一种室内灯光亮度调节装置及方法与流程

本发明涉及照明控制装置，尤其涉及一种室内灯光亮度调节装置及方法。

背景技术：

能源与健康是当代社会的几大热门话题之一，节约能源，已经迫在眉睫。环顾我们的周围，能源浪费现象十分严重。每逢冬、夏用电高峰，我国的大部分地区闹电荒，如果这种电荒现象频繁地出现，直接影响到我国企业的生产和生存，它将制衡我国国民经济的持续发展。作为无机能源的电能源，不能存储却必须合理利用。在能源危机和全球变暖日益严重的今天，绿色节能已经大道全球的共识。在生活中，我们会发现电能浪费相当严重，例如我们常常会因为下雨天或者阴天光线的灰暗打开灯而忘记关灯，一方面对电能是一种浪费，另一方面当外界光线变强时，强的灯光对我们的视力也产生了影响。

现有技术中，专利号：201510401157.x为解决无人时走廊或室内灯光电源无法自行关闭浪费电能的现象，提出了一种稳定可靠的灯光调节装置，该装置解决了灯光可以根据外界光强提调节灯光亮度的功能，也实现了无人时自动关闭灯光电源的动能，节约了电能也省去了人们关闭电源的麻烦，但是该系统未对人眼能承受的光能进行探究，当光较强或较弱时对人视力都会产生一定的伤害。因此，保持室内恒定的光强，有助于保护人的视力，其次当外界光强使得室内的光强高于恒定光强时，系统进行降低灯泡亮度的措施，当室内光强低于恒定光强时，系统调节灯光强度达到恒定。这种随着使用者设置的室内恒定光强值而进行调节，对人眼具有一定的保护作用。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种能根据外界光线的强弱而灵活调整灯光亮度、用户可自助设定室内光强值的室内灯光亮度调节装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种室内灯光亮度调节装置，其包括有：一光信号采集单元，用于采集外界光照强度并以电信号形式输出；一按键单元，用于键入控制指令；一灯控单元，连接于灯具电源与灯具之间，所述灯控单元用于接入pwm驱动信号，并根据pwm驱动信号而控制由灯具电源向灯具传输的电流大小；一主控单元，所述光信号采集单元、按键单元和灯控单元分别电性连接于主控单元，所述主控单元用于：接收所述光信号采集单元输出的电信号，并且当外界光照强度低于预设值时，向所述灯控单元输出pwm驱动信号；以及，接收所述按键单元输入的控制指令，并根据该控制指令而调节所述pwm驱动信号的占空比，以令灯具的输入电流随之调节。

优选地，所述主控单元预存储有多个占空比，所述按键单元键入的控制指令包括多个键值，所述键值与所述占空比一一对应，当所述主控单元接收到按键单元键入的键值时，先查询与该键值相匹配的占空比，再按照该占空比生成pwm驱动信号并传输至灯控单元。

优选地，还包括有显示单元，所述显示单元电性连接于主控单元，所述显示单元用于显示所述键值。

优选地，还包括有电源转换单元，所述电源转换单元用于提供直流供电电压。

优选地，还包括有通信接口，所述通信接口电性连接于主控单元与上位机之间，藉由所述通信接口而令上位机与主控单元建立通信。

优选地，光信号采集单元包括有光敏电阻和模数转换芯片，所述光敏电阻连接于模数转换芯片的模拟信号端，所述模数转换芯片的数字信号端连接于主控单元，所述光敏电阻用于感应外界光照强度而产生电信号，所述模数转换芯片用于将光敏电阻输出的电信号进行模数转换后传输至主控单元。

优选地，所述光敏电阻串联有高精度电位器，二者串联后连接于高电位与地之间，所述光敏电阻与高精度电位器的连接点与模数转换芯片的模拟信号端相连接。

优选地，所述灯控单元包括有一整流桥、npn管、光耦和mos管，所述整流桥的交流侧用于连接灯具电源，所述整流桥的直流侧正极连接于灯具的一端，所述mos管的漏极连接于灯具的另一端，所述mos管的源极接地，所述npn管的基极连接于主控单元，所述npn管的集电极用于接入高电位，所述npn管的发射极通过光耦的发光管接地，所述光耦开关管的第一端用于接入光耦驱动电压，所述光耦开关管的第二端连接于mos管的栅极，当所述灯控单元向npn管的基极输出pwm驱动信号时，驱使所述光耦和mos管随着pwm驱动信号而发生通断动作，以调节流过灯具的电流。

