一种太阳光光纤照明控制方法及系统与流程

本发明涉及一种太阳光光纤照明技术，具体为一种太阳光光纤照明控制方法及系统。

背景技术：

室内照明是人们日常生活的刚性需求，随着社会的不断发展，照明设备与照明系统的设计也越来越人性化。目前有很多可遥控灯具供人们在不同室内光照环境下选择不同光照模式和光照度。但在现有的照明系统中，通过传输电线将电能传输到安放在室内某个位置的照明设备使其提供照明光源，依靠遥控照明设备并不能对室内的墙角、置物柜底这类地方进行有效的光照，特别是在人们打扫卫生或找东西时，角落往往太暗，可见度太低，而现有照明系统无法根据情景进行智能调节为人们提供照明便利。同时利用一般照明设备需要消耗电能且无法提供室内以自然光照明，对电能依赖大且无法提供最为适宜人体的室内自然光照明。

技术实现要素：

针对现有技术中依靠遥控照明设备并不能对室内的墙角、置物柜底这类地方进行有效的光照等不足，本发明要解决的技术问题是提供一种可为人们在面对室内角落环境工作时提供适宜角落照明条件太阳光光纤照明控制方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种太阳光光纤照明控制系统，包括信息收集模块、处理器模块、驱动模块、光纤电源照明模块、光纤太阳光源照明模块以及光纤，其中：

信息收集模块，采集室内、外照度信息、角落照明模式触发事件并生成相应的触发事件信号传递至处理器模块；

处理器模块，根据信息收集模块信号生成控制信号，输出控制指令至驱动模块；

驱动模块，包括光纤太阳光源驱动模块和光纤电源驱动模块，其中光纤太阳光源驱动模块的输出端与光纤太阳光源照明模块连接，光纤电源驱动模块的输出端与光纤电源照明模块连接；光纤太阳光源照明模块的输出端接有第一光纤，光纤电源照明模块的输出端接有第二光纤。

光纤电源驱动模块的工作电源端与市电连接，光纤电源驱动模块还具有色温调节器及LED灯，色温调节器的输出端与LED灯连接，LED灯的光线射入第二光纤光通道入口。

所述光纤太阳光源驱动模块包括太阳光追踪器、步进电机驱动器以及整流调压模块，整流调压模块为太阳光追踪器和步进电机驱动器提供直流电源，太阳光追踪器输出脉冲信号接至步进电机驱动器，步进电机驱动器的输出端与步进电机的控制端相连；

光纤电源驱动模块包括整流调压电路和光耦调压电路，其中整流调压电路输入端与市电相连，输出端输出的直流电接至光耦调压电路的工作电源端，光耦调压电路的控制端与处理器模块输出的调制解调脉冲信号相连，光耦调压电路的控制端接至光纤光源发生器。

所述信息收集模块包括光照度传感器、红外遥控器和/或按键，其中红外控制遥控器用于用户主动通过按键选择角落照明模式产生相应角落照明触发事件，光照度传感器为多个，分别采集室内各角落的照度信息；按键具有多个，分别为安装于角落的按钮或用于检测室内用具是否被移动的传感器，多个按键均与处理器模块的信号输入端电连接。

第一光纤和第二光纤在室内沿地面墙角并行布线。

本发明一种太阳光光纤照明控制方法，包括以下步骤：

通过信息收集模块中的一组光照度传感器获取室内照度信息传输至处理器模块，处理器模块根据室内照度信息与第一预设阈值的偏差进行光纤光源亮度控制；

通过信息收集模块中的另一组光照度传感器获取室外照度信息传输至处理器模块，处理器模块根据室外照度信息与第二预设阈值进行比较，进行光照模式选择，当室外照度信息高于第二预设阈值，控制照明模式处于日间太阳光照明模式，当室内照度信息低于第二预设阈值，开启夜间电光源照明模式。

本发明在日间太阳光照明模式时，当检测到角落照明模式触发事件时，控制光纤照明装置进入第一角落照明模式；在夜间电光源照明模式中，当检测到角落照明模式触发事件时，控制光纤照明装置进入第二角落照明模式；其中，第一角落照明模式为：收集外界太阳光照度低于第三预设阈值，光纤电源照明模块提供的照度设定为第四预设阈值，且太阳光光纤照明模块提供的照明色温设定为第五预设阈值；第二角落照明模式为：光纤电源照明模块提供的照度大于第六预设阈值，光太阳光光纤照明模块提供的照明色温大于第七预设阈值。

