一种LED照明灯具亮度变化的控制方法、装置及系统

摘要

本发明实施例公开了一种LED照明灯具亮度变化的控制方法、装置及系统，所述控制方法包括：在LED照明灯具物理亮度的预定变化范围内平均取101个值形成100个物理亮度变化梯度；根据物理亮度变化梯度取值建立PWM占空比变化函数；使用模糊理论构建人眼感知亮度的PWM调制函数；结合PWM占空比变化函数和PWM调制函数输出人眼感知亮度变化的最终PWM调制策略；及通过最终PWM调制策略调制控制电路中开关器件的通断频率，调节电路中电流的大小，进而改变LED照明灯具发光亮度。本发明实施例解决了现有调光技术亮度的线性控制、瞬间的开关灯及亮度的快速调节难以满足人眼视觉对舒适调光的要求的问题。

权利要求

1.一种LED照明灯具亮度变化的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：在LED照明灯具物理亮度的拟合预定变化范围内平均取101个值形成100个物理亮度变化梯度；

根据物理亮度变化梯度取值建立PWM占空比变化函数；所述PWM占空比变化函数为：D＝

100-100cos(bri)；bri为在0.226到1.1571弧度范围内平均取的101个值；D为PWM调制策略输出的占空比值；或所述PWM占空比变化函数为：D＝100-100[1-1/(ebri/20)]；其中，bri为在

0到100范围内平均取的101个整数值；D为PWM调制策略输出的占空比值；

使用模糊理论构建人眼感知亮度的PWM调制函数；所述人眼感知亮度的PWM调制函数为：F＝D1/2.2；其中，F为人眼感知亮度，D为PWM调制策略输出的占空比值；

结合PWM占空比变化函数和PWM调制函数输出人眼感知亮度变化的最终PWM调制策略；

及

通过最终PWM调制策略调制控制电路中开关器件的通断频率，调节电路中电流的大小，进而改变LED照明灯具发光亮度。

2.根据权利要求1所述的一种LED照明灯具亮度变化的控制方法，其特征在于，所述LED照明灯具物理亮度用光通量来表征。

3.一种LED照明灯具亮度变化的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括：物理亮度变化梯度生成模块，用于在LED照明灯具物理亮度的拟合预定变化范围内平均取101个值形成100个物理亮度变化梯度；

PWM占空比变化函数建立模块，用于根据物理亮度变化梯度取值建立PWM占空比变化函数；所述PWM占空比变化函数为：D＝100-100cos(bri)；bri为在0.226到1.1571弧度范围内平均取的101个值；D为PWM调制策略输出的占空比值；或所述PWM占空比变化函数为：D＝

100-100[1-1/(ebri/20)]；其中，bri为在0到100范围内平均取的101个整数值；D为PWM调制策略输出的占空比值；

PWM调制函数构建模块，用于使用模糊理论构建人眼感知亮度的PWM调制函数；所述人眼感知亮度的PWM调制函数为：F＝D1/2.2；其中，F为人眼感知亮度，D为PWM调制策略输出的占空比值；

最终PWM调制策略输出模块，用于结合PWM占空比变化函数和PWM调制函数输出人眼感知亮度变化的最终PWM调制策略至控制电路中。

4.根据权利要求3所述的一种LED照明灯具亮度变化的控制装置，所述最终PWM调制策略用于调制控制电路中开关器件的通断频率，调节电路中电流的大小，进而改变LED照明灯具发光亮度。

5.一种LED照明灯具亮度变化的控制系统，其特征在于，所述系统包括：处理器、存储器以及一个或多个程序；所述一个或多个程序存储于存储器中，用以被处理器执行如权利要求1-2任一项所述的方法步骤。

