本實(shí)用新型屬于涉及LED照明領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于人體生物節(jié)律的智能調(diào)色平板燈。

背景技術(shù)：

依據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)和實(shí)驗(yàn)表明，如果人在辦公環(huán)境中一天內(nèi)所處的照明環(huán)境，也能像太陽光那樣，從早上到晚上經(jīng)常變換與該時(shí)刻對應(yīng)的太陽光的不同色溫的話，能使人感到輕松，舒適，精神好，還能促進(jìn)和改善人的腦力活動，提高工作效率。

在日本千葉大學(xué)的Katsuura實(shí)驗(yàn)室里，學(xué)者們開展了在一天之內(nèi)不斷變動室內(nèi)光源色溫對人體生理功能影響的研究。在自然界中一個(gè)對人體生物節(jié)律影響最為重要的因素就是太陽光，它與人的生活，勞動節(jié)奏有著密切的關(guān)系。然而在我們?nèi)祟惥幼〉牡厍蛏希柟獾纳珳貜脑缟系酵砩鲜翘幱诓粩嘧兓械?，人的視覺經(jīng)過長年累月和太陽光的相互作用，適應(yīng)了這種變化。例如在晴天，太陽直射時(shí)其色溫大約為 5500k，在此條件下，人們可以提高勞動熱情，增加勞動效率，而在太陽將落，晚霞夕照時(shí)（色溫約2000k左右），人們會有一種輕松的舒適感。一般天氣晴朗時(shí)人們會感覺爽快，心情開朗，但當(dāng)色溫光源低于3000k時(shí),人會有一種溫暖的感覺。雖然在現(xiàn)代工業(yè)化的世界里，在一些場合人造光源部分或全部地取代了太陽光，但在其色溫與太陽光相似時(shí)，人也會產(chǎn)生相似的感覺?？茖W(xué)家也發(fā)現(xiàn)了人造光源與自然光源相應(yīng)的色溫。因此設(shè)想：如果人在辦公室一天內(nèi)所處的照明環(huán)境，也能像太陽光那樣，從早上到晚上經(jīng)常變換不同色溫的照明光源的話，對人體將是舒適的，也有利于提高工作效率，根據(jù)從早到晚太陽光的色溫變化水平，比較了從早上7：30到晚上19：30經(jīng)常隨太陽光的變動而改變室內(nèi)光源色溫和固定光源色溫（5000k）對人體生理作用的實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：人在辦公室內(nèi)進(jìn)行VCD作業(yè)時(shí)，腦電圖上的alpha波指數(shù)在處于變化的光源色溫下比在固定色溫的光源下為高，人的舒適和輕松感也比較高，但主觀感覺的嗜睡現(xiàn)象及緊張性比在固定光源時(shí)為低，因此結(jié)論：如能在一天之內(nèi)像太陽光那樣變換辦公室內(nèi)光源色溫的話，對人體將是非常有利的。Dai等進(jìn)一步報(bào)道：與固定的色溫光源相比較，當(dāng)人體暴露于與像太陽光那樣可變性光源時(shí)，腦力活動時(shí)的嗜睡和疲勞感都低，計(jì)算問題的正確率高而費(fèi)時(shí)短，腦電圖上alpha波成份明顯為高，而beta波的成份則明顯為低。從此可以得出結(jié)論：如能像太陽光那樣，在一天之內(nèi)變換室內(nèi)照明光源色溫的話，能使人感到輕松，舒適，精神好，還能促進(jìn)和改善腦力活動，提高工作效率。

當(dāng)前市面上的照明產(chǎn)品只能實(shí)現(xiàn)亮度或者色溫的單獨(dú)調(diào)節(jié)，沒有產(chǎn)品是從光源色溫對人體生理功能影響入手的。相關(guān)文獻(xiàn)和實(shí)驗(yàn)也證明了光源色溫在不同時(shí)刻對人的影響也是不同的，在我們?nèi)祟惥幼〉牡厍蛏?，人的視覺經(jīng)過長年累月和太陽光的相互作用，適應(yīng)了這種太陽光的色溫變化。所以當(dāng)該光源色溫與該時(shí)刻太陽光的色溫相同時(shí)，會使人感到輕松，舒適，精神好。本實(shí)用新型解決了這個(gè)問題，本平板燈可以依據(jù)時(shí)間自動調(diào)整光源色溫，使之和該時(shí)刻太陽光的色溫一致，進(jìn)而促進(jìn)和改善腦力活動，提高工作效率。

