超人因照明的自适应智能照明控制系统的设计

摘要：为解决照明控制系统不够人性化的问题，提出超人因照明的自适应照明控制系统的设计。此系统的设计充分融合现代物联网技术、人工智能技术，让系统具备学习功能，自动感应人体行为，自适应转换区域亮度。借助传感器技术和智能技术设计出来的照明控制系统，可以适应环境实现自动调节，满足人体个性化的需求。基于超人因照明的自适应照明控制系统是先进的智能照明体系，可在市场上推广使用。

关键词：超人因照明智能照明控制系统物联网传感器自适应

中图分类号：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

在智能时代，智能感应成为主要趋势，因此围绕人的体验的智能化研究成为主流，在研制与开发当中，以人的行为、视觉功效、视觉生理为基础，在现代技术支持下开发出具备科技含量的舒适的智能照明系统。随着LED照明的发展，基于超人因照明的自适应照明控制系统设计从视觉角度对光源的品质提出更高的要求，并且也从非视觉角度考虑光对人类产生的影响。

1智能照明系统的设计

1.1背景技术

现代社会背景下，人因照明技术逐渐被越来越多人重视，由于灯光亮度和色温的变化会给人直接的感受，进而影响人的视力、工作效率，影响到人体的情绪等。目前市场上采用的是人因照明系统，这种系统最经典的是一种基于时间控制的人体节律照明系统。其可以在不同的时间段自动调节LED照明的亮度和色温，可以给人们提供科学、健康的照明环境，进而给人们更舒适的感受；更关键在于这种设计方式可以实现节能、降低能耗的目标，给人们提供舒适的感受。但这种设计只是在表面上按照既定编程来工作，当外界环境产生变化之后，系统并没有自动的判断能力，不能及时判断、预知环境，无法及时适应新的环境。因此，在时间的人体节律照明系统的基础上，出现了组合的控制系统，创新出诸多的智能照明体系，如基于时间和光照度传感器的组合控制方式。该系统是根据外部光照环境的改变来实现自动调节系统，从而适应环境的亮度，整体的反应效率也很高。但这种系统的设计忽视了人自身的习惯，比如有人并不适应早起、有人并不喜欢暖光等。这些差异的客观存在十分普遍，如女性的生理周期、生育期间之内，时间是不同的，但是如果没有个性化的人因照明系统支持，也就很难实现个性化的控制[1]。

1.2智能照明系统研发现状

现阶段市面上出现诸多的超人因照明系统，系统种类差别较大，功能也各异。其中最具有代表性的是一种基于大数据模型的照明系统。这种系统通过获得用户的生理信息，根据大数据算法模型，打造基于用户的个性化的超人因照明系统。这种系统的设计十分人性化，充分考虑了人体节律和用户习惯。但也存在局限，主要体现在以下几个方面。

（1）技术门槛很高。这是因为这种系统的设计需要与大数据结合，构建大数据模型。而构建之前，需要海量的数据样本，只有经过模拟才可以确定样本合理。这直接关系到模型的准确性。

（2）只能录入一个用户的信息。这是因为当更换了用户，系统需要重新获取用户的生理信息，再根据大数据算法模型打造一个新的超人因照明系统。如果多个用户同时使用时，系统就会以录入信息的用户习惯为准，不能自动“分辨”出谁使用得更频繁，所以如果录入信息的用户不再使用了，系统也不能实现自动切换，十分笨拙。

为设计出适合用户习惯、能够自动“分辨”用户喜好的智能照明系统，笔者设计出一款自适应照明系统。该系统充分利用现代化物联网、传感器等先进技术，融合现代化技术进行设计。

2超人因照明系统的设计需求分析

本项目设计的自适应照明系统，综合考虑了人体节律，同时借助传感器数据和用户习惯，可以给用户打造私人、人性化的体验，满足用户的个性化需求。系统在设计上是依据大数据模型推导，其并不需要搜集海量的数据，而是后天学习、适应的过程，通过本地强化学习的功能，在与外界环境不断接触的过程中，模仿、分析、捕捉用户的行为习惯。这种设计就打破传统的设计格局，当用户在更换以后，系统只需要和新用户不断地交互对话，只需要很短的时间就可以判断出用户的喜好，可以综合输出人体的生活规律，找到新用户的习惯，并且将光调节成用户习惯的亮度、色温[2]。

3超人因照明系统的设计

3.1系统设计

系统组成模块由时间模块、应用场景、传感器模块、控制面板、LED照明设备和自适应控制系统组成，如图1所示。

系统的功能运行流程是：检测到有人→获取当前的时间→获取当前场景的Q值→读取当前的亮度与色温→检测当前的亮度并且进行调节→PWM控制LED设备实现调节。系统通过微波雷达人体传感器，检测到有人，然后获取到当前时间的Q值表，读取最大概率P值对应的亮度值和色温值，通过照度传感器的反馈值，向上或向下调节LED照明设备的PWM值，达到恒照度照明。

系统在调节与学习的时候，运行过程是：用户调节亮度和色温→获取当前的时间与场景→用户操作、系统学习→强化学习→更新Q值。学习功能的实现，用户可以通过控制面板可以对LED照明设备进行调节控制，当前调节值保持10min以上的运行，视为用户有效操作。系统获取当前的时间和场景，在判断用户操作有效时更新Q值表。

