基于led光源的功能照明系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于LED照明領域，特別涉及一種基于LED光源的功能照明系統。
【背景技術】
[0002]光源是人們日常工作和生活的必不可少的一部分。目前，常用的傳統光源有鹵鎢燈、熒光燈、高強度氣體放電燈等，但這些光源的出射光譜無法改變，僅僅可通過相應電路達到調節亮暗的效果；無法滿足不同場合的應用。
[0003]近年來，固態LED光源自19世紀60年代誕生以來取得快速的發展，且已經在多個方面取代傳統光源應用于人們工作和生活的方方面面，LED光源具有光效高、低能耗、環保、壽命長以及響應速度快等優點。目前國內外的LED生產廠商眾多，其產品類型大多單一，且大致相同，不具特色，往往僅局限于取代傳統光源的照明市場，所以競爭激烈，利潤非常有限。市面上所謂的智能照明，也更多的是體現在移動設備等可以控制LED的亮暗、色溫和顏色。而LED的一個重要特性就是其出射光譜的窄帶性，使得可通過多種不同出射光譜的LED進行混光來達到改變整體出射光譜的目的，從而實現不同的功能照明。
[0004]該照明系統應用極其廣泛。例如博物館的藝術品照明需要亮度較暗、顯色指數高、色溫較低、無紫外光和紅外光等要求，可通過調節不同出射光譜的LED的亮度，從而使混光后的整體出射光譜滿足上述要求。例如植物學家經研宄發現450-460nm的藍光對植物的葉片和根系生長極其重要，600-700nm的紅光可促進莖的生長，故增加藍光和紅光LED的亮度來促進植物生產的功能。例如目前人眼中有一種可感光神經節細胞(ipRGCs)，它與人腦內的生物鐘系統連接，通過光信號抑制、調節松果體的褪黑色素分泌以及人體內的皮質醇、體溫等生理參數，調節人體的睡眠、警覺、免疫等功能，這種感光細胞的光譜靈敏度主要在藍光區，峰值波長約460nm，故可通過調節出射光譜在460nm的藍光LED的亮暗來調節人的工作和生活狀態。例如攝影工作室需要亮度、色溫、紅綠均可調的光源以適應于不同的場景和效果拍攝，故可通過調節不同出射光譜的LED的亮度，來達到亮度、色溫、紅綠可調的目的。
【發明內容】
[0005]根據【背景技術】的介紹，本發明提供了一種應用廣泛、可靠性高和使用方便的基于LED的功能照明系統。本發明采用的技術方案如下:
[0006]基于LED光源的功能照明系統，包括以下組成部分:命令發送端(1)、控制電路
(2)、驅動電路(3)、LED陣列(4)、光學系統(5)、測量設備(6)、散熱系統(7)、反饋優化算法(8)和光源優化算法(9)，所述的反饋優化算法(8)和光源優化算法(9)通過命令發送端
(I)控制。
[0007]所述的命令發送端(I)負責按照用戶的需求通過LED配方優化算法(8)計算出實現相應功能照明所需的每種不同出射光譜的LED亮度，即LED配方，并通過有線或無線兩種方式傳送給控制電路(2)，命令發送端(I)也負責接收控制電路(2)發過來的當前LED陣列(4)的工作狀態或信號是否被正確送達，從而判斷是否需要重新計算或再次發送；同時，命令發送端(I)與測量設備(6)相連，測量當前整體出射光譜的性能，進一步判斷是否需要通過反饋優化算法(9)調整LED配方。
[0008]所述的有線通訊使用USB接口、串行接口、以太網接口、光纖接口或工業總線連接，無線通訊則通過Zigbee技術、WIFI技術、藍牙技術、Zwave技術、2.4G無線技術或紅外技術實現；命令發送端α)為電腦控制軟件、手機應用軟件或單獨的控制器。
