一种有效调控人体昼夜节律的健康照明系统技术方案

本发明专利技术提供了一种能够有效调控人体昼夜节律的健康照明系统，通过密闭式反射镜模块将自然界光线导入光谱感应器模块中分析形成自然光光谱并将数据储存、并发送至中央处理子系统；反馈处理模块接收由LED照明子系统反馈而来的照明光，并绘制照明光谱图传输至中央处理子系统；主控微机模块通过将光谱采集子系统传输过来的自然光光谱进行分类，分析出一天之中自然光光谱普适的昼夜节律照度CIL值，CAF值随时间变化趋势，结合人体昼夜节律曲线绘制出一天内随不同时间的各种目标光谱信息，通过渐进法模拟目标光谱；将模拟目标光谱与照明光谱进行比对，进而对照明光谱进行优化，得到与目标光谱最接近的照明光谱。

A Healthy Lighting System for Effectively Regulating the Circadian Rhythm of Human Body

The invention provides a healthy illumination system which can effectively regulate the circadian rhythm of human body. The natural light is introduced into the spectral sensor module through the closed mirror module to analyze and form the natural light spectrum, and the data is stored and sent to the central processing subsystem. The feedback processing module receives the illumination light feedback from the LED illumination subsystem, and draws the transmission of the illumination spectrum. To the central processing subsystem; the main control computer module classifies the natural light spectrum transmitted from the spectral acquisition subsystem, and analyses the CIL value of the universal circadian illumination of the natural light spectrum in a day, and the trend of the CAF value changing with time. Combining with the circadian rhythm curve of human body, it draws various target spectrum information in a day with different time, and simulates the target spectrum by progressive method. The illumination spectrum is optimized by comparing the simulated target spectrum with the illumination spectrum, and the illumination spectrum closest to the target spectrum is obtained.

