CN109600887A - 一种日光模拟控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种日光模拟控制器，涉及照明技术领域，包含控制处理单元、现场环境数据提取模块、控制信息输出模块、控制策略信息接收模块、存储模块、控制策略输出模块和实时时钟模块，所述控制处理单元结合现场环境数据提取模块接收到的现场环境信息、控制策略信息接收模块给出的控制策略信息及实时时钟模块的日期及时间信息，进行处理生成的光谱与亮度控制信息输出到控制信息输出模块。本发明作为一种新型并智能而且具有符合其室内生命活动的要求，对生物节律进行校正及精确调节的日光模拟控制器，从根本上解决了这些生命活动对太阳光的依赖问题。

Description

一种日光模拟控制器

技术领域

本发明涉及照明技术领域，具体是一种日光模拟控制器。

背景技术

众所周知，阳光、空气、水和土壤是万物生长的基础。太阳不仅给地球带来光和热，促进了动植物的生长，同时，太阳与地球活动形成的昼夜交替，四季更迭，人类的生命活动、动植物生长规律及其生理节奏的形成均与太阳活动有着密切的联系。

随着各种颜色的高亮度LED发光器件制造技术的成熟，新一代LED照明技术在各种应用领域的大力推广，又由于LED发光强度能够通过改变流过其本身的正向电流来自由调节，因此，可以灵活通过控制流过各通道的LED的电流以合成得到不同光谱分布与亮度可任意调节的光源。LED在各种功能照明及色彩显示领域得到大量的应用，甚至模拟各种场景下的太阳光。随着经济的快速发展和城市化进程的推进，现代人平均有90％的时间在室内生活和工作，很多人因此长时间不见阳光。人体是根据视网膜接受的蓝色光来调节自身的生物钟，如果没有光照，就会导致生物钟和生物节律紊乱。另一方面，现代科技的长足发展，加快农业现代化建设，而且现代农业的工业化，突破了传统农业的自然性，室内农作物生产、畜牧与禽类养殖及良种的培育更具经济价值。几乎所有的生命都遵循着“生理节律”的活动规律，这些节律伴随昼夜的交替而变化。太阳光辐射的强弱和时长与这些生命相关的活动节律紧密联系着。于是人们利用光度传感器来测量户外的阳光，并根据一定的比例关系为室内生命活动提供照明，而从避免生命活动的紊乱。在一定程度上，这种同步采集太阳光获得的昼夜交替信息来控制室内照明的方法能够改善室内生命活动的生物节律对太阳光的依赖。类似这种传统方法，如太阳追踪器或者阳光导入***来调节室内生命活动节律存在很多固有的局限性，例如，采集数据受限于采集装置表面的洁净程度，灰尘在采集装置表面堆积严重影响采集数据的准确性，为了让采集的数据不受建筑物的阴影影响，往往将采集装置安装室外的较远处或大楼顶部，也不便日常的维护或清洁。由于太阳日出日落的位置变化，探测器需要机械辅助机构追踪太阳转动才能令太阳光直射其表面，因此，还存在成本高、日常维护繁琐等问题。另外，局部区域气流活跃云层遮挡阳光频繁，这种采集信息与实际信息存在严重偏差，同样的，正因为采集位置的局限性，这种小区域阳光采集信息还限制了在其它附近相同场合联合采用的可能性，从而导致一个企业在同一功能区域需要安装多个这种费用高昂的太阳光采集装置。另一方面，正因为这种信息获得方式与室外阳光同步，无法对未来天气做出预测，也就是说，室内生命活动安排往往被动的接受室外阴晴变化，无法很好的提前做出计划或安排。

发明内容

本发明的目的在于提供一种日光模拟控制器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种日光模拟控制器，包含控制处理单元、现场环境数据提取模块、控制信息输出模块、控制策略信息接收模块、存储模块、控制策略输出模块和实时时钟模块，所述控制处理单元结合现场环境数据提取模块接收到的现场环境信息、控制策略信息接收模块给出的控制策略信息及实时时钟模块的日期及时间信息，进行处理生成的光谱与亮度控制信息输出到控制信息输出模块，并且控制处理单元可以将生成的控制策略信息存储在存储模块或通过控制策略输出模块向其它控制设备输出或转存。

