基于非视觉光生物效应的智能LED照明系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于非视觉光生物效应的智能LED照明系统及其控制方法，LED照明系统包括调光系统服务器、WIFI单元、系统控制单元、多路传感器模块、桌面控制台、调光驱动电路单元和LED灯，其中系统控制单元通过WIFI单元连接调光系统服务器，多路传感器模块、桌面控制台与系统控制单元连接，LED灯通过调光驱动电路单元与系统控制单元连接。本发明专利技术综合考虑光生物效应的多方面影响因素，通过在云端服务器对光生物效应评价模型和各大影响因素进行建模、计算、分析，建立一个完整的调光数据系统；所设计的调光系统服务器通过对用户调光数据长期跟踪分析并进行深度学习，为用户建立一种契合个体需求的智能照明系统。

【技术实现步骤摘要】
基于非视觉光生物效应的智能LED照明系统及其控制方法
本专利技术涉及LED智能调光系统，尤其涉及一种基于非视觉光生物效应的智能LED照明系统及其控制方法。
技术介绍
随着照明技术的发展，健康节能的智能照明已经成为一大趋势，近年来非视觉生物效应研究表明光照不仅会产生视觉效应，还会引起某些非视觉效应，人的多项生理参数均呈昼夜节律变化，照明光可以影响人的疲劳度、工作和学习效率等。人们在设计照明系统时不仅应该考虑其视觉功效，更应该考虑其对人体健康的影响。不同的人群需要不同的光照环境，同时人们在不同的生活环境、不同的时间段中也需要不同的光照，而我们现在所用到的照明灯几乎都是恒定照度和色温，少数可调灯具也只能间断地调节几种固定的模式，少见有考虑到光生物效应和能满足个性化需求的照明设计。目前光生物效应的研究日渐受到业界重视，各种基于褪黑素、皮质醇、血压、体温等参数的模型相继被提出，但始终没有一个公认的评价模型；同时每个人都有个体参数差异，对光照需求也有一定的差别。有研究表明人体对光照的主观感受能在一定程度上反映光生物效应的影响，因此，从主观感受出发基于光生物效应模型构建微调系统，能使调光系统更加科学、更加符合人们的差异化需求，而建立在微调系统数据上的数据分析与挖掘，能有效地建立针对某个群体或个体的最佳舒适度照明模式。智能化是当今电气设备发展的主流方向，如何让照明设备在现有的基础上更加符合人们的健康照明需要，是照明领域的一个重要发展反向。当前照明技术已经进入半自动化时期，但基于非视觉生物效应的智能化调节还远未实现。影响人体生理状态的因素很多，如自然光、室温、季节、人体活动等，而目前设计的照明系统很少考虑到这些因素，所以有必要去设计一种可以智能识别环境因素并进行自适应调光的智能调光系统，该调光系统通过多路传感器及控制器与家具设备互联采集外部信息，经系统分析与模式识别，判断用户的活动状态，并以此为依据来进行调光。目前主流的调光方式主要有可控硅调光、模拟调光、PWM调光等，在LED可调光系统领域，PWM调光应用得比较广泛。PWM调光原理大致为对单一光源通过改变一个PWM信号计数周期有效电平的占空比来控制光源的亮度，对多色光源通过改变各种色光的比例来调节光源总体色温。然而，现阶段PWM调光还不成熟，应用场合也比较有限，市场还有待开发，首要原因是利用普通PWM调光在调节色温及照度的过程中二者会相互影响，不能有效分离对二者的调节控制。单通道照度调节过程中电流的频繁通断以及多通道色温调节过程引起的电流幅度多级跳变，容易导致电源驱动单元的损坏，大规模使用时供电主干电流会产生高次谐波污染，对电网极为有害。同时，PWM调光过程中，二极管的连续开关容易引起高频噪声，LED灯的连续亮灭会引起光源的频闪现象，虽然人眼无法察觉灯光的高频闪烁，但长久积累对视力也会有很大损伤。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本专利技术提供一种基于非视觉光生物效应的智能LED照明系统及其控制方法，综合考虑不同人群在不同生活模式，不同时间和环境因素下的照明需求，利用一种高精度调光方式实现对光源的动态调节，并利用基于深度学习的反馈调节实现满足个体差异化需求的照明系统。