CN102388678A - 智能照明控制系统 - Google Patents

Abstract

多个控制模块（14，16，18）提供多种功率控制功能，其中包括占据感测、周围光水平感测、人工触摸开关（按钮）预设站、调光以及功率控制继电器开关。各个控制模块（14，16，18）互连在传统的四线局域网中，以便响应于远程无线命令以及壁箱级别的预设人工开关命令执行不同的功率控制功能。局域网（12）向所有网络控制模块（14，16，18）提供DC操作功率并且传送编程命令和控制模块状态信息信号。一个或多个控制模块（14，16，18）包括红外信号传感器、激光信号传感器、信号解码器、数据微控制器、参数查找表以及多个发光二极管（LED）。在一种或更多种颜色和闪光速率下单独或组合使用所述LED二极管，以便根据包含在由远程编程单元（58）发送的命令信号中的信息来表明编程模式，或者提供传感器反馈，或者表明设备状态。

Description

智能照明控制系统

技术领域

本发明总体上涉及能量管理控制系统，特别涉及一种照明控制系统，其中各个单独的传感器模块和功率控制开关通过一个局域网共享设备状态信息，并且响应于远程红外和激光无线信号命令以及有线连接的人工开关命令来执行功率控制功能。

背景技术

在建筑阶段预先布线到家中以及办公建筑物和学校建筑物中的照明控制系统正变得越来越复杂。单电路机械灯开关已被多通道触敏控制器所替代，后者可以控制多个照明通道并且为所选通道提供调光，从而使得用户可以从单个控制面板定制特定房间内的照明。在1987年3月10日发布的标题为“Microcomputer-Controlled Light Switch（微型计算机控制的灯开关）”的美国专利号4,649,323和1988年3月22日发布的标题为“Programmable Multi-Circuit Wall-mounted Controller（可编程的多电路墙壁安装控制器）”的美国专利号4,733,138中公开了这种类型的系统。对应于各组通道的照明水平可以作为预设水平被存储在存储器中，并且可以通过按下单个开关来获取这些预设水平。这些预设控制器通常被布线成控制单个房间或区域内的照明电路。

还有可能把多个照明水平控制器链接到包括微控制器的单个中央控制单元。所述微控制器可以被编程来链接特定的一组中的几个单独的灯控制单元，并且把该组置于该组中的所选的单独控制单元的控制之下。在1988年12月20日发布的标题为“Multi-room Controller for Individual Light Controls（用于各个单独灯控制的多房间控制器）”的美国专利号4,792,731中描述了这样的系统。该专利的系统包括位于中央的控制面板，其可以被用来控制各个单独的房间或区域照明控制单元，并且按照期望对它们进行分组。该系统的一个限制在于，所有编程都必须在中央控制单元处实现。如果中央控制单元发生故障，则整个照明系统都会发生故障，这是因为所有单独的照明控制单元都依赖于来自中央控制器的命令以进行运作。此外，远程照明控制单元缺乏对中央控制器进行编程的能力或者除了通过中央控制器之外对彼此进行控制的能力。

对于建筑物和建筑物内的房间的能量管理需要以下装置的组合：用以在每天和每周的固定时间接通及关断照明电路的定时器，用以在房间或空间不再被占据时关断电路和灯的占据传感器，以及用以把房间和空间内的灯调节到预定光水平的光电管传感器。大多数占据感测系统使用一个或多个电路以便在检测到占据时提供接触闭合，从而激活一个或多个继电器。允许日光采集的光电管传感器还需要继电器组、调光器与占据传感器之间的附加布线。

监测多个区域的占据传感器需要特定的（并且有时是复杂的）布线拓扑来产生所期望的结果。添加占据传感器和光电管传感器需要许多电线来互连所述系统。改变房间的配置需要攀爬梯子并对系统进行重新布线，这样做不仅耗时而且成本很高。对所有传感器单元进行编程还需要梯子以到达每一个单元，从而打开传感器并且将跳线或开关人工调节到所期望的设定。

发明内容

本发明的照明控制系统包括多个控制模块和智能开关（其在这里被通称为“网络设备”），其通过局域网彼此共享设备操作状态信息和编程命令。网络设备包括传感器、人工开关、智能开关、继电器模块、调光器以及一个或多个DC电源。控制模块和智能开关通过利用数据导线双绞线和低电压DC功率导线双绞线实施的网络彼此通信。所有网络设备都从共同的网络电源汲取操作功率。控制模块包括用于表明状态的告警设备，这是通过声音、通过使用鸣叫器或者通过视觉方式利用LED指示器显示操作模式和网络设备状态来表明状态的。借助于运动检测、周围光感测、通/断开关功能和调光功能，所述系统特别适合于在工厂、办公建筑物、学校或家庭内的照明控制和负载调光应用。

