一种脉冲均分调光的LED照明自适应控制模型的制作方法

本发明属于照明设备技术领域，具体涉及一种脉冲均分调光的led照明自适应控制模型。

背景技术：

传统的照明监控系统存在着诸多缺陷，以城市路灯照明为例，其弊端主要体现在路灯系统的电能利用率偏低，而照明灯具在很大程度上影响着电能利用率^[1-3]。因此，一种发明led灯具早已应运而生，同时衍生的还有相对传统照明技术而言更为高效安全且环保耐用的led照明技术^[4-6]。

近年来，随着智能家居的不断发展，照明控制模式已经从手动操纵转变为智能控制^[7]。目前主流的控制方式为基于传感器的照明控制^[8]、基于定时器的照明控制^[9]等，并利用可控硅或晶体管^[10]进行led光照强度的调整。此外，国内外专家学者还对led照明控制进行了很多研究。国外已经提出了不少相关系统，例如c-bus总线控制系统^[11]、i-bus总线控制系统^[12]、hbs协议控制系统^[13]、eib总线控制系统^[14]、lonworks总线控制系统^[15]等。相对于国外的研究现状，国内在这方面的研究比较薄弱，比较出色的有hcc住宅智能中心控制系统^[16]等。纵观国内外的相关研究基础，led照明控制系统的发展将以人为本，根据用户的个性化需求来实现控制，并可以对光照的各种参数进行灵活调整^[17]；此外，控制系统还将会开发出各种配套的接口，以满足其他智能设备的接入，实现智能家居的最终目的^[18]。综上所述，所以我设计了一种脉冲均分调光的led照明自适应控制模型。

技术实现要素：

为了解决上述存在的问题，本发明提供一种脉冲均分调光的led照明自适应控制模型。

本发明是通过以下技术方案实现：

一种脉冲均分调光的led照明自适应控制模型，包括基于pmw信号的led照明控制模块、脉冲均分调光的控制优化模块、硬件系统，所述基于pmw信号的led照明控制模块原理为对正向导通时间进行控制：且所述基于pmw信号的led照明控制模块为通过和来调节出灯光的视觉度和亮度，并通过l＝sm·2^m-1+...+sn·2^n-1+...+s1·2⁰来算出有效电流：所述脉冲均分调光的控制优化模块的灰度数据采用分块操作，分为高权值区块(hq)和低权值区块(lq)。对于m位的灰度数据，假设lq的权值为n，则hq的权值就可以表示为(m-n)，在高权值区块hq的有效高电平数为lm＝sm·2^m-n-1+...+sn+2·2¹+sn+1·2⁰，低权值区块lq的有效高电平数可以表示为ll＝sn·2^n-1+...+s2·2¹+s1·2⁰；所述硬件系统主要包括计数器、位移寄存器、锁存器以及pwm信号发生器。

作为本发明的进一步优化方案，所述硬件系统通过串移时钟cki的作用，数据从dai端进入移位寄存器，然后在sti的作用下送入锁存器中，此时重置计数器；当sti起上升作用时，数据传输至pwm信号发生器进行处理；通过sti信号的操控，实现pwm信号的输出控制，从而达到led照明控制的目的。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：该发明的脉冲均分调光的led照明自适应控制模型能针对不同的场景控制led设备的光照强度，且稳定性较好、鲁棒性更高。

