CN102334388A - 控制照明系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制照明系统的方法，该照明系统被设置为包括控制器和多个设置为互相通信的操作节点的无线网络，其中该方法包括步骤：使操作节点与控制器同步；从所述多个操作节点确定一组位于预定操作区域内的操作节点；基于控制器与位于预定操作区域内的这组操作节点之间的最大通信延迟估计状态转换延迟；将所估计的状态转换延迟传送到所述多个操作节点；以及将状态转换命令传送到所述多个操作节点。本发明的一个优点在于，所述状态转换的视觉伪像基本上可被除去，因为时间同步和定时器中断对准连同所估计的状态转换延迟允许所述多个节点基本同时转换状态。

Description

控制照明系统的方法

技术领域

本发明涉及一种控制照明系统的方法。本发明还涉及一种适于执行这种方法的照明系统。

背景技术

照明系统的无线控制日益取代有线控制，从而例如减少了安装成本和调试工作。已经开发了多种无线技术，包括例如IEEE-802.15.4、低功率WiFi、WiFi、蓝牙、EnOcean、Z波和类似技术，这些无线技术典型地允许短距离通信。

为了实时控制无线照明系统，当切换照明系统的光源节点的状态时，期望最小化等待时间（latency）。在US2006/0154598中公开了这种照明系统的一个实例，其中无线电（radio）网络的一组光源节点被设置成选择性地响应来自照明系统控制器的广播消息，从而提供了针对光源节点的切换（switch）的减少的等待时间。

然而，在大规模无线照明系统中，不是所有的光源节点都可以在与照明系统控制器的通信范围中。相反地，大规模照明系统要求从控制器到光源节点的状态转换命令还在不同光源节点之间被路由，从而针对不同的光源节点有效地引入不同的控制命令接收延迟。由于不同的接收延迟的性质，状态转换（比如唤醒（wake-up）或关断灯）的视觉印象是令人不愉快的，因为不是所有光源节点同时转换状态。例如，与802.15.4或WiFi一起使用的用于访问无线信道以便传输包（packet）的CSMA/CA机制包括在每个节点上将最有可能不同的随机“退避时间”，从而造成一些时间/延迟差异。除此之外，冲突、不同的路由或具有不同处理能力的不同节点可以造成一些不同延迟。

因此，需要一种改进的方法，该方法提供在无线照明系统中受控的状态转换，该方法聚焦于获得灯节点（light node）的同时的状态转换。

发明内容

鉴于上文提及的需求，本发明的总体目的是提供一种控制照明系统中状态转换的方法。这个和其他目的通过控制照明系统的方法来实现，其中照明系统被设置为包括控制器和多个被设置成互相通信的操作节点的网络。该方法包括以下步骤：使操作节点与控制器同步；从所述多个操作节点确定一组位于预定操作区域内的操作节点；以及估计位于预定操作区域内的这组操作节点的状态转换（state-shift）延迟。该方法进一步包括步骤：将所估计的状态转换延迟和状态转换命令传送（communicate）到所述多个操作节点。

本发明基于以下理解：网络中的每个节点例如可以基于多个节点的时间同步而被同步化。总之，所述时间同步向多个操作节点提供了共同的时间概念（common notion），从而允许任务同步，比如由操作节点控制的光源。其他可由操作节点控制的设备、单元等当然也是可能的。也就是说，使网络中由节点执行的特定任务的执行同步是可能的。时间同步（即两个节点之间的时间对准）可以例如通过估计两个节点之间的时间偏差并且提供分别属于这两个节点的两个时钟机制之间的进程速率（progress rate）的差异的估计来实现。计数速率的差异用于保持其他节点的当前时间的良好估计。

时间同步机制上面的附加步骤是引入对节点处基础定时器计数行为（behavior）的修改，从而在定时器轮回（round）的开始/结束（其中定时器轮回是从开始值到结束值的计数，此后定时器计数器被重置为开始值并且发信号通知（signal）中断）在不同节点上同时出现的意义下确保了定时器计数进程在不同的节点之间变得同步。换言之，执行该附加步骤以保证定时器中断在不同节点处同时刻发生。在操作区域上使定时器中断同步是通过在定时器激发（fire）时触发命令而实现光源的同时状态转换的选项。这可以例如通过下面的方法实现：

