一种基于脑波特征的色温调节照明系统的制作方法

本实用新型涉及照明相关的领域，尤其涉及一种基于脑波特征的色温调节照明系统。

背景技术：

随着人们对健康的日益关注，人造光源的设计与研发正在发生着变化，研究重点从原先的提高照明效率、减少能耗污染和降低生产成本的考虑，逐渐变化为有利于人体健康和舒适的方向。在1996年人们认识到光源对人体存在视觉和非视觉效应这两种影响之后，越来越多的人把研究重点放在光源的非视觉效应的研究。在2002年，人们发现并确认了人眼非视觉效应，以及照明对人体非视觉功能作用的神经通路。长期以来，人们对非视觉效应的研究手段主要采取主观量表、反应时等行为学反馈方法，也有用仪器的方法如脑电测量。然而，这些方法存在着不容忽视的局限性：

1、人们对自身光感知能力的评价是极不准确的，主观评价的结果会受到自身情绪和认知的严重影响，使得评价结果波动性大于其数值，因此完全没有参考意义。

2、行为学反馈测试虽然基于固定的测量标准，且行为学反馈是反映人体工作能力的客观指标，但对于这些客观指标的测试却是主观的。测试过程需要被试个体做出相应的反应和选择，然而被试个体的配合程度受到其情绪与认知的限制，使得最终测试结果不具有准确性。

3、传统的脑电测试是将δ、θ、α、β四种波的相对能量大小做定性分析，或与行为学反馈测试指标混合使用。但四种波相对能量大小所描述的生理意义并不明确，通常会造成脑波特征与脑力负荷程度无法建立关联的情况。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种可自动调节系统输出色温，使照明更健康和舒适的色温调节照明系统。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种基于脑波特征的色温调节照明系统，其包括：

脑波特征测量模块，所述脑波特征测量模块与微控模块相连，其用于测量人体的脑波特征，并向所述微控模块发送信号；

色温传感器，所述色温传感器与微控模块相连，其用于将当前测量的色温信息传输给所述微控模块；

微控模块，所述微控模块用于接收并处理计算所述脑波特征测量模块和色温传感器向其传输的数据，与内置色温曲线相比后得出最适宜色温；

色温输出模块，所述色温输出模块与所述微控模块相连，用于在微控模块的控制下调节色温；

光源模块，所述光源模块与所述微控模块相连，用于发光照明；

以及总控开关，所述总控开关与所述微控模块相连，用于为系统进行供电。

还包括按键模块，所述按键模块与所述微控模块相连，用于供用户根据自己的习惯选取合适的照明照度和色温输出曲线。

还包括指示灯，所述指示灯与所述微控模块相连，用于显示用户当前所选择的色温输出曲线。

所述色温输出曲线符合以下输出最适宜色温的公式：

其中，CT0表示最适宜色温，CT表示当前测量的色温，n表示当前测量的脑电函数曲线，n0表示固有脑电函数曲线。

所述脑波特征测量模块采用额头电极模块，所述额头电极模块通过贴在额头上的电极片来探测皮肤电位的变化情况，从而转化为脑电信号。

所述脑波特征测量模块测量的人体脑波特征包括δ波、θ波、α波、β波四种脑波特征。

采用上述技术方案后，本实用新型与背景技术相比，具有如下优点：

本实用新型照明系统以色温来描述光源的照明光品质，能够实时监控用户的脑波特征，据此来选取内置的色温曲线，自动调节系统输出的色温，使用户始终处在最低脑力负荷状态，减轻用户的作业负担，提高用户工作效率。本实用新型可用于照明相关的任何领域，具有极高的实用性。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图。

图2为对某年龄段处于20～30岁的被试个体，根据其脑电特征拟合出的最适宜色温曲线。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

脑波信号通常由EEG信号反映。EEG特征波包含δ、θ、α、β四种，它们与脑部活动紧密相关，因此用来反映脑部活动情况。每种特征波的能量强度会随着脑疲劳程度的变化而变化。其中δ波为频率小于4Hz的波，通常在睡眠时出现。θ波频率为4～8Hz，通常在困倦与疲乏时出现。α波频率为9～13Hz，通常在清醒与放松的状态下出现。β波频率为14～30Hz，通常在兴奋或唤醒状态下出现。本实用新型选取四种特征波相对能量作为反映脑力负荷的指标参数，建立了脑力负荷表达式。根据此表达式，将脑力负荷参数与适宜的色温建立了对应关系。本实用新型可以适用于照明相关的如何领域，为照明产品的设计提供指导。

