專利名稱：自適應(yīng)照度調(diào)節(jié)照明燈及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照明燈的技術(shù)領(lǐng)域，尤指一種基于模糊控制理論的照明燈，主要應(yīng)用 于一些對(duì)照度有較嚴(yán)格要求的場合，例如膠卷顯影、光學(xué)測(cè)量等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前使用的照明燈大多沒有自動(dòng)調(diào)節(jié)光強(qiáng)的功能，容易造成能源的耗費(fèi)。市場上 也有可以調(diào)節(jié)光強(qiáng)的照明燈，不過這些燈大多是手動(dòng)檔位選擇。一方面只有幾個(gè)可供選擇 的檔位，靈敏度不高；另一方面這些燈大多是手動(dòng)調(diào)節(jié)，不能達(dá)到實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)光強(qiáng)的目的。公 開號(hào)CN101004257A介紹了一種微機(jī)多功能護(hù)眼燈，通過感光傳感器感應(yīng)到光的強(qiáng)度，將光 強(qiáng)反饋到電路，電路根據(jù)光強(qiáng)自動(dòng)調(diào)節(jié)燈的亮度。這款照明燈雖然能達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的， 但是靈敏度不高。光強(qiáng)易受到外界環(huán)境光的影響。目前市場上尚缺乏一種靈敏度高、精度 高響應(yīng)速度快可自動(dòng)調(diào)節(jié)光強(qiáng)的照明燈。

發(fā)明內(nèi)容
實(shí)際使用照明設(shè)備過程中，往往需要照度保持恒定。照度設(shè)定好后，當(dāng)外界光線變 強(qiáng)，光源降低亮度；當(dāng)外界光線變?nèi)?，光源提高亮度。本發(fā)明就此為目的，將模糊控制技術(shù)應(yīng) 用于照明系統(tǒng)。本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種在保持照明設(shè)備照射中心范圍 內(nèi)，其照度值不會(huì)受到外界事物變化的影響，實(shí)現(xiàn)良好的穩(wěn)定性和節(jié)能性的照明系統(tǒng)。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的
一種自適應(yīng)照度調(diào)節(jié)照明燈，包括單片機(jī)、用于顯示當(dāng)前實(shí)測(cè)照度
矣和系統(tǒng)設(shè)定值知的LED顯示電路、鍵盤電路、用于測(cè)量當(dāng)前光強(qiáng)的測(cè)光電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換
電路、存儲(chǔ)電路，單片機(jī)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，將計(jì)算的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量控制照明燈的照 度，存儲(chǔ)電路儲(chǔ)存最近使用的照度值，單片機(jī)作為主控芯片，分別于LED顯示電路、鍵盤電 路、測(cè)光電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和存儲(chǔ)器電路連接，統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制其它各個(gè)模塊工作。本發(fā)明中，所述鍵盤電路中的鍵盤包括 (1) SET鍵進(jìn)入\退出照度設(shè)定狀態(tài)；
⑵UP鍵按照Unx級(jí)別提高照度值； (3) DOWN鍵按照Unx級(jí)別降低照度值； 用戶通過鍵盤電路實(shí)現(xiàn)對(duì)照明燈照度的控制。一種自適應(yīng)照度調(diào)節(jié)照明燈的控制方法，包括以下步驟
⑴測(cè)光電路通過光敏傳感器測(cè)得照明燈當(dāng)前照度4，單片機(jī)根據(jù)傳感器提供的經(jīng)驗(yàn)
公式，將當(dāng)前照度知轉(zhuǎn)換為實(shí)測(cè)照度勾；
⑵單片機(jī)將實(shí)測(cè)照度勾與系統(tǒng)設(shè)定值進(jìn)行比較，根據(jù)其偏差值和變化量，采用模糊 控制法進(jìn)行分析；⑶單片機(jī)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量控制照明燈的亮度，實(shí)現(xiàn)照射范 圍中心照度恒定控制和跟隨控制；