第一节点取得它自身的计数器的快照，并且第二节点取得它自身的计数器的快照。第一节点将其快照发送到第二节点，使得第二节点能够获得它自己与第一节点之间的偏差。通过这种方式，可以进行校正，从而使得这两个节点能够同时结束它们的计数循环。注意到，所引入的修改被留意，从而它们可以在时间同步期间（特别是当取得节点的时间的时间戳时，其中时间戳是节点在某时刻的当地时间的值）得以补偿。

在PH008406EP1中，除了其他方法以外，描述了用于网络中多个节点的时间同步和定时器中断对准的这个方法，该文献通过引用完全合并于此。然而，时间同步和定时器中断对准的其他方法也是可能的。然而，应当注意，不是每次执行本发明的方法时都需要使操作节点与控制器同步的步骤，因为操作节点也可以在关模态（mode）期间保持时间同步化。

所述网络可以例如包括一个控制器和多个操作节点，或者可替代地包括多个控制器和多个操作节点。而且，该控制器可以连接到一个或多个节点。

因此，所述预定操作区域可以例如被限定为围绕控制器的物理的任意区域，例如单个或多个连接的或未连接的房间（room）。该操作区域也可以由覆盖多个对系统的用户而言可见的操作节点的区域限定。而且，位于预定操作区域内的这组操作节点可以等于系统中的所述多个操作节点。

本发明的一个优点在于，例如状态转换的视觉印象（当例如光源是受控的操作节点时）可以基本被消除，因为时间同步和定时器中断对准连同所估计的状态转换允许多个节点或者至少在预定操作区域内的那组节点基本同时转换状态。本发明的另一个优点在于，所述基本同时的状态转换将降低这种照明系统中有时可听的效果。应当注意，鉴于控制器的多样性，这些控制器可以互相同步或与网络中已被同步的节点同步。

在一个优选实施例中，至少一个操作节点可以被设置成控制至少一个光源的状态转换。此外，控制器还可以自己控制一个或多个光源。

所述状态转换可以可替代地仅一次被传送和传播到所述节点，所述延迟可以在节点中被硬编码，或者所述延迟甚至可以由操作节点本身来计算。而且，不同的状态转换延迟可以被传送到不同的预定操作区域。然而，所有状态转换延迟可以被传输到所有节点，每个单独的节点适于考虑其专有延迟。

而且，所述状态转换延迟可以是每个操作节点的状态转变时间（例如从关到开）和控制器与位于预定操作区域内的这组操作节点之间的最大通信延迟中的至少一个。而且，所述状态转换命令可以包括操作节点特定的变量，用于产生预定的状态转换模式（pattern）。这将允许当例如接通和关断光源时引入预定的视觉模式。

还要注意，最大通信延迟可以是为明确的（sharp）的最后期限的估计，或者是考虑操作节点密度、节点总量（population）或节点物理部署的估计，所述估计最终被每个操作节点的状态转变时间和控制器与位于预定操作区域内的这组操作节点之间的最大通信延迟中的至少一个的状态转换延迟限制。

所述网络可以是无线网络、有线网络或它们的组合。所述无线网络可以是较大照明部署中所需的网状网络，而所述有线网络可以是DALI网络。在无线网络的情况下，控制器和操作节点可以通过一跳或多跳路由互相通信，其中可能的是，具有从一个节点通往另一个节点的多个路由。本发明的方法是灵活的，所述状态转换延迟可以被估计以适合特定网络。例如，状态转变时间在有线网络中是有关的，而除了状态转变时间之外，通信延迟在无线网络中是有关的。在组合的网络中，互相有线连接的操作节点和互相无线连接的操作节点可以被提供不同的状态转换延迟，但是同时转换状态。

在无线网络中，所述状态转换延迟可以可替代地为端到端平均延迟、每跳平均延迟、每跳最大或最小延迟等等。

在无线网络中，还可能将操作区域限定为覆盖其内可以使用从控制器到操作节点的预定量的“通信命令跳”等控制多个操作节点的区域。

所述状态转换可以是“唤醒”（例如接通）或关断连接到操作节点的光源的要求，其中光源唤醒或关断的视觉效果可以被同步化。这会是有利的，因为与光源在不同时间唤醒进而产生所谓的爆米花效应相比，系统的用户可以体验到所有可见光源的同时唤醒或关断。

