摘要：為解決照明控制系統(tǒng)不夠人性化的問題，提出超人因照明的自適應(yīng)照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)充分融合現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)，讓系統(tǒng)具備學(xué)習(xí)功能，自動(dòng)感應(yīng)人體行為，自適應(yīng)轉(zhuǎn)換區(qū)域亮度。借助傳感器技術(shù)和智能技術(shù)設(shè)計(jì)出來的照明控制系統(tǒng)，可以適應(yīng)環(huán)境實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)，滿足人體個(gè)性化的需求?；诔艘蛘彰鞯淖赃m應(yīng)照明控制系統(tǒng)是先進(jìn)的智能照明體系，可在市場上推廣使用。

關(guān)鍵詞：超人因照明智能照明控制系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)傳感器自適應(yīng)

中圖分類號(hào)：TM92

DesignofAdaptiveIntelligentLightingControlSystemBasedonSuperHumanCentricLighting

CAILijun

NingboSnappyOptoelectronicsCo.，Ltd.，NingboCity，ZhejiangProvince，315048China

Abstract：Inordertosolvetheproblemofinsufficienthumanizationinlightingcontrolsystem，adesignofadaptivelightingcontrolsystemforsuperhumancentriclightingisproposed.ThedesignofthesystemfullyintegratesmodernInternetofThingstechnologyandArtificialIntelligencetechnology，enablingthesystemtoobtainthelearningfunction，automaticallysenseshumanbehavior，andadaptivelyconvertareabrightness.Thelighting&nbSwmyM7OV316nyXahzoPBQQ==sp;controlsystemdesignedbysensortechnologyandintelligenttechnologycanadapttotheenvironmenttoachieveautomaticadjustmentandmeettheindividualneedsofthehumanbody.Theadaptivelightingcontrolsystembasedonsuperhumancentriclightingisanadvancedintelligentlightingsystem，whichcanbepromotedandusedinthemarket.

KeyWords：Superhumancentriclighting;Intelligentlightingcontrolsystem;InternetofThings;Sensors;Adaptive

在智能時(shí)代，智能感應(yīng)成為主要趨勢，因此圍繞人的體驗(yàn)的智能化研究成為主流，在研制與開發(fā)當(dāng)中，以人的行為、視覺功效、視覺生理為基礎(chǔ)，在現(xiàn)代技術(shù)支持下開發(fā)出具備科技含量的舒適的智能照明系統(tǒng)。隨著LED照明的發(fā)展，基于超人因照明的自適應(yīng)照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)從視覺角度對(duì)光源的品質(zhì)提出更高的要求，并且也從非視覺角度考慮光對(duì)人類產(chǎn)生的影響。

1智能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1背景技術(shù)

現(xiàn)代社會(huì)背景下，人因照明技術(shù)逐漸被越來越多人重視，由于燈光亮度和色溫的變化會(huì)給人直接的感受，進(jìn)而影響人的視力、工作效率，影響到人體的情緒等。目前市場上采用的是人因照明系統(tǒng)，這種系統(tǒng)最經(jīng)典的是一種基于時(shí)間控制的人體節(jié)律照明系統(tǒng)。其可以在不同的時(shí)間段自動(dòng)調(diào)節(jié)LED照明的亮度和色溫，可以給人們提供科學(xué)、健康的照明環(huán)境，進(jìn)而給人們更舒適的感受；更關(guān)鍵在于這種設(shè)計(jì)方式可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能、降低能耗的目標(biāo)，給人們提供舒適的感受。但這種設(shè)計(jì)只是在表面上按照既定編程來工作，當(dāng)外界環(huán)境產(chǎn)生變化之后，系統(tǒng)并沒有自動(dòng)的判斷能力，不能及時(shí)判斷、預(yù)知環(huán)境，無法及時(shí)適應(yīng)新的環(huán)境。因此，在時(shí)間的人體節(jié)律照明系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了組合的控制系統(tǒng)，創(chuàng)新出諸多的智能照明體系，如基于時(shí)間和光照度傳感器的組合控制方式。該系統(tǒng)是根據(jù)外部光照環(huán)境的改變來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，從而適應(yīng)環(huán)境的亮度，整體的反應(yīng)效率也很高。但這種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)忽視了人自身的習(xí)慣，比如有人并不適應(yīng)早起、有人并不喜歡暖光等。這些差異的客觀存在十分普遍，如女性的生理周期、生育期間之內(nèi)，時(shí)間是不同的，但是如果沒有個(gè)性化的人因照明系統(tǒng)支持，也就很難實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的控制[1]。

