基于非视觉光生物效应的智能led灯光系统及照明控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种Lm)智能调光系统，尤其是设及一种结合光生物效应作为调光依 据的光强可调L邸灯光系统W及照明控制方法。
【背景技术】
[0002] 现代照明技术的发展着重于节能环保，随着人们生活水平的提高，健康的理念也 逐渐进入工作和生活的各个方面，因此，与人们息息相关的照明系统引起的健康与效率问 题越来越受到人们的重视。
[0003] 非视觉光生物效应是2002年世界上十大发现之一，它的研究表明人体的体溫、人 体活跃性、稱黑激素和激素皮质醇的分泌等均有昼夜节律变化，可W影响人的工作、学习效 率，疲劳度和瞳孔大小等因素。为了调节办公室或书房等场合内作业人员的兴奋度，提高工 作效率，可W采用不同色溫和不同照明强度进行照明；同时，现代人们工作压力大，随之而 来的睡眠问题已经成为困扰人们的一大难题，而夜晚家居照明也可W考虑非视觉光生物效 应的因素，提高人的睡眠质量。
[0004] L抓调光系统已经开始应用在现代建筑照明当中，现阶段的楼宇灯光照明已经实 现了用单片机等控制单元结合上位机和传感器进行灯光的调节，同时各个模块通过电缆连 接并传输数据信息。该类型的系统较为庞大，但是单片机作为控制单元存在着时钟频率较 低，存储空间小，且电缆布线复杂等问题。现场可编程口阵列(FPGA)作为较新的控制单元已 经大量应用在工业、消费类电子产品的控制当中，具有时钟频率高，稳定性强，外设引脚多 等优势。它可W用VHDL或Verilog HDL来编程，灵活性强，由于能够进行编程、除错、再编程 和重复操作，因此可W充分地进行设计开发和验证。其现场编程能力可W用来进行系统升 级或除错，延长产品在市场上的寿命。
[0005] 此外，随着物联网技术的兴起，现阶段也存在着利用平板电脑、手机等移动终端结 合APP进行遥控的L邸照明灯具，它可W通过手机无线遥控开关、亮暗程度等。无线控制技术 包括了蓝牙方案、WiFi方案、ZigBee方案，Ξ种方案各有优点，但是也存在着较大的缺点，受 控制的灯具需要依赖电子设备的控制，也就是说，如果终端设备出现问题或者不在身旁，灯 具就没办法实现调节控制的功能。
[0006] 目前无论是利用平台还是移动终端的灯光调控，都是基于人主观的调光，并不存 在任何科学理论指导，对人体在学习和工作效率、生活上的影响没办法保证。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种符合人体非视觉光生物效应机制的智能照明系统W 及应用该系统的照明控制方法，用于提高办公、学习场合的作业效率，智能调节所在场合的 灯光强度，并可手动切换照明模式，满足人们在工作、调节疲劳度、日常照明等多方面的照 明需要。
[000引本发明建立基于FPGA控制单元的包含无线信号传输、移动终端控制等多种控制方 式结合的Lm)调光系统，同时，调光的依据建立在人体光生物效应的理论，结合实际实验而 获得的有效数据，解决照明调光系统稳定性、布线麻烦、移动终端调光没有依据等问题。根 据实际的应用的布局不同色溫的Lm)灯进行照明，通过科学的实验获得有效的色溫、照度的 情况进行切换，实现了无需色溫检测仪器进行不同情境的色溫的科学控制。
[0009] 为了解决上述存在的问题，本发明采用了 W下方案：
[0010] 基于非视觉光生物效应的智能LED灯光系统，包括FPGA主控制器、照明模块、 Zi浊ee通信模块、传感器感应节点模块、存储模块、WiFi模块、移动终端和电源模块;FPGA主 控制器分别与照明模块、ZigBee通信模块、存储模块和WiFi模块信号连接;ZigBee通信模块 与传感器感应节点模块信号连接；电源模块分别与FPGA主控制器、传感器感应节点模块、 Zi浊ee通信模块、WiFi模块和照明模块电连接；
[0011] 所述照明模块包含L抓驱动电路和L抓灯珠，L抓驱动电路一端与FPGA主控制器连 接，另一端与L邸灯珠连接；
[0012] 所述ZigBee通信模块包括ZigBee发送单元和Zi浊ee中继站，ZigBee发送单元通过 Zi浊ee中继站与FPGA主控制器连接；
[0013] 所述传感器感应节点模块包含控制单元、光照度传感器和红外人体感应传感器； 所述控制单元采用AT89S52单片机，AT89S52单片机分别与光照度传感器和红外人体感应传 感器连接，控制单元与Zi浊ee发送单元信号连接；
[0014] FPGA主控制器通过WiFi模块与移动终端连接;FPGA主控制器被设置连接到家庭或 工作环境的WiFi网络中，移动终端连接到同一个WiFi网络中。
[0015] 为进一步实现本发明目的，优选地，所述的L邸驱动电路采用5-35VDC-D邱華压恒流 模块。
[0016] 优选地，所述的L邸灯珠采用正白或暖白的抓L邸灯。
[0017] 优选地，所述的红外人体感应传感器选用肥-SR501模块。
[0018] 优选地，所述的光照度传感器选用BH1750型传感器。
[0019] 基于非视觉光生物效应的智能L邸灯光系统的照明控制方法，包括如下步骤：
[0020] 步骤1、用户通过进行光生物效应的实验获得设定不同照明模式所需的光照参数 Lx，其中Lx对应不同模式的光照强度；
[0021] 步骤2、用户根据不同的照明场景布置的Lm)灯对应预设定不同的照明模式;设定 默认照明模式，环境灯光按照默认的照度值照明；用户根据需要通过移动终端或主控制器 的按键对环境灯光进行调节和选择照明模式；
[0022] 步骤3、FPGA主控制器根据用户输入情况通过P歷对于照明模块实现调控，光生物 效应所获得的光照强度与对应光照调节过程的数学模型为：
[0026]其中，设光照度传感器的采样周期为T，t时刻光照强度为Lx(t)，对应数字化的PID 控制算法的值为Lx化），为采样获得的第k个时期的光照强度值，k = 0,1,2. . ;e化)为第k时 刻LED输出的光照度被光照度传感器采样得到的Lx化)减去光生物效应所获得的光照强度 Lx的误差值;u化)为FPGA输出的占空比；kp、ki、kd为P ID参数;Κ为nm调制波的占空比和LED 发出来的光照强度所对应的线性系数；
[0027] 调控的过程先通过环境光照度采集的光照度情况，和预设的模式对应的光照度值 进行差值，FPGA主控制器进行算法的计算，再通过FPGA主控制器控制nm增减灯光亮度，最 终L邸进入对应的照明模式。
[0028] 优选地，所述照明模式包括促进睡眠的夜间睡前活动照明模式、促进早晨唤醒的 起床照明模式、学习和工作的高效作业照明模式W及家居生活的舒适照明模式;在邸室预 设促进睡眠的夜间睡前活动照明模式或促进早晨唤醒的起床照明模式;在书房预设学习和 工作的高效作业照明模式，在客厅和餐厅布置家居生活的舒适照明模式。
[0029] 优选地，所述通过PWM对于照明模块实现调控的调控等级为256级，默认PWM输出等 级为128级。
[0030] 本发明通过实验获得调光依据，从而建立适当的调光模式，实现不同的照明情景。 其利用屯、率血压监测、学习效率高低的测试获得被测人员在光照环境下的屯、率血压值和学 习效率值，从而获得有效的影响人们在Lm)灯光照射下的照度值，并利用所述照度值获得系 统的照明调节方