CN112729534B - 一种用于博物馆展柜的环境眩光监测控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于博物馆展柜的环境眩光监测控制系统，待检测光源包括设置于展柜的展柜内照明光源和环境光源，展柜内设置有环境眩光测量位；环境眩光监测控制系统包括对应展柜内照明光源和环境光源设置的光学测距装置、环境光照度传感器、单片机处理单元以及光源调控单元，单片机处理单元的输出端与环境光源调控机构的输入端相连；建立仿真环境，确定环境眩光测量位，单片机处理单元通过结合光照度参数与空间位置坐标，结合环境光源调控机构对光源亮度进行调节；本发明以实现博物馆展柜环境的眩光的监测与控制；同时单片机处理单元可以通过互联网与远程监测平台互联，实现博物馆环境眩光的全天候实时在线监测与调控。
Description
技术领域
本发明属于博物馆环境照明监测控制技术领域，具体涉及一种用于博物馆展柜的环境眩光监测控制系统。
背景技术
伴随着经济的快速发展，人们对于美好精神生活的追求愈发凸显，对于各类文化展示展览活动的需求也日益增长，博物馆已经逐渐成为人们休闲娱乐、开展社会教育的主要场所。伴随着博物馆参观展览活动和参观人数的不断增长，大量照明设备被运用在文物展示展览过程中，博物馆光环境愈发复杂，这就对博物馆环境照明的监测与控制提出了新的要求。眩光作为一种会引起参观者不舒适感的环境照明因素，会极大地影响参观者的主观感受，进而影响文物展示展览效果。在博物馆照明设计规范中明确指出，在观众观看展品的视场内，不应有来自光源或窗户的直接眩光或来自于各种表面的反射眩光。目前，国内外博物馆的整体环境照明设计通常采用整体环境亮度较暗，在展柜内布置重点光源突出展示展品细节的方案，这种照明设计方案极易产生直接眩光和反射眩光，导致参观者在观看展品的时候出现不适感，这违背了博物馆照明设计“舒适”的深度要求。
目前国内外在室内环境眩光监测领域主要采取的方案有三种：一种是在设计布置展览活动时利用照明设计软件构建仿真环境，在仿真环境中实现各类环境照明参数的测量，但这种方式时效性差，一旦场景发生变化就需要重新构建仿真环境，并且，仿真环境同真实现场之间存在较大差距，计算结果仅供参考；另一种则是在实验室条件下建立相似环境，利用辐射亮度计、积分球等专业设备进行检测，这种检测方式检测精度高，但设备庞大、价格高昂、需要专业人员进行操作，在室内光环境较为简单的情况下检测结果较为准确，但不适合于复杂室内环境的眩光监测，并且测量现场实时性差；还有一种方式是通过图像处理的方式，利用相机拍摄环境图片，寻找视场内的眩光源，通过图像处理的方式计算获得相机视场内的眩光参数，但这种方式在室外环境下有较好效果，在室内复杂的环境下，相机拍摄的图像不能完整的反应环境内光照信息，尤其是在博物馆中，参观人群和展柜设施等有可能出现遮挡从而不能准确获得室内眩光评价。与此同时，目前针对室内眩光的调控方式大多通过调整灯具布置方式，更换灯具，加装防眩光罩或防眩玻璃等间接方式来减少环境眩光影响，实施复杂，成本较高。综上所述，目前现有的室内环境眩光检测调控受到眩光检测原理、设备的限制，在复杂的室内环境下不能实现现场实时监测与实时调控，博物馆环境眩光监测调控自动化程度低，不符合当前博物馆数字化建设趋势。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于博物馆展柜的环境眩光监测控制系统，解决了现有博物馆室内环境眩光检测控制存在的现场实时检测与主动式控制效率不高的问题。
本发明所采用的技术方案是，
待检测光源包括设置于展柜的展柜内照明光源和环境光源，展柜内设置有环境眩光测量位；
环境眩光监测控制系统包括对应展柜内照明光源和环境光源设置的光学测距装置、环境光照度传感器、单片机处理单元以及光源调控单元，单片机处理单元的输出端与环境光源调控机构的输入端相连；
