间、环境因素的分析，最终获得最佳室内光环境效果下所述LED灯具及相关设备的状态数据，并通过无线方式发送驱动信号给驱动单元。时间管理13包括了实时时钟和预设时间段，时间管理13通过对实时时钟与预设时间进行对比，判断当前时间段应选择哪一种光环境，并将信息传送给微处理中心11进行进一步分析，微处理中心11利用环境参数分析14进行多种信息的综合分析和处理，将得到的结果通过光环境预设对比15来实现最终的光照要求。
如图3所示，传感器检测单元2，包括：微处理单元21、无线通信模块22、温度传感器23、湿度传感器24以及照度传感器25。微处理单元21即微处理器，如具体可采用Intel 8086。温度传感器23采用高精度的数字式温度传感器，测温范围可达－55℃～+125℃，测温精度最高达0.0625℃，微处理单元21通过I/O读取温度传感器23的内部寄存器保存温度数据。湿度传感器24采用数字式湿度传感器，测量范围0～100％RH，测量精度±3.5％RH，微处理单元21通过I/O读取湿度传感器24的内部寄存器保存湿度数据。照度传感器25采用高灵敏、线性度好的可见光照度传感器，内置微信号CMOS放大器、高精度电压源和修正电路，大电流输出，微处理单元21通过AD转换方式读取照度传感器25的电流值。微处理单元21将读取的温度、湿度以及照度值编码后按照预定的通信协议通过无线通信模块22发送给***管理单元1。
表1为一天中太阳光色温的变化情况，表2办公楼建筑照明的照度标准值。本发明中，根据表1和表2的数据，在***管理单元1中时间管理器模块13中预设不同时间段下的色温和光照强度，模拟太阳光的变化，并进行适当优化，得到人体生物节律最合适的光照条件，从早上到晚上不断变化不同的色温和不同光照强度。传感器检测单元2得到室内温度、室内湿度、室内光照强度等室内环境信息，然后传感器检测单元2通过无线传送给***管理单元1。***管理单元1先通过时间管理13根据当时的时间(实时时钟)确定当前处于那个预设时间段，得到该预设时间段内的色温和光照强度数据(即该预设时间段内的理想光照条件)，传感器检测单元2传送的室内环境信息给***管理单元1中的环境参数分析14，然后与光环境预设比对15，其预设的色温通过冷色温LED灯具7和暖色温LED灯具6混合即可实现。对于光照强度，传感器检测单元2传输的光照强度低于预设值，则进行升档，传感器检测单元2传输的光照强度高于预设值，则进行降档，即冷色温LED灯具7和暖色温LED灯具6同比例升档或降档，以保证在增加光照强度的同时，其色温不变。***管理单元1根据色温确定调光驱动单元3和调光驱动单元4的混合比并根据检测的光照强度发送驱动信号，最后窗帘驱动单元对电动窗帘进行开合控制，实现室内整体色温和照度的改变，以达到预设值。
当然也可以分时间段在不同时间段下设置不同的调节模式，***管理单元1根据温度、湿度和照度信息确定调节模式，发出驱动信号，调光驱动单元3和4对不同色温的LED灯具进行调光控制，动窗帘驱动单元5对电动窗帘9进行开合控制，实现室内整体色温和照度的改变，以达到预设值。
本发明室内光环境控制***是根据太阳光的自然变化规律，在室内通过对LED照明的智能控制，达到室内人工照明符合自然光线的变化规律，同时***还结合不同照度、温度以及湿度对人体生物节律的影响，将室内光环境的变化结合了当前环境的因数，通过传感器检测环境的温度、湿度以及照度，使室内照度对人体的生物节律达到最佳状态。不仅可以节省5％～18％的电能，也有利于人体生理与心功能的相对平衡和增进人的舒适感，提高工作效率。
表1
时间 太阳光色温值(K)
朝阳或夕阳 2000
日出后日落前30分钟 2300
日出后日落前一小时 4000
日出后日落前2小时 4500
晴天中午平均 5400
上午10点下午3点 6000
正午晴天 6500
阴天 6800～7000
灰蒙天空的光线 7500-8400
表2
以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种室内光环境智能控制***，其特征在于，包括：
用于检测环境信息的传感器检测单元；
用于接收所述传感器检测单元的环境信息并进行分析处理的***管理单元；
用于发射不同色温和不同光照强度的LED灯具；
用于接收所述***管理单元发送的驱动信号并根据驱动信号驱动LED灯具发出所需色温和光照强度的LED灯具驱动单元。
2.根据权利要求1所述的室内光环境智能控制***，其特征在于，还包括：电动窗帘以及驱动所述电动窗帘的电动窗帘驱动单元。
3.根据权利要求2所述的室内光环境智能控制***，其特征在于，所述的传感器检测单元，包括：
用于检测室内温度的温度传感器；
用于检测室内湿度的湿度传感器；
用于检测室内光照强度的照度传感器；
接收所述的温度传感器的室内温度信息、湿度传感器的室内湿度信息和照度传感器的室内光照强度信息的微处理单元；
以及，与所述微处理单元连接用于无线通讯的无线通讯模块。
4.根据权利要求3所述的室内光环境智能控制***，其特征在于，所述的温度传感器、湿度传感器和照度传感器与微处理单元有线连接，所述的无线通讯模块与微处理单元有线连接。
5.根据权利要求2所述的室内光环境智能控制***，其特征在于，所述的***管理单元，包括：用于管理预设光环境数据以及进行分析比较处理的微处理中心；与所述微处理中心连接的无线通信收发模块。
6.根据权利要求5所述的室内光环境智能控制***，其特征在于，所述的微处理中心与无线通信收发模块有线连接。
7.根据权利要求1所述的室内光环境智能控制***，其特征在于，所述的LED灯具，包括：色温范围2000K～3000K的暖色温LED灯具；色温范围5500K～6500K的冷色温LED灯具。
8.根据权利要求1所述的室内光环境智能控制***，其特征在于，所述的传感器检测单元与***管理单元无线连接，所述的***管理单元与LED灯具驱动单元无线连接。
9.根据权利要求2所述的室内光环境智能控制***，其特征在于，所述的***管理单元与电动窗帘驱动单元无线连接。
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