一種自適應光電混合光纖照明系統及方法與流程

本發明屬于照明系統技術領域，具體涉及一種自適應光電混合光纖照明系統及方法。

背景技術：

照明系統與我們的生活息息相關，隨著經濟的發展和科技的進步，人們對一個更加安全、更加節能、更加智能的照明系統的需求日益增加。現有傳統照明方式是通過傳輸電線將電能傳遞至負載使負載發光，提供照明。這使傳統照明系統存在線路老化造成火災的安全隱患，并且存在照明亮度無法自動調節進而導致能源浪費的缺點。

光纖照明是一種較安全的照明方式，其利用透鏡和反光鏡等光學元件來無限次改變傳播方向，實現光的柔性傳播的同時實現了光電分離，大大提高了照明的安全性。在專利公開號為cn205540300u的專利中提出了一種自動追蹤太陽的光纖照明系統，通過自動追蹤收集太陽光一定程度上減少對電能的依賴，實現了節能減排。但是在陰天或者夜晚時該系統存在無法提供照明的問題。目前國內尚無能實現在白天自動追蹤太陽，并且能在夜晚控制電發光實現全天候的自適應控制的光纖照明系統。

技術實現要素：

本發明實施例提供一種自適應光電混合光纖照明系統及方法，該系統以光纖照明為基礎，優先應用太陽光照明，并和照明光纖相結合，保持室內總照度恒定，是一種安全節能的新型照明方式。

本發明提供一種自適應光電混合光纖照明系統，包括：

太陽能聚光器，通過聚光罩接收太陽光信號；

光纖照明模塊，與太陽能聚光器相連接用于傳導光信號以實現室內自適應照明；

光照強度采集模塊，用于采集室內的實際光照強度；

紅外輸入模塊，通過發送紅外信號模擬室內的最佳光照強度；

單片機，對實際光照強度和最佳光照強度進行對比，當實際光照強度和最佳光照強度不相等時，輸出第一pwm控制信號以調整聚光罩的角度進而改變獲取的光照強度；通過調整后實際光照強度始終小于最佳光照強度時，輸出第二pwm控制信號；

步進電機驅動模塊，根據所述第一pwm控制信號控制步進電機以實現對聚光罩的角度的調整；

光纖光源發生器，與所述光纖照明模塊相連接，根據第二pwm控制信號輸出激發光信號；

太陽光追蹤模塊，用于追蹤太陽位置并通過步進電機驅動模塊控制步進電機以調整太陽能聚光器的聚光罩的角度進而捕捉到太陽位置。

在本發明的自適應光電混合光纖照明系統中，所述系統還包括分別與單片機和光纖光源發生器相連接的pwm控制電路。

在本發明的自適應光電混合光纖照明系統中，所述光照強度采集模塊包括光強傳感器和信號轉換器。

在本發明的自適應光電混合光纖照明系統中，所述紅外輸入模塊包括紅外接收頭、紅外遙控器和信號轉換器。

在本發明的自適應光電混合光纖照明系統中，所述太陽光追蹤模塊包括檢測頭和控制盒，控制盒為采用透明上蓋的防水外殼，控制盒內置控制器和顯示屏組成的電路。

在本發明的自適應光電混合光纖照明系統中，所述的步進電機驅動模塊包括步進電機驅動器及其外圍電路。

在本發明的自適應光電混合光纖照明系統中，所述系統還包括分別與單片機、太陽光追蹤模塊以及步進電機驅動模塊相連接的電源模塊。

在本發明的自適應光電混合光纖照明系統中，所述電源模塊包括整流電路、濾波電路、給步進電機驅動模塊和太陽光追蹤模塊供電的24v穩壓電路、給單片機控制模塊供電的3.3v穩壓電路。