作为本发明进一步的方案：所述现场环境数据提取模块对现场环境数据进行提取，并将信息传送到控制处理单元分析处理。

作为本发明进一步的方案：所述控制策略信息接收模块可接收气象信息、地理位置、生物节律及计划策略信息并传送到控制处理单元分析处理。

作为本发明进一步的方案：所述控制处理单元可根据实时时钟模块的日期及时间信息并结合控制策略信息接收模块给出地理位置信息来精确模拟日照的昼夜变化。

作为本发明进一步的方案：所述控制处理单元可根据控制策略信息接收模块得到当地或异地的地理位置信息、当时或未来的气象信息、生物节律及运作计划信息并进行综合处理，生成的光谱与亮度控制信息输出到控制信息输出模块。

作为本发明进一步的方案：所述控制信息输出模块将控制处理单元所生成的光谱与亮度控制信息，根据现场照明设备的控制协议进行变换，通过照明控制信息输出接口发送给现场照明设备，使现场照明设备的发光受控。

作为本发明进一步的方案：所述控制信息输出模块输出的照明控制信息可使受控的照明设备的发光模拟太阳辐射昼夜变化及四季的更替规律，并符合控制策略信息接收模块给出的生物节律需求。

作为本发明进一步的方案：所述存储模块包含非暂态计算机可读存储介质，非暂态计算机可读存储介质存储指令，指令由控制处理单元执行，并且存储模块还包括随机存取存储器、非易失性存储器、磁盘存储设备以及闪存存储设备。

作为本发明进一步的方案：所述实时时钟模块可以作为独立模块，也可以与控制处理单元或现场环境数据提取模块或控制信息输出模块或控制策略信息接收模块或存储模块或控制策略输出模块合并。

作为本发明再进一步的方案：所述现场环境数据提取模块的输入通道设有现场温度、现场湿度、现场气压以及现场气流四个可选通道。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、作为一种新型并智能而且具有符合其室内生命活动的要求，对生物节律进行校正及精确调节的日光模拟控制器，从根本上解决了这些生命活动对太阳光的依赖问题；

2、该日光模拟控制器配合照明控制***使用，可以根据季节及所处地理位置信息在室内营造日出到日落的昼夜变化场景，符合人们自远古时代就形成的“日出而作，日落而息”的生命节律，降低现代人的生活方式对自身生命节律的干扰，提升睡眠质量，以促进心身健康；

3、该日光模拟控制器可以根据输入的气象信息、地理位置、生物节律及计划策略信息，对进行节律调节的植物良种培育带来诸多便利，为相关的育种企业带来直接和显著的经济效益；

4、该日光模拟控制器，通过精确地控制环境用光为禽类提供舒适并符合其生长节律的照明，将为禽类饲养降低料肉比，提升禽类养殖成活率，增加蛋禽类养殖的蛋产率及提高蛋的产出品质，另外，该日光模拟控制器策略输出功能对于养殖企业的应用具有极为卓越的优点，使类似的养殖禽舍可以采取相同的策略，大大降低了***设施及管理成本。

附图说明

图1为日光模拟控制器的整体架构图。

图中：1-控制处理单元、2-现场环境数据提取模块、3-控制信息输出模块、4-控制策略信息接收模块、5-存储模块、6-控制策略输出模块、7-实时时钟模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参阅图1，一种日光模拟控制器，包含控制处理单元1、现场环境数据提取模块2、控制信息输出模块3、控制策略信息接收模块4、存储模块5、控制策略输出模块6和实时时钟模块7。

具体来说，所述控制处理单元1结合现场环境数据提取模块2接收到的现场环境信息、控制策略信息接收模块4给出的控制策略信息及实时时钟模块7的日期及时间信息，进行处理生成的光谱与亮度控制信息输出到控制信息输出模块3，并且控制处理单元1可以将生成的控制策略信息存储在存储模块5或通过控制策略输出模块6向其它控制设备输出或转存，所述现场环境数据提取模块2对现场环境数据进行提取，并将信息传送到控制处理单元1分析处理，所述控制处理单元1可根据实时时钟模块7的日期及时间信息并结合控制策略信息接收模块4给出地理位置信息来精确模拟日照的昼夜变化，所述控制处理单元1可根据控制策略信息接收模块4得到当地或异地的地理位置信息、当时或未来的气象信息、生物节律及运作计划信息并进行综合处理，生成的光谱与亮度控制信息输出到控制信息输出模块3，所述控制信息输出模块3将控制处理单元1所生成的光谱与亮度控制信息，根据现场照明设备的控制协议进行变换，通过照明控制信息输出接口发送给现场照明设备，使现场照明设备的发光受控，所述控制信息输出模块3输出的照明控制信息可使受控的照明设备的发光模拟太阳辐射昼夜变化及四季的更替规律，并符合控制策略信息接收模块4给出的生物节律需求，所述存储模块5包含非暂态计算机可读存储介质，非暂态计算机可读存储介质存储指令，指令由控制处理单元1执行，并且存储模块5还包括随机存取存储器、非易失性存储器、磁盘存储设备以及闪存存储设备，所述实时时钟模块7可以作为独立模块，也可以与控制处理单元1或现场环境数据提取模块2或控制信息输出模块3或控制策略信息接收模块4或存储模块5或控制策略输出模块6合并，所述现场环境数据提取模块2的输入通道设有现场温度、现场湿度、现场气压以及现场气流四个可选通道。