【技术实现步骤摘要】
一种有效调控人体昼夜节律的健康照明系统
本专利技术属于健康照明光源领域，涉及照明对人体昼夜节律的调控。
技术介绍
如今，基于LED的半导体照明，由于具有能效高、寿命长、尺寸小、响应快、环境友好、光谱灵活等一系列优点，迅速取代了传统的照明技术。但LED照明白光中通常富含蓝光，而人眼中的ipRGC对于蓝色和蓝绿色的短波长光线最为敏感。因此，与自然界光源相比，夜间暴露于LED的照明环境下，人们的昼夜节律和睡眠质量容易遭受不良影响。长期处于LED灯光照射下会加剧人体负面情绪。LED光源所带来的诸多问题日益浮现，尤其在医院中这种影响将更为显著。病情严重的患者每天只有少量外出活动的时间甚至完全待在病房中，接受自然光照射的时间十分有限，长时间处于传统LED光源照射下会对人体的生物钟、视力、情绪等方面造成不良影响，比如失眠普遍、白内障年轻化、近视泛滥以及抑郁症频发。健康照明的出现，兼顾光生物效应与人类情绪的影响，引起了国内外LED厂商与科研院所的强烈关注。照明与昼夜节律对我们的身心健康而言至关重要。高效率LED的专利技术提升了我们的照明条件，昼夜节律机制的发现为我们如何改善身心健康提供了理论依据。本专利则是将照明与调节结合的具体应用，是对2017年诺贝尔生理或医学奖所揭示的昼夜节律所进行的跨学科综合应用，具有重要的科学研究意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于设计出一种能够有效调控人体昼夜节律的健康照明系统，并且将此系统应用于病房等长期接收不到阳光照射的环境中，辅助用户调节心情及康复。为了解决上述的技术问题，本专利技术提供了一种能够有效调控人体昼夜节律的健康照明系统，包括：光谱采集子系统、中央处理子系统、人工智能驱动子系统和LED照明子系统；所述光谱采集子系统包括：密闭式反射镜模块，光谱感应器模块，反馈处理模块；通过所述密闭式反射镜模块将自然界光线导入光谱感应器模块中分析形成自然光光谱并将数据储存、并发送至中央处理子系统；所述反馈处理模块接收由LED照明子系统反馈而来的照明光，并绘制照明光谱图传输至中央处理子系统；所述中央处理子系统设有数据储存模块、显卡模块、主控微机模块；主控微机模块通过将光谱采集子系统传输过来的自然光光谱进行分类，分析出一天之中自然光光谱普适的昼夜节律照度CIL值，CAF值随时间变化趋势，结合人体昼夜节律曲线绘制出一天内随不同时间的各种目标光谱信息，通过渐进法模拟目标光谱；所述中央处理子系统将模拟目标光谱与照明光谱进行比对，进而对照明光谱进行优化，得到与目标光谱最接近的照明光谱；最终将驱动占空比传输至人工智能驱动子系统，使得LED照明子系统按照优化后照明光谱出光。在一较佳实施例中：所述人工智能驱动子系统设有手动调节模块，用户偏好分析模块以及驱动模块；所述驱动模块通过接收中央处理子系统传输来的驱动占空比信息，对LED照明子系统进行驱动；用户通过所述手动调节模块手动调节光谱及亮度等信息，所述用户偏好分析模块记录用户对手动调节模块进行的历史操作；健康照明系统会对用户的历史操作进行智能分析，判断用户偏好，下次再出现相同状况时则自动进行调节。在一较佳实施例中：所述LED照明子系统设有多基色LED照明灯，并设有无线反馈模块将产生的光的光谱反馈至光谱采集子系统构成负反馈。在一较佳实施例中：所以环境昼夜节律照度小于60blx时，健康照明系统按照昼夜节律为60blx所对应的光谱进行照明。与现有技术比较，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术提供了一种能够有效调控人体昼夜节律的健康照明系统，在照明的基础上兼顾人体昼夜节律。在控制方面，改变了原先非亮即灭的控制方式，将人工智能与LED控制相结合，极大提高了用户满意度，具备极高可行性。通过分析自然光谱的昼夜节律CIL值，昼夜节律因子CAF值以及照度等多方面因素，然后设计出一系列最符合人体昼夜节律并且让用户感觉最自然照明光谱。具有调节人体昼夜节律的功效。在保证明视觉照度不变的前提下，优化多基色LED光源的光谱，使照明光谱最符合人体昼夜节律曲线，具有调控人体昼夜节律的效果。附图说明图1为本专利技术实施例结构组成及应用例1的示意图。图2为本专利技术实施例的模拟自然光谱算法流程图。图3为本专利技术具体实施方法的流程图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术作进一步说明。参见图1，本实施例提供了一种能够有效调控人体昼夜节律的健康照明系统，设有光谱采集子系统1、中央处理子系统2和人工智能驱动子系统3、LED照明子系统4。光谱采集子系统1实现自然光谱采集功能，通过密闭式反射镜模块11将自然光引入光谱感应器模块12得到自然光光谱，反馈处理模块13负责处理由LED照明子系统传输而来的照明光谱；所述光谱采集子系统1将所得自然光光谱与所得照明光谱送至中央处理子系统。