本发明还包括以下步骤：所述角落照明模式触发事件包括：任意时间、任意人员靠近事件、按键选择事件、任意打扫工具移动事件中的一种或多种；按键选择事件指通过按键进行角落照明模式的选择；

本发明还包括以下步骤：当在规定时间内没有角落照明触发事件发生，将照明模式恢复为开启角落照明模式之前的日间太阳光照明模式或夜间电光源照明模式。

获取室内照度信息为：

光照度传感器在房间中层高度四周墙面检测所得照度信息加权平均后得到的第一照度信息，其中中层高度为1～2m；

光照度传感器在房间角落处检测所得照度信息加权平均后得到的第二照度信息；

第一照度信息和第二照度信息进行加权平均得到室内照度信息；

获取室外照度信息为：根据照度传感器在室外的太阳光收集处检测所得到的照度信息。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明通过检测室外照度信息来控制日间太阳光照明模式与夜间电光源照明模式的切换，收集太阳光为室内提供最为适宜人体的自然光照明，同时收集太阳光照明实现了对能源的节约。

2.本发明通过检测室内照度信息与一预设最佳照度阈值进行偏差控制，提供了智能的自适应照明控制，使用光纤实现光的柔性传播，并在不同照明模式下通过检测角落照明模式触发事件控制进入相应的角落照明模式，结合光纤柔性照明的有利特点，在人们需要打扫角落卫生、在角落寻找物品或是在角落进行某种工作时能获得角落处的明亮且对比度高的照明，使人们进行这些活动时角落处能变得明亮且可见度高，为人们面对室内角落环境工作时提供适宜角落照明条件，解决传统照明无法提供有效适宜角落照明的缺陷。

附图说明

图1为本发明系统硬件结构组成框图；

图2为本发明中光纤太阳光源驱动模块的步进电机驱动器的接线图；

图3为本发明中光纤电源驱动模块电气结构框图；

图4本发明控制方法的流程图；

图5本发明方法中获取室内照度信息流程图；

图6本发明方法中光纤照明装置切换至不同照明模式的流程图。

其中，1为信息收集模块，2为处理器模块，3为驱动模块，4为光纤电源照明模块，5为光纤太阳光源照明模块，6为第一光纤，7为第二光纤。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种太阳光光纤照明控制系统，包括信息收集模块1、处理器模块2、驱动模块3、光纤电源照明模块4、光纤太阳光源照明模块5以及光纤，其中：

信息收集模块1，用于采集室内、外照度信息、角落照明模式触发事件并生成相应的触发事件信号传递至处理器模块；

处理器模块2，根据信息收集模块信号生成控制信号，输出控制指令至驱动模块；

驱动模块3，包括光纤太阳光源驱动模块和光纤电源驱动模块，其中光纤太阳光源驱动模块的输出端与光纤太阳光源照明模块5连接，光纤电源驱动模块的输出端与光纤电源照明模块4连接；光纤太阳光源照明模块5的输出端接有第一光纤6，光纤电源照明模块4的输出端接有第二光纤7。

光纤电光源照明模块4由一个或几个光纤光源发生器(采用45W-1型号)组成。光纤太阳光源照明模块5由太阳光聚光器构成。

光纤电源驱动模块的工作电源端与市电连接，光纤电源驱动模块还具有色温调节器及LED灯，色温调节器的输出端与LED灯连接，LED灯的光线射入第二光纤7的光通道入口。

如图2所示，本实施例中，光纤太阳光源驱动模块包括太阳光追踪器(采用JYDZ-W-II型号)、步进电机驱动器(采用DM542型号)以及整流调压模块，整流调压模块为太阳光追踪器和步进电机驱动器提供直流电源，太阳光追踪器输出脉冲信号接至步进电机驱动器，步进电机驱动器的输出端与步进电机(采用J-5718HB6401型号)的控制端相连；(光照度传感器采用BH1750FVI型号、光纤光源发生器采用45W-1型号)

