一种自动调整照射方向的照明装置
技术领域
本实用新型属于灯具控制领域，具体涉及一种可精确控制照射方向的照明设备。
背景技术
随着智能控制技术和通信技术的发展，照明设备的智能化已经成为必然趋势，且其智能化的发展可以在多种维度上进行发展，其中一个重要的方向就是与照明设备本身参数息息相关的控制，例如对亮度和色温的控制，等等。在商业照明领域，一个很关键的参数就是照明设备的照射方向的控制，通过对照射方向的调整，可以使得被照物在最合适的照射方向下呈现，使其看上去更加真实完美，同时更具艺术感。
传统的照明设备的照射方向的控制通常都是通过人工来完成的，在设备安装到特定位置后，人为的根据被照物的情况进行调整照明设备的照射方向，然后确定出相应的调整位置。通常来说，照明产品一般都安装在天棚吊顶上，这样，如果去调整，一般都需要借助特定的工具(如梯子)来进行调整照射方向。此过程耗时耗力，调整过程繁琐。
发明内容
本实用新型的目的，就是解决上述现有技术中存在的照明设备安装后调整不方便的问题，提出了一种新型的可精确控制照射方向的照明设备。
本实用新型的技术方案：一种自动调整照射方向的照明装置，包括方向可调照明设备，以及用于追踪被跟踪物体的加速度传感器；所述加速度传感器安装在被跟踪物体上；所述方向可调照明设备和所述加速度传感器之间通过无线方式连接；所述加速度传感器，配置为检测被跟踪物体的基准加速度值和采样加速度值，以及移动时的偏准角度，并将检测到的信息发送给方向可调照明设备；所述方向可调照明设备，根据被跟踪物体的初始坐标，基准加速度值和采样加速度值，以及移动时的偏准角度计算出被跟踪物体移动后的坐标值；并根据自身的坐标信息，被跟踪物体移动后的坐标值，以及方向可调照明设备到被跟踪物体的垂直高度，计算出方向调摄照明设备中灯体模块的旋转角度，实现对被跟踪物体的追踪。
进一步的，所述被跟踪物体的基准加速度值为被跟踪物体静止时测得的加速度值。
进一步的，当被跟踪物体移动时，所述加速度传感器周期性测量被跟踪物体的采样加速度值，以及偏准角度。
进一步的，所述方向可调照明设备对加速度值进行校准，校准后加速度值＝采样加速度值-基准加速度值。
进一步的，被跟踪物体移动后的坐标值＝被跟踪物体初始坐标+位移值；所述位移值可将校准后加速度值进行二次积分得到。
进一步的，所述校准后加速度值第一次积分得到速度值，再将速度值积分得到位移值；在第一次积分过程中，第n采样点对应的速度值＝第n-1采样点对应的速度值+(第n采样点对应的加速度值-第n-1采样点对应的加速度值)*采样周期/2。
进一步的，在第二次积分过程中，第n采样点对应的位移值＝第n-1采样点对应的位移值+(第n采样点对应的速度值-第n-1采样点对应的速度值)*采样周期/2。
进一步的，所述方向可调照明设备包括水平马达和摆动马达。
进一步的，所述方向可调照明设备计算出灯体模块的旋转角度，包括，分别计算出方向可调照明设备内水平马达和摆动马达的旋转角度。
进一步的，所述方向可调照明设备向其内的水平马达和摆动马达分别发送脉冲信号，控制水平马达和摆动马达旋转到计算的角度。
进一步的，所述灯体模块内包括光源模组。
本实用新型的有益效果为：本实用新型中的自动调整照射方向的照明设备可以根据被跟踪物体的移动情况进行及时的跟踪照明，能够适用与多个需要灯光跟踪的场合，不再需要用户手动或通过其他调整设备调节照明设备的方向，实现了灯光跟踪的自动化。并且在计算被跟踪物体位移时，通过对加速度进行二次积分，并且在每次积分时，优化积分方式，使得计算出的位移值更为准确，提高自动跟踪照明的精准性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例优选的方向可调照明设备整体结构示意图；