利用DIALux建立仿真环境，确定环境眩光测量位，光学测距装置用于获取展柜内照明光源和环境光源在以环境眩光测量位为坐标原点的空间位置坐标并将得其传送至单片机处理单元，环境光照度传感器用于获取展柜内照明光源和环境光源的光照度参数并将其传输至单片机处理单元，单片机处理单元通过结合光照度参数与空间位置坐标，利用环境眩光监测算法获得环境眩光参数与评价并实现检测结果的实时显示；
单片机处理单元和环境光源调控机构用于根据环境眩光参数以及环境眩光控制算法对光源亮度进行调节；单片机处理单元连接有外部调控机构。
本发明的特点还在于，
环境眩光监测算法是基于展柜单元测量得到的工作面光照度数据以及各光源空间位置坐标的计算获得的。
环境眩光控制算法是基于占空比可调的PWM光源亮度调节方法形成。
环境光照度传感器采用型号为BH1750FVI或GY-485-44009的器件。
单片机处理单元选用STM32F103系列单片机或ARM处理器。
环境光源调控机构选用具备PWM调节能力的恒流或恒压光源驱动装置。
外部调控机构包括互联网与远程监测平台互联，所述互联网与远程监测平台互联用于实现博物馆环境眩光的全天候实时在线监测与调控。
光学测距装置可采用光学测量装置、激光测距仪或激光测距传感器模块。
本发明的有益效果是，一种用于博物馆展柜的环境眩光监测控制系统，相对于现有环境眩光监测调控技术，本发明基于室内统一眩光值计算原理，以展柜环境眩光为研究对象，利用光照度这一环境光参数，结合博物馆照明环境与展柜内照明的实际特点，综合考虑环境光源空间位置信息、环境光源分布、环境亮度、环境灯具布置形式、各物面反射强度等多种环境眩光检测相关参数，提取环境眩光参数计算监测所需有效特征参数，通过单片机处理器单元的计算处理，综合测判获得环境眩光强度，同时根据环境眩光实时监测结果利用光源驱动机构实现对环境眩光的主动式调控，实现基于环境眩光的环境光源监测控制的闭环过程，具备检测精度较高、检测实时性强、使用寿命长和系统可靠性高的特点，有望健全博物馆环境光评价体系，实现博物馆环境光源的智能监测调控，为博物馆管理部门对整体博物馆照明系统进行监测控制提供了有力的解决方案。一方面可以极大地提升博物馆环境照明监测调控的智能化水平，同时也为博物馆实现节能减排，推动博物馆环境照明实现绿色可持续发展提供了有力手段，具有重要的科学意义与重大的社会应用需求，因此是一种全新的博物馆环境光监测控制理念和技术方法探索。
附图说明
图1是本发明一种用于博物馆展柜的环境眩光监测控制系统的结构原理示意图；
图2是本发明一种用于博物馆展柜的环境眩光监测控制系统中环境眩光计算监测控制算法过程流程图。
图中，1.环境光源，2.展柜内照明光源，3.展柜，4.环境眩光测量位，5.光学测距装置，6.光照度传感器，7.单片机处理单元，8.光源调控机构。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明一种用于博物馆展柜的环境眩光监测控制系统进行详细说明。
本发明一种用于博物馆展柜的环境眩光监测控制系统，待检测光源包括设置于展柜3的展柜内照明光源2和环境光源1，展柜3内设置有环境眩光测量位4；
环境眩光监测控制系统包括对应展柜内照明光源2和环境光源1设置的光学测距装置5、环境光照度传感器6、单片机处理单元7以及光源调控单元，单片机处理单元7的输出端与环境光源调控机构8的输入端相连；
利用DIALux建立仿真环境，确定环境眩光测量位4，光学测距装置5用于获取展柜内照明光源2和环境光源1在以环境眩光测量位4为坐标原点的空间位置坐标并将得其传送至单片机处理单元7，环境光照度传感器6用于获取展柜内照明光源2和环境光源1的光照度参数并将其传输至单片机处理单元7，单片机处理单元7通过结合光照度参数与空间位置坐标，利用环境眩光监测算法获得环境眩光参数与评价并实现检测结果的实时显示；
单片机处理单元7和环境光源调控机构8用于根据环境眩光参数以及环境眩光控制算法对光源亮度进行调节；单片机处理单元7连接有外部调控机构。
