一种自然光与人工光互补照明系统及其智能控制方法与流程

1.本发明属于照明技术领域，具体来说，涉及一种自然光与人工光互补照明系统及其智能控制方法。


背景技术：

2.自然光照明具有天然健康、零耗电的优点，是理想的照明方式。在一般自然光无法到达的区域如地下室，一般采用光导管或光纤的方式将自然光引入到该区域。由于这两种方式引入的自然光都有限，所形成的自然光照明很容易受气象条件干扰，晴天的时候室内照明较亮，云朵遮住太阳的时候就会忽然变暗，系统的光输出很不稳定，直接影响使用者的感受。另外，在阴天或雨天的时候，光输出非常低，室内照明很暗，无法满足一般的视觉作业要求。
3.在专利号为cn201910165798.8中公开了一种下穿通道自然光采光与电光源互补照明系统的中国专利，包括自然光照明单元、电光源照明单元、光源转换控制器；所述的自然光照明单元，主要由采光器、汇光器、光导管、分光器、光导支管、散光器组成，设置在下穿通道外的多个采光器采集的自然光，经过汇光器汇集，通过光导管传输至下穿通道的水平通道内，再经过分光器分支，由光导支管连接的散光器散射至通道内，白天采用自然光对通道照明，阴天如果自然光照明的照度达不到规范要求的照度时，自动进行电源补充照明，即自然光与电源同时照明。夜间采用电光源照明，可实现前夜后夜全光和半光照明转换控制，节约后夜无人通过时的用电，有行人进入通道时，自动转换为全光照明，行人通过后延时再转为半光照明。
4.现有专利中的缺陷在于，虽然实现了补光照明、半光照明和全光照明模式的控制切换，但其主要适用于下穿通道结构设置为目的，且安装比较复杂，无法适用于多数室内照明环境。