实施例二

请参阅图1，实施例二与实施例一的区别在于，所述控制策略信息接收模块4可接收气象信息、地理位置、生物节律及计划策略信息并传送到控制处理单元1分析处理，根据输入的气象信息、地理位置、生物节律及计划策略信息，对进行节律调节的植物良种培育带来诸多便利，为相关的育种企业带来直接和显著的经济效益。

应用一

一个现***公室的智能照明示例。办公室内包括职员办公区、会议区、小型吧台区、过道等，职员较长时间逗留的主要功能区域均安装了光色可调照明***，并且受控于本发明涉及的一种日光模拟控制器的技术方案的装置。控制处理单元1结合实时时钟模块7、控制策略信息接收模块4接收的办公室的地理位置、办公计划、人类一般的生活节律以及现场环境数据提取模块2接收到的现场温度、现场湿度、现场气压等办公现场信息，处理后通过控制信息输出模块3及照明控制信息输出接口与各功能区域的照明***连接，并使功能区域的照明受控，这样，各功能区域的照明不仅满足相应的照明需要求也具有从日出到日落昼夜变化的照明效果。这种智能照明的应用，减少现代人的生活方式对生命节律的干扰，并帮助生物钟已紊乱的人们进行调节以及校正，并尽可能地还原人们昼夜交替变化的作息规律，改善人们的睡眠质量，以保持心身健康，另外，还可以根据策略调整得到冬暖夏凉舒适的照明效果。

应用二

某年花的培育用光示例。某花卉种植企业新培育某品种年花具有“花大色红”特征，计划在年前完成一定数量的该品种年花种植，并向市场投放。该品种年花采用无尘室内全人工光栽培模式，并且其光照灯具为光色可调，受控于本发明涉及的一种日光模拟控制器的技术方案的装置。整个栽培过程根据现场人工环境、该年花的生长节律、并结合生产计划及气象台的预测等策略信息，干预实施精确光照控制。控制处理单元1结合实时时钟模块7、控制策略信息接收模块4接收的气象信息、植物工场地理位置、栽培计划、年花的生长节律以及现场环境数据提取模块接收到的现场温度、现场湿度、现场气压、现场气流等现场信息，处理后通过控制信息输出模块及照明控制信息输出接口与光照灯具连接，控制策略输出模块输出策略信息通过网络连接设备传输到附近的同步实施同品种年花栽培的种植区，以便采用相同的栽培策略进行用光控制，获得对多个相同的年花栽培种植区的用光管理效果。现对一些主要的栽培阶段用光控制进行作简要描述：a.种子发芽前的暗处理，种子在其播撒后，控制种植区温度和湿度，灯光为熄灭状态，保持48小时；b.胚的发育光照处理，以一定比例的红光为主白光为辅，并按照昼夜交替的强弱变化用光数日，其具体用光强度、红白比例及时长根据该品种年花生物节律调节；c.植株生长光照处理，此阶段用红、蓝光为主白光为辅，昼夜交替的强弱变化用光，昼夜长短用光时长、平均用光强度及红、蓝、白光配比根据既定的策略进行控制；d.花期控制光照处理，此阶段的用光是以白光为主红、蓝光为辅，根根气象台的最新预测，并通过调整日光模拟器的控制策略信息接收模块2所接收的信息来调节用光强弱及改变昼夜用光时长来提前该品种年花的花期。