进一步地，环境眩光监测算法是基于展柜3测量得到的工作面光照度数据以及各光源空间位置坐标的计算获得的。其中，具体为：通过测量得到的工作面光照度数据，根据物面光照度与亮度换算关系通过不同反射面的反射系数计算获取环境亮度和展品物面反射亮度，通过各光源空间位置坐标计算光源与测量位置间的直线距离，并依据古斯位置指数表通过插值法获取相应的光源位置指数，在获取以上四种参数的基础上依据室内统一眩光值(UGR)的计算公式计算展柜空间内室内统一眩光值，并依据室内统一眩光值的主观评价体系给出被测展柜物理空间的眩光影响评价。
进一步地，环境眩光控制算法是基于占空比可调的PWM光源亮度调节方法形成。具体为：依照照明设计规范(GB50034-2013)中对于博物馆内部室内统一眩光值的相应要求以及室内统一眩光值主观评价体系确定室内统一眩光值调节阈值，通过比较环境眩光监测算法计算获得的眩光值与阈值之间的大小利用单片机处理单元7生成占空比可调的PWM信号，通过这一信号驱动环境光源亮度调节装置，进而改变环境光源亮度，从而改变眩光值大小以实现对环境眩光的控制。
进一步地，环境光照度传感器6采用数字量输出的集成环境光照度传感器，型号为BH1750FVI或GY-485-44009的器件。
进一步地，单片机处理单元7选择高集成度，具备多个A/D转换和多I/O输入多通信方式的8位、16位、32位、64位的微处理器器件，如STM32F103系列单片机微处理器、ARM处理器。
进一步地，环境光源调控机构8选用具备PWM调节能力的恒流或恒压光源驱动装置。例如具备PWM调节能力的LED恒流驱动器。
进一步地，外部调控机构包括互联网与远程监测平台互联，互联网与远程监测平台互联用于实现博物馆环境眩光的全天候实时在线监测与调控。
进一步地，光学测距装置5可采用光学测量装置、激光测距仪或激光测距传感器模块。
本发明一种用于博物馆展柜的环境眩光监测控制系统，光源调控机构8选用具备PWM调光功能的LED驱动器，根据不同的光源厂商选用不同的LED驱动器，如HLG系列恒流恒压型LED驱动器。
一种用于博物馆展柜的环境眩光监测控制系统，主要包括以下步骤：
步骤1：步骤1：通过DIALux建立仿真环境，确定被测空间内室内统一眩光值最大测量位置；
步骤2：建立以观测位置为坐标原点的空间坐标系，利用测距装置获取光源空间位置参数，通过单片机处理单元利用光源空间位置参数计算获得光源位置指数；
步骤3：环境光照度传感器获取被监测物理空间内光照度参数，并将数据传送到单片机处理单元，由单片机处理单元进行数据补偿后实现实时显示，同时作为环境眩光计算模型的输入量；
步骤4：单片机处理单元以环境光照度信息和光源位置指数作为输入量，通过环境眩光参数监测计算算法计算获取展柜环境眩光值。
步骤5：环境眩光参数计算算法是通过照明设计软件DIALux evo中建立的仿真环境，获取展柜环境中眩光测量位置、测量点光照度、各物面反射强度等参数之间的内在联系，建立的以光源位置指数、展柜空间环境光照度为输入量的展柜环境眩光参数监测计算模型；
步骤6：单片机处理单元依据环境眩光参数监测计算结果，输出环境眩光调节控制信号，驱动环境光源调控机构，进而驱动环境光源(整体环境光源或者展柜内光源)进行亮度调节，进而实现基于博物馆展柜环境眩光监测的环境光源调控；
步骤7：经单片机处理单元处理后的检测数据可通过互联网与外部远程监测平台互联，实现监测控制结果的云端显示与在线监测。
本发明一种用于博物馆展柜的环境眩光监测控制系统，在一定程度上，有效提升博物馆环境照明监测调控的自动化水平，同时也为博物馆实现节能减排，推动博物馆环境照明实现绿色可持续发展提供了有力手段，具有重要的应用需求，具有一定的实用性。
Claims (1)
1.一种用于博物馆展柜的环境眩光监测控制系统，其特征在于，待检测光源包括设置于展柜(3)的展柜内照明光源(2)和环境光源(1)，展柜(3)内设置有环境眩光测量位(4)；