图2为本实用新型实施例优选的方向可调照明设备各模块分拆结构示意图；
图3为本实用新型实施例优选的方向可调照明设备各模块内部结构示意图；
图4为本实用新型实施例优选的方向可调照明设备的截面示意图；
图5为本实用新型实施例优选的方向调节模块的结构示意图；
图6a为本实用新型实施例优选的水平马达的结构示意图；
图6b为本实用新型实施例优选的水平悬挂接口件的结构示意图；
图6c为本实用新型实施例优选的水平马达内转轴抱箍的结构示意图；
图7a为本实用新型实施例优选的摆动马达的结构示意图；
图7b为本实用新型实施例优选的摆动悬挂接口件的结构示意图；
图7c为本实用新型实施例优选的摆动马达内转轴抱箍的结构示意图；
图8为本实用新型实施例优选的方向可调灯光系统的架构示意图；
图9为本实用新型实施例优选的方向可调灯光系统的对较小物体追踪的示意图；
图10为本实用新型实施例优选的方向可调灯光系统的对较大物体追踪的示意图。缺少图11-15的附图说明
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
图1为本实用新型实施例优选的方向可调照明设备整体结构示意图。
如图1所示，方向可调照明设备10包括，电源模块1，方向调节模块2，以及灯体模块3。其中，电源模块1，悬挂于轨道或者直接明装于天花板的顶部并与市电连接以取电及进行电压转换为灯体模块3供电，在电源模块1底部留有开孔用于走线；方向调节模块2，分别和电源模块1，以及灯体模块3可旋转地连接；方向调节模块2可相对于电源模块1绕调节模块2的长轴方向做旋转方向运动，灯体模块3可相对于方向调节模块2绕方向调节模块2的短轴方向作左右摇摆运动。
图2为本实用新型实施例优选的方向可调照明设备各模块分拆结构示意图。
如图2所示，已将方向可调照明设备进行了分拆，形成了三个部分，分别为电源模块1，方向调节模块2，以及灯体模块3。上述三个模块在制造时可分别进行组装形成模块，在三个模块分别组装完后，再将三个模块组装成一个完整的方向可调照明设备。
方向调节模块2上设置有2个可在模块内马达驱动下转动的接口件，分别对接电源模块1和灯体模块3，电源模块1设置于方向调节模块2的上方，并对接水平悬挂接口件241，灯体模块3设置于方向调节模块的侧壁一侧，并对接摆动悬挂接口件251。2个悬挂接口件与马达的输出转轴无间隙连接，在马达转轴的带动下，可作旋转运动。水平悬挂接口件241通过螺钉刚性的与电源模块1连接，因为电源模块1固定安装，所以方向调节模块2在水平马达输出转轴旋转时作相对电源模块1做水平旋转运动。
图3为本实用新型实施例优选的方向可调照明设备各模块内部结构示意图。
如图3所示，方向调节模块2包括，主控模块23、光源驱动模块26、无线通信模块27，以及水平马达24和摆动马达25。
灯体模块3包括壳体30、收容于壳体30内的光源模组31，以及散热部件32，还可以包括收容于壳体内并设置于光源模组出光方向的光学模组(300)。电源模块1从市电取电并对市电进行转换，输出电压为36V或24V的隔离安全电压到方向调节模块2内的主控模块23以驱动水平马达24和摆动马达25。水平马达24驱动方向调节模块2水平旋转，由于灯体模块3与方向调节模块2可摆动连接，因此，水平马达24驱动方向调节模块2水平旋转的同时，灯体模块3也跟着方向调节模块2水平旋转。摆动马达25可驱动灯体模块3左右摆动旋转。