关于所述状态转变时间（例如唤醒时间），它可以基于照明系统中的光源类型（比如LED、荧光灯等）来估计。

而且，所述状态转换命令可以包括关于控制光源的束宽度、颜色、束方向、调光和强度中至少一个的信息。以此方式，光源的视觉效果可以取决于光源的类型来调节并进一步同步化。状态转换的其他实例可以基于例如光曲线、光波或光形。

而且，至少位于预定操作区域内的这组操作节点可以适于在执行状态转换命令时考虑所述状态转换延迟。预定区域之外的操作节点因此可以在状态转换命令被接收时（或可替代地在这之后）执行该状态转换命令。从而可以改善状态转换的视觉效果。例如，预定操作区域（例如房间）内的对接通照明系统的用户而言可见的每个光源可以以从用户接通系统的时间起的可接受的延迟唤醒，而在操作区域外部的远程光源以不可被用户察觉的非同步方式唤醒。

根据本发明的另一个方面，提供一种包括控制器和适于与控制器通信的多个操作节点的照明系统。该控制器可以进一步适于发起用于使所述多个操作节点与控制器同步的同步过程，估计位于预定操作区域内的一组操作节点的状态转换延迟，将最大通信延迟传送到所述多个操作节点，以及将状态转换命令传送到所述多个操作节点。

而且，所述操作节点中的至少一个包括用于控制光源与电源之间的电连接的控制电路。此外，所述操作节点中的至少一个包括用于控制光源的照明属性的装置，例如用于控制由振荡器提供的频率以便调节光源的颜色可以多快地变化的装置。

在研究所附权利要求和下面的描述时，本发明的其他特征和优点将变得清楚明白。本领域技术人员将认识到，可以在不脱离本发明的范围的情况下组合本发明的不同特征以产生除下文所述实施例以外的其他实施例。

附图说明

在下文中，将参照示范性附图详细描述本发明的实施例，在附图中：

图1是图示本发明的照明系统的一个实例的图；

图2是图示本发明的照明系统的一个实例的图；以及

图3是图示本发明的方法的一个实例的流程图。

具体实施方式

现在将在下文参照其中示出了本发明的当前优选实施例的附图更全面地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同的形式体现并且不应当被解释为限于本文所陈述的实施例；而是，这些实施例出于彻底性和完整性而被提供，并且全面地向本领域技术人员传达本发明的范围。同样的附图标记通篇指代同样的元件。

现在参照附图并具体地参照图1，描绘了照明系统100，其图示了可以在其中执行本发明方法的示范性系统。照明系统100包括控制器1和多个光源节点2、3、4，它们耦合在一起以形成网络。为了简化说明，在照明系统100中仅有一个控制器1和三个操作节点2、3、4。这里，控制器1（例如用于接通和关断光源的通用开关或遥控器）连接到光源节点2、3、4。在图示的实例中，光源节点2、3、4包括：卤素光源2；基于LED的照明单元3，其包括多个LED的群；以及荧光管单元4。这里，控制器1无线地连接到卤素光源2和LED单元3，而控制器1经由电线连接到荧光管单元4。该有线控制可以基于DALI标准，而无线控制可以例如基于IEEE-802.15.4。应当注意，控制器1可以适于允许基于不同通信技术的多个接口，从而允许这种控制器1与具有不同通信技术/接口的不同照明节点通信。控制器1也可以知晓网络中不同类型的节点以及这些不同类型节点的位置。

控制器1可以包括：控制电路11，其可以被编程以实施本发明的方法和光控制功能；以及用户接口12，其允许用户发起照明系统100的光源节点的如上所讨论的从例如开和关、调光等的状态转换。用户接口12可以包括用户输入设备，比如产生将由控制电路11读取的信号或电压的按钮和可调节控制器。电压可以是对应于高数字状态和低数字状态的数字信号。如果该电压是模拟电压的形式，则可以使用模数转换器（A/D）来将该电压转换为可用的数字形式。来自A/D的输出然后将向控制电路11提供数字信号。控制电路11可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或另一个可编程器件。控制电路11也可以（或取而代之）包括专用集成电路、可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑器件或数字信号处理器。在控制电路11包括诸如上文提及的微处理器或微控制器之类的可编程器件的场合，该处理器可以进一步包括控制该可编程器件的操作的计算机可执行代码。

