照明智能控制系统的应用研究

　　一、问题的提出

　　电气照明100多年来，前人从发光原理、发光材料、光源工作频率及其生产工艺等方面进行的研究，取得了重大进展，才成就了今天的光彩照明。但从绿色照明的基本原则来看，现行的照明灯具还存在某些常见而又被忽视了的问题。本项目仅探讨四点，以期形成符合绿色照明基本原则——节能且达标的新一代照明灯具。现简析如下。

　　① 光源老化问题

      你的学习环境照度达标吗？事实上，从物理本质来看，在照明过程中用任何材料、任何工艺生产的任何（大小功率的冷/热）光源用久了都会老化，亮度都会降低。因此，任何灯具，即使出厂时照度是达标的，但是，用久了其照度就不可能再达标了，尽管灯又没有坏。从而招致使用者长期在灯又没坏、照度又不达标的环境下学习。这怎能不造成视觉神经过度疲劳、学习效率低下、形成近视眼或近视程度加深呢！由此可见，仅从光源材料和工艺等方面来解决光源老化问题是不够的。为此，我们另劈蹊径从灯具电路设计角度，提出了“学习环境照度达标指示器+基准智能调光器”来解决之：即在照明过程中，照度达标指示器始终监测并提示学习环境（即自然照明环境＋人工照明环境）的合成照度是否符合GB/CIE照明标准，从而使灯具在照明过程中、在照度达标提示意义下、始终符合绿色照明的基本原则――节能且达标，避免因照度不达标这一外因所致的近视眼。

　　② 读写区域问题

      涉及千家万户的学习台灯，在本组受理前市面上学习台灯的照度达标区域较小，约35cm×30cm，中间放作业本，旁边书本上的照度就不达标了。为此，本项目把学习台灯的读写区域（RW）界定为：学习台灯前约50cm×42cm的矩形区域，在此区域内照度应符合GB或CIE照明标准，避免因旁边书本上的照度不达标这一外因所致的近视眼。

　　③ 镜片老化问题

      为什么眼镜度数越戴越深？我多次请教眼科医生，答案都是“多换眼镜。”事实上，从物理本质来看，任何镜片用久了都会自然老化，时间越长，老化越严重，透光率越低，作用于眼球黄斑上的光通量就愈少，看书写字就本能地俞近，近视程度就随之加深。为此，我们提出了：“照度达标指示器+基准智能接近调光器”，旨在照明达标的前提下，当头部小于眼科医生共识的标准读写距离30cm时，灯具光源就智能增亮，以补偿镜片自然老化所导致的作用于眼球黄斑上的光通量的减少，避免因镜片老化又舍不得花钱多换眼镜所致的近视加深。

　　④ 照明与环境亮度的匹配问题

      观察一下我们所在的教室、办公室即可发现：靠近窗户的环境较亮，远离窗户较暗。因此，为了满足绿色照明的基本原则——节能且达标，靠近窗户的灯光就应该较暗；远离窗户的，则应较亮，即照明与环境亮度应相互匹配。然而现实的情况是：全国，的教室、实验室、阅览室、读书馆、办公室、商场、行道、高速公路，其照明与环境亮度相匹配吗？或不匹配或匹配太差！为此，我们提出了基准智能调光方法：即以GB/CIE照明标准为基准，若环境+灯光的合成照度大于GB/CIE照明标准，则无功耗地降低灯光的亮度使其合成照度符合GB/CIE照明标准；反之，则无功耗地提升灯光的亮度也使其合成照度符合GB/CIE照明标准，其调节范围是灯功率的2%～100%，从而使照明与环境亮度在照明标准意义下始终匹配，故基准智能调光技术又名为基准智能照明-环境亮度匹配技术。我们提出的基准智能调光方法，实质上，是在照明达标的前提下限度地利用了每一盏灯周围的环境亮度而调整灯功率亮度，因此较同类灯具节能约15%～30%、灯管寿命延长至少30%，显色系数更高，符合绿色照明的基本原则。

　　综上所述，基于上述四个理念及其相应的三个，即可形成以照度达标指示功能+基准智能调光功能为基本特征的新一代照明灯具，从而克服了现行照明灯具不能克服的上述四个常见而又被忽视了的问题，使之符合绿色照明的基本原则节能且达标同时延长灯管的寿命。

　　二、本项目性能样机简介

　　本项目可用于一切有照明标准而又需要绿色照明的场合，例如商场、办公室、教室、实验室、图书馆、阅览室、路灯、太阳能路灯，等等。我们所作出的三个性能样机：学习环境照度达标指示器（黑色），基准智能调光学习台灯，基准智能接近调光学习台灯，仅仅是为了验证上述四个理念的合理性及其相应三个的可行性。本发明用于学习台灯，旨在解决光源老化，灯又没坏、照度又不达标所致的近视眼，而不是节能，尽管它本身也节能。为方便计，学习环境照度达标指示器已内置于新一代照明灯具中。当然，亦可独立生产，以检测使用者所在学习环境的照度是否达标。现简介如下。

