专利名称：自适应照度调节照明灯及其控制方法
技术领域：
本发明涉及照明灯的技术领域，尤指一种基于模糊控制理论的照明灯，主要应用 于一些对照度有较严格要求的场合，例如胶卷显影、光学测量等领域。
背景技术：
目前使用的照明灯大多没有自动调节光强的功能，容易造成能源的耗费。市场上 也有可以调节光强的照明灯，不过这些灯大多是手动档位选择。一方面只有几个可供选择 的档位，灵敏度不高；另一方面这些灯大多是手动调节，不能达到实时调节光强的目的。公 开号CN101004257A介绍了一种微机多功能护眼灯，通过感光传感器感应到光的强度，将光 强反馈到电路，电路根据光强自动调节灯的亮度。这款照明灯虽然能达到自动调节的目的， 但是灵敏度不高。光强易受到外界环境光的影响。目前市场上尚缺乏一种灵敏度高、精度 高响应速度快可自动调节光强的照明灯。
发明内容
实际使用照明设备过程中，往往需要照度保持恒定。照度设定好后，当外界光线变 强，光源降低亮度；当外界光线变弱，光源提高亮度。本发明就此为目的，将模糊控制技术应 用于照明系统。本发明针对现有技术中的不足，提供了一种在保持照明设备照射中心范围 内，其照度值不会受到外界事物变化的影响，实现良好的稳定性和节能性的照明系统。本发明通过以下技术方案实现发明目的
一种自适应照度调节照明灯，包括单片机、用于显示当前实测照度
矣和系统设定值知的LED显示电路、键盘电路、用于测量当前光强的测光电路、数模转换
电路、存储电路，单片机通过数模转换电路，将计算的数字量转换为模拟量控制照明灯的照 度，存储电路储存最近使用的照度值，单片机作为主控芯片，分别于LED显示电路、键盘电 路、测光电路、数模转换电路和存储器电路连接，统一协调控制其它各个模块工作。本发明中，所述键盘电路中的键盘包括 (1) SET键进入\退出照度设定状态；
⑵UP键按照Unx级别提高照度值； (3) DOWN键按照Unx级别降低照度值； 用户通过键盘电路实现对照明灯照度的控制。一种自适应照度调节照明灯的控制方法，包括以下步骤
⑴测光电路通过光敏传感器测得照明灯当前照度4，单片机根据传感器提供的经验
公式，将当前照度知转换为实测照度勾；
⑵单片机将实测照度勾与系统设定值进行比较，根据其偏差值和变化量，采用模糊 控制法进行分析；⑶单片机通过数模转换电路，将数字量转换为模拟量控制照明灯的亮度，实现照射范 围中心照度恒定控制和跟随控制；
(4) LED用于显示当前实测照度知和系统设定值￡ ,便于用户观察照明灯照度变化情
况；
( 存储电路中储存最近使用的照度值，并将其中使用次数最多的照度值作为下次开机 的照度值，用户可以通过键盘电路实现对照明灯照度的控制。—种自适应照度调节照明灯的控制方法，为了提高整个系统的响应速度和光强的 准确控制，采用了模糊算法进行光强控制。为了保证算法的动态控制性，采用二维模糊控制 器，e是误差；^是误差的变化，K为模式判别量，将K*e、K*ec作为模糊控制器的两个输入，
通过模糊控制器可以得到变化值detal，、是系统设定照度值，L0 +deta7即为相应实际值，
Λ/是照度转换为电压"的函数，通过公式a =,汁总得出电压值U，将电压U
通过DAC0832数/模转换器转换为模拟量输出控制照明灯。本发明存储电路中储存最近10次使用的照度值，并将其中使用次数最多的照度 值作为下次开机的照度
发明的优点
本发明采用了对复杂系统有较好控制效果的模糊控制技术，对照明灯进行恒定控制， 提高照明灯的照明精度和有效的降低了能耗，并且响应速度块，在一些对光照有特殊要求 的工业场合，能够达到实时控制的目的。
图1为模糊控制灯的系统框图； 图2为模糊控制照明灯的硬件电路图。
具体实施例方式一种自适应照度调节照明灯，包括单片机、用于显示当前实测照度和系统设定值 的LED显示电路、键盘电路、用于测量当前光强的测光电路、数模转换电路、存储电路，单片 机通过数模转换电路将计算的数字量转换为模拟量控制照明灯的照度，存储电路储存最近 使用的照度值，单片机作为主控芯片，分别于LED显示电路、键盘电路、测光电路、数模转换 电路和存储电路连接，统一协调控制其它各个模块工作。所述键盘电路中的键盘包括
(1)SET键进入\退出照度设定状态；
(2)UP键按照Ylux级别提高照度值；
(3)DOWN键按照Unx级别降低照度值； 用户通过键盘电路实现对照明灯照度的控制。一种自适应照度调节照明灯的控制方法，测光电路通过光敏传感器测得照明灯当