(4) LED用于顯示當(dāng)前實(shí)測(cè)照度知和系統(tǒng)設(shè)定值￡ ,便于用戶觀察照明燈照度變化情
況；
( 存儲(chǔ)電路中儲(chǔ)存最近使用的照度值，并將其中使用次數(shù)最多的照度值作為下次開機(jī) 的照度值，用戶可以通過鍵盤電路實(shí)現(xiàn)對(duì)照明燈照度的控制?！N自適應(yīng)照度調(diào)節(jié)照明燈的控制方法，為了提高整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度和光強(qiáng)的 準(zhǔn)確控制，采用了模糊算法進(jìn)行光強(qiáng)控制。為了保證算法的動(dòng)態(tài)控制性，采用二維模糊控制 器，e是誤差；^是誤差的變化，K為模式判別量，將K*e、K*ec作為模糊控制器的兩個(gè)輸入，
通過模糊控制器可以得到變化值detal，、是系統(tǒng)設(shè)定照度值，L0 +deta7即為相應(yīng)實(shí)際值，
Λ/是照度轉(zhuǎn)換為電壓"的函數(shù)，通過公式a =,汁總得出電壓值U，將電壓U
通過DAC0832數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬量輸出控制照明燈。本發(fā)明存儲(chǔ)電路中儲(chǔ)存最近10次使用的照度值，并將其中使用次數(shù)最多的照度 值作為下次開機(jī)的照度
發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明采用了對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)有較好控制效果的模糊控制技術(shù)，對(duì)照明燈進(jìn)行恒定控制， 提高照明燈的照明精度和有效的降低了能耗，并且響應(yīng)速度塊，在一些對(duì)光照有特殊要求 的工業(yè)場合，能夠達(dá)到實(shí)時(shí)控制的目的。


圖1為模糊控制燈的系統(tǒng)框圖； 圖2為模糊控制照明燈的硬件電路圖。
具體實(shí)施例方式一種自適應(yīng)照度調(diào)節(jié)照明燈，包括單片機(jī)、用于顯示當(dāng)前實(shí)測(cè)照度和系統(tǒng)設(shè)定值 的LED顯示電路、鍵盤電路、用于測(cè)量當(dāng)前光強(qiáng)的測(cè)光電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、存儲(chǔ)電路，單片 機(jī)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路將計(jì)算的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量控制照明燈的照度，存儲(chǔ)電路儲(chǔ)存最近 使用的照度值，單片機(jī)作為主控芯片，分別于LED顯示電路、鍵盤電路、測(cè)光電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換 電路和存儲(chǔ)電路連接，統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制其它各個(gè)模塊工作。所述鍵盤電路中的鍵盤包括
(1)SET鍵進(jìn)入\退出照度設(shè)定狀態(tài)；
(2)UP鍵按照Ylux級(jí)別提高照度值；
(3)DOWN鍵按照Unx級(jí)別降低照度值； 用戶通過鍵盤電路實(shí)現(xiàn)對(duì)照明燈照度的控制。一種自適應(yīng)照度調(diào)節(jié)照明燈的控制方法，測(cè)光電路通過光敏傳感器測(cè)得照明燈當(dāng)
前照度It，單片機(jī)根據(jù)傳感器提供的經(jīng)驗(yàn)公式，將當(dāng)前照度It轉(zhuǎn)換為實(shí)測(cè)照度勾。單片機(jī)
將實(shí)測(cè)照度與系統(tǒng)設(shè)定值^進(jìn)行比較，根據(jù)其偏差值和變化量，采用模糊控制算法進(jìn)行 運(yùn)算。單片機(jī)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量控制照明燈的亮度。實(shí)現(xiàn)照射范圍中心照度恒定控制和跟隨控制。LED用于顯示當(dāng)前實(shí)測(cè)照度勾和系統(tǒng)設(shè)定值勾，便于用
