本發(fā)明屬于照明系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自適應(yīng)光電混合光纖照明系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

照明系統(tǒng)與我們的生活息息相關(guān)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們對一個(gè)更加安全、更加節(jié)能、更加智能的照明系統(tǒng)的需求日益增加?，F(xiàn)有傳統(tǒng)照明方式是通過傳輸電線將電能傳遞至負(fù)載使負(fù)載發(fā)光，提供照明。這使傳統(tǒng)照明系統(tǒng)存在線路老化造成火災(zāi)的安全隱患，并且存在照明亮度無法自動調(diào)節(jié)進(jìn)而導(dǎo)致能源浪費(fèi)的缺點(diǎn)。

光纖照明是一種較安全的照明方式，其利用透鏡和反光鏡等光學(xué)元件來無限次改變傳播方向，實(shí)現(xiàn)光的柔性傳播的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了光電分離，大大提高了照明的安全性。在專利公開號為cn205540300u的專利中提出了一種自動追蹤太陽的光纖照明系統(tǒng)，通過自動追蹤收集太陽光一定程度上減少對電能的依賴，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排。但是在陰天或者夜晚時(shí)該系統(tǒng)存在無法提供照明的問題。目前國內(nèi)尚無能實(shí)現(xiàn)在白天自動追蹤太陽，并且能在夜晚控制電發(fā)光實(shí)現(xiàn)全天候的自適應(yīng)控制的光纖照明系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供一種自適應(yīng)光電混合光纖照明系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)以光纖照明為基礎(chǔ)，優(yōu)先應(yīng)用太陽光照明，并和照明光纖相結(jié)合，保持室內(nèi)總照度恒定，是一種安全節(jié)能的新型照明方式。

本發(fā)明提供一種自適應(yīng)光電混合光纖照明系統(tǒng)，包括：

太陽能聚光器，通過聚光罩接收太陽光信號；

光纖照明模塊，與太陽能聚光器相連接用于傳導(dǎo)光信號以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)自適應(yīng)照明；

光照強(qiáng)度采集模塊，用于采集室內(nèi)的實(shí)際光照強(qiáng)度；

紅外輸入模塊，通過發(fā)送紅外信號模擬室內(nèi)的最佳光照強(qiáng)度；

單片機(jī)，對實(shí)際光照強(qiáng)度和最佳光照強(qiáng)度進(jìn)行對比，當(dāng)實(shí)際光照強(qiáng)度和最佳光照強(qiáng)度不相等時(shí)，輸出第一pwm控制信號以調(diào)整聚光罩的角度進(jìn)而改變獲取的光照強(qiáng)度；通過調(diào)整后實(shí)際光照強(qiáng)度始終小于最佳光照強(qiáng)度時(shí)，輸出第二pwm控制信號；

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊，根據(jù)所述第一pwm控制信號控制步進(jìn)電機(jī)以實(shí)現(xiàn)對聚光罩的角度的調(diào)整；

光纖光源發(fā)生器，與所述光纖照明模塊相連接，根據(jù)第二pwm控制信號輸出激發(fā)光信號；

太陽光追蹤模塊，用于追蹤太陽位置并通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊控制步進(jìn)電機(jī)以調(diào)整太陽能聚光器的聚光罩的角度進(jìn)而捕捉到太陽位置。

在本發(fā)明的自適應(yīng)光電混合光纖照明系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)還包括分別與單片機(jī)和光纖光源發(fā)生器相連接的pwm控制電路。

在本發(fā)明的自適應(yīng)光電混合光纖照明系統(tǒng)中，所述光照強(qiáng)度采集模塊包括光強(qiáng)傳感器和信號轉(zhuǎn)換器。

在本發(fā)明的自適應(yīng)光電混合光纖照明系統(tǒng)中，所述紅外輸入模塊包括紅外接收頭、紅外遙控器和信號轉(zhuǎn)換器。

在本發(fā)明的自適應(yīng)光電混合光纖照明系統(tǒng)中，所述太陽光追蹤模塊包括檢測頭和控制盒，控制盒為采用透明上蓋的防水外殼，控制盒內(nèi)置控制器和顯示屏組成的電路。