1、脑力负荷与色温关系

在脑力作业过程中，无色温干扰的情况下，人脑自身负荷会随着作业时间t而呈指数形式积累

Lint＝L0·e^βt

其中L0为固有脑力负荷，其数值大小与用户的个体特征相关。

当处在色温CT的光源照明下，单纯由色温引起的人脑积累额外负荷为：

Lextra＝L1·(CT-CT0)²

其中L1为色温负荷积累因子，其数值大小与用户个体特征相关。CT0为用户最适宜的色温。

综合上述公式，可以得到最终人脑积累脑力负荷大小为：

L＝Lint+Lextra

L＝L0·e^βt+L1·(CT-CT0)²

2、特征脑波与脑力负荷关系

脑力负荷的累积，是脑部工作能力减弱的结果，其表现为脑波振动能量下降。脑波振动能量可表达为

dε＝n(ν)hdν

其中n(ν)为某处频率所对应的相对能量大小，因此最终能量为：

E＝h∫n(ν)dν

按照脑力负荷的含义，脑部疲劳程度越大，脑力负荷越大，脑部振动能量越小，因此脑力负荷与脑部振动能量之间的关系满足

E＝λe^-μL

其中λμ为常数，因此

λe^-μL＝h∫n(ν)dν

即

3、最适宜色温输出

对于固有脑力负荷L0和色温负荷积累因子L1，有

其中n0为固有脑波曲线随频率变化的函数关系，n1为色温引起的脑波曲线随频率变化的函数关系。因此，根据

L＝L0·e^βt+L1·(CT-CT0)²

可得

化简为

根据n1的物理意义，可知

n1＝n-n0

因此

此为输出最适宜色温的公式，由公式可得，根据所测量的当前色温CT、最终脑电函数曲线n和固有脑电函数曲线n0，可以计算出应当输出的最适宜色温CT0。

如图1所示，为了实现上述目的，本实用新型所设计的一种基于脑波特征的色温调节照明系统包括微控模块(MCU)以及分别与微控模块相连的额头电极模块、色温传感器、色温输出模块、光源模块、总控开关、按键模块和指示灯。

额头电极模块用于测量人体的四种脑波特征，并向微控模块发送信号使其控制光源模块色温；额头电极模块是通过贴在额头上的电极片来探测皮肤电位的变化情况，从而转化为脑电信号。也可以采用其它设备来测量脑波特征，本实用新型对于采用哪种装置和方法不做限制。

色温传感器用于将当前测量的色温信息传输给微控模块；微控模块(MCU)用于接收并处理计算其它模块向其传输的数据，与内置色温曲线相比后计算出最适宜色温，向其它模块发出指令以达到控制。

色温输出模块包含恒流驱动芯片，使微控模块(MCU)能够通过调节PWM的占空比而改变恒流驱动芯片的电流，从而实现调节色温。

光源模块用于发光照明，可采用LED照明灯；总控开关用于为系统进行供电。按键模块用于供用户根据自己的习惯选取合适的照明照度和色温输出曲线。指示灯用于显示用户当前所选择的色温输出曲线。

本实用新型所采用的用脑电特征波形描述最适宜色温的量

此公式可根据所测量的当前色温CT、当前脑电函数曲线n和固有脑电函数曲线n0，来描述最适宜色温CT0，从而根据当前色温与脑波特征情况调整输出色温值。

对于处在相同色温光源下的人群，测量他们的当前色温CT、当前脑电函数曲线n和固有脑电函数曲线n0并求平均值，代入上述方程，即可求出最适宜色温随时间变化曲线。

实施例1

对某年龄段处于20～30岁的被试个体，测量其当前色温CT、当前脑电函数曲线n和固有脑电函数曲线n0。代入上述公式，绘制出其最适宜色温曲线，见图2所示，将此曲线内置于本实用新型的照明系统内。使被试个体在该照明系统照明环境下作业45min，测量出其最终的n值高于在普通LED照明灯具下的值。

实施例2

对某年龄段处于15～25岁的被试个体，测量其当前色温CT、当前脑电函数曲线n和固有脑电函数曲线n0。代入上述公式，绘制出其最适宜色温曲线，将此曲线内置于本实用新型的照明系统内。使被试个体在该照明系统照明环境下作业45min，测量出其最终的n值高于在普通LED照明灯具下的值。

实施例3

对某年龄段处于19～29岁的被试群体(n＝20)，测量其当前色温CT、当前脑电函数曲线n和固有脑电函数曲线n0。代入上述公式，绘制出其最适宜色温曲线，将此曲线内置于本实用新型的照明系统内。使被试个体在该照明系统照明环境下作业45min，测量出其最终的n值高于在普通LED照明灯具下的值。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。