前照度It，单片机根据传感器提供的经验公式，将当前照度It转换为实测照度勾。单片机
将实测照度与系统设定值^进行比较，根据其偏差值和变化量，采用模糊控制算法进行 运算。单片机通过数模转换电路，将数字量转换为模拟量控制照明灯的亮度。实现照射范围中心照度恒定控制和跟随控制。LED用于显示当前实测照度勾和系统设定值勾，便于用
户观察照明灯照度变化情况。同时可在存储器中储存最近10次使用的照度值，并将其中使 用次数最多的照度值作为下次开机的照度值。用户可以通过键盘电路实现对照明灯照度的 控制。单片机采用AT89S52芯片，该芯片是一款高性能CM0S8位微控制器，具有池可编 程FLASH存储器。AT89S52单片机作为主控芯片，分别于测光电路、数模转换电路、LED显示 电路、键盘电路、存储电路、电源电路相连，统一协调控制其它各个电路模块工作。测光电路采用光敏传感器TSL2561芯片，该款芯片是TAOS公司推出的第二代周围 环境光强传感器，通过光敏传感器将周围环境光信号转换为电信号，送到单片机中进行处 理。将TSL2561 ^l1 C总线的SCL和SDA管脚分别于单片机的P2. 3和P2. 4相连接。单片 机的I5 C总线时序使用软件编程进行模拟，实现对测光电路的访问。光敏传感器TSL2561 的INT引脚连接单片机的外部中断INT管脚。LED显示电路采用4个7段LED数码管，用于动态显示系统设定照度^0、实测照度 勾、系统设定值。用户可以通过LED显示电路查看当前的照度值，便于用户手动调节合适的 照度。4个LED管的片选段(否)分别于单片机的Pl. (ΓΡ1. 3引脚连接。单片机Pl的高四 位Pl. 7>1. 4将需要显示的数字经3-8译码器译码后，驱动LED数码管显示。用户可以使用键盘，对照明电路进行简单控制。本发明共设计3个按键，分别与 单片机P2. 0、P2. 1、P2. 2连接。键盘电路的另外3个管脚Bi、B2、B3通过或门连接到P3. 2 (外部中断0)端口，当有键按下时，通过该管脚向单片机发出中断请求信号。键盘包括SET 键进入\退出照度设定状态；UP键按照Ylux级别提高照度值；DOWN键按照Ylux级别 降低照度值。存储电路用于存储程序和数据，采用ATMCOl芯片。存储芯片ATMCOl的SCK、SDAu 管脚分别于单片机P3. 0、P3. 1管脚连接。SCK输入信号为上升沿的时候，存储器为写入状 态。当SCK输入信号为下降沿时，存储器为输出状态，SDA管脚用于串行双向传送数据。数模转换电路采用DAC0832芯片，实现输出控制功能。将实测照度尽经模糊算 法控制得到合适的照度值。将此照度值经过DAC0832转换为模拟电压输出，控制照明灯亮 度。DAC0832的A1—力7端口连接单片机的数据端口 H礼一Dii7 ,单片机的地址总线通过
74LS138译码器连接DAC0832的石端口，数模转换电路的@连接单片机的_的端口。
DAC0832端口的输出端口 和通过运算放大器连接照明灯。系统软件部分包括系统主程序、测光电路子程序和模糊算法子程序。主程序系统上电以后单片机首先完成系统初始化工作，主要包括I/O 口初始化、 定时器初始化、程序中相关变量的初始化等。从存储器中读入最后一次使用的照度值作为 系统设定照度知，用户也可以通过键盘手动设定^值。初始化结束以后用LED显示系统照
度^0。调用测光电路子程序，得到当前实测光照度知，将当前的实测知与系统设定的知进 行比较，若两者不相等则调用模糊算法子程序，调整得出合适的照度值；若两者值相等单片机将该照度值通过DAC0832芯片转换为电压信号输出，控制照明灯的亮度。测光电路子程序首先判断测光芯片是否设置成功，如果不成功则进行测光芯片 设置，包括写控制寄存器、设置积分时间、设置中断等；如果设置成功则调用延时等待程序，
等待光强度的采集结束。采集结束后，根据传感器手册提供的经验公式，计算实际光强勾，
并将该值传递给单片机处理。模糊算法子程序fc为模式判别量，当按下set按键时系统处于跟随模式，此时 fc=-l。反之系统处于抗干扰模式，此时fc=l,由主程序调用进行传递。为了保证算法的动 态控制性，采用二维模糊控制器，e是误差；^是误差的变化，将K*e、K*ec作为模糊控制器 的两个输入，通过模糊推理机可以得到变化值detal。、是系统设定照度值，+detW即