目前LED色溫可調(diào)的燈具采用高低兩種色溫的白光LED陣列，兩種LED陣列密集交替排布使兩種色溫充分混光，通過調(diào)節(jié)兩種LED的驅(qū)動電流比例實(shí)現(xiàn)總體色溫調(diào)節(jié)。圖6給出了這種方法的結(jié)構(gòu)框圖。PWM1信號用來調(diào)節(jié)可調(diào)光電源P1的輸出電流I1，I1驅(qū)動暖白LED陣列；PWM2信號用來調(diào)節(jié)可調(diào)光電源P2的輸出電流I2，I2驅(qū)動冷白LED陣列。通過調(diào)節(jié)PWM1信號和PWM2信號的占空比比例來調(diào)節(jié)暖白LED陣列和冷白LED陣列的亮度比例，由于兩種LED的充分混光，實(shí)現(xiàn)了燈具的整體色溫調(diào)節(jié)。

上述方案有下述的缺點(diǎn)：難以實(shí)現(xiàn)亮度調(diào)節(jié)，目前大多成熟的LED可調(diào)光驅(qū)動電源方案中，電源管理芯片通常只提供一個(gè)調(diào)光引腳。采用上述常規(guī)方法調(diào)節(jié)色溫時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)雙電源的輸出電流比例的調(diào)節(jié)，兩個(gè)電源的調(diào)光引腳都將被占用，因此沒有實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)色溫的同時(shí)獨(dú)立調(diào)光的硬件資源。本實(shí)用新型通過新的調(diào)光驅(qū)動方案解決了上述問題，實(shí)現(xiàn)了色溫和亮度調(diào)節(jié)互不干擾的效果。

現(xiàn)有照明燈具大多數(shù)為點(diǎn)光源或者線光源，光源光線垂直的從發(fā)光面發(fā)出，發(fā)光面積不均勻，局部光源亮度過高還會對人眼造成一定的傷害。本實(shí)用新型采用側(cè)導(dǎo)光技術(shù)，從面光源側(cè)面發(fā)光，使得光源發(fā)光更加的均勻，不會對人眼造成損傷。

現(xiàn)有燈具光線變化多數(shù)是突變的，會使人產(chǎn)生不適感，本實(shí)用新型采用的是無極調(diào)光，支持電位器旋鈕調(diào)光，光源啟動和關(guān)閉時(shí)，光線都是柔滑的變化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型為了使人感到輕松，舒適，促進(jìn)和改善人的腦力活動，提高工作效率；在調(diào)整光源色溫的時(shí)候，不影響其亮度的變化；解決點(diǎn)光源和線光源發(fā)光不均勻，局部亮度過高的問題以及避免突變光對用戶造成心理和視覺上的不適，提出一種基于人體生物節(jié)律的智能調(diào)色平板燈。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下：

基于人體生物節(jié)律的智能調(diào)色平板燈，所述平板燈包括LED燈珠和單片機(jī)，其特征在于：所述LED燈珠由暖色調(diào)燈珠和冷色調(diào)燈珠兩路組成，所述單片機(jī)的輸出PWM1端與LED調(diào)光驅(qū)動電源輸入調(diào)光端子連接，所述LED調(diào)光驅(qū)動電源的正輸出端并連兩路燈珠的正極，兩路燈珠的負(fù)極分別接在兩個(gè)場效應(yīng)管的漏極上，兩個(gè)場效應(yīng)管的源極和LED調(diào)光驅(qū)動電源負(fù)輸出端接地，與暖色調(diào)燈珠連接場效應(yīng)管的柵極與單片機(jī)輸出PWM2端連接，與冷色調(diào)燈珠連接場效應(yīng)管的柵極經(jīng)過反相器與單片機(jī)的輸出PWM2端連接；所述單片機(jī)的輸入端連接觸摸按鍵或電位器旋鈕，用來控制開閉或者調(diào)節(jié)亮度和色溫。