本发明由高精度太阳光追踪器输出脉冲通过步进电机驱动器来控制步进电机带动光纤太阳光源照明模块中太阳光聚光器转动从而实现对太阳光的收集跟踪。

如图3所示，光纤电源驱动模块包括整流调压电路和光耦调压电路，其中整流调压电路输入端与市电相连，输出端输出的直流电接至光耦调压电路的工作电源端，光耦调压电路(光耦采用TLP250型号)的控制端与处理器模块输出的调制解调脉冲信号相连，光耦调压电路的输出端接至光纤光源发生器。

信息收集模块包括光照度传感器、红外遥控器和/或按键(红外接收头采用TL1838型号)，其中红外控制遥控器用于用户主动通过按键选择角落照明模式产生相应角落照明触发事件，光照度传感器为多个，分别采集室内各角落的照度信息；按键具有多个，分别为安装于角落的按钮或用于检测室内用具是否被移动的传感器，多个按键均与处理器模块的信号输入端电连接。

角落是指室内墙角置物柜、睡床、冰箱等固定物件周围区域及所有类似环境区域；

第一光纤6和第二光纤7在室内沿地面墙角并行布线。

本实施例中，光纤为整个系统实现对室内及对角落的照明提供了物理基础，利用光纤照明端发光的特点能够实现对室内的整体照明，而利用光纤柔性照明与体发光的特点能够实现对房间角落实现有效的照明。例如，将光纤布置经过有角落照明需求的位置最后汇集于房间天花板某个位置集中发光照明能够为整个光纤照明系统实现的目标功能提供照明物理基础。

本实施例将光照度传感器分为两组，一组负责室内光照度检测，一组负责室外光照度检测。本发明通过检测室外照度信息来控制日间太阳光照明模式与夜间电光源照明模式的切换，收集太阳光为室内提供最为适宜人体的自然光照明，同时在外界光照亮度足够的情况下优先收集太阳光提供照明，以节约电能。通过检测室内照度信息与预设最佳照度阈值进行偏差控制，提供智能的自适应照明。使用光纤实现光的柔性传播，并在不同照明模式下通过检测角落照明模式触发事件控制进入相应的角落照明模式，其中，角落照明模式是指控制光纤照明系统提供的照明亮度高于或者达到预设阈值，照明色温达到或高于预设阈值。结合光纤柔性照明的有利特点，能在人们需要打扫角落卫生、在角落寻找物品或是在角落进行某种工作时能获得角落处的明亮且对比度高的照明，使人们进行这些活动时角落处能变得明亮且可见度高，为人们面对室内角落环境工作时提供适宜角落照明条件，解决传统照明无法提供有效适宜角落照明的缺陷。

当室外照度信息高于第二预设阈值，控制照明模式处于日间太阳光照明模式，当室内照度信息低于第二预设阈值，开启夜间电光源照明模式；

在所述的日间太阳光照明模式中控制光纤太阳光源照明模块对室内进行照明，在所述的夜间电光源照明模式中控制光纤电光源照明模块对室内进行照明。

在所述的日间太阳光照明模式中，当检测到角落照明模式触发事件时，控制光纤照明系统进入第一角落照明模式；在所述的夜间电光源照明模式中，当检测到角落照明模式触发事件时，控制光纤照明系统进入第二角落照明模式；其中，所述第一角落照明模式是指驱动光纤太阳光源照明模块提供室内照度低于第三预设阈值，驱动光纤电源照明模块提供的照明亮度设定为第四预设阈值，且光纤电源照明模块提供的照明色温设定于第五预设阈值；其中，所述第二角落照明模式是指驱动光纤电源照明模块提供的照明亮度大于第六预设阈值，且光纤电源照明模块提供的照明色温大于第七预设阈值；

如图4所示，本发明一种太阳光光纤照明控制方法，包括以下步骤：

通过信息收集模块中的一组光照度获取室内照度信息传输至处理器模块，处理器模块根据室内照度信息与第一预设阈值的偏差进行光纤光源亮度控制；

通过信息收集模块中的另一组光照度传感器获取室外照度信息传输至处理器模块，处理器模块根据室外照度信息与第二预设阈值进行比较，进行光照模式选择，当室外照度信息高于第二预设阈值，控制照明模式处于日间太阳光照明模式，当室内照度信息低于第二预设阈值，开启夜间电光源照明模式。