控制器1包括发射器/接收器13，其用于借助于天线15与无线连接的光源节点2、3进行通信。而且，控制器1包括用于与有线的光源节点4通信的DALI驱动器14。不同的光源节点2、3、4典型地可以具有不同的状态转换转变时间；例如，与LED单元相比，卤素光源和荧光管具有相对较慢的启动时间。

在所图示的实例中，卤素光源节点2包括在实际光源外部的驱动器5，而LED单元3的驱动器6是集成的。可替代地，一种驱动装置可以操作地耦合到多于一个光源节点2、3、4。在本文中可以考虑各种驱动和可选的控制装置，而没有脱离本公开的总体范围和性质。

关于通信，在控制器1与LED单元3之间有两个通信命令跳，而在控制器1与卤素光源2之间仅有一个跳，如箭头所示，所述通信命令跳引起通信延迟。然而，除了这样的操作节点的个体的状态转换转变时间之外，有线通信不以相似的方式引起通信延迟。

在图2中提供了示范性照明系统200的不同图示。照明系统200包括：控制器20，例如用于发起光源的状态转换的光开关（light switch）；以及多个操作节点（21-27），这里光源节点无线地连接在无线网络中。这里，该网络是在大规模照明部署中（例如温室中或工业自动化应用中）所需的网状网络。在所图示的实例中，距控制器20一定距离内的操作节点属于操作区域30。这里，操作区域30由其中设置了控制器20的房间限定，例如在打开或关闭灯或改变如上所讨论的其他照明属性时，所述房间内的操作节点对照明系统200的用户而言是可见的。可替代地操作区域30可以例如由对于在用户按压控制器20的开关之后（例如100-200毫秒之后）打开灯的可接受的时间延迟限定。在其他实施例中，预定操作区域30可以包括照明系统200的所有可用光源节点21-27，或者可替代地照明系统200可以被划分为若干操作区域。

在网状网络中，控制器与周围光源节点之间的一个通信跳可以例如花费5毫秒，而每个附加跳由于处理数据包的接收的原因需要例如约8毫秒。因此，利用该估计并考虑到事件之间的约50毫秒的间隙可能对用户而言不可见，在用户注意到光源节点的状态转换的时间差异之前可以花费约5-6个通信跳。考虑附加因素，在用户注意到在例如打开或关闭灯时的所述爆米花效应之前，所述估计实际上可以仅是2-3个通信跳。作为实例，在可以包括数百个光源节点的大规模照明系统中，通信跳的数量可以远大于2-3，并且因此在转换光源的状态期间导致视觉上不期望的效果。

为了操作照明系统，结合图2描述了图3，其中图3图示了控制照明系统200的方法的步骤。最初，光源节点21-27处于关状态。在时间T0，用户翻转（flip）光开关，发起光源节点从关到开的状态变化。在第一步骤301中，根据时间同步和定时器中断对准的方法使光源节点时间同步。可替代地，光源节点在关状态下也保持同步。所述时间同步和定时器中断对准可以独立于可以有或可以没有要传输的命令这一事实而保持，并且也可以相对于网络中的任何节点来进行（例如不仅是控制器20）。

在步骤302中，控制器20确定预定操作区域30内是否存在光源节点，因此确定在其中设置了控制器20的房间内是否存在光源节点。在所图示的实例中，三个光源节点21-23在这个区域30内。然而，如果在预定操作区域内没有光源节点，则所述方法进行到步骤305，在该步骤中，状态转换命令被传送到光源节点。

接下来，在步骤303中，控制器20估计位于操作区域30内的操作节点21-23的状态转换延迟。这里，最大通信延迟基于控制器与光源节点之间的通信跳的数量。每个光源节点的个体的状态转换转变时间未被考虑，因为这些光源节点是相同类型的。这里，通过具有来自控制器20的最大数量的通信跳的光源节点确定延迟n，在所图示的实例中，该光源节点是被设置为距离控制器20三个通信命令跳的光源节点23。

在下一个步骤304中，所估计的状态转换延迟n通过控制器20被传送到预定操作区域30内的光源节点21-23。可替代地，所有光源节点21-27接收延迟n，尽管仅预定操作区域30内的光源节点考虑该延迟。