说明书

一种LED照明灯具亮度变化的控制方法、装置及系统

技术领域

[0001] 本发明涉及灯具控制技术领域，具体涉及一种LED照明灯具亮度变化的控制方法、装置及系统。

背景技术

[0002] 目前调光技术只是单纯的实现了LED亮度的线性控制，或者具有简单的亮度渐变效果，但并不符合人眼视觉对亮度变化的非线性感受，造成较差的用户体验。

[0003] 医学研究表明人眼对亮度的变化感知是非线性的。大体来说，在亮度较低时很小的亮度变化给人的感觉会很大；在亮度较高时，较大的亮度变化给人的感觉反而较小。人眼依靠瞳孔和光敏细胞的调节来适应环境亮度的变化，需要一定的反应时间。在亮度急剧变化的情况下，还可能会令人产生眩光甚至短暂性失明等不适反应。

[0004] 因此，现有调光技术亮度的线性控制、瞬间的开关灯及亮度的快速调节难以满足人眼视觉对舒适调光的要求。

发明内容

[0005] 本发明实施例的目的在于提供一种LED照明灯具亮度变化的控制方法、装置及系统，用以解决现有调光技术亮度的线性控制、瞬间的开关灯及亮度的快速调节难以满足人眼视觉对舒适调光的要求的问题。

[0006] 为实现上述目的，本发明实施例提供了一种LED照明灯具亮度变化的控制方法，所述控制方法包括：

[0007] 在LED照明灯具物理亮度的拟合预定变化范围内平均取101个值形成100个物理亮度变化梯度；根据物理亮度变化梯度取值建立PWM占空比变化函数；使用模糊理论构建人眼感知亮度的PWM调制函数；结合PWM占空比变化函数和PWM调制函数输出人眼感知亮度变化的最终PWM调制策略；及通过最终PWM调制策略调制控制电路中开关器件的通断频率，调节电路中电流的大小，进而改变LED照明灯具发光亮度。

[0008] 优选地，所述人眼感知亮度的PWM调制函数为：F＝D1/2.2

[0009] 其中，F为人眼感知亮度，D为PWM调制策略输出的占空比值。

[0010] 优选地，所述LED照明灯具物理亮度的拟合预定变化范围为0.226到1.1571弧度范围内。

[0011] 优选地，所述PWM占空比变化函数为：

[0012] D＝100-100cos(bri)

[0013] bri为在0.226到1.1571弧度范围内平均取的101个值；

[0014] D为PWM调制策略输出的占空比值。

[0015] 优选地，所述LED照明灯具物理亮度的拟合预定变化范围为0到100范围内的整数值。

[0016] 优选地，所述PWM占空比变化函数为：

[0017] D＝100-100[1-1/(ebri/20)]

[0018] 其中，bri为在0到100范围内平均取的101个整数值；

[0019] D为PWM调制策略输出的占空比值。

[0020] 优选地，所述LED照明灯具物理亮度用光通量来表征。

[0021] 另一方面，本发明实施例还提供了一种LED照明灯具亮度变化的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括：

[0022] 物理亮度变化梯度生成模块，用于在LED照明灯具物理亮度的拟合预定变化范围内平均取101个值形成100个物理亮度变化梯度；PWM占空比变化函数建立模块，用于根据物理亮度变化梯度取值建立PWM占空比变化函数；PWM调制函数构建模块，用于使用模糊理论构建人眼感知亮度的PWM调制函数；最终PWM调制策略输出模块，用于结合PWM占空比变化函数和PWM调制函数输出人眼感知亮度变化的最终PWM调制策略至控制电路中。

[0023] 优选地，所述最终PWM调制策略用于调制控制电路中开关器件的通断频率，调节电路中电流的大小，进而改变LED照明灯具发光亮度。

[0024] 另外一方面，本发明实施例提供了一种LED照明灯具亮度变化的控制系统，所述系统包括：处理器、存储器以及一个或多个程序；所述一个或多个程序存储于存储器中，用以被处理器执行如权利要求1-7任一项所述的方法步骤。

[0025] 本发明实施例具有如下优点：

[0026] 本方案从人眼对亮度变化的生理感受出发，结合LED灯具亮度调制的技术特点，采用补偿原理达到令人感到友好的亮度调节效果，使得LED照明灯具调光更加人性化，更加符合智能家居市场对LED灯具的需求。