在本發明的自適應光電混合光纖照明系統中，所述系統還包括與單片機連接的顯示模塊。

本發明還一種自適應光電混合光纖照明方法，包括以下步驟：

實時采集室內的實際光照強度，通過發送紅外信號模擬室內的最佳光照強度；

單片機對實際光照強度和最佳光照強度進行對比，當實際光照強度和最佳光照強度不相等時，輸出第一pwm控制信號；

根據第一pwm控制信號控制步進電機以調整聚光罩的角度進而改變獲取的光照強度，傳導太陽光信號實現室內自適應照明；

通過調整后實際光照強度始終小于最佳光照強度時，單片機輸出第二pwm控制信號，光纖光源發生器根據第二pwm控制信號輸出激發光信號，傳導太陽光信號和激發光信號以實現室內自適應照明。

本發明的自適應光電混合光纖照明系統及方法將自適應光電混合技術與光纖照明系統綜合，利用單片機對光纖照明光源部分進行輸出控制，有效優先利用太陽光，并完全采用光纖照明方式，消除了傳統照明系統傳輸電線易老化起火的安全隱患，充分利用太陽光，減少對電能的依賴，保證了全天候的照明自適應控制，避免過度照明造成的能源浪費，實現了照明系統的節能與智能化。

附圖說明

圖1為本發明的自適應光電混合光纖照明系統的應用示意圖；

圖2為本發明的自適應光電混合光纖照明系統的結構框圖；

圖3為本發明的自適應光電混合光纖照明方法的流程圖。

具體實施方式

圖1為本發明的自適應光電混合光纖照明系統的應用示意圖，該系統以光纖照明為基礎，白天可自動追蹤太陽光，夜晚切換控制光纖光源發生器提供光照實現全天候自適應照明，將電流的傳輸與光的傳輸分離，大大提高了照明安全性。

圖2為本發明的自適應光電混合光纖照明系統的結構框圖，如圖所示，本發明的自適應光電混合光纖照明系統，包括：光照強度采集模塊1、紅外輸入模塊2、單片機3、太陽光追蹤模塊4、步進電機驅動模塊5、步進電機6、太陽能聚光器7、pwm控制模塊8、光纖光源發生器9、光纖照明模塊10、電源模塊11以及顯示模塊12。光照強度采集模塊1的輸出端和紅外輸入模塊2的輸出端都與單片機3的輸入端相連接。單片機3的輸出端分別與步進電機驅動模塊5、pwm控制模塊8以及顯示模塊12相連接。pwm控制模塊8與光纖光源發生器9相連接。太陽光追蹤模塊4的輸出端與步進電機驅動模塊5相連接；步進電機驅動模塊5的輸出端與步進電機6的輸入端連接，步進電機6的轉子與太陽能聚光器7相連接。太陽能聚光器7的輸出端和光纖光源發生器9的輸出端與光纖照明模塊10相連接將光傳遞至室內，實現自適應照明。電源模塊11的輸入端連接市電220v，電源模塊11分別與單片機3、太陽光追蹤模塊4以及步進電機驅動模塊5相連接為其供電。電源模塊11包括整流電路、濾波電路、給步進電機驅動模塊5和太陽光追蹤模塊4供電的24v穩壓電路以及給單片機3供電的3.3v穩壓電路。顯示模塊12用于顯示室內實時光照強度、最佳光照強度設定值、外界太陽光所提供光強、光纖光源發生器9所提供光強等信息。

