專利名稱：自動調光恒光控制系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種自動調光恒光控制系統，屬于自動控制領域。
背景技術：
目前人們使用的照明燈具所發出的光的亮度基本上是固定的。雖然有些燈具帶有智能調光功能，但是也是ー種定性調光功能，即當環境光發生變化時，燈具發出的光的亮度發生相應變化。而燈具照射的作業面上照度是否符合人們健康照明的要求或中國和國際等各種照明標準等要求，即照度值保持在多少范圍內，就做不到。或為了控制照射的作業面照度，必須用光電傳感器等測量作業面照度，于是將光電傳感器放在作業面上進行直接測量照度。這種方法只能應用在臺燈等特殊燈具上。但對一般的燈具照明(如商場內照明)，是不可能將光電傳感器放在作業面上進行直接測量，只能間接測量作業面上的照度。若利用作業面上的反射光，來間接測量作業面上的照度，進而控制作業面照度。然而，由于作業面的反射率一般經常有變化，即作業面的反射率不是ー個靜態常量，而是ー個動態變量。如在商場內，因人們穿的衣服不同，而反射率不同，即作業面反射率不同。但是人是流動的，所以反射率是ー個不斷變化的動態變量。在實際照明中，當作業面的反射率改變時，人們一般不可能經常去測量反射率。因此不能根據環境光的變化，適當地調節燈具亮度，使得作業面上的照度保持在ー個要求的范圍內。
發明內容
本發明的技術解決問題是克服現有技術的不足，提供一種自動調光恒光控制系統。解決了長期困擾照明行業的ー個技術難題在同一個作業面上，調光控制系統不能分辨環境亮度和作業面反射率的經常變化，或系統過于復雜成本過高等原因不能推廣的問題。本發明的技術解決方案是自動調光恒光控制系統，包括檢測電路檢測燈具照射作業面的反射光的亮度和波長是否發生變化，反射光的亮度和波長既包括燈具本身發出的光，也包括外部環境光，將光信號轉換為電信號送給控制電路；并且每隔一段時間(I微秒 I小吋)測量一次作業面對光的反射率C，發射率c =光電傳感器處的照度Lk+作業面上的照度し控制電路由于光電傳感器對不同波長的光感應是不同的，因此檢測電路將不同光信號轉換為電信號也不同。而燈具發出光的波長與外部環境光的波長是不可能完全相同，即檢測電路將燈具發出光通過作業面反射的光信號轉換為電信號與外部環境光通過作業面反射的光信號轉換為電信號是不相同的。從而控制電路從檢測電路接收到的這些電信號也不同，再將這些電信號進行模數轉換，得到的數字電信號也不同。所以控制電路能夠分辨是外部環境光通過作業面反射的光還是燈具本身發出光通過作業面反射的光，計算出燈具光源的光通量O，輸出對應于該光通量O的脈沖寬度調制PWM形式的控制信號，PWM的占空比對應燈具光源的光通量の和功率；根據作業面對光的反射率c的變化，調整光電傳感器處的照度Lk值，使 得作業面上設定的固定照度L保持L = Lk^c的函數關系；若是外部環境光發生變化，則控制電路輸出的PWM占空比改變，以調節燈具的光通量の，使得作業面上的照度L=來自于外部環境光線的照度+燈具本身發出光線的照度保持不變，即作業面上的照度保持在用戶要求的范圍內或符合中國和國際等各種照明標準，否則控制電路輸出的PWM占空比不改變，即不調節燈具的光通量の和功率。進ー步地，所述控制電路由集成電路(IC)實現。作為本發明的一個實施例，所述檢測電路為一路由光電傳感器和電阻構成串聯電路連接在所述集成電路的正負極兩端，所述光電傳感器與所述電阻的連接處連接在所述集成電路的電壓或電流檢測ロ輸入端，所述光電傳感器為光敏電阻、光敏ニ極管、光敏三極管、光電管或光電倍增管。作為本發明的優選實施例，所述檢測電路為A、B兩路;A路檢測電路為依次由光電傳感器和電阻構成串聯電路連接在所述集成電路的正負極兩端，其中所述光電傳感器與所述電阻的連接處連接在所述集成電路的電壓或電流檢測ロ第一輸入端； B路檢測電路為依次由電阻和光電傳感器構成串聯電路連接在所述集成電路的正負極兩端，其中所述光電傳感器與所述電阻的連接處連接在所述集成電路的電壓或電流檢測ロ第二輸入端；所述A、B兩路檢測電路中的光電傳感器為光敏電阻、光敏ニ極管、光敏三極管、光電管或光電倍增管。