如图6所示，在日间太阳光照明模式时，当检测到角落照明模式触发事件时，控制光纤照明装置进入第一角落照明模式；在夜间电光源照明模式中，当检测到角落照明模式触发事件时，控制光纤照明装置进入第二角落照明模式；其中，第一角落照明模式为：驱动光纤太阳光源照明模块提供室内照度低于第三预设阈值，驱动光纤电源照明模块提供的照度设定为第四预设阈值，且光纤电源照明模块提供的照明色温设定于第五预设阈值；第二角落照明模式为：驱动光纤电源照明模块提供的照明亮度大于第六预设阈值，且光纤电源照明模块提供的照明色温大于第七预设阈值。

上述第一～七预设阈值均可根据本领域专业研究人员给出的专业建议进行系统默认设置，也可以根据人们在日常生活中的不同需求与个人喜好进行自主设置；所述的第二预设阈值根据具体的光纤照明系统使安装使用场所进行预先设置，保证系统照明模式切换的合理性。所述的第一预设阈值也可以在照明系统中进行灵活调整，如：将适宜人们在室内学习工作的较明亮的第一预设阈值表示为工作模式，将适宜人们在室内休息的较暗的第一预设阈值表现为休息模式等。当人们需要在室内工作时，可选定工作模式，获得想要的较为合理的明亮的室内最佳照明；当人们需要在室内休息时，可选定休息模式，获得想要的较为合理的较暗的室内最佳照明。同时，为保证人们能够获得自己认为最为合理的照明亮度，可以在设定的不同模式下通过按键对对应的默认第一预设阈值进行升高或降低。比如人们在工作时选定了工作模式，但觉得室内光照亮度还需要更亮，可以将此时系统设定的第一预设阈值进行提高以获得更亮的室内照明，这样有效保证了光纤照明系统能提供给人们最为合理适宜的室内最佳照明效果。

本实施例中，第一预设阈值为150lx(勒克斯)，用于控制室内的最佳照度值。第二预设阈值为60lx，用于控制从日间太阳光照明模式向夜间电光源照明模式的切换临界照度值，第三预设阈值为70lx，用于控制第一角落照明模式中太阳光提供的照度值比例，第四预设阈值为130lx，用于控制第一角落照明模式中电光源提供的照度值比例，第五预设阈值为3500K，用于控制第一角落照明模式的色温，第六预设阈值为210lx，用于控制第二角落照明模式的照度值，第七预设阈值为6500K，用于控制第二角落照明模式的色温。其中色温的控制建立在日间和夜间的自然环境所处色温与人眼辨识度的基础上考虑的。

角落照明模式触发事件包括：任意时间、任意人员靠近事件、按键选择事件、任意打扫工具移动事件中的一种或多种；按键选择事件指通过按键进行角落照明模式的选择。如果在规定时间(如3～5分钟)内没有角落照明触发事件发生，将照明模式恢复为开启角落照明模式之前的日间太阳光照明模式或夜间电光源照明模式。

检测是否发生角落照明模式触发事件。当检测到角落照明模式触发事件时，根据触发事件发生的所处照明模式生成相应的角落照明模式触发信号；其中，在日间太阳光照明模式下检测到发生角落照明模式触发事件时生成第一角落照明模式触发信号，在夜间电光源照明模式下检测到发生角落照明模式触发事件时生成第二角落照明模式触发信号，具体角落照明模式触发信号包括：

在安放在角落的人体感应器在一定时间内一直检测到有人在角落附近，则生成人员靠近事件触发信号；如果检测到相应模式选择按键按下，则红外按键通过红外线生成并发出按键选择事件触发信号；如果安放在打扫工具上的位移感应器检测到特定的打扫工具移动，则生成打扫工具移动事件触发信号。

同时判断角落触发事件信号属于第一角落照明模式触发信号还是第二角落照明模式触发信号。根据生成的第一角落照明模式触发信号控制光纤照明系统进入第一角落照明模式，根据生成的第二角落照明模式触发信号控制光纤照明系统进入第二角落照明模式；

