类日光谱的通照共用LED模块匹配方法组成比例

本发明专利技术涉及半导体照明和可见光通信领域，公开了一种类日光谱的LED照明通信集成模块匹配方法，具体包括：类日光谱的拟合方法、色度指数匹配、通信链路设计。本模块主要用于在拟合日光谱和匹配照明标准的基础上，选取通信性能强的灯珠作为通信通道，其他灯珠作为辅助光源协助实现照明标准，从而达到通照共用的理想条件。采用本发明专利技术技术，可以得到高拟合精度的类日光谱，以此为基础确定配光方案，节省人力和时间，完美实现通照共用。

The matching method of common LED module for sun like spectrum

【技术实现步骤摘要】
类日光谱的通照共用LED模块匹配方法
本专利技术涉及半导体照明和可见光通信领域，更具体地，涉及一种类日光谱的通照共用LED模块匹配方法。
技术介绍
发光二极管(Light-emittingdiode,简称LED)，是一种半导体固体发光器件，是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。半导体照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具。半导体照明具有高效、节能、环保、易维护等显著特点，是实现节能减排的有效途径，已逐渐成为照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一场照明光源的革命。当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，节约能源是我们未来面临的重要的问题，在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光，LED作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代。节能能源无污染即为环保。直流驱动，超低功耗(单管0.03-0.06瓦)电光功率转换接近100％，相同照明效果比传统光源节能80％以上。LED光源有人称它为长寿灯，意为永不熄灭的灯。固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。与传统光源单调的发光效果相比，LED光源是低压微电子产品，成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等，所以亦是数字信息化产品，是半导体光电器件“高新尖”技术，具有在线编程，无限升级，灵活多变的特点。可见光通信(VisibleLightCommunication,VLC)是利用LED发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的。可见光通信的概念在2000年提出后，迅速获得了世界各国的关注和支持，在短短十几年间得到了迅猛发展。可将光通信被《时代周刊》评为2011年全球50大科技专利技术之一。国际多个研究组织对视觉成像阵列分集、复用、传输、通信定位等基础原理和技术开展研究，可见光成像通信作为一个新的研究领域正在兴起。所谓的可见光通信技术是指，通过人眼识别不了的高频来控制LED灯的亮灭，亮代表1，灭代表0，接收端通过传感器来接收光信号，能传输二进制信号那么就可以传输各种的信息了。由于以人眼识别不了的高频来调制光的亮度，故此可以实现照明、通信、显示的一体化。无线频谱资源紧张，很多频段都已经被占用。可见光波段的波长介于780nm-375nm之间。可见光波段尚属空白频谱，无需授权即可使用，因此VLC技术抢占空白频谱，有效地利用频谱资源，拓展了下一代宽带通信的频谱技术。可见光的频谱带宽是目前电磁波带宽10000多倍。
技术实现思路
本专利技术为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种类日光谱的通照共用LED模块匹配方法，可以得到高拟合精度的类日光谱。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种类日光谱的通照共用LED模块匹配方法，包括以下步骤：S1.构建单色LED芯片或灯珠的光谱曲线数据库，以峰值波长、半高宽、峰值光强作为特征参数，并选用日光谱作为目标光谱；S2.计算得到光谱混合库：通过修正高斯函数得到单色LED的绝对辐射功率分布曲线，修正高斯函数的公式如下：对数据库中的每颗单色LED的绝对辐射功率分布曲线矩阵相加，得到光谱混合库φLED，其计算公式为：S3.由最小二乘法处理LED光谱数据库来实现得到初始系数K，最小二乘法的计算公式为：其中，φLED为拟合光谱，通过对数据库中的每颗单色LED的绝对辐射功率分布曲线矩阵相加而得到，公式如下：S4.通过设定相关系数阈值判定，然后进行多次蒙特卡洛迭代，并补偿相关系数；S5.把光谱数据导入到光学分析软件CT&A中计算其色度参数，并将所得结果用来设定光效阈值、色温范围和拟合度，筛选出1种拟合光谱和LED灯珠配比方案用于LED模块；S6.若色度参数未达标，相关系数重新进入迭代，并更新相关系数阈值判定；S7.若色度参数达标，则对相关系数所对应的灯珠进行通信性能测定，合格的灯珠作为通信链路的备选，其余为辅助照明。在本专利技术中，主要包括类日光谱的拟合方法、色度指数匹配、通信链路设计。主要用于在拟合日光谱和匹配照明标准的基础上，选取通信性能强的灯珠作为通信通道，其他灯珠作为辅助光源协助实现照明标准，从而达到通照共用的理想条件。采用本专利技术技术，可以得到高拟合精度的类日光谱，以此为基础确定配光方案，节省人力和时间，完美实现通照共用。进一步的，所述的S5步骤中由拟合精度R2来判断拟合程度，判断是否需要修改阈值，拟合精度R2的计算公式为：若是拟合精度R2小于阈值，则对两组数据进行矩阵相减来估计误差和补偿误差，通过系数补偿实现补偿误差，通过判断系数实现估计误差，估计误差E的计算公式为：E＝φs(λ)-S(λ)。进一步的，所述的S7步骤具体包括：S71.基于-3dB和-6dB带宽测试结果，按照带宽大小降序排列LED灯珠配比方案中的LED灯珠个体；S72.优先选择带宽高的1-5种LED灯珠构建可见光通信链路，原则是，所选灯珠的峰值波长间隔大于半高宽；S73.配比方案中的其余LED灯珠用于辅助照明，以达到通用照明所需国际、国内、行业的标准要求。作为优选的，LED芯片或灯珠的光谱曲线数据库以商业化LED的光谱入库。作为优选的，通照共用LED模块中，用于通信的LED为光谱半高宽小于40纳米的单色LED，例如，例如紫光LED(峰值波长415nm，半高宽为22nm，峰值强度为1.27W*m-2*nm-1)、蓝光LED(峰值波长为445nm，半高宽为23nm，峰值强度为0.72W*m-2*nm-1)、青绿光LED(峰值波长为495nm，半高宽为28nm，峰值强度为0.38W*m-2*nm-1)、绿光LED(峰值波长为525nm，半高宽为31nm，峰值强度为0.39W*m-2*nm-1)、红光LED(峰值波长为625nm，半高宽为22nm，峰值强度为0.55W*m-2*nm-1)等；照明辅助光源选用光谱半高宽大于40纳米的单色或荧光激发的LED，例如，橙色LED灯珠(峰值波长为588nm，半高宽为48nm，峰值强度为0.4W*m-2*nm-1)。作为优选的，LED光谱数据库是由算法每次迭代生成的相关系数与自身光谱库数据相乘得到的，该数据库跟随迭代自动更新；光谱混合库为最初的LED光谱数据库；目标光谱可根据需要选择不同的光谱。作为优选的，色度参数标准为显色指数Ra＞80，光效η＞1001m/W，色温达到6500K。在本专利技术中，最小二乘法搭配蒙特卡洛迭代使用时，首先确定LED的峰值波长、半高宽和峰值强度；然后设置算法拟合精度，如0.9，确定满足要求的LED配比方案系列，按照所需LED种类数量从少到多排列，优选种类最少的；并以该LED配比下的混合光谱为类日光谱；从选择的LED配比中选择通信灯珠和辅助照明灯珠。色度指数测试软件CT&A，由matlab接入CT&A软件串口，将光谱拟合方法得到的LED模块数据自动导入。最终CT&A软件的结果，确定通信光源和辅助光源，实现色度指数要求。通信光源用作通信链路，辅助光源协助实现照明标准。通信链路所用四种灯珠为市本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种类日光谱的通照共用LED模块匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.构建单色LED芯片或灯珠的光谱曲线数据库，以峰值波长、半高宽、峰值光强作为特征参数，并选用日光谱作为目标光谱；S2.计算得到光谱混合库：通过修正高斯函数得到单色LED的绝对辐射功率分布曲线，修正高斯函数的公式如下：