1.2智能照明系統(tǒng)研發(fā)現(xiàn)狀

現(xiàn)階段市面上出現(xiàn)諸多的超人因照明系統(tǒng)，系統(tǒng)種類差別較大，功能也各異。其中最具有代表性的是一種基于大數(shù)據(jù)模型的照明系統(tǒng)。這種系統(tǒng)通過獲得用戶的生理信息，根據(jù)大數(shù)據(jù)算法模型，打造基于用戶的個(gè)性化的超人因照明系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)十分人性化，充分考慮了人體節(jié)律和用戶習(xí)慣。但也存在局限，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）技術(shù)門檻很高。這是因?yàn)檫@種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要與大數(shù)據(jù)結(jié)合，構(gòu)建大數(shù)據(jù)模型。而構(gòu)建之前，需要海量的數(shù)據(jù)樣本，只有經(jīng)過模擬才可以確定樣本合理。這直接關(guān)系到模型的準(zhǔn)確性。

（2）只能錄入一個(gè)用戶的信息。這是因?yàn)楫?dāng)更換了用戶，系統(tǒng)需要重新獲取用戶的生理信息，再根據(jù)大數(shù)據(jù)算法模型打造一個(gè)新的超人因照明系統(tǒng)。如果多個(gè)用戶同時(shí)使用時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)以錄入信息的用戶習(xí)慣為準(zhǔn)，不能自動(dòng)“分辨”出誰使用得更頻繁，所以如果錄入信息的用戶不再使用了，系統(tǒng)也不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換，十分笨拙。

為設(shè)計(jì)出適合用戶習(xí)慣、能夠自動(dòng)“分辨”用戶喜好的智能照明系統(tǒng)，筆者設(shè)計(jì)出一款自適應(yīng)照明系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分利用現(xiàn)代化物聯(lián)網(wǎng)、傳感器等先進(jìn)技術(shù)，融合現(xiàn)代化技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2超人因照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求分析

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的自適應(yīng)照明系統(tǒng)，綜合考慮了人體節(jié)律，同時(shí)借助傳感器數(shù)據(jù)和用戶習(xí)慣，可以給用戶打造私人、人性化的體驗(yàn)，滿足用戶的個(gè)性化需求。系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上是依據(jù)大數(shù)據(jù)模型推導(dǎo)，其并不需要搜集海量的數(shù)據(jù)，而是后天學(xué)習(xí)、適應(yīng)的過程，通過本地強(qiáng)化學(xué)習(xí)的功能，在與外界環(huán)境不斷接觸的過程中，模仿、分析、捕捉用戶的行為習(xí)慣。這種設(shè)計(jì)就打破傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)格局，當(dāng)用戶在更換以后，系統(tǒng)只需要和新用戶不斷地交互對(duì)話，只需要很短的時(shí)間就可以判斷出用戶的喜好，可以綜合輸出人體的生活規(guī)律，找到新用戶的習(xí)慣，并且將光調(diào)節(jié)成用戶習(xí)慣的亮度、色溫[2]。

3超人因照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)組成模塊由時(shí)間模塊、應(yīng)用場景、傳感器模塊、控制面板、LED照明設(shè)備和自適應(yīng)控制系統(tǒng)組成，如圖1所示。

系統(tǒng)的功能運(yùn)行流程是：檢測到有人→獲取當(dāng)前的時(shí)間→獲取當(dāng)前場景的Q值→讀取當(dāng)前的亮度與色溫→檢測當(dāng)前的亮度并且進(jìn)行調(diào)節(jié)→PWM控制LED設(shè)備實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。系統(tǒng)通過微波雷達(dá)人體傳感器，檢測到有人，然后獲取到當(dāng)前時(shí)間的Q值表，讀取最大概率P值對(duì)應(yīng)的亮度值和色溫值，通過照度傳感器的反饋值，向上或向下調(diào)節(jié)LED照明設(shè)備的PWM值，達(dá)到恒照度照明。