一种室内灯光亮度调节方法，该方法基于一装置实现，所述装置包括有一光信号采集单元、一按键单元、一灯控单元及一主控单元，所述灯控单元连接于灯具电源与灯具之间，所述光信号采集单元、按键单元和灯控单元分别电性连接于主控单元，所述方法包括如下步骤：步骤s1，所述光信号采集单元采集外界光照强度并以电信号形式输出；步骤s2，所述主控单元接收所述光信号采集单元输出的电信号，并且当外界光照强度低于预设值时，向所述灯控单元输出pwm驱动信号；步骤s3，所述灯控单元接入pwm驱动信号，并根据pwm驱动信号而控制由灯具电源向灯具传输的电流大小；步骤s4，利用按键单元键入控制指令；步骤s5，所述主控单元接收所述按键单元输入的控制指令，并根据该控制指令而调节所述pwm驱动信号的占空比，以令灯具的输入电流随之调节。

优选地，所述主控单元预存储有多个占空比，所述按键单元键入的控制指令包括多个键值，所述键值与所述占空比一一对应，所述步骤s5中，当所述主控单元接收到按键单元键入的键值时，先查询与该键值相匹配的占空比，再按照该占空比生成pwm驱动信号并传输至灯控单元。

本发明公开的室内灯光亮度调节装置中，光信号采集单元采集外界光照强度后输出电信号至主控单元，当外界光照强度低于预设值时，所述主控单元向所述灯控单元输出pwm驱动信号至灯控单元，所述灯控单元根据pwm驱动信号而控制由灯具电源向灯具传输的电流大小；当用户自助调节时，利用按键单元向主控单元键入控制指令，所述主控单元根据该控制指令而调节所述pwm驱动信号的占空比，以令灯具的输入电流随之调节。基于上述装置，本发明实现了根据外界光线强弱来灵活的调整灯光亮度，此外，用户还可以自己设置光强度，使得室内达到恒定的光强，不仅避免了因人为开关灯所带来的不便，而且达到了节约能源和保护视力的效果。

附图说明

图1为本发明室内灯光亮度调节装置的组成框图。

图2为光信号采集单元的电路原理图。

图3为主控单元的电路原理图。

图4为灯控单元的电路原理图。

图5为显示单元的电路原理图。

图6为通信接口的电路原理图。

图7为电源转换单元的电路原理图。

图8为本发明优选实施例中室内灯光亮度调节方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。

本发明公开了一种室内灯光亮度调节装置，请参照图1，其包括有一光信号采集单元1、一按键单元2、一灯控单元3及一主控单元4，其中：

所述光信号采集单元1用于采集外界光照强度并以电信号形式输出；

所述按键单元2用于键入控制指令；

所述灯控单元3连接于灯具电源与灯具之间，所述灯控单元3用于接入pwm驱动信号，并根据pwm驱动信号而控制由灯具电源向灯具传输的电流大小；

所述光信号采集单元1、按键单元2和灯控单元3分别电性连接于主控单元4，所述主控单元4用于：

接收所述光信号采集单元1输出的电信号，并且当外界光照强度低于预设值时，向所述灯控单元3输出pwm驱动信号；

以及，接收所述按键单元2输入的控制指令，并根据该控制指令而调节所述pwm驱动信号的占空比，以令灯具的输入电流随之调节。

上述室内灯光亮度调节装置中，光信号采集单元1采集外界光照强度后输出电信号至主控单元4，当外界光照强度低于预设值时，所述主控单元4向所述灯控单元3输出pwm驱动信号至灯控单元3，所述灯控单元3根据pwm驱动信号而控制由灯具电源向灯具传输的电流大小；当用户自助调节时，利用按键单元2向主控单元4键入控制指令，所述主控单元4根据该控制指令而调节所述pwm驱动信号的占空比，以令灯具的输入电流随之调节。基于上述装置，本发明实现了根据外界光线强弱来灵活的调整灯光亮度，此外，用户还可以自己设置光强度，使得室内达到恒定的光强，不仅避免了因人为开关灯所带来的不便，而且达到了节约能源和保护视力的效果。