光源驱动模块26插接在主控模块23上，从主控模块23上取电，并将电压转换为匹配光源模组31的安全电压，给光源模组31供电。如果光源模组31的功率变更，替换相应的光源驱动模块26即可。无线通信模块27挂接在主控模块23上，可接受用户发送的控制信号，并将控制信号发送给主控模块23以控制2个马达的旋转，调节灯体模块3当前的照射角度和姿态。
图4为本实用新型实施例优选的方向可调照明设备的截面示意图。
如图4所示，灯体模块3内的光源模组31，包括光源基板及设置于光源基板的光源311。光学模组可以包括光学透镜312，但还可以是反射器、导光元件、多个透镜组透镜与反射器组合等配光元件。于本实用新型优选实施例中，光学模组为光学透镜312，光学透镜312控制从光源311发出的光线，使从光源模组31发出的光以一定的光束角度照射到被照射物体上。在光源311的后端设置散热部件32，吸收光源311产生的热量并将其传播到周围的空气环境中。散热部件32为金属材质，在其外表面设置有多条散热条，增大散热面积，提高散热的效率。散热部件32优选为铝压铸件。
图5为本实用新型实施例优选的方向调节模块的结构示意图。
如图5所示，方向调节模块2还包括，第一壳体22、第二壳体21，拆开第一壳体22和第二壳体21后，即可看到方向调节模块2内部的电器元件。水平马达24通过水平马达固定支架242固定于第一壳体22上，水平悬挂接口件241位于水平马达固定支架242和第一壳体22之间，水平悬挂接口件241在水平马达输出轴(未在图5中标示)的带动下可作旋转运动，由水平接口垫片243减小与第一壳体22之间的摩擦力。水平马达24上还设置有水平限位开关244，水平限位开关用于限制水平马达24的转动幅度。
摆动马达25也由摆动马达固定支架252固定于第一壳体22上，摆动悬挂接口件251位于摆动马达固定支架252与第一壳体22之间，在摆动马达转轴(未在图5中标示)的带动下作摆动旋转运动，由摆动接口垫片253减小第一壳体22和摆动马达固定支架252之间的摩擦力。摆动马达24上还设置有摆动限位开关244，摆动限位开关用于限制摆动马达24的转动幅度。
由于水平马达24和摆动马达25都采用了步进减速马达，只做一个方向的限位，限位的位置作为起始零角度位置，利用步进马达驱动的特性，计数马达的驱动脉冲数即可得知马达相对于0角度位置的角度，可定义正向旋转时脉冲数增加，反向旋转时脉冲数减少。同时限制最大脉冲数以限制马达输出轴的最大旋转角度。为了保证马达旋转角度控制的准确性，方向可调照明设备断电后的再上电，马达转轴需要恢复到零角度位置，即可消除使用过程中的失步和断电后的角度信息丢失。
图6a为本实用新型实施例优选的水平马达的结构示意图；图6b为本实用新型实施例优选的水平悬挂接口件的结构示意图；图6c为本实用新型实施例优选的水平马达内转轴抱箍的结构示意图。
如图6a-6c所示，水平马达24还包括水平马达主体248，水平马达转动轴249，转轴抱箍246，在水平马达主体248和水平悬挂接口件241之间设置有水平接口第二垫片245，水平接口第二垫片245可减小水平马达主体248和水平悬挂接口件241之间的摩擦力。此外，在水平悬挂接口件241边缘的下端设置有碰撞凸247，在旋转到水平限位开关244位置时，碰撞水平限位开关244实现水平马达24的止转限位和初始位置的确定。
水平悬挂接口件241通过螺钉锁紧孔41固定在电源模块1的底部，螺钉锁紧孔41的数量为多个。水平马达转动轴249插入到水平悬挂接口件241上的转轴孔42内。当水平马达24转动时，由于水平马达转动轴249与水平悬挂接口件241固定连接，且水平悬挂接口件241固定在电源模块1上，因此，水平马达24转动时，水平马达24带动方向调节模块2转动。在所述水平悬挂接口件241上设置有过线孔43，用于穿过电源模块1和方向调节模块2之间的导线。