附图说明

[0027] 图1为本发明实施例提供的一种LED照明灯具亮度变化的控制方法的流程示意图；

[0028] 图2为物理亮度与PWM占空比的线性关系示意图；

[0029] 图3为人眼感知亮度与PWM占空比的非线性关系示意图；

[0030] 图4为物理亮度与PWM占空比的非线性关系示意图；

[0031] 图5为人眼感受的亮度与PWM占空比的线性关系示意图；

[0032] 图6为本发明实施例提供的一种LED照明灯具亮度变化的控制装置的结构示意图。

具体实施方式

[0033] 以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

[0034] 以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、接口、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

[0035] 实施例1

[0036] 参考图1所示，图1为本发明实施例提供的一种LED照明灯具亮度变化的控制方法的流程示意图，本发明实施例公开了一种LED照明灯具亮度变化的控制方法，包括以下步骤：

[0037] 步骤S01，在LED照明灯具物理亮度的拟合预定变化范围内平均取101个值形成100个物理亮度变化梯度；

[0038] 步骤S01中，在物理亮度的拟合预定变化范围内，取一定的数值形成物理亮度变化梯度。

[0039] 步骤S02，根据物理亮度变化梯度取值建立PWM占空比变化函数；

[0040] 步骤S02中，D为输出的占空比值，根据步骤S01中的取得的物理亮度变化梯度建立PWM占空比变化函数。

[0041] 步骤S03，使用模糊理论构建人眼感知亮度的PWM调制函数；

[0042] 步骤S03中，亮度是指某一区域放射出光线的多少，用光通量来表征，人眼对亮度具有本能的非线性感受，弱光时亮度增加一倍，人眼感觉增加多于一倍；强光时亮度增加一倍，人眼感觉增加不足一倍，实际18％左右的光源亮度，人眼感觉大约是50％的亮度，因此，当物理亮度随PWM占空比变化呈线性变化时，如图2所示，人眼对LED亮度变化的非线性感受类似三角函数关系，如图3所示，由于个体差异和LED发光特性不同，很难构建一个通用的数学模型，这里使用模糊理论构建了一个函数。

[0043] 所述人眼感知亮度的PWM调制函数为：

[0044] F＝D1/2.2   式1

[0045] 其中，F为人眼感知亮度，D为PWM调制策略输出的占空比值。

[0046] 根据简单的数学原理即可得出：如果物理亮度随PWM占空比变化呈非线性变化时，如图4所示，与图3所示的变化曲线叠加后就形成了图5的样子，即，人眼感受的亮度与PWM占空比之间形成非线性关系。可以看出PWM占空比的变化将基本正比于人眼感受的亮度变化(并非绝对的线性)。均匀的人眼感受的亮度变化感受避免了因视觉亮度跳变造成的不适感。

[0047] 为了达到如图4所示的物理亮度随PWM占空比变化呈非线性变化，这里给出一个理论推导并经过实际测试的PWM占空比变化函数：

[0048] 设亮度共有100个变化梯度，bri在0.226到1.1571弧度内平均取101个值。

[0049] D＝100-100cos(bri)   式2

[0050] bri为在0.226到1.1571弧度范围内平均取的101个值；D为PWM调制策略输出的占空比值(占空比值为0到100)。

[0051] LED照明灯具物理亮度的拟合预定变化范围为0.226到1.1571弧度范围内，LED照明灯具物理亮度用光通量来表征。

[0052] 步骤S04，结合PWM占空比变化函数和PWM调制函数输出人眼感知亮度变化的最终PWM调制策略；

[0053] 步骤S05，通过最终PWM调制策略调制控制电路中开关器件的通断频率，调节电路中电流的大小，进而改变LED照明灯具发光亮度。

[0054] 本发明公开的实施例从人眼对亮度变化的生理感受出发，结合LED灯具亮度调制的技术特点，采用补偿原理达到令人感到友好的亮度调节效果，使得LED照明灯具调光更加人性化，更加符合智能家居市场对LED灯具的需求。