作为一种优选方式，本实施例采用查表方式实现了对占空比的选择，具体是指，所述主控单元4预存储有多个占空比，所述按键单元2键入的控制指令包括多个键值，所述键值与所述占空比一一对应，当所述主控单元4接收到按键单元2键入的键值时，先查询与该键值相匹配的占空比，再按照该占空比生成pwm驱动信号并传输至灯控单元3。

本实施例中，请参照图3，主控单元4包括型号为stc89c52的单片机及其外围电路，其中，stc89c52是stc公司生产的一种低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有8k在系统可编程flash存储器。stc89c52使用经典的mcs-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8位cpu和在系统可编程flash，使得stc89c52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能：8k字节flash，512字节ram，32位i/o口线，看门狗定时器，内置4kbeeprom，max810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构(兼容传统51的5向量2级中断结构)，全双工串行口。另外stc89c52可降至0hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，cpu停止工作，允许ram、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，ram内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35mhz，6t/12t可选。

在单片机的外围电路中，复位电路是一种用来使电路恢复到起始状态的电路，为确保单片机系统电路稳定可靠的工作，复位电路是必不可少的一部分。当上电时，c1充电，在10k电阻上出现电压，使得单片机复位；几毫秒后，c1充满电，电阻上的电压、电流降为0，使得单片机进入工作状态；工作期间，当按下开关s1，c1放电，电阻上出现电压，实现单片机复位。晶振电路主要是给单片机提供工作信号脉冲的，这个脉冲是单片机的工作速度。

本实施例中，还包括有显示单元5，所述显示单元5电性连接于主控单元4，所述显示单元5用于显示所述键值。请参照图5，本实施例采用数码管显示方式，数码管是单片机系统中经常用到的显示器件。对于不同的数码管电路的接法也不一样。我们选择四位一体数码管，数码管的段(a、b、c、d、e、f、g、dp)选择亮灭是通过po口控制的。单片机的i/o口资源是有限的，因此需要我们采用经过74hc573芯片所包含的八进制三态非反转透明锁存器实现8位数码管的驱动。

本实施例中，还包括有电源转换单元6，所述电源转换单元6用于提供直流供电电压。请参照图7，电源转换单元6采用220v、50hz交流电源供电。该电路中搭建一个由变压器，桥式整流电路，滤波电路，稳压电路组成的电源电路，其中包括220v转12v和5v。虽然220v的电源会带来一定的危险，但是此方案的优点是不用担心因电源电压下降而影响系统正常工作的问题。为了得到稳定的12v和5v电压采用lm7812和lm7805两个稳压芯片来稳定电压。电路调试过程中，考虑会不小心触电，一次将电源裸露的部分用热熔胶封住。

在此基础上，本实施例还具有上位机通信功能，具体是指，该装置还包括有通信接口7，所述通信接口7电性连接于主控单元4与上位机之间，藉由所述通信接口7而令上位机与主控单元4建立通信。请参照图6，数据传输接口是数据传输的硬件基础，也是数据通信、计算机网络的重要组成部分。单片机本身的数据传输接口主要为8位或16位并行数据接口、全双工串行通信接口，但是随着许多新的数据传输接口标准的不断涌现，需要对单片机的数据传输接口进行扩展。max232是电荷泵芯片，具有功耗低、工作电源为单电源、价格低等优点，可以用作单片机和单片机之间，单片机和pc机串口之间符合232标准的串行接口电路。

