[发明专利]护眼智能照明系统

权利要求书

1.护眼智能照明系统，该系统包括冷暖双色LED灯、智能网关、无线光照传感器和客户端，其特征在于：该系统采用了一种基于极坐标的无极调光调色算法，所述无极调光调色算法结合格拉斯曼混色原理，建立极坐标系下的色度和光度参量算法模型，将色度和光度量转换为两路PWM控制量，实现了亮度和色温的独立调节，具体是：

根据CIE色度计算模型，建立确定目标色温对应色品坐标，色温计算公式：

T＝669A⁴-779A³+3360A²-7047A+5652 (1.1)

式(1.1)中T为计算得到的色温值，A为等色温线斜率倒数，计算公式为：

若目标色温T已经确定，根据式(1.1)，可确定等温线斜率倒数A的值；把计算得到的A值代入式(1.2)，得到当前色品坐标关系式如式(1.3)所示：

如果已知冷白LED光源的色品坐标为(x_c，y_c)，暖白LED光源的色品坐标为(x_w，y_w)，则两种光源混合之后的色品坐标关系式可以表示为：

式子中，x_m∈[x_w,x_c]；

令联立(1.3)和(1.4)，则x_m可解得：

如果当前混光的色品坐标为x_m，则y_m可由式(1.3)或式(1.4)计算得出；

根据光通矩阵理论，PWM改变脉冲宽度时，LED冷暖白光本身的色度变化很小，几乎忽略不计；但是，光度量的变化却和PWM呈现正比例相关关系，即和最大光度量成正比，可用如下关系式进行表示：

Y＝DY_z (1.6)

式(1.6)中，Y_z为电源在满电流工作状态下的输出光度量，D为占空比，Y为实际输出光度量；

在已知冷暖LED每路通道光源输出最大光度量和占空比下，根据光通量叠加原理，可得出混合光的光度量：

Y_m＝D_cY_c+D_wY_w (1.7)

式(1.7)中，Y_c和Y_w分别是冷光通道和暖光通道在满电流下的输出最大光度量，D_c和D_w分别为冷光通道和暖光通道的PWM占空比，Y_m为混合后的输出光度量；

以冷暖LED灯的每路实际输出光度量为坐标，则混光后光源的光度量可用坐标点Y_m(D_cY_c，D_wY_w)进行；

根据色度学原理和上述分析可得，在确定色温参量时，色品坐标和冷暖LED光源的光度量Y_c和Y_w，用式(1.8)表示：

于是有

根据光度计算条件计算得出：

根据式(1.7)和式(1.10)，得出每路通道的占空比为：

根据上述推导，已经获得混合色品坐标下的冷暖通道占空比；由式(1.11)可以得出，冷暖LED光度量比值为：

可以得出，当冷暖通道的光度量值确定时，x的色品坐标也确定；

在这里，选取冷暖光度量区域内，直线y＝kx上的混光点A(D_c1Y_c1，D_w1Y_w1)，B(D_c2Y_c2，D_w2Y_w2)和C(D_c3Y_c3，D_w3Y_w3)，k0，在直线y＝kx上的混光点，斜率恒定，即冷暖光的光度量值相同，可用公式表示为：

化简得出，在已知光度量区域内的直线斜率，可得出x的色品坐标为：

当斜率和光度量比值相同时，可以唯一确定x值；x确定后，y可唯一确定；即在同一直线上，斜率相同的点，色坐标相同，色温相同；

根据上述推导，当冷暖LED的色温和光度量在一条直线上时，可将色温和光度量作为调光维度；将双色灯的光度量和色温调节，转换为极坐标的半径和角度的关系问题，最后确定冷暖通道的PWM；

在平面内选取极点O，从O点出发作极轴OX轴，选取逆时针方向为正方向，单位线长作为单位光度量值；在极坐标内任意一点混合光M，可用M距离极点的长度OM和OM与极轴的夹角θ进行表示，用坐标表示为M(ρ，θ)，ρ＞0

由式(1.13)可知，当K为常数时，极坐标下的θ也为常数；所以，只需要保持角度θ不变化，进行半径ρ的增减，就可实现冷暖灯的亮度调节；

(1)光度量恒定下的色温调节

保持极坐标下的半径ρ不变，角度θ的变化，实现冷暖光的色温调节；即混合光度量Y_m恒定，色坐标x改变；联立式(1.7)和式(1.15),可得如下计算式：

可以解出唯一x；由D_c可确定D_w的值；

(2)色温恒定下的光度量调节

保持θ角度不变化，进行半径ρ的增减，实现冷暖光的光亮度调节；即冷暖通道的光亮度比值固定，色温保持恒定，联立式(1.13)和式(1.11)，可得如下计算式：

可以解出唯一D_c，再有由D_c可确定D_w的值；依据上述推导，通过控制极坐标的角度和半径，可实现冷暖灯色温和光度量的单独控制。

2.根据权利要求1所述的护眼智能照明系统，其特征在于：当室内照明为多灯具组合时，对系统灯具进行联动控制，采用基于无线组网技术的多灯联动调光机制；具体是：

(1)灯具入网

在新灯具加入无线网络时，智能网关根据灯具MAC判断是否为安全设备；在灯具MAC认证安全之后，授权灯具加入无线网络中，并且在灯具数据表中储存该灯具的IP、端口号和集中器地址；

(2)灯具调光

以单个灯具为对象，灯具数据分成开关、亮度、色温和其他信息四部分；一次调光操作中，由客户端发送包含当前灯具要改表状态的数据请求给智能网关，智能网关接收请求并完成调光后，反馈回复帧给智能网关；

(3)分组管理

用户在注册登录之后，绑定用户下的智能网关，添加智能网关下的灯具节点；对灯具进行分组，建立分组下灯具信息，实现灯具整组控制和多灯管理；室内光照不满足需求时，客户端发起分组调光操作，选择当前分组下的操作对象后，智能网关同时对多个灯具进行亮度和色温的调节，各个灯具进行响应；调光后，室内光照发生改变，可由光照传感器反馈出数据；

(4)光照采集

无线光照传感器采集当前室内光照信息，通过射频与智能网关通信。