[0055] 实施例2

[0056] 参考图1所示，图1为本发明实施例提供的一种LED照明灯具亮度变化的控制方法的流程示意图，本发明实施例公开了一种LED照明灯具亮度变化的控制方法，包括以下步骤：

[0057] 步骤S01，在LED照明灯具物理亮度的拟合预定变化范围内平均取101个值形成100个物理亮度变化梯度；

[0058] 步骤S01中，在物理亮度的拟合预定变化范围内，取一定的数值形成物理亮度变化梯度。

[0059] 步骤S02，根据物理亮度变化梯度取值建立PWM占空比变化函数；

[0060] 步骤S02中，D为输出的占空比值，根据步骤S01中的取得的物理亮度变化梯度建立PWM占空比变化函数。

[0061] 步骤S03，使用模糊理论构建人眼感知亮度的PWM调制函数；

[0062] 步骤S03中，亮度是指某一区域放射出光线的多少，用光通量来表征，人眼对亮度具有本能的非线性感受，弱光时亮度增加一倍，人眼感觉增加多于一倍；强光时亮度增加一倍，人眼感觉增加不足一倍，实际18％左右的光源亮度，人眼感觉大约是50％的亮度，因此，当物理亮度随PWM占空比变化呈线性变化时，如图2所示，人眼对LED亮度变化的非线性感受类似指数关系，如图3所示，由于个体差异和LED发光特性不同，很难构建一个通用的数学模型，这里使用模糊理论构建了一个函数。

[0063] 所述人眼感知亮度的PWM调制函数为：

[0064] F＝D1/2.2   式1

[0065] 其中，F为人眼感知亮度，D为PWM调制策略输出的占空比值。

[0066] 根据简单的数学原理即可得出：如果物理亮度随PWM占空比变化呈非线性变化时，如图4所示，与图3所示的变化曲线叠加后就形成了图5的样子，即，人眼感受的亮度与PWM占空比之间形成非线性关系。可以看出PWM占空比的变化将基本正比于人眼感受的亮度变化(并非绝对的线性)。均匀的人眼感受的亮度变化感受避免了因视觉亮度跳变造成的不适感。

[0067] 人眼对光亮变化的顺应性称为适应，由暗处进入亮处称为“明适应”，由亮处进入暗处称为“暗适应”，通常暗适应时间较明适应时间要长很多。在黑暗环境下开灯或关灯就是这样明暗剧烈变化的场景。在开关灯时增长亮度变化的过程使亮度逐渐增加或降低，就能给人眼一定的适应时间，缓解亮度急剧变化给人带来的不适感。同时考虑到灯具一般的使用场景，大都是需要较快的实现照明，因此开关灯时间又不宜过长。实验发现小于400ms的开关时间都会使人感到轻微不适，大于800ms的开关变化时间又和大多数人的使用场景不符，而600毫秒左右变化时间恰好可以满足家庭照明的使用场景。

[0068] 在600毫秒的开关变化过程中，如果物理亮度随PWM占空比变化按照按图4的曲线变化，由于人眼的视觉残留效应都会有明显的跳跃感，仍会令人感到轻微不适。实际测试发现一阶电路放电函数的变化规律恰好能够实现在短时间内亮度的圆润变化，既使亮度逐渐改变，又无明显的跳跃感，这里给出一个函数实例，以达到如图4所示的物理亮度随PWM占空比变化呈非线性变化，这里给出一个理论推导并经过实际测试的PWM占空比变化函数，如下：

[0069] 设亮度共有100个变化梯度，bri在0到100内共取100个整数值。

[0070] PWM占空比变化函数为：

[0071] D＝100-100[1-1/(ebri/20)]   式3

[0072] 其中，bri为在0到100范围内平均取的101个整数值；D为PWM调制策略输出的占空比值(占空比值为0到100)。

[0073] LED照明灯具物理亮度的拟合预定变化范围为0到100范围内的整数值，LED照明灯具物理亮度用光通量来表征。

[0074] 步骤S04，结合PWM占空比变化函数和PWM调制函数输出人眼感知亮度变化的最终PWM调制策略；

[0075] 步骤S05，通过最终PWM调制策略调制控制电路中开关器件的通断频率，调节电路中电流的大小，进而改变LED照明灯具发光亮度。

[0076] 本发明公开的实施例从人眼对亮度变化的生理感受出发，结合LED灯具亮度调制的技术特点，采用补偿原理达到令人感到友好的亮度调节效果，使得LED照明灯具调光更加人性化，更加符合智能家居市场对LED灯具的需求。