戶觀察照明燈照度變化情況。同時(shí)可在存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存最近10次使用的照度值，并將其中使 用次數(shù)最多的照度值作為下次開機(jī)的照度值。用戶可以通過鍵盤電路實(shí)現(xiàn)對(duì)照明燈照度的 控制。單片機(jī)采用AT89S52芯片，該芯片是一款高性能CM0S8位微控制器，具有池可編 程FLASH存儲(chǔ)器。AT89S52單片機(jī)作為主控芯片，分別于測(cè)光電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、LED顯示 電路、鍵盤電路、存儲(chǔ)電路、電源電路相連，統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制其它各個(gè)電路模塊工作。測(cè)光電路采用光敏傳感器TSL2561芯片，該款芯片是TAOS公司推出的第二代周圍 環(huán)境光強(qiáng)傳感器，通過光敏傳感器將周圍環(huán)境光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，送到單片機(jī)中進(jìn)行處 理。將TSL2561 ^l1 C總線的SCL和SDA管腳分別于單片機(jī)的P2. 3和P2. 4相連接。單片 機(jī)的I5 C總線時(shí)序使用軟件編程進(jìn)行模擬，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)光電路的訪問。光敏傳感器TSL2561 的INT引腳連接單片機(jī)的外部中斷INT管腳。LED顯示電路采用4個(gè)7段LED數(shù)碼管，用于動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)設(shè)定照度^0、實(shí)測(cè)照度 勾、系統(tǒng)設(shè)定值。用戶可以通過LED顯示電路查看當(dāng)前的照度值，便于用戶手動(dòng)調(diào)節(jié)合適的 照度。4個(gè)LED管的片選段(否)分別于單片機(jī)的Pl. (ΓΡ1. 3引腳連接。單片機(jī)Pl的高四 位Pl. 7>1. 4將需要顯示的數(shù)字經(jīng)3-8譯碼器譯碼后，驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管顯示。用戶可以使用鍵盤，對(duì)照明電路進(jìn)行簡單控制。本發(fā)明共設(shè)計(jì)3個(gè)按鍵，分別與 單片機(jī)P2. 0、P2. 1、P2. 2連接。鍵盤電路的另外3個(gè)管腳Bi、B2、B3通過或門連接到P3. 2 (外部中斷0)端口，當(dāng)有鍵按下時(shí)，通過該管腳向單片機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)。鍵盤包括SET 鍵進(jìn)入\退出照度設(shè)定狀態(tài)；UP鍵按照Ylux級(jí)別提高照度值；DOWN鍵按照Ylux級(jí)別 降低照度值。存儲(chǔ)電路用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，采用ATMCOl芯片。存儲(chǔ)芯片ATMCOl的SCK、SDAu 管腳分別于單片機(jī)P3. 0、P3. 1管腳連接。SCK輸入信號(hào)為上升沿的時(shí)候，存儲(chǔ)器為寫入狀 態(tài)。當(dāng)SCK輸入信號(hào)為下降沿時(shí)，存儲(chǔ)器為輸出狀態(tài)，SDA管腳用于串行雙向傳送數(shù)據(jù)。數(shù)模轉(zhuǎn)換電路采用DAC0832芯片，實(shí)現(xiàn)輸出控制功能。將實(shí)測(cè)照度盡經(jīng)模糊算 法控制得到合適的照度值。將此照度值經(jīng)過DAC0832轉(zhuǎn)換為模擬電壓輸出，控制照明燈亮 度。DAC0832的A1—力7端口連接單片機(jī)的數(shù)據(jù)端口 H禮一Dii7 ,單片機(jī)的地址總線通過
74LS138譯碼器連接DAC0832的石端口，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的@連接單片機(jī)的_的端口。
DAC0832端口的輸出端口 和通過運(yùn)算放大器連接照明燈。系統(tǒng)軟件部分包括系統(tǒng)主程序、測(cè)光電路子程序和模糊算法子程序。主程序系統(tǒng)上電以后單片機(jī)首先完成系統(tǒng)初始化工作，主要包括I/O 口初始化、 定時(shí)器初始化、程序中相關(guān)變量的初始化等。從存儲(chǔ)器中讀入最后一次使用的照度值作為 系統(tǒng)設(shè)定照度知，用戶也可以通過鍵盤手動(dòng)設(shè)定^值。初始化結(jié)束以后用LED顯示系統(tǒng)照