太陽能聚光器7設有聚光罩并通過聚光罩接收太陽光信號并過濾有害光線。光纖照明模塊10分別與太陽能聚光器7和光纖光源發生器9相連接用于傳導光信號以實現室內自適應照明。光照強度采集模塊1包括光強傳感器和信號轉換器，光強傳感器用于采集室內的實際光照強度，信號轉換器將光信號轉換為數字信號，經過數字信號處理后發送到單片機3。紅外輸入模塊2包括紅外接收頭、紅外遙控器和信號轉換器，紅外遙控器發送紅外模擬信號將室內最佳光照強度設定值傳至紅外接收頭，紅外輸入模塊2內的信號轉換器將紅外模擬信號轉換成數字信號，經過數字信號處理后發送到單片機3。單片機3首先對實際光照強度和最佳光照強度進行對比，當實際光照強度和最佳光照強度不相等時，單片機3輸出第一pwm控制信號。步進電機驅動模塊5分別與單片機3和步進電機6相連接，步進電機驅動模塊5根據單片機3輸出的第一pwm控制信號控制步進電機6以調整聚光罩的角度進而改變獲取的光照強度，以室內的光照強度符合最佳光照強度。通過上述調整后如果實際光照強度始終小于最佳光照強度，則單片機3輸出第二pwm控制信號以啟動光纖光源發生器9進行光照補充。pwm控制模塊8分別與單片機3和光纖光源發生器9相連接，pwm控制模塊8接收到單片機3輸出第二pwm控制信號后，調整第二pwm控制信號的占空比并輸出給光纖光源發生器9，改變光纖光源發生器9輸出的光照強度，使光纖光源發生器9提供最為適宜的光照強度。太陽光追蹤模塊4用于追蹤太陽位置并通過步進電機驅動模塊5控制步進電機6以調整太陽能聚光器7的聚光罩的角度進而使太陽能聚光器7捕捉到太陽位置。太陽光追蹤模塊4主要包括檢測頭和控制盒，控制盒采用透明上蓋的防水外殼，內置控制器、液晶顯示屏等部件組成的電路。檢測頭引入五芯信號，經電路內置程序判斷，根據相應的情況作出相應的驅動執行，控制盒上的檢測頭接口與檢測頭連接，電源正極接口由+12v電源供電，控制器的東西軸電機輸出端子接步進電機6的東西軸輸入端，南北軸電機輸出端子接步進電機6的南北軸輸入端。

具體實施時，光照強度采集模塊1的光強傳感器采用bh1750fvi型號。紅外輸入模塊2的紅外接收頭采用tl1838型號，單片機3為32為單片機，采用stm32f407zgt6型號。步進電機驅動模塊5的步進電機驅動器采用dm542型號。步進電機6采用j-5718hb6401型號。光纖光源發生器9采用45w-1型號。顯示模塊12采用oled顯示屏。光纖照明模塊10采用pmma照明光纖。

圖3為本發明的自適應光電混合光纖照明方法的流程圖。照明方法具體包括以下步驟：

實時采集室內的實際光照強度，通過發送紅外信號模擬室內的最佳光照強度；

通過單片機對實際光照強度和最佳光照強度進行對比，當實際光照強度和最佳光照強度不相等時，輸出第一pwm控制信號；

根據第一pwm控制信號控制步進電機以調整聚光罩的角度進而改變獲取的光照強度，輸出太陽光信號；

通過調整后實際光照強度始終小于最佳光照強度時，單片機輸出第二pwm控制信號，光纖光源發生器根據第二pwm控制信號輸出激發光信號；

傳導太陽光信號和/或激發光信號以實現室內自適應照明。

本發明中，單片機對系統的綜合控制實現過程如下：

單片機3實現以使用太陽光照明優先的光電混合光照過程的控制，主要任務是將光照強度采集模塊1采集到的實際光照強度信息和最佳光照強度設定信息作為控制變量，利用基于pid控制的太陽光照明優先的光電混合光照算法實現室內照明控制。當實際光照強度等于最佳光照強度時，繼續監測實際光照強度。當實際光照強度不等于最佳光照強度時，實現首先通過調整太陽能聚光器7充分利用外界太陽光提供光強，傳入室內光纖照明模塊10進行照明；當太陽能聚光器7收集的太陽光照過量時，控制步進電機6的轉動角度減少傳入光纖照明模塊10內的太陽光強以提供室內最佳照明強度；當外界太陽光不足的情況下啟用光纖光源發生器9，對室內光強進行補充；同時并將室內實時光照強度、最佳光照強度設定值、外界太陽光所提供光強、光纖光源發生器9所提供光強在顯示模塊12上進行顯示。