[发明专利]一种可调光调色的APP智能灯

权利要求书

1.一种可调光调色的APP智能灯，其特征在于，包括手机APP模块、蓝牙通信模块、数模转换器、PWM控制模块和LED灯，所述的LED灯为RGB LED灯，手机APP模块与蓝牙通信模块无线连接，蓝牙通信模块连接数模转换器，数模转换器连接PWM控制模块，PWM控制模块连接LED灯，蓝牙通信模块接收到手机APP的控制信号后通过数模转换器输出信号给PWM控制模块，蓝牙通信模块采用蓝牙跳频算法与手机APP模块进行数据传输，将蓝牙通信跳频算法写入手机APP以及蓝牙通信模块，以确保手机APP与蓝牙通信模块的收发信息一致通信模块才能相互通信，蓝牙通信模块采用蓝牙跳频算法与手机APP模块进行数据传输，将蓝牙通信跳频算法写入手机APP以及蓝牙通信模块，以确保手机APP与蓝牙通信模块的收发信息一致通信模块才能相互通信，跳频算法是把频带分成若干个跳频信道，在一次连接中，无线电收发器按照一定的码序列不断地从一个信道跳到另一个信道，只有收发双方按照这个规律通信，而其他干扰源不可能按照同样的规律进行干扰，总共存在10种跳频序列，分为79跳和23跳，79跳和23跳各有5种，它们分别是：呼叫跳频序列、呼叫应答序列、查询序列、查询应答序列和信道跳频序列，每个信道由一个伪随机跳频序列表示，每个微微网的跳频序列都不一样，跳频选择方案由两部分组成：选择一个序列，在跳频频率上映射该序列；在选择好序列的情况下，输入数据，输入的数据分为两组，分别是本地时钟和当前地址，在手机APP模块与蓝牙通信模块的连接状态下，本地时钟(CLKN)由一个与主时钟(CLK)相等的补偿进行修改，具体来讲，本地时钟是在蓝牙通信模块的MCU晶振电路上产生的时钟信号，主时钟是指MCU接收到手机通信时的时钟信号，相等补偿是指晶振电路连接的一个补偿电路对接收到的信号失真补偿，确保信号稳定，在连接状态时跳频选择方案的输入数据只能使用时钟的27位M S B，而在呼叫和查询子状态下，将使用时钟的整个28位MSB，查询状态是指蓝牙模块会每间隔几秒钟查询一次是否连接手机端以及是否有新指令，呼叫状态是指操作手机APP模块控制灯的变化的一种指令，在呼叫状态下，本地时钟将被修改为被叫单元对主单元的估计值；当前地址的输入数据由28位组成，即整个LAP(蓝牙低地址部分)和UAP(蓝牙高地址部分)的低4位，在连接状态中，可使用主单元地址，在呼叫子状态下则使用呼叫单元地址，而当为查询子状态时，将使用和GIAC(通用查询识别码)对应的UAP/LAP，上述几种状态下输入的本地时钟和当前地址经过映射后输出则构成一个伪随机序列，跳频选择方案的映射过程由一次加法运算、X O R操作、排列操作、二次加法运算和寄存器选择顺序构成，一次加法操作仅在该阶段上加一个常数，并对32求模，而对于呼叫跳频序列，一次加法运算是多余的，因为它仅在本频段内改变状态，在X O R操作中，如果用Z’来表示一次加法运算的输出，则Z’的四个L S B分别与地址位A22-19作模2的异或运算，输出分别为Z0、Z1、Z2、Z3。排列操作是该算法的核心，对于79跳模式包含从输入5到输出5的切换，期间采用由控制字控制蝶型运算的操作方式，而输入和输出的映射关系根据79跳和23跳两种模式分为以下两种：针对79跳模式，跳频选择方案将选择占用间隙为64M Hz的32跳频段，并以随机次序访问这些跳频一次，然后，选择一个不同的32跳频段，并依次类推，对于呼叫、呼叫扫描和呼叫应答子状态，将使用同一32跳频段，该段由地址进行选择，不同单元将具有不同呼出频段；23跳模式与79跳模式只是各模块输入信号线的位数以及末尾存储单元的个数等略有差异，使用统一的硬件电路或软件程序即可产生满足两种模式要求的跳频序列，而且在同一模式中，为了产生各种状态下的跳频序列，仅需对蓝牙芯片收到手机APP的输入控制信号A-F，X，Yl，Y2取不同的值即可；