在本發(fā)明的自適應(yīng)光電混合光纖照明系統(tǒng)中，所述的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊包括步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器及其外圍電路。

在本發(fā)明的自適應(yīng)光電混合光纖照明系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)還包括分別與單片機(jī)、太陽光追蹤模塊以及步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊相連接的電源模塊。

在本發(fā)明的自適應(yīng)光電混合光纖照明系統(tǒng)中，所述電源模塊包括整流電路、濾波電路、給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊和太陽光追蹤模塊供電的24v穩(wěn)壓電路、給單片機(jī)控制模塊供電的3.3v穩(wěn)壓電路。

在本發(fā)明的自適應(yīng)光電混合光纖照明系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)還包括與單片機(jī)連接的顯示模塊。

本發(fā)明還一種自適應(yīng)光電混合光纖照明方法，包括以下步驟：

實(shí)時(shí)采集室內(nèi)的實(shí)際光照強(qiáng)度，通過發(fā)送紅外信號模擬室內(nèi)的最佳光照強(qiáng)度；

單片機(jī)對實(shí)際光照強(qiáng)度和最佳光照強(qiáng)度進(jìn)行對比，當(dāng)實(shí)際光照強(qiáng)度和最佳光照強(qiáng)度不相等時(shí)，輸出第一pwm控制信號；

根據(jù)第一pwm控制信號控制步進(jìn)電機(jī)以調(diào)整聚光罩的角度進(jìn)而改變獲取的光照強(qiáng)度，傳導(dǎo)太陽光信號實(shí)現(xiàn)室內(nèi)自適應(yīng)照明；

通過調(diào)整后實(shí)際光照強(qiáng)度始終小于最佳光照強(qiáng)度時(shí)，單片機(jī)輸出第二pwm控制信號，光纖光源發(fā)生器根據(jù)第二pwm控制信號輸出激發(fā)光信號，傳導(dǎo)太陽光信號和激發(fā)光信號以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)自適應(yīng)照明。

本發(fā)明的自適應(yīng)光電混合光纖照明系統(tǒng)及方法將自適應(yīng)光電混合技術(shù)與光纖照明系統(tǒng)綜合，利用單片機(jī)對光纖照明光源部分進(jìn)行輸出控制，有效優(yōu)先利用太陽光，并完全采用光纖照明方式，消除了傳統(tǒng)照明系統(tǒng)傳輸電線易老化起火的安全隱患，充分利用太陽光，減少對電能的依賴，保證了全天候的照明自適應(yīng)控制，避免過度照明造成的能源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)了照明系統(tǒng)的節(jié)能與智能化。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的自適應(yīng)光電混合光纖照明系統(tǒng)的應(yīng)用示意圖；

圖2為本發(fā)明的自適應(yīng)光電混合光纖照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為本發(fā)明的自適應(yīng)光電混合光纖照明方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

圖1為本發(fā)明的自適應(yīng)光電混合光纖照明系統(tǒng)的應(yīng)用示意圖，該系統(tǒng)以光纖照明為基礎(chǔ)，白天可自動追蹤太陽光，夜晚切換控制光纖光源發(fā)生器提供光照實(shí)現(xiàn)全天候自適應(yīng)照明，將電流的傳輸與光的傳輸分離，大大提高了照明安全性。