進(jìn)一步的，平板燈由LED組件、導(dǎo)光板、散射膜、反光紙組成。

進(jìn)一步的，導(dǎo)光板四周設(shè)有LED組件，導(dǎo)光板的上平面設(shè)有散射膜，導(dǎo)光板下平面設(shè)有反光紙。

進(jìn)一步的，所述LED組件上的暖色調(diào)燈珠和冷色調(diào)燈珠交替設(shè)置，LED組件為貼片式。

進(jìn)一步的，所述導(dǎo)光板為透明的塑料聚甲基丙烯甲脂材料，導(dǎo)光板涂有白色反射點(diǎn)或注塑成小凸點(diǎn)。

進(jìn)一步的，散射膜為半透明的聚碳酸酯材料。

進(jìn)一步的，所述電位器旋鈕為2個(gè)。

進(jìn)一步的，所述單片機(jī)采用STC15W4K32S4單片機(jī)。

本實(shí)用新型具有以下有益效果：

本實(shí)用新型填補(bǔ)了照明市場的空白，創(chuàng)造性的從人體生物節(jié)律入手去研究光源，在我們?nèi)祟惥幼〉牡厍蛏?，太陽光的色溫從早上到晚上是處于不斷變化之中的，人的視覺經(jīng)過長年累月和太陽光的相互作用，適應(yīng)了這種變化。本實(shí)用新型在保證光源亮度不變的情況下，可將其色溫變化至該時(shí)刻對應(yīng)的太陽光的色溫值。可以使人感到輕松，舒適，并促進(jìn)和改善人的腦力活動，提高工作效率。

本實(shí)用新型采用新的調(diào)光電路，解決了傳統(tǒng)驅(qū)動電路調(diào)節(jié)色溫的同時(shí)沒有獨(dú)立調(diào)光的硬件資源的問題。并實(shí)現(xiàn)了亮度和色溫調(diào)節(jié)互不干擾的效果。

本實(shí)用新型采用側(cè)導(dǎo)光技術(shù)實(shí)現(xiàn)了真正意義上的面光源，解決了點(diǎn)光源和線光源發(fā)光不均勻，局部亮度過高的問題。

本實(shí)用新型采用漸變PWM波無極調(diào)光，支持電位器旋鈕調(diào)光，解決了突變光源會對人產(chǎn)生不適的問題。

附圖說明

圖1本實(shí)用新型電路框圖。

圖2本實(shí)用新型電路連接圖。

圖3本實(shí)用新型平板燈結(jié)構(gòu)圖。

圖4時(shí)角差值和色溫增量的關(guān)系圖。

圖5 運(yùn)行邏輯圖。

圖6傳統(tǒng)LED驅(qū)動結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明：

如圖1-5所示，基于人體生物節(jié)律的智能調(diào)色平板燈，所述平板燈包括LED燈珠和單片機(jī)，其特征在于：所述LED燈珠由暖色調(diào)燈珠和冷色調(diào)燈珠兩路組成，所述單片機(jī)的輸出PWM1端與LED調(diào)光驅(qū)動電源輸入調(diào)光端子連接，所述LED調(diào)光驅(qū)動電源的正輸出端并連兩路燈珠的正極，兩路燈珠的負(fù)極分別接在兩個(gè)場效應(yīng)管的漏極上，兩個(gè)場效應(yīng)管的源極和LED調(diào)光驅(qū)動電源負(fù)輸出端接地，與暖色調(diào)燈珠連接場效應(yīng)管的柵極與單片機(jī)輸出PWM2端連接，與冷色調(diào)燈珠連接場效應(yīng)管的柵極經(jīng)過反相器與單片機(jī)的輸出PWM2端連接；所述單片機(jī)的輸入端連接觸摸按鍵或電位器旋鈕，用來控制開閉或者調(diào)節(jié)亮度和色溫。平板燈由LED組件、導(dǎo)光板、散射膜、反光紙組成。導(dǎo)光板四周設(shè)有LED組件，導(dǎo)光板的上平面設(shè)有散射膜，導(dǎo)光板下平面設(shè)有反光紙。所述LED組件上的暖色調(diào)燈珠和冷色調(diào)燈珠交替設(shè)置，LED組件為貼片式。所述導(dǎo)光板為透明的塑料聚甲基丙烯甲脂材料，導(dǎo)光板涂有白色反射點(diǎn)或注塑成小凸點(diǎn)。散射膜為半透明的聚碳酸酯材料。所述電位器旋鈕為2個(gè)。所述單片機(jī)采用STC15W4K32S4單片機(jī)。