PWM控制模块通过改变LED灯的占空比调节LED灯的颜色和亮度，首先确定LED色品坐标与占空比的关系，改变驱动LED的PWM占空比，其LED色品坐标基本不发生改变，而光通量相应地线性变化且光通量的比值等于占空比的比值，所以工程上为了讨论问题的方便，近似认为光通量与占空比成正比例函数关系，结合格拉斯曼颜色混合定律有：

Y_m＝D_rY_r+D_gY_g+D_bY_b. (1)；

根据加混色原理和CIE色度计算方法，占空比分别D_r、D_g、D_b时，光源R、G、B混光后的色品坐标满足：

xm=XmXm+Ym+Zm=CrDrxr+CgDgxg+CbDbxbCrDr+CgDg+CbDbym=YmXm+Ym+Zm=CrDryr+CgDgyg+CbDbybCrDr+CgDg+CbDb,---(2);]]>

式中X_m、Y_m、Z_m是混合光源M的三刺激值，Y_r、Y_g、Y_b为光源R、G、B满电流工作下的Y刺激值；C_r＝Y_r/y_r、C_g＝Y_g/y_g、C_b＝Y_b/y_b为光源R、G、B满电流工作下的三刺激值之和，在CIE-1931标准色度系统中刺激值Y等于光通量，在PWM调光下，占空比是控制LED色品坐标的唯一因素，若期望的光通量为Y_m，期望的色品坐标为(x，y)，把占空比当作未知数，则三通道的占空比可结合式(1)、(2)求得：

Dr=[(yg-yb)(xb-x)+(y-yb)(xg-xb)(yg-yb)(xb-xr)+(yr-yb)(xg-xb)]yrYmyYr,]]>

Dg=[(yb-yr)(xr-x)+(y-yr)(xb-xr)(yb-yr)(xr-xg)+(yg-yr)(xb-xr)]ygYmyYg,]]>

Db=[(yg-yr)(xr-x)+(y-yr)(xg-xr)(yg-yr)(xr-xb)+(yb-yr)(xg-xr)]ybYmyYb,---(3);]]>

理论上在三角形RGB中的光通量的取值范围为[0，Y_r+Y_g+Y_b]，然而采用PWM调光时，光通量受占空比的约束，不能实现理论上的取值范围，在调光过程，不同色品坐标的混合光，其RGB三基色的比例不同，只有占空比比例为1：1：1的混合光其占空比才可以同时达到100％，此时光通量的取值范围为0～Y_r+Y_g+Y_b，其他混合光的光通量取值范围则小于此范围，每组色品坐标都有对应的最大光通量，从实际意义出发，PWM的占空比应该满足D_r≤1，D_g≤1，D_b≤1，把Y_m当作目标函数，对(3)式进行变形可得

Ym≤[(yg-yb)(xb-xr)+(yr-yb)(xg-xb)(yg-yb)(xb-x)+(y-yb)(xg-xb)]yYryr,---(4)]]>

Ym≤[(yb-yr)(xr-xg)+(yg-yr)(xb-xr)(yb-yr)(xr-x)+(y-yr)(xb-xr)]yYgyg,---(5)]]> 2

Ym≤[(yg-yr)(xr-xb)+(yb-yr)(xg-xr)(yg-yr)(xr-x)+(y-yr)(xg-xr)]yYbyb,---(6);]]>

混合光的光通量应该同时满足(4)～(6)式，通过进一步地色度学和代数计算可知，当混合光LED坐标位于靠近红光的区域时，红光的占空比最大，此时(4)式所描述的光通量取值范围最小，所以预期光通量只需满足(4)式即可，其余光通量只需分别满足(5)、(6)式即可，另外，由于日光轨迹的色品坐标与相关色温Tcp存在明确的函数关系，可根据相关色温求得对应日光的色品坐标，再通过(3)式所确定的占空比和色品坐标的函数关系，直接建立占空比与相关色温的函数关系，日光轨迹的色品坐标有以下关系：

yD=-3.000xD2+2.870xD-0.275,---(7)]]>

在相关色温T_cP已知的情况下，可通过下式计算典型日光的色品坐标。

当4000K≤T_cP≤7000K时：

xD=-4.607109TcP3+2.9678106TcP2+0.09911103TcP+0.244063,---(8)]]>

当7000K≤T_cP≤25000K时：

xD=-4.607109TcP3+2.9678106TcP2+0.09911103TcP+0.244063.---(9),]]>

使用时设定好相关色温和光通量，即可通过(7)、(8)式计算出对应的色品坐标，再结合预期光通量代入(3)式求得对应的占空比。