度^0。調(diào)用測(cè)光電路子程序，得到當(dāng)前實(shí)測(cè)光照度知，將當(dāng)前的實(shí)測(cè)知與系統(tǒng)設(shè)定的知進(jìn) 行比較，若兩者不相等則調(diào)用模糊算法子程序，調(diào)整得出合適的照度值；若兩者值相等單片機(jī)將該照度值通過DAC0832芯片轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出，控制照明燈的亮度。測(cè)光電路子程序首先判斷測(cè)光芯片是否設(shè)置成功，如果不成功則進(jìn)行測(cè)光芯片 設(shè)置，包括寫控制寄存器、設(shè)置積分時(shí)間、設(shè)置中斷等；如果設(shè)置成功則調(diào)用延時(shí)等待程序，
等待光強(qiáng)度的采集結(jié)束。采集結(jié)束后，根據(jù)傳感器手冊(cè)提供的經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算實(shí)際光強(qiáng)勾，
并將該值傳遞給單片機(jī)處理。模糊算法子程序fc為模式判別量，當(dāng)按下set按鍵時(shí)系統(tǒng)處于跟隨模式，此時(shí) fc=-l。反之系統(tǒng)處于抗干擾模式，此時(shí)fc=l,由主程序調(diào)用進(jìn)行傳遞。為了保證算法的動(dòng) 態(tài)控制性，采用二維模糊控制器，e是誤差；^是誤差的變化，將K*e、K*ec作為模糊控制器 的兩個(gè)輸入，通過模糊推理機(jī)可以得到變化值detal。、是系統(tǒng)設(shè)定照度值，+detW即
為相應(yīng)實(shí)際值，Λ是照度轉(zhuǎn)換為電壓V的函數(shù)，通過公式￠/ = ^.(^0+^100，計(jì)算得出電
壓值U。將電壓U通過DAC 0832數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬量輸出控制照明燈。
描述本發(fā)明創(chuàng)造的工作原理及工作過程。工作原理測(cè)光電路通過光敏傳感器測(cè)得照明燈當(dāng)前照度矣，單片機(jī)根據(jù)傳感器
提供的經(jīng)驗(yàn)公式，將當(dāng)前照度ir轉(zhuǎn)換為實(shí)測(cè)照度知。單片機(jī)將實(shí)測(cè)照度^與系統(tǒng)設(shè)定值
、進(jìn)行比較，根據(jù)其偏差值和變化量，采用模糊控制算法進(jìn)行運(yùn)算。通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，將
數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量控制照明燈的亮度。實(shí)現(xiàn)照射范圍中心照度恒定控制和跟隨控制。LED
用于顯示當(dāng)前實(shí)測(cè)照度勾和系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)定值4，便于用戶觀察照明燈照度變化情況。同時(shí)可
在存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存最近10次使用的照度值，并將其中使用次數(shù)最多的照度值作為下次開機(jī) 的照度值。用戶可以通過鍵盤電路實(shí)現(xiàn)對(duì)照明燈照度的控制。
工作過程用戶打開照明燈，啟動(dòng)照明燈控制器，LED顯示系統(tǒng)設(shè)定照度值知。通過測(cè) 光電路測(cè)得實(shí)測(cè)照度Zf，并通過LED顯示I1值。將勾與知比較，若桑不等于，則對(duì)￡f進(jìn)
行模糊控制調(diào)整；若^等于將調(diào)整后的勾值，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換控制照明燈亮度。存儲(chǔ)器
將最近10次使用的照度值進(jìn)行儲(chǔ)存，并將使用最多的作為下次開機(jī)的照度值。用戶也可以 通過鍵盤進(jìn)行手動(dòng)設(shè)定，系統(tǒng)將根據(jù)用戶設(shè)定值調(diào)整光強(qiáng)。
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)照度調(diào)節(jié)照明燈，其特征在于包括單片機(jī)、用于顯示當(dāng)前實(shí)測(cè)照度和 系統(tǒng)設(shè)定值的LED顯示電路、鍵盤電路、用于測(cè)量當(dāng)前光強(qiáng)的測(cè)光電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、存 儲(chǔ)電路，單片機(jī)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路將計(jì)算的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量控制照明燈的照度，存儲(chǔ) 電路儲(chǔ)存最近使用的照度值，單片機(jī)作為主控芯片，分別于LED顯示電路、鍵盤電路、測(cè)光 電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和存儲(chǔ)電路連接，統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制其它各個(gè)模塊工作。