转轴抱箍246设置在水平悬挂接口件241和水平马达转动轴249之间，转轴抱箍246上设置有螺钉固定孔51、螺钉锁紧孔52，以及转轴孔53。其中，转轴抱箍246通过转轴孔53套接在水平马达转动轴249上，并使用螺钉穿过转轴抱箍246上的螺钉锁紧孔52将转轴抱箍246锁紧在水平马达转动轴249上；同时，使用螺钉穿过转轴抱箍246上的螺钉固定孔51和水平悬挂接口件241的抱箍件锁定螺钉孔44将转轴抱箍246和和水平悬挂接口件241固定锁紧。通过转轴抱箍246这个件，不但可以将水平马达转动轴249和水平悬挂接口件241紧密固定，还可消除两者之间的旋转间隙。
图7a为本实用新型实施例优选的摆动马达的结构示意图；图7b为本实用新型实施例优选的摆动悬挂接口件的结构示意图；图7c为本实用新型实施例优选的摆动马达内转轴抱箍的结构示意图。
如图7a-7c所示，摆动马达25还包括摆动马达主体258，摆动马达转动轴259，摆动抱箍256，在摆动马达主体258和摆动悬挂接口件251之间设置有摆动接口第二垫片255，摆动接口第二垫片255可减小摆动马达主体258和摆动悬挂接口件251之间的摩擦力。此外，在摆动悬挂接口件251边缘设置有碰撞凸257，在旋转到摆动限位开关254位置时，碰撞图5中的摆动限位开关254实现摆动马达25的止转限位和初始位置的确定。
摆动悬挂接口件251通过螺钉锁紧孔64固定在灯体模块3上。摆动马达转动轴259插入到摆动悬挂接口件251上的转轴孔63内。当摆动马达25转动时，通过摆动马达转动轴259，以及摆动悬挂接口件251带动灯体模块3转动。
摆动抱箍256设置在摆动悬挂接口件251和摆动马达转动轴259之间，转轴抱箍256上设置有螺钉固定孔71、螺钉锁紧孔72，以及转轴孔73。其中，转轴抱箍256通过转轴孔73套接在水平马达转动轴259上，并使用螺钉穿过转轴抱箍256上的螺钉锁紧孔72将摆动抱箍256锁紧在摆动马达转动轴259上；同时，使用螺钉穿过转轴抱箍256上的螺钉固定孔71和水平悬挂接口件251的抱箍件锁定螺钉孔62将转轴抱箍256和和摆动悬挂接口件251固定锁紧。通过摆动抱箍256这个件，不但可以将摆动马达转动轴259和摆动悬挂接口件251紧密固定，还可消除两者之间的旋转间隙。
图8为本实用新型实施例优选的方向可调灯光系统的架构示意图。
如图8所示，方向可调灯光系统101包括，方向可调照明设备10和加速度传感器103。方向可调照明设备10可固定安装在天花板上，加速传感器103设置在被追踪物体D上，被追踪物体D放置在方向可调照明设备10的下方。加速度传感器103和方向可调照明设备通过无线方式与方向可调照明设备10内的无线通信模块27连接，其中的无线方式可以是wifi、zigbee、蓝牙等。
图9为本实用新型实施例优选的被追踪物体的坐标示意图。
如图9所示，被追踪物体D放置在方向可调照明设备10的下方，将方向可调照明设备10在加速度传感器103所在的平面上的垂直投影设置为原点(0,0)，即形成坐标轴，方向可调照明设备10到加速度传感器103所在的平面的垂直高度为H。例如，加速度传感器103的初始位置是A(a1,b1)。用户需要预先将方向可调照明设备10到被追踪物体D表面的垂直高度H，以及加速度传感器103的初始位置A(a1,b1)预先设置到方向可调照明设备10内。
图10为本实用新型实施例优选的测量加速度流程示意图。
如图10所示，加速度传感器103测量被追踪物体D的加速度的方法流程如下：
步骤S11、采样参数初始化；