为相应实际值，Λ是照度转换为电压V的函数，通过公式￠/ = ^.(^0+^100，计算得出电
压值U。将电压U通过DAC 0832数/模转换器转换为模拟量输出控制照明灯。
描述本发明创造的工作原理及工作过程。工作原理测光电路通过光敏传感器测得照明灯当前照度矣，单片机根据传感器
提供的经验公式，将当前照度ir转换为实测照度知。单片机将实测照度^与系统设定值
、进行比较，根据其偏差值和变化量，采用模糊控制算法进行运算。通过数模转换电路，将
数字量转换为模拟量控制照明灯的亮度。实现照射范围中心照度恒定控制和跟随控制。LED
用于显示当前实测照度勾和系统统设定值4，便于用户观察照明灯照度变化情况。同时可
在存储器中储存最近10次使用的照度值，并将其中使用次数最多的照度值作为下次开机 的照度值。用户可以通过键盘电路实现对照明灯照度的控制。
工作过程用户打开照明灯，启动照明灯控制器，LED显示系统设定照度值知。通过测 光电路测得实测照度Zf，并通过LED显示I1值。将勾与知比较，若桑不等于，则对￡f进
行模糊控制调整；若^等于将调整后的勾值，通过数模转换控制照明灯亮度。存储器
将最近10次使用的照度值进行储存，并将使用最多的作为下次开机的照度值。用户也可以 通过键盘进行手动设定，系统将根据用户设定值调整光强。
权利要求
1.一种自适应照度调节照明灯，其特征在于包括单片机、用于显示当前实测照度和 系统设定值的LED显示电路、键盘电路、用于测量当前光强的测光电路、数模转换电路、存 储电路，单片机通过数模转换电路将计算的数字量转换为模拟量控制照明灯的照度，存储 电路储存最近使用的照度值，单片机作为主控芯片，分别于LED显示电路、键盘电路、测光 电路、数模转换电路和存储电路连接，统一协调控制其它各个模块工作。
2.一种自适应照度调节照明灯，其特征在于所述键盘电路中的键盘包括 SET键进入\退出照度设定状态；UP键按照Ylux级别提高照度值； DOWN键按照Ylux级别降低照度值； 用户通过键盘电路实现对照明灯照度的控制。
3.—种如权利要求1或2所述的自适应照度调节照明灯的控制方法，其特征在于包括 以下步骤⑴测光电路通过光敏传感器测得照明灯当前照度 ^r，单片机根据传感器提供的经验公式，将当前照度知转换为实测照度勾；⑵单片机将实测照度^与系统设定值进行比较，根据其偏差值和变化量，采用模糊 控制法进行分析；⑶单片机通过数模转换电路，将数字量转换为模拟量控制照明灯的亮度，实现照射范 围中心照度恒定控制和跟随控制；(4) LED用于显示当前实测照度矣和系统设定值￡ ,便于用户观察照明灯照度变化情况；( 存储电路储存最近使用的照度值，并将其中使用次数最多的照度值作为下次开机的 照度值，用户通过键盘电路实现对照明灯照度的控制。
4.一种如权利要求3所述的自适应照度调节照明灯的控制方法，其特征在于所述 的模糊控制法采用二维模糊控制器，e是误差；α是误差的变化，K为模式判别量，将 K*e、K*ec作为模糊控制器的两个输入，通过模糊控制器可以得到变化值detal，L0是系统设定照度值，^ +detW即为相应实际值，是照度转换为电压“的函数，通过公式￡/ = Jh^iL0 +detaO ,计算得出电压值U，将电压U通过DAC0832数/模转换器转换为模拟量输出控制照明灯。
5.一种如权利要求4所述的自适应照度调节照明灯的控制方法，其特征在于所述的步 骤ω中存储器中储存最近 ο次使用的照度值，并将其中使用次数最多的照度值作为下次 开机的照度值。
全文摘要
一种自适应照度调节照明灯，包括单片机、用于显示当前实测照度和系统设定值的LED显示电路、键盘电路、用于测量当前光强的测光电路、数模转换电路、存储电路，单片机通过数模转换电路，将计算的数字量转换为模拟量控制照明灯的照度，存储器电路储存最近使用的照度值，单片机作为主控芯片，分别于LED显示电路、键盘电路、测光电路、数模转换电路和存储器电路连接，统一协调控制其它各个模块工作。本发明采用了对复杂系统有较好控制效果的模糊控制技术，对照明灯进行恒定控制，提高照明灯的照明精度和有效的降低了能耗，并且响应速度块，在一些对光照有特殊要求的工业场合，能够达到实时控制的目的。
文档编号H05B37/02GK102118907SQ201010597410
公开日2011年7月6日 申请日期2010年12月21日 优先权日2010年12月21日
发明者席旸旸, 杨乐, 胡凯, 高超 申请人:南京信息工程大学