附图说明

图1是本发明的led照明控制模块过程示意图；

图2是本发明的脉冲均分调光的控制优化模块优化示意图；

图3是本发明的硬件系统连接示意图；

图4是本发明的占比为25％的输出波形；

图5是本发明的占比为75％的输出波形。

图中：1、led照明控制模块；2、脉冲均分调光的控制优化模块；3、硬件系统。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1-3所示，一种脉冲均分调光的led照明自适应控制模型，包括基于pmw信号的led照明控制模块(1)、脉冲均分调光的控制优化模块(2)、硬件系统(3)，所述基于pmw信号的led照明控制模块(1)原理为对正向导通时间进行控制：且所述基于pmw信号的led照明控制模块(1)为通过和来调节出灯光的视觉度和亮度，并通过l＝sm·2^m-1+...+sn·2^n-1+...+s1·2⁰来算出有效电流，如果led照明设备的最大电流为200ma，导通时间的占空比为75％，则该系统的平均电流为150ma，在pwm算法中，每位灰度数据si的信息都是集中显示，当权值i增加时，对应的显示时间段2^i-1将越来越长，这段时间pwm的输出一直为高电平或低电平，使得整体的灰度表现得不均匀，可能会使led灯产生闪烁感。随着m值的增大，高权值位将会产生更长时间的高电平或低电平，这种缺点表现得会更加明显：所述脉冲均分调光的控制优化模块(2)的灰度数据采用分块操作，分为高权值区块(hq)和低权值区块(lq)。对于m位的灰度数据，假设lq的权值为n，则hq的权值就可以表示为(m-n)，在高权值区块hq的有效高电平数为lm＝sm·2^m-n-1+...+sn+2·2¹+sn+1·2⁰，低权值区块lq的有效高电平数可以表示为ll＝sn·2^n-1+...+s2·2¹+s1·2⁰，高权值区块的灰度值均分为2ⁿ个周期，每个周期的时间为lm，ll则分别插入到2^n-1段的每个周期前端。每一个周期的lm是等价的，则可以设lq数据插入后，时间误差为tmin其值可以忽略不计，在脉冲均分调光的led照明自适应控制模型中，m的大小决定了灰度数据的大小，n的大小则决定了hq的迭代次数。本文取m＝8，n＝2来实现整个系统；当m＝8，n＝2时，8位的分辨率可为led灯提供2⁸种灰度数据，周期为2²，则每个周期的hq位重复8次，脉冲均分调光的led照明自适应控制模型的硬件系统，其主要包括计数器、位移寄存器、锁存器以及pwm信号发生器构成。通过串移时钟cki的作用，数据从dai端进入移位寄存器，然后在sti的作用下送入锁存器中，此时重置计数器。当sti起上升作用时，数据传输至pwm信号发生器进行处理。通过sti信号的操控，实现pwm信号的输出控制，从而达到led照明控制的目的；所述硬件系统(3)主要包括计数器、位移寄存器、锁存器以及pwm信号发生器；所述硬件系统(4)通过串移时钟cki的作用，数据从dai端进入移位寄存器，然后在sti的作用下送入锁存器中，此时重置计数器；当sti起上升作用时，数据传输至pwm信号发生器进行处理；通过sti信号的操控，实现pwm信号的输出控制，从而达到led照明控制的目的。

所述本发明装置在这个实施例中，该发明为了检测系统的可靠性，在不同条件下进行了多组实验，测得的结果如表1所示。

表1不同环境的光照度

tab1illuminationofdifferentenvironments

然后进行pwm自适应调光仿真，根据所处环境不同，所需的光照度也不同，如表2所示。因此，本文注重对光照度300lx和100lx的环境进行实验仿真。

表2不同环境所需的光照度

tab2illuminationrequiredfordifferentenvironments

其中，光照度e的计算公式为：

式(7)中，φ为单个led光通量，n为led数，cu为空间利用系数，k为维护系数，s为面积。

在教室、自习室等一些场合中，仿真测得的实验结果如表3所示。

表3环境1的实验结果

tab3environmental1experimentalresults

另外，假设控制系统要用与走廊、厕所，仿真测得的实验结果如表4所示。

表4环境2的实验结果

tab4environmental2experimentalresults

最后，通过示波器采样了几种不同占空比的输出波形。其中图4的占空比为25％，图5的占空比为75％。从图中可以看出可见波波形没有毛刺，谐波含量比较低。

从上述各个模块得出的数据来看，测得的结果和预期的目标之间的误差较小，这就表明本文提出的脉冲均分调光的led照明自适应控制模型能针对不同的场景控制led设备的光照强度，且稳定性较好、鲁棒性更高。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。