为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种基于非视觉光生物效应的智能LED照明系统，包括调光系统服务器、WIFI单元、系统控制单元、多路传感器模块、桌面控制台、调光驱动电路单元和LED灯，所述系统控制单元通过WIFI单元连接调光系统服务器，所述多路传感器模块、桌面控制台均通过ZigBee无线网络与系统控制单元连接，所述LED灯通过调光驱动电路单元与系统控制单元连接，其中所述调光系统服务器用于建立基于光生物效应研究的调光模型，存储和分析来自各个系统控制单元的调光数据，利用机器学习算法建立符合个体差异的照明模型，配置和优化各个控制系统；所述WIFI单元用于调光系统服务器与系统控制单元之间的通信连接；所述系统控制单元用于控制调节整个照明子系统，包括对各路传感器的工作状态控制和数据采集、对LED驱动电路的调节、通过系统服务器上传或下载调光数据以及通过服务器优化控制系统自身并扩展其功能；所述多路传感器模块用于处理LED照明系统的各种参数信息，包括采集光环境分布及光照参数、监测周围环境温度、监测人体位置、识别用户行为模式以及语音控制；所述桌面控制台用于包括：提供客户交互界面以对系统进行照度、色温、显色性的调节，同时，监测并显示工作面光照参数并将参数发送给系统控制单元进行定点反馈调节；所述调光驱动电路单元用于驱动LED灯并对其进行调光控制。进一步地，所述系统控制单元采用STM32主控制器，所述STM32主控制器包括分频器单元、实时时钟单元、定时器单元和PWM信号发生器单元；其中，所述分频器单元用于将系统时钟分频后提供给所述PWM信号发生器单元做信号源，所述实时时钟单元用于给控制器提供昼夜时刻和季节时间，所述定时器单元用于记录光照启动时刻和持续时间，所述PWM信号发生器单元用于将系统提供的调光数据调制为PWM信号输出。进一步地，所述多路传感器模块包括光照度传感器、温度传感器、红外人体感应传感器、视图像传感器和语音输入输出模块；其中，所述光照度传感器用于采集周围光环境参数，所述温度传感器用于采集周围环境温度，所述红外人体传感器用于监测人体位置，所述视图像传感器用于人物识别和人物活动识别，所述语音输入输出模块用于进行语音控制。进一步地，所述桌面控制台包括显示器和光参数监测器，所述显示器用于显示光照参数并提供一个良好的人机交互界面；所述光参数检测器用于监测工作面光照参数，并实现工作面的定点反馈调节。进一步地，所述调光驱动电路包括通道选择电路和LED驱动电路，所述LED灯包括至少三路色光LED灯，所述通道选择电路包括与门芯片，所述与门芯片连接三路色光LED灯；所述LED驱动电路包括整流桥电路和DC-DC降压恒流单元，DC-DC降压恒流单元连接整流桥电路与三路色光LED灯，所述DC-DC降压恒流单元用于将电压降低至合适值并为LED灯提供稳定的直流驱动；所述整流桥电路连接外部电路，用于将交流电转换为直流电。进一步地，所述系统控制单元至少同时产生三路PWM信号，所述三路PWM信号频率相同，经同步电路保持同步，并采用混合边缘对齐和中间对齐模式，使三路PWM信号有效电平在一个计数周期分时复用，总占比为1；所述通道选择电路根据三路PWM信号的高低电平触发LED驱动电路与三路色光LED灯的连接。进一步地，所述三路PWM信号的脉冲频率大于20KHZ。进一步地，所述调光系统服务器采用WindowsServer2012的Hyper-V作为服务器基本平台，其运行多个子服务器且每个子服务器任务相对独立；其中，所述子服务器包括数据库服务器和深度学习服务器；所述数据库服务器为客户应用提供服务，包括用户数据分类存储、事务管理以及安全及更新；所述深度学习服务器支持在线模式识别功能，其所用算法包括统计模式识别法、决策树算法以及SVM算法。本专利技术另一目的是提供一种基于非视觉光生物效应的智能LED照明系统的控制方法，包括下述步骤：S1、初始化LED照明系统：用户通过系统控制单元设置相关特性参数，所述相关特性参数包括时间特性、人群特性或区域特性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于非视觉光生物效应的智能LED照明系统，其特征在于，包括调光系统服务器、WIFI单元、系统控制单元、多路传感器模块、桌面控制台、调光驱动电路单元和LED灯，所述系统控制单元通过WIFI单元连接调光系统服务器，所述多路传感器模块、桌面控制台均通过ZigBee无线网络与系统控制单元连接，所述LED灯通过调光驱动电路单元与系统控制单元连接，其中所述调光系统服务器用于建立基于光生物效应研究的调光模型，存储和分析来自各个系统控制单元的调光数据，利用机器学习算法建立符合个体差异的照明模型，配置和优化各个控制系统；所述WIFI单元用于调光系统服务器与系统控制单元之间的通信连接；所述系统控制单元用于控制调节整个照明子系统，包括对各路传感器的工作状态控制和数据采集、对LED驱动电路的调节、通过系统服务器上传或下载调光数据以及通过服务器优化控制系统自身并扩展其功能；所述多路传感器模块用于处理LED照明系统的各种参数信息，包括采集光环境分布及光照参数、监测周围环境温度、监测人体位置、识别用户行为模式以及语音控制；所述桌面控制台用于包括：提供客户交互界面以对系统进行照度、色温、显色性的调节，同时，监测并显示工作面光照参数并将参数发送给系统控制单元进行定点反馈调节；所述调光驱动电路单元用于驱动LED灯并对其进行调光控制。...