[0077] 实施例3

[0078] 本发明实施例公开了一种LED照明灯具亮度变化的控制装置，如图6所示，控制装置包括：

[0079] 物理亮度变化梯度生成模块01，用于在LED照明灯具物理亮度的拟合预定变化范围内平均取101个值形成100个物理亮度变化梯度；

[0080] PWM占空比变化函数建立模块02，用于根据物理亮度变化梯度取值建立PWM占空比变化函数，其中，PWM占空比变化函数为如实施例1或实施例2中所述；

[0081] PWM调制函数构建模块03，用于使用模糊理论构建人眼感知亮度的PWM调制函数；

[0082] 最终PWM调制策略输出模块04，用于结合PWM占空比变化函数和PWM调制函数输出人眼感知亮度变化的最终PWM调制策略至控制电路中。

[0083] 所述最终PWM调制策略用于调制控制电路中开关器件的通断频率，调节电路中电流的大小，进而改变LED照明灯具发光亮度。

[0084] 实施例4

[0085] 另外一方面，本发明实施例还公开了一种LED照明灯具亮度变化的控制系统，所述系统包括：处理器、存储器以及一个或多个程序；所述一个或多个程序存储于存储器中，用以被处理器执行上述实施例中所述的方法步骤。

[0086] 上述一种LED照明灯具亮度变化的控制方法步骤包括：

[0087] 在LED照明灯具物理亮度的拟合预定变化范围内平均取101个值形成100个物理亮度变化梯度；根据物理亮度变化梯度取值建立PWM占空比变化函数；使用模糊理论构建人眼感知亮度的PWM调制函数；结合PWM占空比变化函数和PWM调制函数输出人眼感知亮度变化的最终PWM调制策略；及通过最终PWM调制策略调制控制电路中开关器件的通断频率，调节电路中电流的大小，进而改变LED照明灯具发光亮度。

[0088] 优选地，所述人眼感知亮度的PWM调制函数为：F＝D1/2.2

[0089] 其中，F为人眼感知亮度，D为PWM调制策略输出的占空比值。

[0090] 优选地，所述LED照明灯具物理亮度的拟合预定变化范围为0.226到1.1571弧度范围内。

[0091] 此时，所述PWM占空比变化函数为：

[0092] D＝100-100cos(bri)

[0093] bri为在0.226到1.1571弧度范围内平均取的101个值；

[0094] D为PWM调制策略输出的占空比值。

[0095] 更优选地，所述LED照明灯具物理亮度的拟合预定变化范围为0到100范围内的整数值。

[0096] 此时，所述PWM占空比变化函数为：

[0097] D＝100-100[1-1/(ebri/20)]

[0098] 其中，bri为在0到100范围内平均取的101个整数值；

[0099] D为PWM调制策略输出的占空比值。

[0100] 优选地，所述LED照明灯具物理亮度用光通量来表征。

[0101] 现有的具有亮度调节功能的LED照明灯具大部分采用PWM(脉宽调制)调制技术，通过控制电路中开关器件的通断频率，调节电路中电流的大小，进而达到改变LED发光亮度的目的。但大部分调光技术的侧重点在于提高电源的效率、降低调光电路的成本和简化调光软件的算法等基础技术，而对于LED物理亮度的改变效果则是简单的线性调制，即PWM的占空比正比于平均电流值，平均电流值又正比于光通量。

[0102] 本发明的上述实施例的关键点在于：通过对PWM进行非线性的调制，拟合人眼对亮度的非线性感受，达到近似线性的人眼对亮度的感受效果，令人感觉舒适。

[0103] 虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。