在接下来的步骤305中，或与传送状态转换延迟n的步骤304同时，从关到开的状态转换命令被传输到所述操作节点中的每一个，由此预定操作区域30内的每个光源节点在所估计的延迟之后在T0+n处同时唤醒。如果这些光源节点是不同类型的光源，则附加的延迟进入该算法，从而允许光源同步打开，即使这些光源自然地具有不同的启动时间（例如不同的状态转换转变时间）。然而，在预定区域30外部的远程光源节点24-27在它们接收到状态转换命令时唤醒，因此可能在它们这样做时产生爆米花效应，然而这可能保持不被用户注意。

在其中所有光源节点都包括在预定操作区域中的可替代实施例中，所有光源在T0+n时打开，从而可能产生重新确定n的必要性。在另一个其中在预定区域内存在与控制器有线连接的光源节点的实施例中，这些节点或者可以接收要求它们在T0+n时转换状态的命令，或者可以在T0+n时接收命令，命令它们立即转换状态，因为使用有线控制没有通信延迟。然而，对于经由电线连接的节点，个体的状态转换转变时间也是有关的。

本领域技术人员将认识到，本发明不限于所述优选实施例。例如，尽管主要描述了从关到开的状态转换，但是所述方法可以应用于照明系统的其他状态转换，比如从开到关、调光、颜色变化或颜色变化速度；个体的状态转换转变时间可以指代例如完全停止（full stop）时间，并且可能存在若干预定操作区域。

这样的和其他的显而易见的修改必须被认为在本发明的范围内，因为它是由所附权利要求限定的。应当注意，上述实施例说明而非限制本发明，并且本领域技术人员将能够设计许多可替代的实施例，而不脱离所附权利要求的范围。在权利要求中，放置在括号之间的任何附图标记不应当被解释为限制权利要求。词语“包括”不排除权利要求中除所列出的以外的元件或步骤的存在。元件之前的词语“一”或“一个”不排除多个这样的元件的存在。而且，单个单元可以执行权利要求中叙述的若干装置的功能。而且，所公开的方法步骤可以以任何不同的顺序执行。此外，任何操作节点可以被设置为承担定时器中断对准参考和时间主控器（time master）的角色。

Claims (13)

1.控制照明系统的方法，该照明系统被设置为包括控制器和多个被设置成互相通信的操作节点的网络，其中该方法包括步骤：

使操作节点与控制器同步；

从所述多个操作节点确定一组位于预定操作区域内的操作节点；

估计位于预定操作区域内的这组操作节点的状态转换延迟；

将所估计的状态转换延迟传送到所述多个操作节点；以及

将状态转换命令传送到所述多个操作节点。

2.根据权利要求1的方法，其中，所述状态转换延迟是每个操作节点的状态转变时间和控制器与位于预定操作区域内的这组操作节点之间的最大通信延迟中的至少一个。

3.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述网络是无线的、有线的或其组合。

4.根据权利要求3的方法，其中所述无线网络是无线网状网络。

5.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述操作节点中至少一个被设置成控制至少一个光源的状态转换。

6.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述状态转换命令包括关于控制光源的束宽度、颜色、调光、束方向和强度中的至少一个的信息。

7.根据前述权利要求中任一项的方法，其中至少位于预定操作区域内的这组操作节点适于在执行状态转换命令期间考虑所述状态转换延迟。

8.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述预定操作区域包括至少两个非邻近区域。

9.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述状态转换延迟和所述状态转换命令被同时传送。

10.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述状态转换命令包括操作节点特定的变量，用于产生预定的状态转换模式。

11.照明系统，包括：

控制器，以及

适于与控制器通信的多个操作节点，

其中该控制器进一步适于：

发起用于使所述多个操作节点与控制器同步的同步过程，

估计控制器与位于预定操作区域内的一组操作节点之间的状态转换延迟，

将最大通信延迟传送到所述多个操作节点，以及

将状态转换命令传送到所述多个操作节点。

12.根据权利要求11的照明系统，其中所述操作节点中的至少一个包括用于控制光源与电源之间的电连接的控制电路。

13.根据权利要求11或12的照明系统，其中所述操作节点中的至少一个包括用于控制光源的照明属性的装置。

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