本實(shí)用新型的光源采用的是兩路LED貼片燈珠，如圖2所示，其中一路是暖色調(diào)的燈珠，另一路是冷色調(diào)的燈珠。LED調(diào)光驅(qū)動電源的輸入調(diào)光端子連接在單片機(jī)上的一個(gè)I/O口（輸出PWM1端），兩路燈珠的正極接在LED調(diào)光驅(qū)動電源的正輸出端，兩路燈珠的負(fù)極分別接在兩個(gè)場效應(yīng)管的漏極上，暖色調(diào)燈珠端的場效應(yīng)管柵極直接連接單片機(jī)的另外一個(gè)I/O口（輸出PWM2端）上，冷色調(diào)燈珠端的場效應(yīng)管柵極接在反相器的輸出端，同時(shí)該反相器的輸入端接在同樣的I/O口（輸出PWM2端）上，兩個(gè)場效應(yīng)管的源極和LED調(diào)光驅(qū)動電源負(fù)輸出端共地，主控單片機(jī)采用的是STC15W4K32S4單片機(jī)，通過對單片機(jī)內(nèi)部代碼的編寫，改變上述兩個(gè)I/O端口輸出的PWM的占空比，通過改變輸出到LED調(diào)光驅(qū)動電源的PWM1的占空比，便可以改變驅(qū)動電源的輸出電流，進(jìn)而改變光源亮度。同時(shí)，通過改變PWM2的占空比，實(shí)現(xiàn)對暖色調(diào)LED陣列導(dǎo)通時(shí)間的控制，PWM2經(jīng)反相器后得到反相的信號PWM3連接場效應(yīng)管的柵極，可控制冷色調(diào)LED陣列的導(dǎo)通時(shí)間。PWM2為高電平時(shí)，PWM3為低電平，故暖色調(diào)LED陣列導(dǎo)通，冷色調(diào)LED陣列斷開，反之亦然。調(diào)節(jié)PWM2的占空比來調(diào)節(jié)單位時(shí)間內(nèi)暖色調(diào)LED陣列和冷色調(diào)LED陣列的導(dǎo)通時(shí)間比例，利用人眼存在暫留時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了色溫的變化效果。為了實(shí)現(xiàn)基于人體生物節(jié)律的智能調(diào)色，我們需要進(jìn)行下述的步驟：

首先我們需要計(jì)算出不同地區(qū)在不同時(shí)期里的日出日落時(shí)間。先計(jì)算該地區(qū)在某一日的赤緯角，可以使用下式公式：

式中為赤緯角，n為所求日期在一年中的日子數(shù)。

每天日出及日落時(shí)刻，太陽處于地平面上，此時(shí)太陽高度角為零，有式：

式中為日出（日落）時(shí)角的絕對值，為該地區(qū)的緯度。

這樣，我們可以計(jì)算出任何一個(gè)地區(qū)在某一日里的日出日落時(shí)間，接下來將以時(shí)角為光源色溫變化的基準(zhǔn)。

地球始終繞著地軸由西向東在自轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)一周（360°）為一晝夜（24小時(shí)），因此時(shí)間可以用角度來表示，每小時(shí)相當(dāng)于地球自傳15°。用角度表示的太陽時(shí)叫太陽時(shí)角（簡稱時(shí)角），以表示，它是以一晝夜為變化周期的量，太陽午時(shí)=0°，上午取負(fù)值，下午取正值，每晝夜變化為±180°，每小時(shí)相當(dāng)于15°，例如上午10點(diǎn)相當(dāng)于=-30°；下午3點(diǎn)，=45°。

圖4給出了不同時(shí)刻太陽光的色溫變化。時(shí)角小于0時(shí)，橫坐標(biāo)表示該時(shí)刻相對于日出時(shí)刻時(shí)角差值的絕對值，時(shí)角大于0時(shí)，橫坐標(biāo)表示該時(shí)刻相對于日落時(shí)刻時(shí)角差值的絕對值?？v坐標(biāo)表示相對于日出（日落）時(shí)刻太陽色溫（2000k）的增量，其增量最大變化到3400k不再變化（注：因?yàn)橹形缥鐣r(shí)那一時(shí)間段內(nèi)太陽光色溫基本恒定，大約為5400k），數(shù)據(jù)擬合函數(shù)為：

y=75.919x+130.01

舉例：A地區(qū)在某一天太陽升起時(shí)間為6點(diǎn)，對應(yīng)的時(shí)角為-90°，上午8點(diǎn)對應(yīng)的時(shí)角為-60°，與日出時(shí)角相差的絕對值為30°，帶入上述函數(shù)得色溫增量為2407k，則太陽光此時(shí)色溫為4407k，下午5點(diǎn)對應(yīng)的時(shí)角為75°，與日落時(shí)角相差的絕對值為15°，帶入上述公式得色溫增量為1269k，則太陽光此時(shí)色溫為3269k。