具体的，在进行加速度测量之前，需要先对采样参数进行初始化，例如，设置采样周期、采样时间，以及对系统时钟等。
步骤S12、获取加速度基准值；
具体的，当物体静止时，测量该物体静止时的加速度值即为加速度基准值。
步骤S13、对物体移动的加速度进行数据采样；
当物体移动后，加速度传感器103对物体移动的加速度，以及偏转角度进行数据采样，并将采样数据存入到存储器中。
步骤S14、加速度传感器103周期性地将加速度采样值、偏转角度，以及加速度基准值发送给方向可调照明设备10。
图11为本实用新型实施例优选的方向可调照明设备计算被追踪物体位移的流程示意图。
如图11所示，当方向可调照明设备10接收到加速度传感器103发送的加速度采样值、偏转角度，以及加速度基准值后，对加速度数据进行处理，首先对加速度采样值进行校准，每个采样点的校准后加速度值＝加速度采样值-加速度基准值。
图12为本实用新型实施例优选的对加速度采样值进行校准的示意图。没有任何标号
经过加速度校准后，即可计算出被追踪物体D分别在X轴和Y轴方向的加速度。X轴方向加速度＝校准后加速度值*Cos(A)，Y轴方向加速度＝校准后加速度值*Sin(A)，A为加速度传感器103在该采样点测得的偏转角度。
有了每个采样点在X轴和Y轴的校准后加速度值后，即可进行积分运算得到速度值。加速度是速度的变化速率，速度是位置的变化速率。换句话说，速度是位置的导数，加速度是速度的导数，因此如下公式：
积分和导数相反，如果一个物体的加速度已知，那么可以利用二重积分获得物体的位置，假设初始条件为0，那么有如下公式：
图13为本实用新型实施例优选的加速度采样信号示意图。
如图13所示，由加速度计算速度值的公式如下：
如果采样时间趋近于0，那么结论将是正确的。但在实际中，将会产生如图14所示的误差，图14为本实用新型实施例优选的积分过程中产生误差示意图，在图14中，曲线以上的部分为误差区域，在处理的过程中，这个误差将会一直累积。
图15为本实用新型实施例优选的减少积分过程中误差示意图，为了减少误差，假设结果区域能够看成由两块小的区域的组合，其中区域1是前一次采样的值(方形)，区域2是一个三角形，是当前采样和前一次采样之差的一半。
通过这种方法，得到一个一阶近似(插值)的信号：
Arean＝Arean-1+(Samplen-Samplen-1)*T/2公式4
其中Samplen代表第n次的采样值,即第n次的加速度采样值，Samplen-1代表第n-1次的采样值，T表示1次采样周期的时间值，Arean代表第n次采样值对应的积分值，即速度值。经过上述公式4计算得到的速度值将精确很多。
经过上述公式4得到速度值后，再经过第二次积分，可得到距离值，在由速度值计算得到位移值的方法，同样可使用公式4，来减少在计算距离值时的误差。最终分别可计算出在X轴和Y轴方向的位移值，由于方向可调照明设备10已获知了加速度传感器103的初始坐标，加上加速度传感器103在X轴和Y轴方向的位移值，可得到加速度传感器103移动后的坐标值，例如加速度传感器103移动到图9上的B点(a2,b2)。方向可调照明设备10可根据自身坐标(0,0)，计算出的加速度传感器103坐标(a2,b2)，以及方向可调照明设备10到加速度传感器103所在平面的垂直距离H，可计算出方向可调照明设备10内的水平马达24的旋转角度和摆动马达25的旋转角度。当计算出水平马达24的旋转角度和摆动马达25的旋转角度后，即可驱动水平马达24和摆动马达25旋转到对应角度，完成对被追踪物体D的照明追踪。
尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