作為本發明的又ー實施例，所述檢測電路為大于兩路的多路，每一路在所述集成電路檢測ロ的輸入電壓或電流是關于L1和L2的嚴格單調函數，即關于L1和L2的偏導數恒大于0或者恒小于0，其中L1表示燈具發出光線通過作業面反射到光電傳感器的感光面上照度，L2表示環境光線通過作業面反射到光電傳感器的感光面上照度。本發明與現有技術相比具有如下優點本發明的檢測電路通過每隔一段時間測量一次作業面對光的反射率C，能夠檢測燈具照射作業面的反射光的亮度和波長是否發生變化，反射光的亮度和波長既包括燈具本身發出的光，也包括外部環境光；控制電路根據作業面對光的反射率c的變化,調整光電傳感器處的照度Lk值，使得設定作業面上的固定照度L保持L = Le^c的函數關系，輸出脈沖寬度調制PWM形式的控制信號，PWM的占空比對應燈具光源的光通量O和功率，從而使作業面上的照度保持在用戶要求的范圍內或符合中國和國際等各種照明標準。為了加強控制電路分辨環境光與燈具發出光的能力，本發明進一歩將檢測電路增加到兩路或者更多路，這樣自動調光恒光控制系統具有超強光源分辨能力。本發明是一種成本低，可以將自動調光恒光控制系統放入燈具內的控制方式，只要將光電傳感器對準燈具照射的作業面，它會自動根據環境亮度和作業面反射率的變化，使得作業面上的照度就可以符合人們健康照明的要求或中國和國際等各種照明標準的要求。
圖I為根據本發明的自動調光恒光控制系統原理圖；圖2為實施例ニ以光敏電阻作為光電傳感器的電路結構圖3為實施例ニ以光敏ニ極管作為光電傳感器的電路結構圖；圖4為實施例ニ以光敏三極管作為光電傳感器的電路結構圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進ー步的詳細描述圖I是根據本發明的自動調光恒光控制系統原理圖。該自動調光恒光控制系統包括檢測電路和控制電路。檢測電路檢測燈具照射作業面的反射光的亮度和波長是否發生變化，反射光的亮度和波長既包括燈具本身發出的光，也包括外部環境光，將光信號轉換為電信號送給控制電路。并且每隔5分鐘(也可以是其它設定時間)測量一次作業面對光的反射率C。控制電路由集成電路(IC)MCL03實現，IC將檢測電路送來的電信號進行模數轉換，分辨是外部環境光通過作業面反射的光還是燈具本身發出光通過作業面反射的光，根據光源、作業面上照度的函數關系E = d小/dA，其中A表示面積，計算出燈具光源的光通量の，輸出對應于該光通量の的脈沖寬度調制PWM形式的控制信號，PWM的占空比對應燈具光源的光通量O和功率；根據作業面對光的反射率c的變化，調整光電傳感器處的照度Lk值，使得作業面上設定的固定照度L保持L = Le^c的函數關系。作業面上的照度L、作業面對光的反射率c(^ 100% )和光電傳感器處的照度Lk之間的函數關系為Lk = CL ;只要使光電傳感器處的照度保持在Lk = CL數值，就可以使得作業面上的照度保持在L = LK + c數值。若是外部環境光發生變化，則控制電路輸出的PWM占空比改變，以調節燈具的光通量の，使得作業面上的照度=L=來自于外部環境光線的照度+燈具本身發出光線的照度保持不變，否則控制電路輸出的PWM占空比不改變，即不調節燈具的光通量の和功率。本發明的燈具光源包括LED、熒光燈、節能燈、白熾燈、HID燈、無電極燈、低壓鈉燈、超高壓金屬南化物燈、氙燈、或碳弧燈。實施例一檢測電路為一路由光電傳感器和電阻構成串聯電路連接在集成電路的正負極兩端，光電傳感器與電阻的連接處連接在集成電路的電壓或電流檢測ロ輸入端，光電傳感器可以為光敏電阻、光敏ニ極管、光敏三極管、光電管或光電倍增管，其中光敏電阻的價格最便宜。