一种自适应光电混合光纤照明系统及方法与流程

本发明属于照明系统技术领域，具体涉及一种自适应光电混合光纤照明系统及方法。

背景技术：

照明系统与我们的生活息息相关，随着经济的发展和科技的进步，人们对一个更加安全、更加节能、更加智能的照明系统的需求日益增加。现有传统照明方式是通过传输电线将电能传递至负载使负载发光，提供照明。这使传统照明系统存在线路老化造成火灾的安全隐患，并且存在照明亮度无法自动调节进而导致能源浪费的缺点。

光纤照明是一种较安全的照明方式，其利用透镜和反光镜等光学元件来无限次改变传播方向，实现光的柔性传播的同时实现了光电分离，大大提高了照明的安全性。在专利公开号为cn205540300u的专利中提出了一种自动追踪太阳的光纤照明系统，通过自动追踪收集太阳光一定程度上减少对电能的依赖，实现了节能减排。但是在阴天或者夜晚时该系统存在无法提供照明的问题。目前国内尚无能实现在白天自动追踪太阳，并且能在夜晚控制电发光实现全天候的自适应控制的光纤照明系统。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种自适应光电混合光纤照明系统及方法，该系统以光纤照明为基础，优先应用太阳光照明，并和照明光纤相结合，保持室内总照度恒定，是一种安全节能的新型照明方式。

本发明提供一种自适应光电混合光纤照明系统，包括：

太阳能聚光器，通过聚光罩接收太阳光信号；

光纤照明模块，与太阳能聚光器相连接用于传导光信号以实现室内自适应照明；

光照强度采集模块，用于采集室内的实际光照强度；

红外输入模块，通过发送红外信号模拟室内的最佳光照强度；

单片机，对实际光照强度和最佳光照强度进行对比，当实际光照强度和最佳光照强度不相等时，输出第一pwm控制信号以调整聚光罩的角度进而改变获取的光照强度；通过调整后实际光照强度始终小于最佳光照强度时，输出第二pwm控制信号；

步进电机驱动模块，根据所述第一pwm控制信号控制步进电机以实现对聚光罩的角度的调整；

光纤光源发生器，与所述光纤照明模块相连接，根据第二pwm控制信号输出激发光信号；

太阳光追踪模块，用于追踪太阳位置并通过步进电机驱动模块控制步进电机以调整太阳能聚光器的聚光罩的角度进而捕捉到太阳位置。

在本发明的自适应光电混合光纤照明系统中，所述系统还包括分别与单片机和光纤光源发生器相连接的pwm控制电路。

在本发明的自适应光电混合光纤照明系统中，所述光照强度采集模块包括光强传感器和信号转换器。

在本发明的自适应光电混合光纤照明系统中，所述红外输入模块包括红外接收头、红外遥控器和信号转换器。

在本发明的自适应光电混合光纤照明系统中，所述太阳光追踪模块包括检测头和控制盒，控制盒为采用透明上盖的防水外壳，控制盒内置控制器和显示屏组成的电路。

在本发明的自适应光电混合光纤照明系统中，所述的步进电机驱动模块包括步进电机驱动器及其外围电路。

在本发明的自适应光电混合光纤照明系统中，所述系统还包括分别与单片机、太阳光追踪模块以及步进电机驱动模块相连接的电源模块。

在本发明的自适应光电混合光纤照明系统中，所述电源模块包括整流电路、滤波电路、给步进电机驱动模块和太阳光追踪模块供电的24v稳压电路、给单片机控制模块供电的3.3v稳压电路。

在本发明的自适应光电混合光纤照明系统中，所述系统还包括与单片机连接的显示模块。

本发明还一种自适应光电混合光纤照明方法，包括以下步骤：

实时采集室内的实际光照强度，通过发送红外信号模拟室内的最佳光照强度；

单片机对实际光照强度和最佳光照强度进行对比，当实际光照强度和最佳光照强度不相等时，输出第一pwm控制信号；

根据第一pwm控制信号控制步进电机以调整聚光罩的角度进而改变获取的光照强度，传导太阳光信号实现室内自适应照明；

通过调整后实际光照强度始终小于最佳光照强度时，单片机输出第二pwm控制信号，光纤光源发生器根据第二pwm控制信号输出激发光信号，传导太阳光信号和激发光信号以实现室内自适应照明。

本发明的自适应光电混合光纤照明系统及方法将自适应光电混合技术与光纤照明系统综合，利用单片机对光纤照明光源部分进行输出控制，有效优先利用太阳光，并完全采用光纤照明方式，消除了传统照明系统传输电线易老化起火的安全隐患，充分利用太阳光，减少对电能的依赖，保证了全天候的照明自适应控制，避免过度照明造成的能源浪费，实现了照明系统的节能与智能化。

附图说明

图1为本发明的自适应光电混合光纤照明系统的应用示意图；

图2为本发明的自适应光电混合光纤照明系统的结构框图；

图3为本发明的自适应光电混合光纤照明方法的流程图。

具体实施方式

图1为本发明的自适应光电混合光纤照明系统的应用示意图，该系统以光纤照明为基础，白天可自动追踪太阳光，夜晚切换控制光纤光源发生器提供光照实现全天候自适应照明，将电流的传输与光的传输分离，大大提高了照明安全性。