【技术特征摘要】
1.一种基于非视觉光生物效应的智能LED照明系统，其特征在于，包括调光系统服务器、WIFI单元、系统控制单元、多路传感器模块、桌面控制台、调光驱动电路单元和LED灯，所述系统控制单元通过WIFI单元连接调光系统服务器，所述多路传感器模块、桌面控制台均通过ZigBee无线网络与系统控制单元连接，所述LED灯通过调光驱动电路单元与系统控制单元连接，其中所述调光系统服务器用于建立基于光生物效应研究的调光模型，存储和分析来自各个系统控制单元的调光数据，利用机器学习算法建立符合个体差异的照明模型，配置和优化各个控制系统；所述WIFI单元用于调光系统服务器与系统控制单元之间的通信连接；所述系统控制单元用于控制调节整个照明子系统，包括对各路传感器的工作状态控制和数据采集、对LED驱动电路的调节、通过系统服务器上传或下载调光数据以及通过服务器优化控制系统自身并扩展其功能；所述多路传感器模块用于处理LED照明系统的各种参数信息，包括采集光环境分布及光照参数、监测周围环境温度、监测人体位置、识别用户行为模式以及语音控制；所述桌面控制台用于包括：提供客户交互界面以对系统进行照度、色温、显色性的调节，同时，监测并显示工作面光照参数并将参数发送给系统控制单元进行定点反馈调节；所述调光驱动电路单元用于驱动LED灯并对其进行调光控制。2.如权利要求1所述的基于非视觉光生物效应的智能LED照明系统，其特征在于，所述系统控制单元采用STM32主控制器，所述STM32主控制器包括分频器单元、实时时钟单元、定时器单元和PWM信号发生器单元；其中，所述分频器单元用于将系统时钟分频后提供给所述PWM信号发生器单元做信号源，所述实时时钟单元用于给控制器提供昼夜时刻和季节时间，所述定时器单元用于记录光照启动时刻和持续时间，所述PWM信号发生器单元用于将系统提供的调光数据调制为PWM信号输出。3.如权利要求1所述的基于非视觉光生物效应的智能LED照明系统，其特征在于，所述多路传感器模块包括光照度传感器、温度传感器、红外人体感应传感器、视图像传感器和语音输入输出模块；其中，所述光照度传感器用于采集周围光环境参数，所述温度传感器用于采集周围环境温度，所述红外人体传感器用于监测人体位置，所述视图像传感器用于人物识别和人物活动识别，所述语音输入输出模块用于进行语音控制。4.如权利要求1所述的基于非视觉光生物效应的智能LED照明系统，其特征在于，所述桌面控制台包括显示器和光参数监测器，所述显示器用于显示光照参数并提供一个良好的人机交互界面；所述光参数检测器用于监测工作面光照参数，并实现工作面的定点反馈调节。5.如权利要求1所述的基于非视觉光生物效应的智能LED照明系统，其特征在于，所述调光驱动电路包括通道选择电路和LED驱动电路，所述LED灯包括至少三路色光LED灯，所述通道选择电路包括与门芯片，所述与门芯片连接三路色光LED灯；所述LED驱动电路包括整流桥电路和DC-DC降压恒流单元，DC-DC降压恒流单元连接整流桥电路与三路色光LED灯，所述DC-DC降压恒流单元用于将电压降低至合适值...

【专利技术属性】
技术研发人员：周晓明，陈亮，刘丹丹，曾伟森，周犇，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44