[0009]所述的控制電路(2)負責接收命令發送端⑴的信號，進行處理后發送給驅動電路(3);同時，控制電路(2)也反饋當前LED陣列(4)的工作狀態或信號是否被正確送達給命令發送端(I);控制電路(2)包含存儲LED配方的存儲單元，所述的控制電路(2)外接按鈕和顯示裝置以選擇并顯示當前光源，且控制電路(2)具備簡單的運算功能；所述的驅動電路⑶接收控制電路⑵發出的信號，通過幅度調制(AM)、脈沖寬度調制(PWM)或兩種調制方式相結合的方式來調節LED陣列(4)中每種LED的亮度，從而實現用戶所需的功能照明。
[0010]所述的LED陣列(4)包含多種不同出射光譜的LED，且每種出射光譜的LED可在陣列中重復使用。
[0011]所述的光學系統(5)負責控制光型形狀大小或使混光更均勻。
[0012]所述的測量設備(6)是測量光譜功率分布的分光輻射度計或測量CIEXYZ的色度計；也可實時測量整個整體出射光的性能，以達到監測的功能。
[0013]所述的散熱系統(7)是將LED陣列和驅動電路的工作溫度保持在較低溫度，包括主動散熱模式或被動散熱模式。
[0014]所述的LED配方優化算法(8)負責將用戶所需的功能照明按照光品質參數的形式作為LED配方優化算法(8)的輸入端，而算法輸出為LED陣列(4)中每種LED的亮度；光品質參數可以是但不限于光譜功率分布(SH))、色溫(CCT)、色品坐標差異(Duv)、光亮度(Cd/m2)、顯色指數(CRI)、同色異譜指數(MI)、色域面積(GAI)、光源的人眼感知參數(VF)、發光效率指數(LER)或其相應的加權組合，見下式:
[0015]優化指數=WlXΔ SPD+w2 X Δ CCT+w3 X Duv+w4 X Δ cd/m2+w5 X ACRI+w6X ΔΜΙ+
[0016]w7 X Δ GAI+w8 X Δ VF+w9 X Δ LER
[0017]其中，wl_w9為各光品質參數的權重，其值可以為0 ;符號Λ表示目標值與實際值之間的差異；LED配方優化算法(8)的目標是計算出每種LED的亮度使得優化指數為最小；具體的優化算法通過迭代優化方式實現，可以是但不限于牛頓法及其各種變形、單純形算法及其各種變形、信賴域法和內點法。
[0018]所述的反饋優化算法(9)負責當用測量設備(6)測得的用戶設定的功能照明對應的光品質參數變化時，通過調整各LED的亮度值使得整體出射光譜光品質參數再次穩定到設定的光品質參數，具體的反饋優化算法通過實際光品質參數與目標光品質參數間的差異計算出每種LED亮度所需要調整的幅度，可以是但不限于基于CIEXYZ或CIELAB的反饋方法、基于單一光品質參數或其組合的反饋方法。
[0019]本發明通過命令發送端(I)將用戶所需功能照明的光品質參數通過LED配方優化算法⑶得的LED配方發送給控制電路(2)，控制電路⑵進一步將信號傳給驅動電路(3)，驅動電路⑶通過AM或PWM或兩者結合的方式驅動LED陣列(4)，透過光學系統(5)將各LED出射光進行混光和控制光型輸出，通過測量設備(6)實時測量或監控整體出射光，并實現相應的反饋優化。本發明結構清晰、實用性強、應用極廣，可實現各種高質量的功能照明輸出。
【附圖說明】
[0020]圖1是基于LED光源的功能照明系統的框圖。
[0021]圖2是實施例1中用于色樣顏色觀察的功能照明電腦控制軟件
[0022]圖3是實施例1中所采用的LED陣列各LED的出射光譜
[0023]圖4是實施例1中用于色樣顏色觀察的功能照明出射光譜
[0024]圖5是實施例2中用于博物館照明的功能照明出射光譜
[0025]圖6是實施例3中用于植物照明的功能照明出射光譜
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明:
[0027]如圖1所示為本發明的整體框架圖，其包括