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专利号: 2021100855692
申请人: 中国计量大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 其他类目不包含的电技术
更新日期:2024-06-26
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.开放式办公室照明系统,其包括用户接口单元、光色传感单元、位置识别单元、用户身份识别单元、可调光灯组和服务器,以及与所述用户接口单元、光色传感单元、位置识别单元、用户身份识别单元、可调光灯组和服务器均相连的控制单元,所述用户接口单元包括总开关、显示屏和操作面板,用来键入参数和发起操作,所述光色传感单元包括两个分别位于窗户内、外侧的固定光色检测模块,以及对应于办公位及过道的室内光色检测模块,所述光色检测模块用来检测自然光的光强与色温、及各光照测试点的照度、色温光色参数,所述位置识别单元用来检测开放式办公室用户的在位信息,

所述用户身份识别单元用来对开放式办公室用户进行身份识别,

所述可调光灯组包括多个可调光顶灯,所述顶灯采用LED串作为光源、且具有在色温、颜色之中至少一种光性质可调且亮度可调的特性,所述控制单元又包括输入模块、光色处理模块、照明优化处理模块、调光模块、输出模块和存储模块,且控制单元被配置为:输入模块从系统的光色传感单元、位置识别单元分别获取开放式办公室多个光照测试点的色温与照度信号、每个办公位的人员在位信号,基于各测试点的检测信号,光色处理模块计算获取办公室各预设区域的照度梯度值及照度均匀度值,

离线状态下,通过用户接口单元及用户身份识别单元,接受办公室用户的注册,并将用户注册表保存在存储模块中;纯自然光环境中,在不同窗帘开度下通过对窗户外侧固定光色检测模块、室内光色检测模块的传感信号标定,获取光强映射表并保存在存储模块中,对每一个经注册的用户,通过用户接口单元,输入一个光色评分表并将其保存在存储模块中,所述光色评分表的每条记录中,包括办公时间段、色温、照度、评分值,无自然光环境下,调光模块通过改变办公室内可调光顶灯的各LED串的驱动电流值,并记录其对应的各LED串组合发光照明时各光照测试点的色温值、照度值,来获得各LED串的调光照明分布表,并将所述调光照明分布表保存在存储模块中,在线控制时,处理模块基于窗帘开度及窗户外侧固定光色检测模块的检测信号获取当前自然光的光色参数,并根据当前时间、以及通过位置识别单元检测到的用户在位信息,基于所述调光照明分布表、各办公位用户的光色评分表,查找所有对应有在位用户测试点所对应用户的光色评分表得到各在位用户的独立评分,通过多目标优化算法,在可调光灯组各LED串驱动电流值的可取值空间范围内,对其进行寻优,并将寻优结果传送给对应LED串的驱动器,其中,寻优过程中对各LED串驱动电流组合的评分基于所述驱动电流组合对应出光及当前自然光混光后的总光照。

2.根据权利要求1所述的开放式办公室照明系统,其特征在于,所述多目标优化算法处理过程中,在当前时间属于上午7点至下午6点范围内时,还要根据待评分光色参数与当前日光色的相似度,对所述各在位用户的独立评分值进行调整:f10′=f10·(1+η),

η=α·sim(K,Know)+(1‑α)·sim(L,Lnow),

其中,α为设定系数,K、L分别为待评分总光照的色温值、照度与预设的最大照度的比值这两个值,Know、Lnow分别为当前日光的色温和相对亮度,所述相对亮度为当前日光亮度与正午日光亮度的比值,相似度函数sim(,)采用以第二个参数为中心的正态分布函数或三角形分布函数且其分布的幅度根据第一个参数的取值范围进行设定,η为调整系数,f10和f10′分别为调整前后的评分值。

3.根据权利要求1所述的开放式办公室照明系统,其特征在于,所述位置识别单元用来检测用户是否在办公桌位置并对用户进行连续检测并通过累积得到用户的连续工作时间,所述控制单元还被配置为:在多目标优化处理过程中,对办公室各用户,根据光色评分表对不同光色参数条件进行光色评分值计算后,再根据连续工作时间长度t和色温值K,对所述各在位用户的独立评分值进行调整:f10′=f10·η,

其中,t的单位为分钟,K为待评分的光的色温,KS为设定的中间色温值,η为调整系数,f10和f10′分别为调整前后的评分值。

4.根据权利要求1所述的开放式办公室照明系统,其特征在于,所述可调光顶灯包括高色温、低色温两种LED串且每串LED各对应一个驱动电流通道,所述调光照明分布表为一个双通道电流值(i1,i2)组合至各测试点色温、照度值的映射表,在所述多目标优化算法的处理过程中,对于进化群体中的各个体所对应的双通道电流值(i01,i02)组合,通过在所述映射表中进行插值查找来获取各测试点色温、照度值;

所述顶灯通过驱动器调节其内部各LED串的驱动电流值,且所述多目标优化算法的寻优结果为LED串驱动电流的PWM波占空比数值。

5.根据权利要求1所述的开放式办公室照明系统,其特征在于,所述调光照明分布表的每条记录中,包括可调光灯组的n路LED串驱动电流值,以及其对应的经光色处理模块对光色传感单元采样的m个光照测试点传感信号处理后所获取的色温、照度值,所述控制单元还被配置为:通过调光模块和输出模块以步进改变的方式向可调光灯组发出调光信号,对变化后的光环境进行检测并获取所述测试点处的色温、照度值,不断重复直至所记录的样本覆盖各LED串驱动电流的取值区间;