系統(tǒng)在調(diào)節(jié)與學(xué)習(xí)的時(shí)候，運(yùn)行過程是：用戶調(diào)節(jié)亮度和色溫→獲取當(dāng)前的時(shí)間與場景→用戶操作、系統(tǒng)學(xué)習(xí)→強(qiáng)化學(xué)習(xí)→更新Q值。學(xué)習(xí)功能的實(shí)現(xiàn)，用戶可以通過控制面板可以對(duì)LED照明設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，當(dāng)前調(diào)節(jié)值保持10min以上的運(yùn)行，視為用戶有效操作。系統(tǒng)獲取當(dāng)前的時(shí)間和場景，在判斷用戶操作有效時(shí)更新Q值表。

在設(shè)計(jì)上，為了方便系統(tǒng)Q值表的建立和使用，把時(shí)間分成若干段。時(shí)間的分段處理：時(shí)間按每30min的間隔進(jìn)行劃分，T1代表0點(diǎn)至0.5點(diǎn)時(shí)間段，T2代表0.5點(diǎn)至1點(diǎn)時(shí)間段，T47代表23點(diǎn)至23.5點(diǎn)時(shí)間段，T48代表23.5點(diǎn)至24點(diǎn)時(shí)間段。LED照明設(shè)備把PWM調(diào)節(jié)的亮度和色溫也分成了若干段，照明亮度按5%的梯度進(jìn)行劃分，為20個(gè)等級(jí)，B1代表0～5%亮度段，B2代表5%～10%的亮度段，色溫的取值范圍是2700～6500K，即mirek的取值范圍是154～370，先采用歸一化處理，使得mirek的取值范圍是0～216。按每10個(gè)mirek值進(jìn)行劃分，為22個(gè)等級(jí)，M1代表0～10，M2代表10～20。

Q矩陣表示不同時(shí)間段的各種狀態(tài)下，用戶做了某種行為后自己給打的分的累積，也就是將用戶行為數(shù)據(jù)化。在學(xué)習(xí)型中，一開始由于用戶還沒有手動(dòng)調(diào)節(jié)過LED照明設(shè)備，所以Q矩陣的初始值是基本型系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

圖2是時(shí)間-亮度的Q矩陣表，矩陣值是概率值。當(dāng)用戶通過界面進(jìn)行控制LED設(shè)備時(shí)，判斷行為有效時(shí)，得到一個(gè)積極的反饋，把當(dāng)前時(shí)間段和亮度段對(duì)應(yīng)的概率值+1。需要注意的是，當(dāng)有概率值達(dá)到100時(shí)，進(jìn)行同比例縮小運(yùn)算。系統(tǒng)在進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)光時(shí)，根據(jù)當(dāng)前時(shí)間段，查詢到Q矩陣表中對(duì)應(yīng)的最大概率P值，讀到P值對(duì)應(yīng)的亮度值B，取中間值作為PWM輸出值。

3.2系統(tǒng)功能

3.2.1傳感器模塊

傳感器模塊分為兩類。一類是微波雷達(dá)人體傳感器，這種傳感器是檢測人員的信息，當(dāng)人與設(shè)備產(chǎn)生互動(dòng)的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)需求啟動(dòng)，系統(tǒng)感應(yīng)到人離開區(qū)域之后，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。在智慧物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的過程中，微波雷達(dá)人體傳感器可以檢測到人的行動(dòng)。目前市場上出現(xiàn)的全球首個(gè)可探測呼吸的5.8GHz微波雷達(dá)存在感應(yīng)SoC芯片AT58MP1T1RS32A，簡稱AT5820，是由隔空智能科技公司研制出來的。AT5820實(shí)現(xiàn)高度集成，有32位MCU，既可以處理雷達(dá)信號(hào)，也可以取代部分上位機(jī)。AT5820可以在人體運(yùn)動(dòng)偵測的時(shí)候檢測到人體的動(dòng)作和呼吸信號(hào)，真實(shí)感應(yīng)到人體的存在。另外一種是光照度傳感器。這種主要是檢測區(qū)域環(huán)境的光照度，如果光線很亮，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)LED設(shè)備，降低光線的明度，反之亦然。這種設(shè)計(jì)可以讓當(dāng)前環(huán)境的光照度始終保持一個(gè)舒適的狀態(tài)，給人們提供舒適的居住環(huán)境[3]。

3.2.2時(shí)間模塊

系統(tǒng)的時(shí)間模塊可以支持時(shí)間參數(shù)，將時(shí)間劃分成不同的參數(shù)，分成不同段，通常是按照每30min的間隔進(jìn)行一次照度和色溫的更新。在照明設(shè)備中，可以將PWM調(diào)節(jié)的溫度、色溫分成不同段，在設(shè)計(jì)上，將亮度和照度按5%的梯度進(jìn)行劃分，可劃分為20個(gè)等級(jí)，也可以將其按照10個(gè)mirek值進(jìn)行劃分。