根据本发明的照明控制系统，多个控制模块和智能开关提供多种功率控制功能，其中包括占据感测、周围光水平感测、人工触摸开关（按钮）通/断和升高/降低、预设场景选择、调光以及功率控制继电器开关。控制模块和智能开关在四线局域网中互连，以便响应于远程无线命令以及壁箱级别的预设人工开关命令执行不同的功率控制功能。局域网向所有控制模块和智能开关设备提供DC操作功率并且传送共享的控制信息信号和网络设备操作状态信息。

虽然可以利用两个内部开关对每一个控制模块和智能开关进行人工编程，但是还可以通过根据由操作者做出的操作模式和编程模式选择而从手持式编程控制器发送的无线宽束红外信号和窄束激光信号对所述模块进行远程编程。还可以通过连接到局域网的墙壁安装的远程触摸板开关对每一个控制模块和智能开关进行人工编程。一个控制模块包含电源组和继电器驱动器，所述继电器驱动器具有用于接收来自远程智能开关或远程网络的命令的干接触输入。

手持式便携编程控制器发送红外命令（以用于宽束群组指派），以便把一组控制模块设定到编程模式下，并且发送激光束（以用于窄束单独指派），以便选择单独的模块进行编程。便携控制器对运动传感器（红外）模块、光传感器（光电管）模块和电源组模块进行编程。当两个或更多控制模块的位置彼此靠近或者位于高天花板上（此时红外光束将发生很大扩散从而将达到几个模块）而又要对仅仅一个模块进行编程时，使用激光编程模式来选择一个特定模块进行编程。激光编程模式被用来选择或取消选择一个且仅有一个特定模块以进行单独编程指派，或者被用来选择或取消选择两个或更多特定模块以进行群组编程指派。

每一个控制传感器模块包括一个或多个传感器以用于检测、感测和/或测量一项或更多项感兴趣的局部环境状况，例如光强度、热能、物理移动、温度、振动以及声音。在该示例性实施例中，控制模块配备有用于检测热运动的被动红外（PIR）传感器、用于感测及测量周围光的光电管传感器、用于感测阳光的IR光谱的红外传感器、用于接收来自远程发送器的广域红外命令信号的红外接收器、用于接收来自远程发送器的窄束激光命令信号的激光接收器、通信收发器、数据微控制器以及多个发光二极管（LED）。在一种或更多种颜色和闪光速率下单独或组合使用所述LED二极管，以便根据包含在由远程编程单元发送的命令信号中的信息来表明编程模式，或者提供传感器反馈，或者表明网络设备操作状态。由连接到局域网的信号导线的所有控制模块和智能开关共享编程命令信号和设备状态信息。

任何其中一个照明控制模块都可以充当中央控制器或主控制器，其可以控制网络上的任何其他照明控制模块。因此，任何特定照明控制模块的故障除了其最接近的局部效应之外都不会对网络造成影响，并且可以绕过该特定照明控制模块或者由其他照明控制模块替代其功能。

此外，可以把多种类型的远程开关连接到局域网，并且可以把所选照明控制模块编程为对来自这些单元的远程命令做出响应。这样一种类型的远程开关单元包括可人工操作的预设开关，其可以同时调节由任何特定的一个或多个照明控制模块所控制的多个照明通道上的照明水平。另一种类型的远程开关单元是预设的升高/降低开关，其升高或降低由特定的照明控制调光器模块所控制的所选通道上的照明水平。还提供用于接收来自远程网络的编程命令的数据输入。

举例来说，控制住宅入口处的照明的照明控制调光器模块可以被编程为对位于楼上卧室中的遥控开关模块做出响应，从而可以通过楼上的遥控把入口处的所有灯接通到预设水平。住宅中的楼下的其他照明控制模块可以从属于同一个控制模块，从而当该单个开关被激活时使得住宅中的楼下的所有灯都完全接通。类似地，楼下的远程预设开关可以被选择来控制所有楼上的照明水平，从而在离开住宅时通过激活该单个开关可以关断所有灯。任何特定照明控制模块是否做出响应取决于其是否已被如此编程。

附图说明

在下面的详细描述和几幅附图中，可比的或相应的部件由相同的附图标记标识，其中：

图1是示出了连接在局域网中的功率控制系统的主要组件的简化布线图。

图2是示出了占据传感器模块的主要组件的简化布线图。

图3是示出了光电管模块的主要组件的简化布线图。

图4是示出了电源组模块的主要组件的简化布线图，所述电源组模块包括用于向多个照明负载提供操作功率的电源、继电器驱动器、电子镇流器和调光器。

图5是示出了智能墙壁开关模块的主要组件的简化布线图。

图6是示例说明了照明控制系统在占据感测模式和日光采集模式下的操作期间由占据控制模块和智能开关做出的逻辑决定的流程图。

图7是标识出控制图2的占据传感器模块的性能的操作参数并且示出了与每一个参数相关联的各种可编程设定的表，其还表明了响应于系统接通命令将占据传感器模块配置成用于“日间”模式下的自动操作的参数设定的特定组合。