技术实现要素：

5.针对现有自然光与人工光互补照明系统由于设置安装结构复杂性，无法适用于多数室内照明环境的问题，本发明提供了一种自然光与人工光互补照明系统及其智能控制方法。
6.为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：
7.一种自然光与人工光互补照明系统，包括光纤、导光板、led、光传感器和驱动控制器；光纤通过光纤连接器与导光板连接，光纤连接器设置在导光板一侧；led和光传感器安装在导光板的一侧；
8.驱动控制器与光传感器通过光信号输入线进行电连接；
9.驱动控制器与led通过驱动输出线进行电连接。
10.进一步地，光纤、led和光传感器设置在导光板的同侧或者异侧。
11.进一步地，导光板一侧设有led，led包括若干个发光二极管元件。
12.进一步地，导光板多侧设有led，led包括若干个发光二极管元件。
13.进一步地，导光板采用透明pmma或pc材料制成，背表面加工有点状微结构，并在其上表面设有反光膜。
14.进一步地，导光板背表面的点状微结构为均匀且随机分布的微小点状凸起。
15.进一步地，反光膜镀在导光板表面的银色金属薄膜或贴在导光板表面的白色塑料膜。
16.一种自然光与人工光互补照明智能控制方法，包括：
17.s1、光传感器按一定采样时间间隔δt从导光板侧边探测自然光和led发出的人工光的强度，并转化为电信号输入至驱动控制器；
18.s2、驱动控制器计算该电信号与预设恒定参考信号的相对变化率δ＝it/ir-1，对δ作判别；
19.s3、若δ为正且大于阈值a，则将led的输出光强度调低δ；
20.s4、若δ为负且小于阈值b，则将led的输出光强度调高δ；
21.s5、若b≤δ≤a，或led的输出光强度已调至最低或最高，则保持led的输出光强度不变；
22.s6、重复s1-s5的动作。
23.进一步地，驱动控制器调节led的输出光强度的方式包括：pwm脉冲宽度调制法、直接调节直流驱动电流法和可控硅相控调光法。
24.本发明相比现有技术，具有如下有益效果：
25.引入了led人工光照明按一定控制方法对自然光照明进行补偿，解决了纯自然光照明易受天气影响、光输出不稳定且经常过暗无法满足室内照明需求的问题，大大有利于自然光照明系统的应用推广。
26.利用点状微结构实现了漫射照明，克服了纯自然光经常出现的光强过于集中照明不均匀的问题，提高了舒适性。
27.采用了侧入式的导光板结构，整个系统非常轻薄，包装、运输和安装都非常方便，适用于多数室内安装环境。
附图说明
28.图1为本发明一种自然光与人工光互补照明系统侧视结构示意图；
29.图2为本发明一种自然光与人工光互补照明系统俯视结构示意图；
30.图3为本发明一种自然光与人工光互补照明智能控制方法的流程图。
31.图中标记说明：1-光纤，11-光纤连接器，2-led，3-导光板，31-点状微结构，4-光传感器，5-驱动控制器，51-光信号输入线，52-驱动输出线，6-反光膜。
具体实施方式
32.为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
33.实施例1
34.如图1和2所示，一种自然光与人工光互补照明系统，包括光纤1、导光板3、led2、光
传感器4和驱动控制器5；光纤1通过光纤连接器11与导光板3连接，光纤连接器11设置在导光板3一侧；led2和光传感器4安装在导光板3的一侧；导光板3一侧设有led2，led2包括若干个发光二极管元件。
35.驱动控制器5与光传感器4通过光信号输入线51进行电连接；驱动控制器5与led2通过驱动输出线52进行电连接。
36.如图3所示，一种自然光与人工光互补照明智能控制方法，包括：s1、光传感器4按一定采样时间间隔t从导光板3侧边探测自然光和led2发出的人工光的强度，并转化为电信号输入至驱动控制器5；s2、驱动控制器5计算该电信号与预设恒定参考信号的相对变化率δ＝it/ir-1，对δ作判别；s3、若δ为正且大于阈值a，则将led2的输出光强度调低δ；s4、若δ为负且小于阈值b，则将led2的输出光强度调高δ；s5、若b≤δ≤a，或led2的输出光强度已调至最低或最高，则保持led2的输出光强度不变；s6、重复s1-s5的动作。引入了led人工光照明按一定控制方法对自然光照明进行补偿，解决了纯自然光照明易受天气影响、光输出不稳定且经常过暗无法满足室内照明需求的问题，大大有利于自然光照明系统的应用推广。
37.驱动控制器5调节led2的输出光强度的方式包括：pwm脉冲宽度调制法、直接调节直流驱动电流法和可控硅相控调光法。
38.光纤1、led2和光传感器4设置在导光板3的同侧或者异侧。采用了侧入式的导光板3结构，整个系统非常轻薄，包装、运输和安装都非常方便，适用于多数室内安装环境。
39.实施例2
40.如图1和2所示，一种自然光与人工光互补照明系统，包括光纤1、导光板3、led2、光传感器4和驱动控制器5；光纤1通过光纤连接器11与导光板3连接，光纤连接器11设置在导光板3一侧；led2和光传感器4安装在导光板3的一侧；导光板3多侧设有led2，led2包括若干个发光二极管元件。
41.驱动控制器5与光传感器4通过光信号输入线51进行电连接；驱动控制器5与led2通过驱动输出线52进行电连接。
42.如图3所示，一种自然光与人工光互补照明智能控制方法，包括：s1、光传感器4按一定采样时间间隔t从导光板3侧边探测自然光和led2发出的人工光的强度，并转化为电信号输入至驱动控制器5；s2、驱动控制器5计算该电信号与预设恒定参考信号的相对变化率δ＝it/ir-1，对δ作判别；s3、若为正且大于阈值a，则将led2的输出光强度调低δ；s4、若δ为负且小于阈值b，则将led2的输出光强度调高；s5、若b≤δ≤a，或led2的输出光强度已调至最低或最高，则保持led2的输出光强度不变；s6、重复s1-s5的动作。
43.导光板3采用透明pmma或pc材料制成，背表面加工有点状微结构31，并在其上表面设有反光膜6。导光板3背表面的点状微结构31为均匀且随机分布的微小点状凸起。反光膜6镀在导光板3表面的银色金属薄膜或贴在导光板3表面的白色塑料膜。利用点状微结构31实现了漫射照明，克服了纯自然光经常出现的光强过于集中照明不均匀的问题，提高了舒适性。
44.本发明的使用原理在于，导光板3背表面加工有点状微结构31，并在其上设有反光膜6，光纤1将自然光导入至导光板3，led2发出的光也导入至导光板3，在点状微结构31和反光膜6的作用下，两种光均匀混合，并最终以漫射光的形式从前表面发出。光传感器4探测混
合光的强度，并将该光信号输入至驱动控制器5，驱动控制器5按照一定控制方法调节led2的输出光强度，从而保持混合光强度的稳定。本发明的有益之处在于：一方面提供了均匀舒适且节能健康的自然光照明，另一方面采用led人工光补偿自然光的方法，解决了纯自然光照明易受天气影响、光输出不稳定且经常过暗无法满足室内照明需求的问题。
45.以上对本技术提供的一种自然光与人工光互补照明系统及其智能控制方法进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本技术权利要求的保护范围内。