图2为本发明的自适应光电混合光纤照明系统的结构框图，如图所示，本发明的自适应光电混合光纤照明系统，包括：光照强度采集模块1、红外输入模块2、单片机3、太阳光追踪模块4、步进电机驱动模块5、步进电机6、太阳能聚光器7、pwm控制模块8、光纤光源发生器9、光纤照明模块10、电源模块11以及显示模块12。光照强度采集模块1的输出端和红外输入模块2的输出端都与单片机3的输入端相连接。单片机3的输出端分别与步进电机驱动模块5、pwm控制模块8以及显示模块12相连接。pwm控制模块8与光纤光源发生器9相连接。太阳光追踪模块4的输出端与步进电机驱动模块5相连接；步进电机驱动模块5的输出端与步进电机6的输入端连接，步进电机6的转子与太阳能聚光器7相连接。太阳能聚光器7的输出端和光纤光源发生器9的输出端与光纤照明模块10相连接将光传递至室内，实现自适应照明。电源模块11的输入端连接市电220v，电源模块11分别与单片机3、太阳光追踪模块4以及步进电机驱动模块5相连接为其供电。电源模块11包括整流电路、滤波电路、给步进电机驱动模块5和太阳光追踪模块4供电的24v稳压电路以及给单片机3供电的3.3v稳压电路。显示模块12用于显示室内实时光照强度、最佳光照强度设定值、外界太阳光所提供光强、光纤光源发生器9所提供光强等信息。

太阳能聚光器7设有聚光罩并通过聚光罩接收太阳光信号并过滤有害光线。光纤照明模块10分别与太阳能聚光器7和光纤光源发生器9相连接用于传导光信号以实现室内自适应照明。光照强度采集模块1包括光强传感器和信号转换器，光强传感器用于采集室内的实际光照强度，信号转换器将光信号转换为数字信号，经过数字信号处理后发送到单片机3。红外输入模块2包括红外接收头、红外遥控器和信号转换器，红外遥控器发送红外模拟信号将室内最佳光照强度设定值传至红外接收头，红外输入模块2内的信号转换器将红外模拟信号转换成数字信号，经过数字信号处理后发送到单片机3。单片机3首先对实际光照强度和最佳光照强度进行对比，当实际光照强度和最佳光照强度不相等时，单片机3输出第一pwm控制信号。步进电机驱动模块5分别与单片机3和步进电机6相连接，步进电机驱动模块5根据单片机3输出的第一pwm控制信号控制步进电机6以调整聚光罩的角度进而改变获取的光照强度，以室内的光照强度符合最佳光照强度。通过上述调整后如果实际光照强度始终小于最佳光照强度，则单片机3输出第二pwm控制信号以启动光纤光源发生器9进行光照补充。pwm控制模块8分别与单片机3和光纤光源发生器9相连接，pwm控制模块8接收到单片机3输出第二pwm控制信号后，调整第二pwm控制信号的占空比并输出给光纤光源发生器9，改变光纤光源发生器9输出的光照强度，使光纤光源发生器9提供最为适宜的光照强度。太阳光追踪模块4用于追踪太阳位置并通过步进电机驱动模块5控制步进电机6以调整太阳能聚光器7的聚光罩的角度进而使太阳能聚光器7捕捉到太阳位置。太阳光追踪模块4主要包括检测头和控制盒，控制盒采用透明上盖的防水外壳，内置控制器、液晶显示屏等部件组成的电路。检测头引入五芯信号，经电路内置程序判断，根据相应的情况作出相应的驱动执行，控制盒上的检测头接口与检测头连接，电源正极接口由+12v电源供电，控制器的东西轴电机输出端子接步进电机6的东西轴输入端，南北轴电机输出端子接步进电机6的南北轴输入端。

具体实施时，光照强度采集模块1的光强传感器采用bh1750fvi型号。红外输入模块2的红外接收头采用tl1838型号，单片机3为32为单片机，采用stm32f407zgt6型号。步进电机驱动模块5的步进电机驱动器采用dm542型号。步进电机6采用j-5718hb6401型号。光纤光源发生器9采用45w-1型号。显示模块12采用oled显示屏。光纤照明模块10采用pmma照明光纤。

图3为本发明的自适应光电混合光纤照明方法的流程图。照明方法具体包括以下步骤：

实时采集室内的实际光照强度，通过发送红外信号模拟室内的最佳光照强度；

通过单片机对实际光照强度和最佳光照强度进行对比，当实际光照强度和最佳光照强度不相等时，输出第一pwm控制信号；

根据第一pwm控制信号控制步进电机以调整聚光罩的角度进而改变获取的光照强度，输出太阳光信号；

通过调整后实际光照强度始终小于最佳光照强度时，单片机输出第二pwm控制信号，光纤光源发生器根据第二pwm控制信号输出激发光信号；

传导太阳光信号和/或激发光信号以实现室内自适应照明。

本发明中，单片机对系统的综合控制实现过程如下：

单片机3实现以使用太阳光照明优先的光电混合光照过程的控制，主要任务是将光照强度采集模块1采集到的实际光照强度信息和最佳光照强度设定信息作为控制变量，利用基于pid控制的太阳光照明优先的光电混合光照算法实现室内照明控制。当实际光照强度等于最佳光照强度时，继续监测实际光照强度。当实际光照强度不等于最佳光照强度时，实现首先通过调整太阳能聚光器7充分利用外界太阳光提供光强，传入室内光纤照明模块10进行照明；当太阳能聚光器7收集的太阳光照过量时，控制步进电机6的转动角度减少传入光纤照明模块10内的太阳光强以提供室内最佳照明强度；当外界太阳光不足的情况下启用光纤光源发生器9，对室内光强进行补充；同时并将室内实时光照强度、最佳光照强度设定值、外界太阳光所提供光强、光纤光源发生器9所提供光强在显示模块12上进行显示。