圖2為本發(fā)明的自適應(yīng)光電混合光纖照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，如圖所示，本發(fā)明的自適應(yīng)光電混合光纖照明系統(tǒng)，包括：光照強(qiáng)度采集模塊1、紅外輸入模塊2、單片機(jī)3、太陽光追蹤模塊4、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊5、步進(jìn)電機(jī)6、太陽能聚光器7、pwm控制模塊8、光纖光源發(fā)生器9、光纖照明模塊10、電源模塊11以及顯示模塊12。光照強(qiáng)度采集模塊1的輸出端和紅外輸入模塊2的輸出端都與單片機(jī)3的輸入端相連接。單片機(jī)3的輸出端分別與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊5、pwm控制模塊8以及顯示模塊12相連接。pwm控制模塊8與光纖光源發(fā)生器9相連接。太陽光追蹤模塊4的輸出端與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊5相連接；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊5的輸出端與步進(jìn)電機(jī)6的輸入端連接，步進(jìn)電機(jī)6的轉(zhuǎn)子與太陽能聚光器7相連接。太陽能聚光器7的輸出端和光纖光源發(fā)生器9的輸出端與光纖照明模塊10相連接將光傳遞至室內(nèi)，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)照明。電源模塊11的輸入端連接市電220v，電源模塊11分別與單片機(jī)3、太陽光追蹤模塊4以及步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊5相連接為其供電。電源模塊11包括整流電路、濾波電路、給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊5和太陽光追蹤模塊4供電的24v穩(wěn)壓電路以及給單片機(jī)3供電的3.3v穩(wěn)壓電路。顯示模塊12用于顯示室內(nèi)實(shí)時(shí)光照強(qiáng)度、最佳光照強(qiáng)度設(shè)定值、外界太陽光所提供光強(qiáng)、光纖光源發(fā)生器9所提供光強(qiáng)等信息。

太陽能聚光器7設(shè)有聚光罩并通過聚光罩接收太陽光信號并過濾有害光線。光纖照明模塊10分別與太陽能聚光器7和光纖光源發(fā)生器9相連接用于傳導(dǎo)光信號以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)自適應(yīng)照明。光照強(qiáng)度采集模塊1包括光強(qiáng)傳感器和信號轉(zhuǎn)換器，光強(qiáng)傳感器用于采集室內(nèi)的實(shí)際光照強(qiáng)度，信號轉(zhuǎn)換器將光信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，經(jīng)過數(shù)字信號處理后發(fā)送到單片機(jī)3。紅外輸入模塊2包括紅外接收頭、紅外遙控器和信號轉(zhuǎn)換器，紅外遙控器發(fā)送紅外模擬信號將室內(nèi)最佳光照強(qiáng)度設(shè)定值傳至紅外接收頭，紅外輸入模塊2內(nèi)的信號轉(zhuǎn)換器將紅外模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，經(jīng)過數(shù)字信號處理后發(fā)送到單片機(jī)3。單片機(jī)3首先對實(shí)際光照強(qiáng)度和最佳光照強(qiáng)度進(jìn)行對比，當(dāng)實(shí)際光照強(qiáng)度和最佳光照強(qiáng)度不相等時(shí)，單片機(jī)3輸出第一pwm控制信號。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊5分別與單片機(jī)3和步進(jìn)電機(jī)6相連接，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊5根據(jù)單片機(jī)3輸出的第一pwm控制信號控制步進(jìn)電機(jī)6以調(diào)整聚光罩的角度進(jìn)而改變獲取的光照強(qiáng)度，以室內(nèi)的光照強(qiáng)度符合最佳光照強(qiáng)度。通過上述調(diào)整后如果實(shí)際光照強(qiáng)度始終小于最佳光照強(qiáng)度，則單片機(jī)3輸出第二pwm控制信號以啟動光纖光源發(fā)生器9進(jìn)行光照補(bǔ)充。pwm控制模塊8分別與單片機(jī)3和光纖光源發(fā)生器9相連接，pwm控制模塊8接收到單片機(jī)3輸出第二pwm控制信號后，調(diào)整第二pwm控制信號的占空比并輸出給光纖光源發(fā)生器9，改變光纖光源發(fā)生器9輸出的光照強(qiáng)度，使光纖光源發(fā)生器9提供最為適宜的光照強(qiáng)度。太陽光追蹤模塊4用于追蹤太陽位置并通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊5控制步進(jìn)電機(jī)6以調(diào)整太陽能聚光器7的聚光罩的角度進(jìn)而使太陽能聚光器7捕捉到太陽位置。太陽光追蹤模塊4主要包括檢測頭和控制盒，控制盒采用透明上蓋的防水外殼，內(nèi)置控制器、液晶顯示屏等部件組成的電路。檢測頭引入五芯信號，經(jīng)電路內(nèi)置程序判斷，根據(jù)相應(yīng)的情況作出相應(yīng)的驅(qū)動執(zhí)行，控制盒上的檢測頭接口與檢測頭連接，電源正極接口由+12v電源供電，控制器的東西軸電機(jī)輸出端子接步進(jìn)電機(jī)6的東西軸輸入端，南北軸電機(jī)輸出端子接步進(jìn)電機(jī)6的南北軸輸入端。