在所述多目标优化算法的处理过程中,首先,进行初始化,确定n路LED串驱动电流参数进行编码的策略,并确定其各自取值区间;其次,针对搜索空间内进化群体中的各个体,基于其n路驱动电流参数值,查找调光照明分布表获取其对应人工光在各测试点的色温、照度值,计算所述人工光与当前自然光混光后的总光照对应在各测试点的色温、照度值,根据所计算出的所述各测试点的色温、照度值以及当前时间段,将所述独立评分求和获得所述个体对应的用户总评分值f1;然后,根据耗电功率计算节能评分值f2,还通过计算获得与窗户平行的各列过道测试点的照度均匀度、及各列过道间照度梯度值,进而分别根据所设定的评分函数计算照度均匀度评分值f3、照度梯度评分值f4,对4个评分值进行加权求和计算出所述个体对应的总体评分值f=k1·f1+k2·f2+k3·f3+k4·f4,其中ki(i=1,2,3,4)为预设的加权系数,并根据所述总体评分值进行遗传、交叉和变异操作,更新进化群体;之后,反复进化群体,直至寻优结束后,输出寻优结果。

6.根据权利要求5所述的开放式办公室照明系统,其特征在于,所述总光照的计算处理过程为:

首先,针对所述个体的n路驱动电流参数值,查找调光照明分布表获取其对应组合单独发光时m个测试点各点的第一色温值、第一照度值;通过窗户外侧固定光色检测模块的检测信号获得当前自然光的第二色温值,同时基于窗帘开度,通过查找光强映射表获取对应于各测试点位置上当前自然光的第二照度值;接着,基于色温到色坐标的转换关系式,将所述第一、第二色温值转换为第一、第二xyz色坐标,同时基于所预设的照度到亮度转换比例,将所述第一、第二照度值转换为第一、第二亮度;并将所述第一xyz色坐标、第一亮度转换为第一XYZ三刺激值,将所述第二xyz色坐标、第二亮度转换为第二XYZ三刺激值,将第一、第二XYZ三刺激值种的X、Y、Z三刺激值分别相加后获得总XYZ三刺激值;将总XYZ三刺激值转换为总xyz色坐标,并进一步转换为总色温,同时,将第一、第二照度相加得到总照度;最后,根据所述总照度、总色温值以及计算出的照度梯度、照度均匀度值,计算所述个体的各因素评分值。

7.根据权利要求1所述的开放式办公室照明系统,其特征在于,所述光色传感单元包括两个分别位于窗户内、外侧的固定光色检测模块,以及对应于办公位及过道的室内光色检测模块,所述固定光色检测模块内的光色传感器容纳于内侧有反光涂层的球冠状取光球中,取光球通过支柱连接在固定座上,在取光球的顶部有几个采光用的小孔,临近取光球与支柱接点处还设有一个连接件,连接件的外侧端部设有一个用于旋转防尘罩的转轴,所述防尘罩在闭合时贴合于取光球的外壁,所述室内光色检测模块采用悬挂于办公位上方天花板上的移动光色检测模块,所述移动光色检测模块包括光色传感器,所述光色传感器容纳于圆柱筒形取光直筒内,所述取光直筒依次通过第二转轴、连杆、第一转轴连接于底座上,所述第一转轴、第二转轴分别在两个正交的横滚方向、俯仰方向上旋转移动,所述控制单元还被配置为:

在办公室过道每隔一段距离、以及每个办公位上设置一个光照测试点,控制移动光色检测模块中的第一转轴、第二转轴旋转,使其取光直筒依次对准预设的所述光照测试点,对所述光色传感器的传感信号,处理获取所述各办公位、及过道的光照测试点的色温与照度值,通过示教多次改变第一转轴、第二转轴旋转角度,在所述取光直筒对准预设的各光照测试点时记录所述第一转轴、第二转轴旋转角度。

8.根据权利要求7所述的开放式办公室照明系统,其特征在于,所述系统还包括一个与控制单元相连的窗帘开度检测单元,基于所述窗帘开度检测单元的传感信号,控制单元处理获取窗帘开度,所述窗帘开度检测单元包括一个与窗帘旋转模块联动的窗帘开度传感器,

纯自然光环境中,基于所述窗帘开度检测单元获取所述窗帘开度,离线状态下,改变窗帘开度,在各窗帘开度下,通过所述窗户外侧固定光色检测模块获取室外光强,同时通过室内光色检测模块获取其对应的各光照测试点的照度值,在光强映射表中记录所述室外光强及各光照测试点的照度值;

离线状态时,在不同窗帘开度下,通过所述窗户内、外侧的固定光色检测模块分别获取窗户内、外光强,并用一个窗内外光强度映射表记录相应的窗户内光强、窗户外光强及窗帘开度,在线状态时,基于所述窗户内、外侧的固定光色检测模块分别获取窗户内、外光强,并通过查找所述窗内外光强度映射表获取所述窗帘开度。

9.根据权利要求5所述的开放式办公室照明系统,其特征在于,在所述多目标优化处理过程中,所述用户总评分值f1还要乘以照度系数η1,其中,E为当前所有在位办公用户的办公桌面照度的平均值,aE为根据统计所获得的、覆盖了评分为满意的设定比例人数的、照度值的区间的上限值;

所述照度均匀度评分值f3,按如下评分函数计算,

其中,U为当前照度均匀度,bU是按标准所设定的参考值,aU是一个预设的下限值;

所述照度梯度评分值f4,按如下评分函数计算,

其中,d为当前照度梯度,D是所设定的参考值,σ是一个预设的宽度值。

10.根据权利要求1所述的开放式办公室照明系统,其特征在于,按时间段或场景模式对多目标优化处理过程中的各预设参数进行调整,所述时间段包括白天、晚上、周末、午饭、上班开始、接近下班、茶歇,

所述场景模式包括上班、下班、暂歇、加班、清扫、安全、讨论,

并在所述时间段或场景模式下用多目标优化算法进行参数寻优时,根据所调整的预设参数进行各因素评分值计算。