以光敏電阻為例，在5V直流電壓的兩端串聯兩個電阻，ー個是固定阻值的電阻Rf，另ー個是光敏電阻も。光敏電阻も與普通電阻Rf的連接處連接在集成電路的電壓(也可以是電流，只是電壓常用)檢測ロ輸入端。當外部環境亮度增大時，控制電路輸出脈沖寬度調制PWM信號，使電源給燈供電的電壓值或電流值減少，燈的亮度和耗電相應減少；當外部環境亮度減少時，控制電路輸出脈沖寬度調制PWM信號，使電源給燈供電的電壓值或電流值增大，燈的亮度和耗電相應增加。實施例ニ 與實施例一不同的是，所述檢測電路為兩路。由于檢測電路是檢測反射光的照度，即該光線是燈具發出的光或環境光通過作業面反射得到的，而作業面對光的反射率c ^ 100%，并且有時c < 10%，這樣ー來檢測電路中光電傳感器處的照度遠低于光源直接照射的照度，從而在光電傳感器處的光信號很弱。自動調光恒光控制系統不容易分辨環境光與燈具發出光。因此為了加強控制電路分辨環境光與燈具發出光的能力，將檢測電路設為A、B兩路，即在5V直流電壓的兩端并聯A、B兩路串聯電路。A路檢測電路為依次由光電傳感器和電阻構成串聯電路連接在集成電路的正負極兩端，其中所述光電傳感器與所述電阻的連接處連接在所述集成電路的電壓或電流檢測
ロ第一輸入端。A路檢測電路在IC輸入口電 壓V = f (L1,L2, A1,入2)，其中L1為燈具發出光線通過作業面反射到光電傳感器的感光面上照度，L2為環境光線通過作業面反射到光電傳感器的感光面上照度，、I是關于燈具發出光對應的波長，、2是關于環境光對應的波長。V關于L1 偏導數VL1 = fL1 (L1, L2J 入 I，入 2)〉0，關于 L2 偏導數VL2 = fL2 (L1, L2J 入 1，入 2)〉0，即V是關于LI和L2的嚴格單調增函數。B路檢測電路為依次由電阻和光電傳感器構成串聯電路連接在所述集成電路的正負極兩端，其中所述光電傳感器與所述電阻的連接處連接在所述集成電路的電壓或電流檢測ロ第二輸入端。B路的檢測電路在IC輸入口電壓u = g(L1, L2, A1,入2)，其中L1, L2, A1,入2的意義與A路相同，u關于L1偏導數uL1 = gL1 (L1, L2, A j,入2) < 0,關于L2偏導數uL2 =gL2 (L1, L2, A1, A2) < 0，即u是關于LI和L2的嚴格單調減函數。A、B兩路檢測電路中的光電傳感器可以為光敏電阻、光敏ニ極管、光敏三極管、光電管或光電倍增管。圖2所示的是A、B兩路檢測電路中光電傳感器為光敏電阻的情況，圖3所示的是A、B兩路檢測電路中光電傳感器為光敏ニ極管的情況，圖4所示的是A、B兩路檢測電路中光電傳感器為光敏三極管的情況。實施例三為了進一步增強自動調光恒光控制系統分辨環境光與燈具發出光的能力，可將檢測電路設為更多路(大于兩路)，但是每一路檢測電路在IC檢測ロ的輸入電壓關于L1和L2都必須是嚴格單調函數，即關于L1和L2偏導數都是恒大于0或者恒小于O。本發明的自動調光恒光控制系統體積小、能夠安裝在燈具內、成本低、使用方便。該本發明能夠達到健康照明的目的，又因為充分利用自然光等環境光，而達到節能的效果。據了解，僅在我國照明耗電量占總發電量的15%左右。2004年我國的總發電量為21870億千瓦小時，年照明耗電達3280. 5億度，相當于三峽水利發電工程年發電量(840億度)的四倍左右，據專家統計白天照明占照明用電的50%以上，主要是商業和エ業用電。若使用該發明的技術，將充分利用了自然光，使得我國總耗電減少幾個百分點，既節約了能源，又達到健康照明的目的，其意義巨大。上述實施例用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的精神和權利要求的保護范圍內，對本發明作出的任何修改和改變，都落入本發明的保護范圍。