图8是标识出控制图2的占据传感器模块的性能的参数并且示出了与每一个参数相关联的各种可编程设定的表，其还表明了响应于人工输入的系统超驰命令将占据传感器配置成用于一种用户定义的操作模式（例如“办公时间后”操作模式）下的人工操作的参数设定的特定组合。

图9标识出控制图2的占据传感器模块的性能的参数并且示出了与每一个参数相关联的各种可编程设定的表，其还表明了将占据传感器配置成用于另一种用户定义的操作模式下的人工操作的参数设定的特定组合，所述另一种用户定义的操作模式例如是将在午睡时间（幼儿园）期间或者电影或幻灯片演示（高中）期间用在学校教室中的“关灯”或“剧场”操作模式。

图10是表明了能够在人工光（可见的“人眼”波长）与阳光（可见波长加上红外波长）之间进行区分的多通道光电管传感器的光谱响应的曲线图。

具体实施方式

现在参照图1，根据本发明构造的照明控制系统10被连接在网络12中。在该示例性实施例中，所述网络是硬布线局域网（LAN）。控制系统10的主要组件包括：电源组模块14；一个或多个占据传感器模块16；光感测光电管模块18；以一个两按钮（升高/降低）实施例示出的多按钮、墙壁安装智能开关20；以及以一个八按钮（预设场景选择）实施例示出的墙壁安装智能开关22。这些组件通过一条四导线总线24互连，所述总线24由两对屏蔽双绞线导线形成，其中一对26对应于+数据、-数据（白色，绿色），另一对28对应于DC功率+12VDC和接地（红色，黑色）。精确的系统配置由用户确定，并且可以按照期望包含附加的照明控制模块以及更多或更少的预设远程开关和升高/降低远程开关。

利用应用代码软件和设备控制固件来配置控制系统10，以便控制向各种照明负载（比如调光型和非调光型荧光和白炽照明负载）以及可选地一个或多个附件负载（例如电动机负载）提供操作功率，以用于执行诸如遮光控制或演示屏幕升高/降低功能之类的非照明功能。在图4所示的示例性实施例中，系统10控制通过功率开关继电器30、32、34、36向一组电子调光镇流器38、40、42和44提供AC操作功率。电子调光器电路46、48…向调光镇流器提供0-10 VDC或经过脉冲宽度调制的DC电压（HDF），以便控制荧光灯FL1、FL2、FL3和FL4的亮度输出。

控制系统10的控制模块14、16和18以及开关模块20、22的特征在于是“智能的”，这是因为每一个控制模块和开关模块包括一个微控制器50形式的数据处理器，其具有：ROM存储器，其中存储有操作程序指令、应用程序代码、固件程序代码以及默认模块配置参数；EEPROM存储器，其中存储有设备控制固件；以及RAM存储器，其中存储有与配置参数设定有关的信息、所感测到的环境数据以及网络设备状态信息。

整个控制系统10的特征在于其是智能的，这是因为所述系统包括在一个网络中互连的智能感测模块和智能开关，在所述网络中，由所有感测模块和开关同时共享命令、配置参数设定、设备状态信息以及关于所感测到的环境数据的信息。此外，每一个控制模块能够响应于本地感测到的环境状况以及通过网络从其他控制模块和智能开关传送来的设备状态信息和命令来动态地重新配置其参数设定，并且响应于此随着本地状况改变动态地执行功率控制功能。

现在参照图4，传统的服务组件连接到微控制器50，其中包括时钟电路、零交叉检测电路ΦCross、一个或多个经过调节的DC电源以及通信收发器54。响应于通过网络12传送的数据，微控制器50向调光电路提供命令输出，例如驱动镇流器调光电路46、48的Dim 1和Dim 2。所述微控制器还向由开关晶体管Q1、Q2、Q3和Q4形成的继电器驱动器电路产生命令输出Relay 1、Relay 2、Relay 3和Relay 4。所述开关晶体管提供用于传导流经气隙继电器30、32、34和36的场绕组的DC致动电流的接地路径。

数据处理器50是传统的微处理器或微控制器。为了用在根据示例性LAN实施例12的与传统EIA协议兼容的网络中，数据处理器50是微控制器，由Microchip Technology, Inc.（Chandler，Arizona）制造的部件型号PIC18F1320。关于Microchip Technology微控制器50的详细规范和操作信息可以在由Microchip Technology, Inc.公布的标题为“28 Pin 8-Bit CMOS Flash Microcontroller（28引脚8位CMOS闪速微控制器）”的PIC18F1320数据单表中找到，并且被合并在此以作参考。微控制器50包括用于固件程序存储的RAM和ROM存储器设备，以及用于存储可下载应用软件和由每一个控制模块使用的各种常数和操作参数的EEPROM。

