[发明专利]护眼智能照明系统

摘要

本发明公开了一种可调亮度调色温的照明系统。本发明中的LED灯接收智能网关的控制信号，并对当前的灯具状态进行改变，实现灯具开关和调光等操作。客户端通过无线局域网连接智能网关，实现整体护眼智能照明系统的控制。客户端将用户的控制操作转化成相应的协议帧，经由智能网关处理后，将数据转发给LED灯。智能灯具收到数据或状态发生改变，将数据协议包通过智能网关转发给客户端，客户端收到协议帧后，处理接收的数据，进行手机界面状态更新。本发明采用基于极坐标的无极调光调色算法，算法实现复杂度低，可快速达到设定的亮度和色温；相比于现有算法，在调光准确度有了很大的提升。

主权项

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(xc，yc)，暖白LED光源的色品坐标为(xw，yw)，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，xm∈[xw,xc]；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xm，则ym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＝DYz                      (1.6)式(1.6)中，Yz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：Ym＝DcYc+DwYw                   (1.7)式(1.7)中，Yc和Yw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，Dc和Dw分别为冷光通道和暖光通道的PWM占空比，Ym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Ym(DcYc，DwYw)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Yc和Yw，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(Dc1Yc1，Dw1Yw1)，B(Dc2Yc2，Dw2Yw2)和C(Dc3Yc3，Dw3Yw3)，k>0，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Ym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；Dc由可确定Dw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Dc，再有由Dc由可确定Dw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。