当一定时间内检测不到角落照明模式触发事件，将照明模式恢复为开启角落照明模式之前的日间太阳光照明模式或是夜间电光源照明模式。

本实施例中，当检测到了角落照明模式触发事件，根据触发事件及事件发生所处具体照明模式生成相应的角落照明模式触发信号，根据触发信号控制光纤照明系统进入相应的角落照明模式。比如，在晴朗的白天，系统处于日间照明模式，此时检测到触发事件之一的某一打扫工具的移动事件，则立即生成第一角落照明模式触发信号，进而控制系统进入第一角落照明模式，控制系统收集外界太阳光照量低于第三预设阈值，同时控制电能驱动照明设备提供的照明亮度设定为第四预设阈值，并控制照明设备提供的照明色温设定于第五预设阈值，在利用自然光照明时充分考虑到人们打扫时对角落照明的要求，提供给人们明亮且对比度高的角落光照，充分利用太阳光照明，实现了尽可能的节能照明，同时也为人们打扫角落卫生提供了适合的照明调节，为人们提供了极大的便利。再比如，在阴天或是夜晚，系统处于夜间电光源照明模式，此时检测到任意时间的人员靠近事件或是按键选择事件，则立即生成第二角落照明模式，进而控制系统进入第二角落照明模式，控制系统电能驱动照明设备提供的照明亮度大于第六预设阈值，照明设备提供的照明色温大于第七预设阈值，充分考虑了夜晚环境较暗的实际照明场景，并结合实际所处的夜间环境控制进入对应的第二角落照明模式，给人们提供较第一角落照明模式亮度更高，对比度更温和的角落照明环境，为不同环境下人们的角落环境活动提供了最为适宜的角落照明，给人们提供了极大的便利。

在进入角落照明模式后，当一定时间内检测不到角落照明模式触发事件，此时可认为人们面对角落环境的工作已经结束，为了给人们提供最适宜的室内照明，系统将自动将照明模式恢复为开启角落照明模式之前的日间太阳光照明模式或是夜间电光源照明模式。

如图4所示，获取室内照度信息包括以下步骤为：

照度在房间中层高度四周墙面检测所得照度信息加权平均后得到的第一照度信息，其中中层高度为1～2m；

光照度传感器在房间角落处检测所得照度信息加权平均后得到的第二照度信息；

第一照度信息和第二照度信息进行加权平均得到室内照度信息；

获取室外照度信息为：根据光照度传感器在室外的太阳光收集处检测所得到的度信息。

如图5所示，本发明将信息收集模块中光照度传感器分为三组，各组功能如下：

根据第一组光照度传感器在房间中层高度四周墙面检测得到第一照度信息；

根据第二组光照度传感器在房间角落处检测得到第二照度信息；

对上述第一照度信息和第二照度信息进行加权平均得到所述室内照度信息；

根据第三组光照度传感器检测得到当前室外照度信息；

在本实施例中，第一组光照度传感器设置在房间中层高度四周墙面，收集不同位置的照度信息进行加权平均得到第一照度信息，为使用于指示室内主要区域明暗程度的第一照度信息更为准确，所述中层高度四周墙面，可将其定义为人们日常生活视线主要接触的身高高度附近(1～2m)的墙面区域，对该区域光照亮度进行检测能够合理地反映人们对室内照明的亮度真实感受，所述中层高度也可根据具体需求进行具体调节；第二组光照度传感器收集不同角落的照度信息进行加权平均得到第二照度信息，考虑到不同房间对正常角落照明要求不同，可有选择地在特定角落中设置传感器，且可根据角落所处位置对各照度信息所占权重进行调节，以保证所收集的第二照度信息的合理性。第三组光照度传感器在室外照度信息。对收集到的第一照度信息与第二照度信息进行加权平均得到反映室内明暗程度的室内照度信息，考虑到不同房间对角落照明需求不同，可根据具体房间的照明需求对第一照度信息和第二照度信息所占权重进行自动调整，通过加权平均得到最合理地反映室内明暗程度的室内照度信息。这样大大提高了收集的室内照度信息的准确性及对室内明暗程度反映的真实性。