中央处理子系统2负责处理光谱采集子系统1传输过来的自然光光谱，对其进行分类并得出所需模拟的目标光谱，由储存模块21负责储存目标，主控微机模块22负责产生目标，并且将照明光谱与目标光谱的对比，并将对比过程显示在显卡模块23上，便于调节对比进度。人工智能驱动子系统3设有手动调节模块31，用户偏好分析模块32，驱动模块33，反馈模块34。人工智能驱动子系统首先检测有无用户手动调节，依据当前自然界归一化昼夜节律照度并采取两种不同的照明趋势，在用户偏好分析模块32则依据历史数据对每日所选照明光谱进行甄别，而这些参数根据用户的历史行为在用户偏好分析模块32进行调整，驱动模块33则负责以选定光谱驱动LED照明子系统，反馈模块34则将用户的历史选择反馈至中央处理子系统以便选中更符合用户偏好的光谱进行驱动。LED照明子系统设有BGAR(蓝、绿、琥珀、红)直射光照明模块41，42，43，44，以及BGAR(蓝、绿、琥珀、红)散射光照明模块45,46,47,48。也可以采用其它颜色的直射光照明模块和散色光照明模块，属于本实施例的简单替换，在此不再赘述。在介绍司昼夜节律效能CER之前，我们简要介绍一下明视觉照明体系中的光视效能LER。光视效能LER定义为光通量与辐射通量的比值，如式(1)所示。光视效能LER是辐射光产生视觉能力的度量，单位为lm/W。昼夜节律效能CER可以与明视觉下的光视效能LER的定义进行类比，将其中的明视觉归一化光谱响应曲线V(λ)替换成昼夜节律归一化光谱响应曲线C(λ)，即为光源的昼夜节律效能,公式(2)。昼夜节律效能的单位为blm/W。昼夜节律因子CAF定义为昼夜节律效能CER与光视效能LER的比值，根据式(1)与式(2)，可以得到式(3)。昼夜节律照度CIL定义为明视觉的照度值VIL与昼夜节律因子CAF的乘积(单位为blx)，即CIL＝VIL*CAF。当利用昼夜节律因子将明视觉下的照度值转化为昼夜节律照度值后，不管光源的种类如何，昼夜节律照度都可以作为衡量褪黑素抑制程度的参数。首先根据公式(3)及采集到的不同天气及季节的自然光谱算出一天之内的CAF值及归一化CIL值变化图(晴天和雨天同一时刻的CAF值、CIL值显著不同，所以某一时刻的CAF值、CIL值是一个平均值，并且因为白天日光照度太大会导致所得CIL值过大，将所得昼夜节律CIL值进行归一化变换至50blx-300blx之间)。其次因为用于室内照明希望明视觉照度值VIL是一个定值，且不同环境下所需VIL本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能够有效调控人体昼夜节律的健康照明系统，其特征在于包括：光谱采集子系统、中央处理子系统、人工智能驱动子系统和LED照明子系统；所述光谱采集子系统包括：密闭式反射镜模块，光谱感应器模块，反馈处理模块；通过所述密闭式反射镜模块将自然界光线导入光谱感应器模块中分析形成自然光光谱并将数据储存、并发送至中央处理子系统；所述反馈处理模块接收由LED照明子系统反馈而来的照明光，并绘制照明光谱图传输至中央处理子系统；所述中央处理子系统设有数据储存模块、显卡模块、主控微机模块；主控微机模块通过将光谱采集子系统传输过来的自然光光谱进行分类，分析出一天之中自然光光谱普适的昼夜节律照度CIL值，CAF值随时间变化趋势，结合人体昼夜节律曲线绘制出一天内随不同时间的各种目标光谱信息，通过渐进法模拟目标光谱；所述中央处理子系统将模拟目标光谱与照明光谱进行比对，进而对照明光谱进行优化，得到与目标光谱最接近的照明光谱；最终将驱动占空比传输至人工智能驱动子系统，使得LED照明子系统按照优化后照明光谱出光。

【技术特征摘要】
1.一种能够有效调控人体昼夜节律的健康照明系统，其特征在于包括：光谱采集子系统、中央处理子系统、人工智能驱动子系统和LED照明子系统；所述光谱采集子系统包括：密闭式反射镜模块，光谱感应器模块，反馈处理模块；通过所述密闭式反射镜模块将自然界光线导入光谱感应器模块中分析形成自然光光谱并将数据储存、并发送至中央处理子系统；所述反馈处理模块接收由LED照明子系统反馈而来的照明光，并绘制照明光谱图传输至中央处理子系统；所述中央处理子系统设有数据储存模块、显卡模块、主控微机模块；主控微机模块通过将光谱采集子系统传输过来的自然光光谱进行分类，分析出一天之中自然光光谱普适的昼夜节律照度CIL值，CAF值随时间变化趋势，结合人体昼夜节律曲线绘制出一天内随不同时间的各种目标光谱信息，通过渐进法模拟目标光谱；所述中央处理子系统将模拟目标光谱与照明光谱进行比对，进而对照明光谱进行优化，得到与目标光谱最接近的照明光谱；最终将驱动占空比传输至人工智能驱动子系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴挺竹，陈忠，林岳，吕毅军，林苡，梁士杰，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35