环境眩光监测控制系统包括对应展柜内照明光源(2)和环境光源(1)设置的光学测距装置(5)、环境光照度传感器(6)、单片机处理单元(7)以及光源调控单元，单片机处理单元(7)的输出端与环境光源调控机构(8)的输入端相连；
利用DIALux建立仿真环境，确定环境眩光测量位(4)，光学测距装置(5)用于获取展柜内照明光源(2)和环境光源(1)在以环境眩光测量位(4)为坐标原点的空间位置坐标并将得其传送至单片机处理单元(7)，环境光照度传感器(6)用于获取展柜内照明光源(2)和环境光源(1)的光照度参数并将其传输至单片机处理单元(7)，单片机处理单元(7)通过结合光照度参数与空间位置坐标，利用环境眩光监测算法获得环境眩光参数与评价并实现检测结果的实时显示；
单片机处理单元(7)和环境光源调控机构(8)用于根据环境眩光参数以及环境眩光控制算法对光源亮度进行调节；单片机处理单元(7)连接有外部调控机构；
环境眩光监测算法是基于展柜测量得到的工作面光照度数据以及各光源空间位置坐标的计算获得的:通过测量得到的工作面光照度数据，根据物面光照度与亮度换算关系通过不同反射面的反射系数计算获取环境亮度和展品物面反射亮度，通过各光源空间位置坐标计算光源与测量位置间的直线距离，并依据古斯位置指数表通过插值法获取相应的光源位置指数，在获取以上四种参数的基础上依据室内统一眩光值(UGR)的计算公式计算展柜空间内室内统一眩光值，并依据室内统一眩光值的主观评价体系给出被测展柜物理空间的眩光影响评价；
环境眩光控制算法是基于占空比可调的PWM光源亮度调节方法形成:依照照明设计规范GB50034-2013中对于博物馆内部室内统一眩光值的相应要求以及室内统一眩光值主观评价体系确定室内统一眩光值调节阈值，通过比较环境眩光监测算法计算获得的眩光值与阈值之间的大小利用单片机处理单元(7)生成占空比可调的PWM信号，通过这一信号驱动环境光源亮度调节装置，进而改变环境光源亮度，从而改变眩光值大小以实现对环境眩光的控制；
环境光照度传感器(6)采用型号为BH1750FVI或GY-485-44009的器件；
单片机处理单元(7)选用STM32F103系列单片机或ARM处理器；环境光源调控机构(8)选用具备PWM调节能力的恒流或恒压光源驱动装置；
外部调控机构包括互联网与远程监测平台互联，互联网与远程监测平台互联用于实现博物馆环境眩光的全天候实时在线监测与调控；
光学测距装置(5)可采用光学测量装置、激光测距仪或激光测距传感器模块；
所述用于博物馆展柜的环境眩光监测控制系统，主要包括以下步骤：
步骤1：通过DIALux建立仿真环境，确定被测空间内室内统一眩光值最大测量位置；
步骤2：建立以观测位置为坐标原点的空间坐标系，利用测距装置获取光源空间位置参数，通过单片机处理单元利用光源空间位置参数计算获得光源位置指数；
步骤3：环境光照度传感器获取被监测物理空间内光照度参数，并将数据传送到单片机处理单元，由单片机处理单元进行数据补偿后实现实时显示，同时作为环境眩光计算模型的输入量；
步骤4：单片机处理单元以环境光照度信息和光源位置指数作为输入量，通过环境眩光参数监测计算算法计算获取展柜环境眩光值；
步骤5：环境眩光参数计算算法是通过照明设计软件DIALux evo中建立的仿真环境，获取展柜环境中眩光测量位置、测量点光照度、各物面反射强度等参数之间的内在联系，建立的以光源位置指数、展柜空间环境光照度为输入量的展柜环境眩光参数监测计算模型；
步骤6：单片机处理单元依据环境眩光参数监测计算结果，输出环境眩光调节控制信号，驱动环境光源调控机构，进而驱动整体环境光源或者展柜内光源进行亮度调节，进而实现基于博物馆展柜环境眩光监测的环境光源调控；
步骤7：经单片机处理单元处理后的检测数据可通过互联网与外部远程监测平台互联，实现监测控制结果的云端显示与在线监测。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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