应用三

某家禽类养殖场用光示例。某大型食品公司于某处有一个肉鸡养殖场，养殖场所内有鸡舍12栋，所有的鸡舍同期饲养同一种品种的肉鸡，即12栋鸡舍的鸡苗同时进场，成年肉鸡同时出栏。鸡舍采用全封闭式构造，鸡舍内采用人工电光源照明，其用光照明灯具为光色可调，并且受控于本发明涉及的一种日光模拟控制器的技术方案的装置。控制处理单元1结合实时时钟模块7、控制策略信息接收模块4接收的鸡舍地理位置、饲养计划、该品种肉鸡生长节律以及现场环境数据提取模块2接收到的现场温度、现场湿度、现场气流等现场信息，处理后通过控制信息输出模块3及照明控制信息输出接口与光照灯具连接，控制策略输出模块6输出策略信息通过网络连接设备或信息存储设备传输到其它实施同品种同批次的肉鸡饲养鸡舍，控制策略信息接收模块4进行同步用光控制。肉鸡饲养周期根据地理位置、季节、肉鸡的品种略有不同，如白羽肉鸡一般为40-48天，而黄羽肉鸡一般为60-90天，饲养期一般分为三个阶段，即育雏期、育成期和育肥期，因此，其输入到控制策略信息接收模块4的生物节律应略有不同，以及用光方式也不尽相同。模拟器控制其光照强弱变化主要根据季节及昼夜交替变化，而光照颜色结合肉鸡品种及生长阶段不同略加调整，育雏一直到1周龄，每天光照时长为23小时，光照强度控制在20-40勒克斯，在第2-3周逐渐将光照时长降为20小时，光照强度降为10-20勒克斯，光照颜色以白光为主蓝光为辅，目的让初生雏鸡增加进食量，在此阶段可以降低鸡的死亡率、有利于雏鸡健康成长；在肉鸡的育成阶段，每天光照时长为17-18小时，光照强度控制在5-10勒克斯，光照颜色以白光为主，来促进鸡的生长并且节省饲料；在肉鸡的育肥阶段，每天光照时长可延长18小时左右，以增加鸡的进食量，光照强度仍然控制在5-10勒克斯，光照颜色以白光为主蓝、绿光为辅，使鸡处于安静状态，有利于促进鸡的生长。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (10)

1.一种日光模拟控制器，包含控制处理单元(1)、现场环境数据提取模块(2)、控制信息输出模块(3)、控制策略信息接收模块(4)、存储模块(5)、控制策略输出模块(6)和实时时钟模块(7)，其特征在于，所述控制处理单元(1)结合现场环境数据提取模块(2)接收到的现场环境信息、控制策略信息接收模块(4)给出的控制策略信息及实时时钟模块(7)的日期及时间信息，进行处理生成的光谱与亮度控制信息输出到控制信息输出模块(3)，并且控制处理单元(1)可以将生成的控制策略信息存储在存储模块(5)或通过控制策略输出模块(6)向其它控制设备输出或转存。

2.根据权利要求1所述的日光模拟控制器，其特征在于，所述现场环境数据提取模块(2)对现场环境数据进行提取，并将信息传送到控制处理单元(1)分析处理。

3.根据权利要求1所述的日光模拟控制器，其特征在于，所述控制策略信息接收模块(4)可接收气象信息、地理位置、生物节律及计划策略信息并传送到控制处理单元(1)分析处理。

4.根据权利要求2或3所述的日光模拟控制器，其特征在于，所述控制处理单元(1)可根据实时时钟模块(7)的日期及时间信息并结合控制策略信息接收模块(4)给出地理位置信息来精确模拟日照的昼夜变化。

5.根据权利要求4所述的日光模拟控制器，其特征在于，所述控制处理单元(1)可根据控制策略信息接收模块(4)得到当地或异地的地理位置信息、当时或未来的气象信息、生物节律及运作计划信息并进行综合处理，生成的光谱与亮度控制信息输出到控制信息输出模块(3)。

6.根据权利要求5所述的日光模拟控制器，其特征在于，所述控制信息输出模块(3)将控制处理单元(1)所生成的光谱与亮度控制信息，根据现场照明设备的控制协议进行变换，通过照明控制信息输出接口发送给现场照明设备，使现场照明设备的发光受控。

7.根据权利要求6所述的日光模拟控制器，其特征在于，所述控制信息输出模块(3)输出的照明控制信息，可使受控的照明设备的发光模拟太阳辐射昼夜变化及四季的更替规律，并符合控制策略信息接收模块(4)给出的生物节律需求。

8.根据权利要求1所述的日光模拟控制器，其特征在于，所述存储模块(5)包含非暂态计算机可读存储介质，非暂态计算机可读存储介质存储指令，指令由控制处理单元(1)执行，并且存储模块(5)还包括随机存取存储器、非易失性存储器、磁盘存储设备以及闪存存储设备。

9.根据权利要求1所述的日光模拟控制器，其特征在于，所述实时时钟模块(7)可以作为独立模块，也可以与控制处理单元(1)或现场环境数据提取模块(2)或控制信息输出模块(3)或控制策略信息接收模块(4)或存储模块(5)或控制策略输出模块(6)合并。

10.根据权利要求1所述的日光模拟控制器，其特征在于，所述现场环境数据提取模块(2)的输入通道设有现场温度、现场湿度、现场气压以及现场气流四个可选通道。