【技术特征摘要】
1.一种类日光谱的通照共用LED模块匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.构建单色LED芯片或灯珠的光谱曲线数据库，以峰值波长、半高宽、峰值光强作为特征参数，并选用日光谱作为目标光谱；S2.计算得到光谱混合库：通过修正高斯函数得到单色LED的绝对辐射功率分布曲线，修正高斯函数的公式如下：对数据库中的每颗单色LED的绝对辐射功率分布曲线矩阵相加，得到光谱混合库φLED，其计算公式为：S3.由最小二乘法处理LED光谱数据库来实现得到初始系数K，最小二乘法的计算公式为：其中，φLED为拟合光谱，通过对数据库中的每颗单色LED的绝对辐射功率分布曲线矩阵相加而得到，公式如下：S4.通过设定相关系数阈值判定，然后进行多次蒙特卡洛迭代，并补偿相关系数；S5.把光谱数据导入到光学分析软件CT&A中计算其色度参数，并将所得结果用来设定光效阈值、色温范围和拟合度，筛选出1种拟合光谱和LED灯珠配比方案用于LED模块；S6.若色度参数未达标，相关系数重新进入迭代，并更新相关系数阈值判定；S7.若色度参数达标，则对相关系数所对应的灯珠进行通信性能测定，合格的灯珠作为通信链路的备选，其余为辅助照明。2.根据权利要求1所述的类日光谱的通照共用LED模块匹配方法，其特征在于，所述的S5步骤中由拟合精度R2来判断拟合程度，判断是否需要修改阈值，拟合精度R2的计算公式为：若是拟合精度R2小于阈值，则对两组数据进行矩阵相减来估计误差和补偿误差，通过系数补偿...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘立林，赖远佳，操琴，张紫莹，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44