在设计上，为了方便系统Q值表的建立和使用，把时间分成若干段。时间的分段处理：时间按每30min的间隔进行划分，T1代表0点至0.5点时间段，T2代表0.5点至1点时间段，T47代表23点至23.5点时间段，T48代表23.5点至24点时间段。LED照明设备把PWM调节的亮度和色温也分成了若干段，照明亮度按5%的梯度进行划分，为20个等级，B1代表0～5%亮度段，B2代表5%～10%的亮度段，色温的取值范围是2700～6500K，即mirek的取值范围是154～370，先采用归一化处理，使得mirek的取值范围是0～216。按每10个mirek值进行划分，为22个等级，M1代表0～10，M2代表10～20。

Q矩阵表示不同时间段的各种状态下，用户做了某种行为后自己给打的分的累积，也就是将用户行为数据化。在学习型中，一开始由于用户还没有手动调节过LED照明设备，所以Q矩阵的初始值是基本型系统的数据。

图2是时间-亮度的Q矩阵表，矩阵值是概率值。当用户通过界面进行控制LED设备时，判断行为有效时，得到一个积极的反馈，把当前时间段和亮度段对应的概率值+1。需要注意的是，当有概率值达到100时，进行同比例缩小运算。系统在进行自适应调光时，根据当前时间段，查询到Q矩阵表中对应的最大概率P值，读到P值对应的亮度值B，取中间值作为PWM输出值。

3.2系统功能

3.2.1传感器模块

传感器模块分为两类。一类是微波雷达人体传感器，这种传感器是检测人员的信息，当人与设备产生互动的时候，系统会根据需求启动，系统感应到人离开区域之后，系统就会自动关闭。在智慧物联网实现的过程中，微波雷达人体传感器可以检测到人的行动。目前市场上出现的全球首个可探测呼吸的5.8GHz微波雷达存在感应SoC芯片AT58MP1T1RS32A，简称AT5820，是由隔空智能科技公司研制出来的。AT5820实现高度集成，有32位MCU，既可以处理雷达信号，也可以取代部分上位机。AT5820可以在人体运动侦测的时候检测到人体的动作和呼吸信号，真实感应到人体的存在。另外一种是光照度传感器。这种主要是检测区域环境的光照度，如果光线很亮，则系统会自动调节LED设备，降低光线的明度，反之亦然。这种设计可以让当前环境的光照度始终保持一个舒适的状态，给人们提供舒适的居住环境[3]。

3.2.2时间模块

系统的时间模块可以支持时间参数，将时间划分成不同的参数，分成不同段，通常是按照每30min的间隔进行一次照度和色温的更新。在照明设备中，可以将PWM调节的温度、色温分成不同段，在设计上，将亮度和照度按5%的梯度进行划分，可划分为20个等级，也可以将其按照10个mirek值进行划分。

3.2.3自适应调节

智能系统还可以根据不同场景来调节光照情况，如教室、医院等不同的场景对调光曲线的要求是不一样的，本系统会预存各个应用场景下的T-Q曲线表，根据环境来进行调节。用户在使用的时候，可通过控制面板控制照明系统，自由调节适合自己的亮度和色温。自动调节的时候可以根据自己的喜好，选择概率最大的亮度值、色温值，将其调整到用户喜好的温度范围之内[4]。基于超人因照明的自适应照明控制系统，为满足用户的个人需求，在设计上更个性化。例如：传感器可智能搜集各种信息，用户可通过控制面板来进行操作[5]。又如：用户想调节室内光的温度与色度，可以通过控制界面f5b3829fa3b9402d9d7a573f21ad22300ad30bb3ffd1cce92c8c63fc183c4978来进行调节，智能界面可以直接调节光的颜色。使用时，时间段显示灰色；当系统进入下一个时间段，会把最后一次的亮度、色8016f19e35c9133833eeb76c52dfca7229232a479cfe6b52c8c07255f4435774温进行保存。当进入下一个时间段之后，界面会显示绿色，此时的界面是自适应调光，是适合当前环境的最佳色温、亮度，是新的参数值。

3.2.4满足个性化需求

根据不同的需求设计出不同的功能，比如学习功能、基本功能，甚至有应用场景、设置参数等功能，在设计上十分智能。基本型是指现阶段的系统根据传感器的数据、时间、人体节律所设计出来的T-Q值，这种数值可以实现自动控制LED，这就是很具体的人因照明系统案例。学习型是在系统的基础上，加入学习的功能，系统在不断学习的过程中逐步掌握用户的行为习惯，了解用户的照明习惯。应用场景的功能会根据用户的需求不断升级，会出现新的场景曲线，满足更多场合的需求。重置功能可以满足用户的不同需求，用户的环境、行为改变，或者是更换用户，都可以选择这个功能。该功能可以清除用户的所有习惯性参数；如果是新用户，可以不使用这个功能，智能系统只需要不断学习，在很短的时间内也可以很快适应新用户的习惯，满足用户的个性化需求。

4结语

综上所述，基于智能照明系统的智能技术，在LED照明中发挥了智能调节的作用，可以为人们营造舒适、智能的环境。文章简要论述技术研发背景，阐述智能调控技术实现的关键技术，最后讨论该技术的市场功能实现趋势。当前市场关于这方面的研制较多，可在一定程度上满足市场需求，未来将会有更多先进技术融入照明系统中，满足人们个性化的需求。

参考文献

[1]赵晓雪.基于室内人员分布的光环境建模和智能优化[D].济南：山东师范大学，2022.

[2]冀心成.数据驱动的建筑室内光环境建模与优化调度[D].济南：山东建筑大学，2023.

[3]李双.基于人因照明的城市广场空间照明策略研究[J].光源与照明，2023（3）：10-12.

[4]刘博，李天宇，苏航，等.面向适人性的空间站光环境与人因照明研究[J].载人航天，2023，29（3）：309-316.

[5]陈荃，臧锋.浅议基于人因工程学的城市道路照明评价体系研究[J].照明工程学报，2023，34（4）：99-102.