測量并得出PWM2的占空比和平板燈色溫的關(guān)系。

如圖5所示，至此我們完成了基于人體生物節(jié)律的智能調(diào)色方案的全部步驟，現(xiàn)總結(jié)如下：單片機(jī)首先計(jì)算出該地區(qū)在某天的日出日落時(shí)角，并且計(jì)算出該時(shí)刻對應(yīng)的時(shí)角，利用數(shù)據(jù)擬合函數(shù)關(guān)系式，求出該時(shí)刻太陽光的色溫，再由PWM2的占空比和平板燈色溫的關(guān)系，得出PWM2的占空比，單片機(jī)即時(shí)改變PWM2的占空比來實(shí)現(xiàn)即時(shí)調(diào)色溫的功能，使之與該時(shí)刻對應(yīng)的太陽光的色溫值一致。

側(cè)導(dǎo)光平板燈的基本原理是利用光全反射原理以有效地傳輸光，并將線光源轉(zhuǎn)變?yōu)槊婀庠?，光全反射原?當(dāng)光線從折射率高的介質(zhì)向折射率低的介質(zhì)(如塑料到空氣)折射時(shí)，被折射的光以比入射光線較斜的角度發(fā)射，當(dāng)入射角大于某一角度時(shí)，光線不能折射入空氣中而全部發(fā)生向內(nèi)反射的現(xiàn)象，稱為全反射或內(nèi)反射，當(dāng)折射角等于90°時(shí)的入射角稱為臨界角。

如圖3所示，平板燈由LED組件1、導(dǎo)光板2、散射膜3、反光紙4組成。冷暖貼片LED陣列分別并列兩排，LED發(fā)光面正對導(dǎo)光板側(cè)面，冷暖兩排LED陣列緊貼在導(dǎo)光板的四周。導(dǎo)光板是一塊透明的塑料聚甲基丙烯甲脂(PMMA)材料，底面涂上白色反射點(diǎn)或注塑成小凸點(diǎn)。散射膜是一張半透明的聚碳酸酯材料，起到降低亮度，提高均勻性的作用。反光紙是一張光滑白色的紙片，起到光反射、減少光線泄漏的作用。對于PMMA材料的導(dǎo)光板，其透光率高達(dá)92%，霧度很小，具有很小的光吸收性，光可以沿著板材傳遞很長距離而衰減很小。而導(dǎo)光板的目的是使光線從表面折射出去形成一個(gè)光亮均勻的面光源。因此導(dǎo)光板的技術(shù)原理一方面是利用光全反射原理進(jìn)行光的傳輸，另一方面是反其道而用之，破壞光全反射的條件，干擾光的全內(nèi)反射光學(xué)要素，改變光線的光路，使光線從導(dǎo)光板的表面引出，形成面光源。具體設(shè)計(jì)是在導(dǎo)光板的底面印刷白色網(wǎng)點(diǎn)或注塑成小凸點(diǎn)，使光線在點(diǎn)上產(chǎn)生漫反射，一部分光線以小于臨界角的角度入射到導(dǎo)光板的上面并折射出去，一部分光線發(fā)生全反射回到導(dǎo)光板內(nèi)，這些光線在導(dǎo)光板的上邊緣發(fā)生部分反射又回到底面的點(diǎn)上。這個(gè)過程不斷重復(fù)發(fā)生，直到光線有的從表面折射出去，有的被導(dǎo)光板吸收，有的損失在某一界面上，從表面折射出去的光線為人眼所見，這一部分光線真正為平板燈做出貢獻(xiàn)。

漸變的調(diào)節(jié)PWM波的占空比，讓光源亮度從無到最亮（表現(xiàn)為PWM波占空比從0到100），可以通過對單片機(jī)內(nèi)部代碼的編寫來實(shí)現(xiàn)，以C語言為編寫語言，使用一個(gè)for循環(huán)， 0到100占空比的變化分100次來實(shí)現(xiàn)，但是每兩次變化之間的時(shí)間間隔比較小，人眼無法察覺，此時(shí)呈現(xiàn)在人眼里面的便是無極調(diào)光，光線柔滑緩慢的變化，通過觸摸按鍵可以實(shí)現(xiàn)平板燈的緩慢啟動和緩慢關(guān)閉。本實(shí)用新型有兩個(gè)電位器旋鈕，其中一個(gè)是用來調(diào)節(jié)平板燈的亮度，另一個(gè)是用來在無太陽的夜晚時(shí)調(diào)節(jié)其色溫的，可以使之達(dá)到用戶想要的色溫和亮度，實(shí)現(xiàn)方法如下：單片機(jī)對電位器旋鈕分得的電壓值進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，將AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)值通過函數(shù)關(guān)系對應(yīng)于平板燈的光通量或者色溫值，再轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的PWM1和PWM2的占空比，單片機(jī)即時(shí)改變并輸出相應(yīng)占空比。

以上所述，僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式，但實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。