具體實(shí)施時(shí)，光照強(qiáng)度采集模塊1的光強(qiáng)傳感器采用bh1750fvi型號。紅外輸入模塊2的紅外接收頭采用tl1838型號，單片機(jī)3為32為單片機(jī)，采用stm32f407zgt6型號。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊5的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器采用dm542型號。步進(jìn)電機(jī)6采用j-5718hb6401型號。光纖光源發(fā)生器9采用45w-1型號。顯示模塊12采用oled顯示屏。光纖照明模塊10采用pmma照明光纖。

圖3為本發(fā)明的自適應(yīng)光電混合光纖照明方法的流程圖。照明方法具體包括以下步驟：

實(shí)時(shí)采集室內(nèi)的實(shí)際光照強(qiáng)度，通過發(fā)送紅外信號模擬室內(nèi)的最佳光照強(qiáng)度；

通過單片機(jī)對實(shí)際光照強(qiáng)度和最佳光照強(qiáng)度進(jìn)行對比，當(dāng)實(shí)際光照強(qiáng)度和最佳光照強(qiáng)度不相等時(shí)，輸出第一pwm控制信號；

根據(jù)第一pwm控制信號控制步進(jìn)電機(jī)以調(diào)整聚光罩的角度進(jìn)而改變獲取的光照強(qiáng)度，輸出太陽光信號；

通過調(diào)整后實(shí)際光照強(qiáng)度始終小于最佳光照強(qiáng)度時(shí)，單片機(jī)輸出第二pwm控制信號，光纖光源發(fā)生器根據(jù)第二pwm控制信號輸出激發(fā)光信號；

傳導(dǎo)太陽光信號和/或激發(fā)光信號以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)自適應(yīng)照明。

本發(fā)明中，單片機(jī)對系統(tǒng)的綜合控制實(shí)現(xiàn)過程如下：

單片機(jī)3實(shí)現(xiàn)以使用太陽光照明優(yōu)先的光電混合光照過程的控制，主要任務(wù)是將光照強(qiáng)度采集模塊1采集到的實(shí)際光照強(qiáng)度信息和最佳光照強(qiáng)度設(shè)定信息作為控制變量，利用基于pid控制的太陽光照明優(yōu)先的光電混合光照算法實(shí)現(xiàn)室內(nèi)照明控制。當(dāng)實(shí)際光照強(qiáng)度等于最佳光照強(qiáng)度時(shí)，繼續(xù)監(jiān)測實(shí)際光照強(qiáng)度。當(dāng)實(shí)際光照強(qiáng)度不等于最佳光照強(qiáng)度時(shí)，實(shí)現(xiàn)首先通過調(diào)整太陽能聚光器7充分利用外界太陽光提供光強(qiáng)，傳入室內(nèi)光纖照明模塊10進(jìn)行照明；當(dāng)太陽能聚光器7收集的太陽光照過量時(shí)，控制步進(jìn)電機(jī)6的轉(zhuǎn)動角度減少傳入光纖照明模塊10內(nèi)的太陽光強(qiáng)以提供室內(nèi)最佳照明強(qiáng)度；當(dāng)外界太陽光不足的情況下啟用光纖光源發(fā)生器9，對室內(nèi)光強(qiáng)進(jìn)行補(bǔ)充；同時(shí)并將室內(nèi)實(shí)時(shí)光照強(qiáng)度、最佳光照強(qiáng)度設(shè)定值、外界太陽光所提供光強(qiáng)、光纖光源發(fā)生器9所提供光強(qiáng)在顯示模塊12上進(jìn)行顯示。