作为一种优选方式，请参照图2，光信号采集单元1包括有光敏电阻d1和模数转换芯片u2，所述光敏电阻d1连接于模数转换芯片u2的模拟信号端，所述模数转换芯片u2的数字信号端连接于主控单元4，所述光敏电阻d1用于感应外界光照强度而产生电信号，所述模数转换芯片u2用于将光敏电阻d1输出的电信号进行模数转换后传输至主控单元4。其中，光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。此时影响adc0804输入端电压值的变化从而得到当前的光照强度。

为了进一步提高信号采集的精度，所述光敏电阻d1串联有高精度电位器r2，二者串联后连接于高电位与地之间，所述光敏电阻d1与高精度电位器r2的连接点与模数转换芯片u2的模拟信号端相连接。

关于灯控部分，请参照图4，所述灯控单元3包括有一整流桥ub1、npn管q2、光耦u3和mos管q1，所述整流桥ub1的交流侧用于连接灯具电源，所述整流桥ub1的直流侧正极连接于灯具的一端，所述mos管q1的漏极连接于灯具的另一端，所述mos管q1的源极接地，所述npn管q2的基极连接于主控单元4，所述npn管q2的集电极用于接入高电位，所述npn管q2的发射极通过光耦u3的发光管接地，所述光耦u3开关管的第一端用于接入光耦驱动电压，所述光耦u3开关管的第二端连接于mos管q1的栅极，当所述灯控单元3向npn管q2的基极输出pwm驱动信号时，驱使所述光耦u3和mos管q1随着pwm驱动信号而发生通断动作，以调节流过灯具的电流。本发明涉及的灯具为220v，60w的白炽灯。考虑到用220v，50hz的交流电控制灯泡亮度变化时闪烁较明显故通过整流桥将其变为220v，100hz的直流电。单片机根据光照值产生不同占空比的pwm波来控制ps521-1，本实施例中选择的光耦为线性光耦，可以很容易的根据不同占空比的pwm来控制输出电流的变化，由于单片机的io口输出电流很弱不能直接由光耦来控制220v电压，故接入高压mos管2sk3878通过方波中高电平比例的变化来控制灯泡的亮暗变化值。

在上述装置的基础上，本发明还公开了一种室内灯光亮度调节方法，结合图1和图8所示，该方法基于一装置实现，所述装置包括有一光信号采集单元1、一按键单元2、一灯控单元3及一主控单元4，所述灯控单元3连接于灯具电源与灯具之间，所述光信号采集单元1、按键单元2和灯控单元3分别电性连接于主控单元4，所述方法包括如下步骤：

步骤s1，所述光信号采集单元1采集外界光照强度并以电信号形式输出；

步骤s2，所述主控单元4接收所述光信号采集单元1输出的电信号，并且当外界光照强度低于预设值时，向所述灯控单元3输出pwm驱动信号；

步骤s3，所述灯控单元3接入pwm驱动信号，并根据pwm驱动信号而控制由灯具电源向灯具传输的电流大小；

步骤s4，利用按键单元2键入控制指令；

步骤s5，所述主控单元4接收所述按键单元2输入的控制指令，并根据该控制指令而调节所述pwm驱动信号的占空比，以令灯具的输入电流随之调节。

关于占空比的选择和确定步骤，所述主控单元4预存储有多个占空比，所述按键单元2键入的控制指令包括多个键值，所述键值与所述占空比一一对应，所述步骤s5中，当所述主控单元4接收到按键单元2键入的键值时，先查询与该键值相匹配的占空比，再按照该占空比生成pwm驱动信号并传输至灯控单元3。

本发明公开的室内灯光亮度调节装置及方法中，可根据外界光线强弱来灵活的调整灯光亮度，以达到节约能源和保护视力的效果。用户可通过自己设置的光强使室内达到恒定的光强，不仅避免了人为去开关灯的不便之处，而且能节约电能和保护视力。本发明相比现有技术而言，本发明为便携式灯光亮度调节装置，所用材料在满足性能高的情况下，成本较为低廉；其次，便携式灯光亮度调节装置，可以由使用者自行设定适合自己眼睛承受的光亮强度值，系统通过检测环境中的光强值来灵活调节光强达到恒定值；此外，本发明通过调节光强达到人眼合适光强值，不仅保护了视力，而且节约了电能源。

以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。