權利要求
1.自動調光恒光控制系統，其特征在于包括 檢測電路檢測燈具照射作業面的反射光的亮度和波長是否發生變化，反射光的亮度和波長既包括燈具本身發出的光，也包括外部環境光，將光信號轉換為電信號送給控制電路；并且每隔一段時間測量一次作業面對光的反射率C ; 控制電路將檢測電路送來的電信號進行模數轉換，分辨出是外部環境光通過作業面反射的光還是燈具本身發出光通過作業面反射的光，計算出燈具光源的光通量の，輸出對應于該光通量の的脈沖寬度調制PWM形式的控制信號，PWM的占空比對應燈具光源的光通量の和功率；根據作業面對光的反射率c的變化，調整光電傳感器處的照度Lk值，使得Lk=CL，即作業面上設定的固定照度L保持L = Lk + c的函數關系； 若是外部環境光發生變化，則控制電路輸出的PWM占空比改變，以調節燈具的光通量O，使得作業面上的照度L =來自于外部環境光線的照度+燈具本身發出光線的照度保持不變，否則控制電路輸出的PWM占空比不改變，即不調節燈具的光通量の和功率。
2.根據權利要求I所述的自動調光恒光控制系統，其特征在于，所述檢測電路為一路由光電傳感器和電阻構成串聯電路連接在所述集成電路的正負極兩端，所述光電傳感器與所述電阻的連接處連接在所述集成電路的電壓或電流檢測ロ輸入端，所述光電傳感器為光敏電阻、光敏ニ極管、光敏三極管、光電管或光電倍增管。
3.根據權利要求I所述的自動調光恒光控制系統，其特征在于，所述檢測電路為A、B兩路;A路檢測電路為依次由光電傳感器和電阻構成串聯電路連接在所述集成電路的正負極兩端，其中所述光電傳感器與所述電阻的連接處連接在所述集成電路的電壓或電流檢測ロ第一輸入端； B路檢測電路為依次由電阻和光電傳感器構成串聯電路連接在所述集成電路的正負極兩端，其中所述光電傳感器與所述電阻的連接處連接在所述集成電路的電壓或電流檢測ロ第二輸入端； 所述A、B兩路檢測電路中的光電傳感器為光敏電阻、光敏ニ極管、光敏三極管、光電管或光電倍增管。
4.根據權利要求I所述的自動調光恒光控制系統，其特征在于，所述檢測電路為大于兩路的多路，每一路在所述集成電路檢測ロ的輸入電壓或電流是關于L1和L2的嚴格單調函數，即關于L1和L2的偏導數恒大于O或者恒小于O，其中L1表示燈具發出光線通過作業面反射到光電傳感器的感光面上照度，L2表示環境光線通過作業面反射到光電傳感器的感光面上照度。
5.根據權利要求I所述的自動調光恒光控制系統，其特征在干，每隔I微秒 I小時測量一次作業面對光的反射率C。
6.根據權利要求I所述的自動調光恒光控制系統，其特征在于，所述控制電路由集成電路實現。
7.根據權利要求I所述的自動調光恒光控制系統，其特征在于，所述燈具光源包括LED、熒光燈、節能燈、白熾燈、HID燈、無電極燈、低壓鈉燈、超高壓金屬鹵化物燈、氙燈、或碳弧燈。
全文摘要
自動調光恒光控制系統，包括(1)檢測電路檢測燈具照射作業面的反射光的亮度和波長是否發生變化，反射光的亮度和波長既包括燈具本身發出的光，也包括外部環境光，將光信號轉換為電信號送給控制電路；并且每隔一段時間測量一次作業面對光的反射率c；(2)控制電路將檢測電路送來的電信號進行模數轉換，分辨是外部環境光通過作業面反射的光還是燈具本身發出光通過作業面反射的光，計算出燈具光源的光通量Φ，輸出對應于該光通量Φ的脈沖寬度調制PWM形式的控制信號，PWM的占空比對應燈具光源的光通量Φ和功率；根據作業面對光的反射率c的變化，調整光電傳感器處的照度LR值，使得設定作業面上的固定照度L保持L＝LR÷c的函數關系。本發明結構簡單并且成本低。
文檔編號H05B41/38GK102625546SQ20121011587
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月18日 優先權日2012年4月18日
發明者張家炎 申請人:張家炎