　　A、基准智能调光学习台灯（兰色）

　　1、设计目的：确保学习环境符合GB/CIE照明标准，克服因光源老化所引起的照度不达标所致的近视眼。

　　2、适用人群：儿童与青少年。

　　3、新增功能有二：（即现行学习台灯没有的功能）

　　（1） 照度达标指示功能 学习环境照度达标指示器，在学习台灯的使用过程中，始终监测并提示其读写区域RW:50cm×42cm内的照度是否符合GB/CIE照明标准，从而在监测和提示意义下确保照明始终达标。

　　（2） 基准智能调光功能 具有学习环境照度达标指示功能的学习台灯，固然在监测和提示意义下能解决光源自然老化灯又没坏、照度又不达标所造成的近视眼这一老问题，但必将导致因照度不达标而被淘汰或移作它用的灯管。为此，启用了我们的原创技术基准智能调光器，从而构成具有“学习环境照度达标指示功能+基准智能调光功能”的学习台灯。值得说明的是，传统调光技术有两个特点：一是感觉环境明暗调光。显然，这有悖于照明工业标准。其次，传统调光技术是用分压法或调角法（即控制双向可控硅的导通角）来调光的，因此它不可能作到无功耗连续调光，同时必将降低光源的显色系数、恶化光源质量。而我们提出的基准智能调光技术是典型的无功耗、无间断、以GB/CIE照明标准为基准的调光技术。因此，只要采用我们的技术并用瓦数较大的灯管，例如24瓦～27瓦的H管，则无论采用GB或CIE照明标准，都可以简单地实现基准智能调光，从而大大减少了因照明不达标而被淘汰的灯管，又克服了传统学习台灯根本不能克服的灯管功率大了照度超标；光源老化了照度又不达标这一矛盾所造成的眼疾或近视眼这一老问题。

　　B、基准智能接近调光学习台灯（红色）

　　1、设计目的：补偿因镜片老化、透光率降低所减少的作用于眼球黄斑上的光通量，从而避免因镜片老化而导致的近视程度的加深。

　　2、适用人群：近视眼镜人群。

　　3、新增功能有二：（即传统学习台灯不具备的功能）

　　（1） 照度达标指示功能 在基准智能接近调光学习台灯使用过程中，学习环境照度达标指示器的作用是始终监测并提示其读写区域的照度是否符合GB/CIE照明标准。

　　（2） 基准智能接近调光功能 阅读距离大于30cm时，学习台灯工作于GB/CIE标准照明状态；当视物模糊，颈项前倾接近或小于标准阅读距离时，灯光亮度随之增加、直至灯管的亮度以弥补镜片老化、透光率降低所减少的作用于眼球黄斑上的光通量，从而克服镜片老化所致的近视程度加深这一常见而又被忽视了的问题。

　　4、共用功能 （即与传统学习台灯相同的功能）

　　（1） （仿计算机显示器的）无闪频功能；

　　（2） （眼靠医生共识的）视力保护三要素功能。

　　三、基准智能调光控制模块简介

　　1、基准智能调光控制模块

　　功能：·（GB/CIE）照明达标指示功能；

　　·（以GB/CIE）基准智能调光功能。

　　用途：用于一切有照明标准又需要节能的场合的灯，例如太阳能路灯、商场、教室、教室、图书馆、阅览室、实验室、办公室用灯，

　　等等场合。

　　尺寸与用法示例：类同图一。

　　2、基准手动调光控制模块

　　功能：·（GB/CIE）照明达标指示功能；

　　·人工连续无功耗调光功能；

　　·（眼科医生共识的标准阅读时间）定时提示功能。

　　用途：低收人群学习台灯。

　　尺寸与用法示例：类同图一。

　　3、基准智能调光视力保护控制模块

　　功能：·（GB/CIE）照明达标指示功能；

　　·（GB/CIE）基准智能调光功能；

　　·（眼科医生共识的标准阅读距离）定距提示功能；

　　·（眼科医生共识的标准阅读时间）定时提示功能。

　　用途：未戴眼镜的儿童与青少年。

　　尺寸与用法示例：

　　尺寸：75mm×44mm；

　　应用连接示例：类图一。

　　注：齐纳管的选取随所采用的调光镇滤器控制器而定。

　　4、基准智能接近调光模块Ⅰ

　　功能：·（GB/CIE）照度达标指示功能；

　　·（以眼科医生共识的标准阅读距离为基准的）基准智能接近调光功能；

　　·（眼科医生共识的标准阅读时间）定时提示功能；

　　用途：戴眼镜的青少年学生；

　　尺寸与用法示例：类同图一。

　　5、基准智能接近调光模块Ⅱ

　　功能：·（GB/CIE）照度达标指示功能；

　　·以眼科医生共识的标准阅读距离为基准的）基准智能接近调光功能；

　　用途：戴眼镜的中老年人群；

　　尺寸与用法示例：类同图一。

　　四、名称及其原创技术

　　1、名称

　　·照度指示仪：号zl2004200329237（实用新型，已授权）；

　　·多功能视力保护器：号zl200420032924.1（实用新型，已授权）；

　　·智能学习台灯：号zl200420060347.7.（实用新型，已授权）。

　　2、原创技术

　　·照度达标指示技术；

　　·基准自动调光技术；

　　·原创概念：读写区域，约50cm×42cm.