[发明专利]基于天然采光的办公室光环境调控系统及调控方法

权利要求书

1.基于天然采光的办公室光环境调控系统，其特征在于：包括LED灯条，室内人体感应传感器；室外感光传感器，室内感光传感器，通信模块，主控模块，LED驱动模块，

所述室内人体感应传感器用于采集办公室内人员往来数据；并将数据传送到主控模块；

所述主控模块根据室内人体感应传感器的数据信息判定LED灯条是否开启；

所述室外感光传感器位于办公室窗户的四周；所述室外感光传感器用于采集天然光的光照强度以及色温数据，并将数据传送至主控模块；

所述室内感光传感器用于采集室内工位的光照强度及色温数据，并将数据传送到主控模块；

所述通信模块用于采集联网实时气象台天气数据，并将数据发送至主控模块；

所述LED驱动模块用于对LED灯条进行调光控制；

所述主控模块将所述室外感光传感器、所述室内感光传感器、所述通信模块所采集的各项数据进行计算分析，并同时判断工位上是否需要补光，然后驱动LED驱动模块对LED灯条进行光照调光，以使LED灯条输出适合的办公光照强度及色温；

调控方法如下：

S1通过室内人体感应器采集数据判断室内是否有人员往来，如果感应无人，将灯具调光装置全部关闭；如果感应有人，通过主控模块调节LED灯条照明；

S11 LED灯条照明调节过程为，首先，在主控模块内输入光照和色温的调节边界值；其次，主控模块获取以下信息：通过气象台信息获取实时天气状况数据，通过室外感光传感器获取进入室内天然光的色温与照度值数据；通过室内感光传感器获取室内工位的光照强度及色温数据；主控模块对比边界值与各传感器的实时数据判定是否需要补光；当不需要补光时通过LED驱动模块用于对LED灯条进行调光；当需要补光时通过主控模块调节LED灯条进行补光；

S12补光与否条件判定：

设(i)每个工位工作面的LED灯光照强度：

(ii)每个工位工作面的天然采光平均照度为Eout＝[Eout₁,Eout₂,……Eout_n]^Τ；其中T所表示的是向量的转置，n所表示的是：从1号到n号灯；

(iii)办公室的工位数为N，办公室工位的工作面平均照度Ean需求值矩阵为Ean＝[Ean₁,Ean₂,……Ean_N]^Τ；

确定工位工作面需要补光的条件如下：

则工位工作面需要补光的照度Ea＝[Ea₁,Ea₂,……Ea_n]；

S13根据灯具输出光通量与灯具消耗功率的正比关系，通过带交叉引子的改进粒子算法建立工位工作面需要补光的照度Ea与需要调节的LED灯输出光通量ψ之间的节能模型：(i)设办公室的灯具数量为M，每一盏灯可以在[0,ψ_M]范围内调节光通量；则可将任意一盏灯具光通量ψ的组合看作一个M维的粒子，则ψ＝[ψ₁,ψ₂,……ψ_M]；

则Ea＝Ga(t)*ψ；其中Ga(t)为适应度函数，即通过带交叉引子的改进粒子算法获得的粒子群最佳矩阵Ga(t)＝[ψ_1t^(t) ... ψ_Dt^(t) f_t^(t)]，进而获得最佳节能LED灯条位置以及该LED灯条开启条件；其中f_i(t)是适应度；

D是灯具的总数量；

S14色温调节过程如下：

根据照度E、亮度N、颜色刺激值B的关系获得色坐标与照度的关系式，再根据色坐标与色温的关系获得实时色温关系式，色温与初始色温边界值比较，以实现对色温的调节；

S141在理想漫反射面的亮度N和漫反射面的照度E之间的关系如下：

另，亮度N与颜色刺激值B具有如下关系：B＝N；

S142结合格拉斯曼颜色定律与CIE1931色品坐标可获得色坐标与颜色刺激值具有如下关系：其中Am，Bm，Cm是混合光对应的三刺激值，A_l，B_l，C_l是第l个颜色光对应的三刺激值；对于所有颜色光，其三刺激值和色品坐标的对应关系如下：其中(am，bm)是混合光对应的色坐标，(al，bl)是第l个颜色光色温对应的色坐标；

综上，色坐标与亮度之间具有如下关系：其中E_l是每一个颜色光在被照面上形成的照度；

S143多种不同颜色的光混合时，此时混合光环境里的色温为混合视色温，工位工作面上的混合视色温的平均值M-A(Tm)计算公式如下：

其中Tm，j是办公室里第j个(j∈[1,M])工作面上的混合色温，进而可获得混合视色温均匀度V_T的计算公式如下：其中Min(Tm)为混合视色温的最小值；M-A(Tm)为混合视色温的平均值；

同时，混合白光的相关色温的计算公式：其中Tm是混合光源的色温，Q是光源的色坐标的系数，K是等温斜率的倒数，(am,bm)是光源的色坐标；

综上，当已知m种光源的色坐标及其在被照面上的产生的照度就可以获得混合白光的相关色温，进而对该色温做调节。