2.一種自適應(yīng)照度調(diào)節(jié)照明燈，其特征在于所述鍵盤電路中的鍵盤包括 SET鍵進(jìn)入\退出照度設(shè)定狀態(tài)；UP鍵按照Ylux級(jí)別提高照度值； DOWN鍵按照Ylux級(jí)別降低照度值； 用戶通過鍵盤電路實(shí)現(xiàn)對(duì)照明燈照度的控制。
3.—種如權(quán)利要求1或2所述的自適應(yīng)照度調(diào)節(jié)照明燈的控制方法，其特征在于包括 以下步驟⑴測(cè)光電路通過光敏傳感器測(cè)得照明燈當(dāng)前照度 ^r，單片機(jī)根據(jù)傳感器提供的經(jīng)驗(yàn)公式，將當(dāng)前照度知轉(zhuǎn)換為實(shí)測(cè)照度勾；⑵單片機(jī)將實(shí)測(cè)照度^與系統(tǒng)設(shè)定值進(jìn)行比較，根據(jù)其偏差值和變化量，采用模糊 控制法進(jìn)行分析；⑶單片機(jī)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量控制照明燈的亮度，實(shí)現(xiàn)照射范 圍中心照度恒定控制和跟隨控制；(4) LED用于顯示當(dāng)前實(shí)測(cè)照度矣和系統(tǒng)設(shè)定值￡ ,便于用戶觀察照明燈照度變化情況；( 存儲(chǔ)電路儲(chǔ)存最近使用的照度值，并將其中使用次數(shù)最多的照度值作為下次開機(jī)的 照度值，用戶通過鍵盤電路實(shí)現(xiàn)對(duì)照明燈照度的控制。
4.一種如權(quán)利要求3所述的自適應(yīng)照度調(diào)節(jié)照明燈的控制方法，其特征在于所述 的模糊控制法采用二維模糊控制器，e是誤差；α是誤差的變化，K為模式判別量，將 K*e、K*ec作為模糊控制器的兩個(gè)輸入，通過模糊控制器可以得到變化值detal，L0是系統(tǒng)設(shè)定照度值，^ +detW即為相應(yīng)實(shí)際值，是照度轉(zhuǎn)換為電壓“的函數(shù)，通過公式￡/ = Jh^iL0 +detaO ,計(jì)算得出電壓值U，將電壓U通過DAC0832數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬量輸出控制照明燈。
5.一種如權(quán)利要求4所述的自適應(yīng)照度調(diào)節(jié)照明燈的控制方法，其特征在于所述的步 驟ω中存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存最近 ο次使用的照度值，并將其中使用次數(shù)最多的照度值作為下次 開機(jī)的照度值。
全文摘要
一種自適應(yīng)照度調(diào)節(jié)照明燈，包括單片機(jī)、用于顯示當(dāng)前實(shí)測(cè)照度和系統(tǒng)設(shè)定值的LED顯示電路、鍵盤電路、用于測(cè)量當(dāng)前光強(qiáng)的測(cè)光電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、存儲(chǔ)電路，單片機(jī)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，將計(jì)算的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量控制照明燈的照度，存儲(chǔ)器電路儲(chǔ)存最近使用的照度值，單片機(jī)作為主控芯片，分別于LED顯示電路、鍵盤電路、測(cè)光電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和存儲(chǔ)器電路連接，統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制其它各個(gè)模塊工作。本發(fā)明采用了對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)有較好控制效果的模糊控制技術(shù)，對(duì)照明燈進(jìn)行恒定控制，提高照明燈的照明精度和有效的降低了能耗，并且響應(yīng)速度塊，在一些對(duì)光照有特殊要求的工業(yè)場合，能夠達(dá)到實(shí)時(shí)控制的目的。
文檔編號(hào)H05B37/02GK102118907SQ201010597410
公開日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者席旸旸, 楊樂, 胡凱, 高超 申請(qǐng)人:南京信息工程大學(xué)