一种色温照度谐调方法与流程

本发明涉及LED照明领域，特别是一种色温照度谐调方法及其护眼灯。

背景技术：

目前市面上LED照明产品侧重光的颜色调节、亮度调节以及自动开关等智能化的发展。依据国际照明委员会提供的数据，光源色温不同，人的感受是不同的。色温在3300K以下时，光色偏红给人以温暖的感觉；色温在3300K-5300K中间时，人在此色温下无特别明显的视觉心理效果，有舒适的感觉，顾称为“中性”色温；色温超过5300K时，光色偏蓝，给人以清冷的感觉。依据国际照明委员会的数据，发现高色温光源照射下，如果照度不高给人一种阴郁的气氛；低色温光源照射下，照度过高会营造一种闷热的气氛，只有色温和照度同时符合特定的范围，才能营造良好的照明效果并产生舒适的气氛。受此启发，制作一种照度和色温谐调的护眼灯，就能产生舒适的氛围以舒缓人的心情，达到保护人的眼睛，创造良好光环境的目的。

当前市面上还没有一款台灯是从色温和照度谐调性入手的，现有的智能台灯只能实现亮度或者色温的单独调节，因此无法营造良好的照明效果，而本发明却非常好地解决了这个问题，在调节光源亮度实现照度变化的同时，光源的色温值能够自动随之改变，从而实现营造舒适照明光环境的目的。

技术实现要素：

为了实现在调节光源亮度实现照度变化的同时，光源的色温值能够自动随之改变，始终能营造舒适光环境的目的，提出一种色温照度谐调方法及其护眼灯。

本发明采用的技术方案如下：

一种色温照度谐调方法，其特征在于：所述步骤具体如下：

步骤1：设置两路LED灯珠，一路是暖色调灯珠，一路是冷色调灯珠；

步骤2：将步骤1中的两路灯珠的负极分别接在两个场效应管的漏极上，场效应管的栅极分别连接在单片机的I/O端口上，两个场效应管源极接地；

步骤3：改变I/O端口输出暖冷两路的PWM波的占空比；

步骤4：依据步骤3中改变的占空比和占空比比值来调节灯珠的电流大小和电流比；

步骤5：所述步骤4中的电流大小用于控制光源的照度，所述电流比用于控制光源的色温；

步骤6：所述步骤5中的照度和色温存在一个函数关系，x为色温，E为照度，函数关系为：E＝879.79x^0.238；

步骤7：所述步骤5中的电流比是暖冷两路电流比，电流比用R表示，色温用x表示，确定函数关系为：

步骤8：根据步骤3和4，得出单路光源照度值Y1和该路场效应管上PWM波的占空比r函数关系为：Y1＝2.429r+31.44；

步骤9：依据步骤8，依照叠加原理，计算出两路不同电流下LED灯珠叠加的照度值，其函数关系式为：Y2＝2.429r(1+k)+31.44，r为单路场效应管上PWM波的占空比，两路光源照度值用Y2表示，k是两路场效应管上占空比的比值。

一种基于色温照度谐调方法的色温照度谐调护眼灯，包括灯头和灯座，其特征在于：灯座内设有单片机，灯座上方连接两路灯珠，一路是暖色调灯珠，一路是冷色调灯珠，两路灯珠的负极分别接在两个场效应管的漏极上，场效应管的栅极分别连接在单片机的I/O端口上，两个场效应管源极接地；

所述单片机的输入端连接手势开关、光敏电阻、电位器以及触摸按键，所述单片机的输出端连接显示屏以及场效应管；

所述手势开关采用两个红外发射器和两个红外接收器组成，左侧红外发射器和左侧红外接收器为一对，右侧红外发射器和右侧红外接收器为一对，两对红外发射接收器相距3cm；

所述旋转式电位器设在灯座的侧面，显示屏设在灯座中间，所述光敏电阻设置在在灯座前方，在光敏电阻的两侧分别设有触摸按键。

进一步的，所述单片机采用STC15W4K32S4单片机。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明会自动谐调光源色温和照度值，使二者匹配到人眼舒服的范围内。并且本发明采用的是无极调光，光线缓慢变化，5V低压恒流驱动，无频闪，起到护眼的目的。