3.2.3自適應(yīng)調(diào)節(jié)

智能系統(tǒng)還可以根據(jù)不同場景來調(diào)節(jié)光照情況，如教室、醫(yī)院等不同的場景對(duì)調(diào)光曲線的要求是不一樣的，本系統(tǒng)會(huì)預(yù)存各個(gè)應(yīng)用場景下的T-Q曲線表，根據(jù)環(huán)境來進(jìn)行調(diào)節(jié)。用戶在使用的時(shí)候，可通過控制面板控制照明系統(tǒng)，自由調(diào)節(jié)適合自己的亮度和色溫。自動(dòng)調(diào)節(jié)的時(shí)候可以根據(jù)自己的喜好，選擇概率最大的亮度值、色溫值，將其調(diào)整到用戶喜好的溫度范圍之內(nèi)[4]?；诔艘蛘彰鞯淖赃m應(yīng)照明控制系統(tǒng)，為滿足用戶的個(gè)人需求，在設(shè)計(jì)上更個(gè)性化。例如：傳感器可智能搜集各種信息，用戶可通過控制面板來進(jìn)行操作[5]。又如：用戶想調(diào)節(jié)室內(nèi)光的溫度與色度，可以通過控制界面f5b3829fa3b9402d9d7a573f21ad22300ad30bb3ffd1cce92c8c63fc183c4978來進(jìn)行調(diào)節(jié)，智能界面可以直接調(diào)節(jié)光的顏色。使用時(shí)，時(shí)間段顯示灰色；當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入下一個(gè)時(shí)間段，會(huì)把最后一次的亮度、色8016f19e35c9133833eeb76c52dfca7229232a479cfe6b52c8c07255f4435774溫進(jìn)行保存。當(dāng)進(jìn)入下一個(gè)時(shí)間段之后，界面會(huì)顯示綠色，此時(shí)的界面是自適應(yīng)調(diào)光，是適合當(dāng)前環(huán)境的最佳色溫、亮度，是新的參數(shù)值。

3.2.4滿足個(gè)性化需求

根據(jù)不同的需求設(shè)計(jì)出不同的功能，比如學(xué)習(xí)功能、基本功能，甚至有應(yīng)用場景、設(shè)置參數(shù)等功能，在設(shè)計(jì)上十分智能?；拘褪侵脯F(xiàn)階段的系統(tǒng)根據(jù)傳感器的數(shù)據(jù)、時(shí)間、人體節(jié)律所設(shè)計(jì)出來的T-Q值，這種數(shù)值可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制LED，這就是很具體的人因照明系統(tǒng)案例。學(xué)習(xí)型是在系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加入學(xué)習(xí)的功能，系統(tǒng)在不斷學(xué)習(xí)的過程中逐步掌握用戶的行為習(xí)慣，了解用戶的照明習(xí)慣。應(yīng)用場景的功能會(huì)根據(jù)用戶的需求不斷升級(jí)，會(huì)出現(xiàn)新的場景曲線，滿足更多場合的需求。重置功能可以滿足用戶的不同需求，用戶的環(huán)境、行為改變，或者是更換用戶，都可以選擇這個(gè)功能。該功能可以清除用戶的所有習(xí)慣性參數(shù)；如果是新用戶，可以不使用這個(gè)功能，智能系統(tǒng)只需要不斷學(xué)習(xí)，在很短的時(shí)間內(nèi)也可以很快適應(yīng)新用戶的習(xí)慣，滿足用戶的個(gè)性化需求。

4結(jié)語

綜上所述，基于智能照明系統(tǒng)的智能技術(shù)，在LED照明中發(fā)揮了智能調(diào)節(jié)的作用，可以為人們營造舒適、智能的環(huán)境。文章簡要論述技術(shù)研發(fā)背景，闡述智能調(diào)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，最后討論該技術(shù)的市場功能實(shí)現(xiàn)趨勢。當(dāng)前市場關(guān)于這方面的研制較多，可在一定程度上滿足市場需求，未來將會(huì)有更多先進(jìn)技術(shù)融入照明系統(tǒng)中，滿足人們個(gè)性化的需求。

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