本发明中，涉及到权值计算的有两种情况：

1)角落收集到的第二照度信息和中层(1～2m)墙面收集到的第一照度信息存在权值分配的问题；

2)第二照度信息是从不同的角落收集到的，对于不同的角落，也存在权值分配问题。

要想实现权值的自动分配，可以通过记录角落照明触发事件的触发次数来具体自调整两个权值，具体方法如下：

设第一照度权值为a1，第二照度权值为a2，则有a1+a2＝1，a1＝1-a2。设处理器记录到的照明系统开启次数为n0，记录检测到角落触发事件的次数为n。且每一次照明系统开启后(n0＝n0+1)只记录第一次角落触发事件，n＝n+1；预计正常n/n0在20％～0％之间变化，即最多每五次开启系统会有一次角落触发事件发生；

本实施例以车库修理房为例，先将中层(1～2m)墙面收集到的第一照度信息权值设置为75％，将角落收集到的第二照度信息权值设置为25％。假设此车库修理房在A、B、C三个角落处检测角落照度信息。

根据实际情况可知，第二照度信息的权值(即角落处的照度信息)不能占太大，设定在35％～15％之间，在系统中预设a2＝25％。

即初始时候车库室内照度信息值＝(a1)0.75×第一照度信息+(a2)0.25×第二照度信息。

随着记录到的n/n0的变化，可以反应出室内角落在房间使用中的重要性。如果n/n0越大，意味着对角落照明需求越高，如果n/n0越小，意味着对角落照明需求不那么高。而触发角落事件后会有对应的角落照明模式提供足够的照度与适宜的色温，因此在一般的照明模式下存在的a2被限定在35％～15％间变化，变化范围不大，用一次函数设定a2与n/n0的关系为：

a2＝k×(n/n0)+b

其中，k为对应关系系数，b为a2最小的取值。

为避免初始检测到n0与n会使得(n/n0)有很大的变化，根据预计正常(n/n0)在20％～0％之间变化、一般的照明模式下存在的a2被限定在35％～15％间变化的对应关系，而初始时候a2预设为a2＝25％，在系统中预设n＝1，n0＝10；根据预计n/n0变化范围与a2的限定变化范围的一次对应关系可得k＝1，b＝15％，

所以有：

a1＝1-a2

因此，车库室内照度信息值＝a1×第一照度信息+a2×第二照度信息，可实现动态权值自调节

对于A、B、C角落的权值，因为根据房间各角落具体安排人为确定更为准确，且比较方便，不存在如对角落照明需求无法确定的模糊性，因此该实施例中用人为预设即可。比如在车库修理房内假设有三个角落A、B、C、设置了光照度传感器，A角落是一个修理工作区，而B、C只是一个杂物区，因此可将A角落检测的照度占第二照度信息的权值提高到比如70％，其他B、C各占15％，则此时有：

第二照度信息＝0.7×A角落照度信息+0.15×B角落照度信息+0.15×C角落照度信息，也就有车库室内照度信息值＝a1×第一照度信息+a2×第二照度信息＝a1×第一照度信息+a2×(0.7×A角落照度信息+0.15×B角落照度信息+0.15×C角落照度信息)

角落处检测所得光照亮度的加权平均，可根据角落所处位置对各照度信息所占权重进行调节。比如，对于靠近死角处的角落区域，可以降低该处光照照度信息所占权重，如车库修理房杂物堆放区；对于小孩卧室堆放玩具的角落或是房间堆放工具的角落这类区域，可以提高该处光照亮度所占权重，如小孩卧室玩具堆放区；增加第二照度信息更真实地反映人们实际光照量需求被满足的程度。

室内光照亮度的计算，可根据具体房间的照明需求对第一照度信息和第二照度信息所占权重进行调整，最后计算出室内光照照度信息来反映当前室内明暗程度。比如，在对角落照明需求较小的客厅和餐厅，可将第一照度信息的权值设置远大于第二照度信息的权值；在车库修理房等对角落照明需求较高的地方，可以将第二照度信息的权值适当提高；最后通过加权平均得到最合理地反映室内明暗程度的室内照度信息。