2.本发明通过灯座上的手势开关模块方便用户在黑暗的环境下对台灯进行开关操作。

3.本发明支持通过触摸按键对光源进行无极分段调光，支持通过电位器旋钮对光源进行直接调光，支持依据环境光变化自动调光。

4.本发明可通过OLED屏幕即时显示灯座所在工作平面的照度值。

附图说明

图1为护眼灯结构图。

图2为电路框架图。

图3为暖冷两路电路图。

图4为单路LED电流和照度的关系图。

图5为照度和色温的关系。

图6为暖冷LED电流比和色温的关系。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

如图1所示，一种色温照度谐调方法，其特征在于：所述步骤具体如下：

步骤1：设置两路LED灯珠，一路是暖色调灯珠，一路是冷色调灯珠；

步骤2：将步骤1中的两路灯珠的负极分别接在两个场效应管的漏极上，场效应管的栅极分别连接在单片机的I/O端口上，两个场效应管源极接地；

步骤3：改变I/O端口输出暖冷两路的PWM波的占空比；

步骤4：依据步骤3中改变的占空比和占空比比值来调节灯珠的电流大小和电流比；

步骤5：所述步骤4中的电流大小用于控制光源亮度来调节照度，所述电流比用于控制光源的色温；

步骤6：所述步骤5中的照度和色温存在一个函数关系，x为色温，E为照度，函数关系为：E＝879.79x^0.238；

步骤7：所述步骤5中的电流比是暖冷两路电流比，电流比用R表示，色温用x表示，确定函数关系为：

步骤8：根据步骤3和4，得出单路光源照度值Y1和该路场效应管上PWM波的占空比r函数关系为：Y1＝2.429r+31.44；

步骤9：依据步骤8，依照叠加原理，计算出两路不同电流下LED灯珠叠加的照度值，其函数关系式为：Y2＝2.429r(1+k)+31.44，r为单路场效应管上PWM波的占空比，两路光源照度值用Y2表示，k是两路场效应管上占空比的比值。

一种基于色温照度谐调方法的色温照度谐调护眼灯，包括灯头9和灯座10，其特征在于：灯座10内设有单片机，灯座上方连接两路灯珠，一路是暖色调灯珠，一路是冷色调灯珠，两路灯珠的负极分别接在两个场效应管的漏极上，场效应管的栅极分别连接在单片机的I/O端口上，两个场效应管源极接地；

所述单片机的输入端连接手势开关，电位器5以及触摸按键7，所述单片机的输出端连接光敏电阻8、显示屏6以及场效应管；

所述手势开关采用两个红外发射器和两个红外接收器组成，左侧红外发射器1和左侧红外接收器2为一对，右侧红外发射器3和右侧红外接收器4为一对，两对红外发射接收器相距3cm；

所述旋转式电位器5设在灯座的侧面，显示屏6设在灯座中间，所述光敏电阻8设置在灯座前方，在光敏电阻的两侧分别设有触摸按键7。

进一步的，所述单片机采用STC15W4K32S4单片机。

实施例：

本发明的光源采用的是两路LED贴片灯珠，其中一路是暖色调的灯珠，另一路是冷色调的灯珠。两路灯珠的负极分别接在两个场效应管的漏极，场效应管的两个栅极分别接在了主控的两个I/O端口上，场效应管的两个源极接地，主控采用的是STC15W4K32S4单片机，通过对单片机内部代码的编写，可以改变上述两个I/O端口输出的PWM波的占空比，通过调节占空比，便可以依靠场效应管来调节两路LED灯珠的电流大小和电流比。通过调节两路电流的大小，便可以控制光源的亮度来改变照度，通过调节两路的电流比，可以实现控制光源的整体色温。本发明在调节电流大小的同时，能够自动改变两路LED的电流比，从而达到了调节照度时，色温值能够自动随之改变的功能。电流大小和照度与电流比和色温的关系是依据专业设备积分器和照度计所测得。

依据照度色温和房间气氛关系图，选择一满足舒适光环境的色温和照度的函数关系式为：

E＝879.79x^0.238 (1)

式中色温用x表示，照度用E表示。色温和照度要始终处于色温和房间气氛关系图中舒适区，这样给定单片机一个照度值，单片机便会给出与之相匹配的最佳色温值。

通过改变暖冷两路LED的电流比进行光源色温测量，光源色温值是通过积分球测量而得，就本发明而言，色温值和电流比的函数关系为:

式中：暖冷两路电流比用R表示，色温用x表示。

依据本发明所采用LED冷色调灯珠测试得到该路LED上的电流和该路LED光源照度值的关系，通过改变场效应管上PWM波的占空比改变该路LED电流大小来调节照度的功能。就本发明而言，最终单路光源照度值和该路场效应管上的占空比关系为:

Y1＝2.429r+31.44 (3)

式中r为单路场效应管上PWM波的占空比，Y1为单路LED所达到的照度值。两路冷暖LED电流比与两路场效应管上PWM波占空比的比值相等。依据电流比和色温关系，可以求出另一路场效应管上PWM波的占空比。依据照度叠加的原理，两路不同电流的光源叠加的照度值便可以计算出来，其函数关系式为:

Y2＝2.429r(1+k)+31.44 (4)

式中，Y2两路光源照度值用表示，场效应管上PWM波的占空比用r表示，k是两路场效应管上占空比的比值。

依据上述思想最终实现了下述功能：对于任意一照度值，为了达到所需照度值和这个照度值所匹配的光源色温值，可以求出两路LED所需的电流以及两路场效应管上所需PWM波的占空比。通过调节两路电流大小来改变照度的同时，实现了两路电流比的自动调节，从而实现了调节照度的同时，光源色温值能自动随之改变的功能。

依据环境光变化自动调光方案：当切换到依据环境光变化自动调光模式时候，会将此刻的照度值载入到一个临时变量a里，每次检测环境光照度时，都会拿即时照度值和临时变量a相比取差值，当此差值位于某一范围内，会触发另一变量b不断自加一(b＝b+1)，当此差值不在这一范围内时，使b＝0,当b值加到某一范围后，单片机判断此时环境光确实有变，非突变光或干扰光，开始采取措施调整照度，并使b＝0。当环境光增强时候，单片机会重新载入一个照度值，这个照度值为变化的照度值和原照度值的差，并且把调整后的照度值再赋给临时变量a，重复上述步骤；当环境光减弱时候，单片机会重新载入一个照度值，这个照度值为变化的照度值和原照度值的差，并且把调整后的照度值赋给临时变量a，重复上述步骤。

手势开关模块由两个红外发射器和两个红外接收器组成，一个红外发射器和一个红外接收器组成一对红外发射接收器，两对红外发射接收器相距3cm，处于护眼灯底座上面，当手从红外发射器上扫过时，会反射红外线，被红外接收器接收，接收器会向单片机发出接收信号。通过对红外接收器接收信号顺序的识别，可以识别人的三种手势，分别如下：

(1)手从左向右挥，检测方案：单片机接收到左侧红外接收器接收信号后过了一小段时间，又检测到右侧红外接收器的接收信号，此时单片机识别人手是从左向右挥动。

(2)人手从右向左挥，检测方案：单片机接收到右侧红外接收器发射的接收信号后过了一小段时间，又检测到左侧红外接收器发出的接收信号，此时单片机识别人手是从右向左挥动。

(3)人手静止，检测方案：单片机同时检测到两个红外接收器的接收信号。

综上：当单片机检测到人的相应手势后会对台灯进行开关操作。

即时显示照度值方案：灯座上有一个光敏电阻，其特性是随着光照强度的变化，它的阻值也会随之变化。把光敏电阻一端接电源，另一端接普通电阻并且把该端接在单片机AD转换I/0口，对该处电压值进行AD转换并读取，同时普通电阻的另一端接地。用照度计进行实验，把灯座和照度计相邻的放置于同一平面上，使光敏电阻和照度计测量端在同一平面上。我们要借助可改变照度的辅助光源，通过对辅助光源照度的变化，测量光敏电阻AD转化后的数值和照度计上的数值，找出两个值的对应关系，便可以求出照度值和光敏电阻AD转化后的数值之间的函数关系，这样把光敏电阻AD转化后的数值带入这个函数关系式后便可以求出这个平面的照度值，并且通过OLED屏幕显示。

无极调光方案：核心是渐变的调节PWM波的占空比，比如此时我想让光源亮度从无到最亮(表现为PWM波占空比从0到100)，我用一个for循环来实现，0到100占空比的变化分100次来实现，但是每两次变化之间的时间间隔比较小，人眼无法察觉，此时呈现在人眼里面的便是无极调光，光线柔滑缓慢的变化。

触摸分段调光方案：提前将几个常用工作环境下的照度初始值写入单片机，用户按下触摸按键后，单片机会自动载入提前设置的几个照度值，满足用户在不同使用环境下的需求。

电位器调光方案：对电位器旋钮进行AD数值转化，通过一个线性函数，将此数值转化为照度值，依据色温照度谐调的关系，求出两路场效应管的占空比并且即时输出。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在发明的保护范围之内。