电源组模块14包括DC电源56，其提供各个控制模块的内部电路所需要的经过调节的电压。除了内部功率需求之外，DC电源56还提供由外部设备使用的供电电压。举例来说，经过调节的+12 VDC被提供给例如传感器之类的一个或多个外部负载使用。

传统的时钟电路提供微控制器和其余电路所需要的时钟信号。时钟电路可以包括一个或多个晶体振荡器以用于提供稳定的参考时钟信号。重置监测器电路响应于断电而向微控制器50提供加电重置信号。所述电路还监测源AC电源的输出。如果源电压下降到过低，则重置电路生成重置信号以避免可能由于低电压操作而导致的不稳定操作。

每一个控制模块和智能开关与网络上的其他设备通信并共享信息。由把每一个控制模块对接到网络12的通信收发器54提供数据和命令的双向通信。所述通信收发器可以包括任何传统的通信/网络接口设备。除了对于介质的选择之外，对于网络协议的选择也会决定对于通信收发器的要求。在本发明的示例性实施例中所使用的通信协议是采用双绞线导线上的差分平衡信令的半双工多点串行通信信道（其中各个网络硬件设备被连接成一系列点对点的节点），例如EIA-485通信协议。

利用该示例性实施例的EIA-485协议双绞线网络12，通信收发器54是ST Microelectronics（Geneva，Switzerland）制造的部件号为ST485B的RS485接口收发器。收发器54包括对接每一个感测模块和智能开关以用于通过双绞线网络12进行双向数字数据通信的必要组件。来自控制模块14的发送数据被输入到收发器54，其对数据进行编码及处理以便通过双绞线26数据导线Data+、Data-发送。此外，收发器54对通过网络12从其他网络设备接收的数据和命令进行接收、解码和传导。

通信收发器54允许网络12中的每一个控制模块和智能开关与所有其他网络设备共享信息。在该示例性实施例中，通信收发器被适配成通过双绞线布线发送及接收数据。通信收发器可以被适配于其他类型的介质，其中包括（但不限于）输电线载体、同轴电缆、光纤以及无线RF信令。

如前所述，每一个控制模块还包括用于控制各种照明负载的装置。在这里所示出的示例性实施例中，可以控制三种不同类型的负载，其中包括用于荧光灯的镇流器（调光和非调光）、可以通过闭合继电器触点来进行控制的任何电负载以及无源（电阻性）负载。来自电源组控制模块14的微控制器50的镇流器负载命令DIM 1、DIM 2被施加到一个或多个调光器，例如用于驱动一个或多个调光镇流器38、40、42、44的镇流器调光电路46、48。响应于继电器驱动器电路的操作，调光镇流器的输出被施加到一个或多个荧光灯FL1、FL2、FL3、FL4。所述继电器驱动器电路由开关继电器30、32、34、36以及开关晶体管Q1、Q2、Q3和Q4形成，其响应于由微控制器50产生的继电器命令信号Relay 1、Relay 2、Relay 3、Relay 4而被致动。

在图4中示出了对电源组控制模块14的继电器驱动器电路部分进行说明的示意图。每一个继电器驱动器电路包括一个晶体管开关，例如Q1，其用于控制电流经过开关继电器30的场绕组的传导。来自微控制器50的继电器负载信号Relay 1通过电阻器分压器电路被输入到晶体管开关Q1的基极。继电器场线圈在+12 VDC电源和晶体管Q1的集电极之间与一个保护性二极管并联。所述二极管抑制当所述场绕组被断电时所生成的反电动势。响应于来自微控制器50的命令，所述电路断开及闭合把镇流器38的功率输入端子连接到操作电压的继电器触点，所述操作电压是从远程公共事业电源提供的277 VAC或120 VAC。

电源组控制模块14的镇流器调光电路46、48具有传统的设计和操作，并且包括用来输出处在0到+10 VDC范围内的信号的运算放大器和相关联的组件。电子镇流器被适配成输出与DC输入成比例的驱动电压，其将产生所期望的光强度水平。电子镇流器根据DC输入镇流器调光信号的水平调节施加到与其相连的灯的电压。0或10 VDC对应于接通或最大受控状态，另一个电压极限（即分别是+10 VDC或0）对应于关断或最小受控状态。二者之间的电压与荧光灯的受控亮度线性地对应。

对于由微控制器50监测的AC输入相的每一个半循环，电源组控制模块14的零交叉检测电路ΦCross部分生成一个零交叉信号。在AC电压的每一个零交叉处，生成一个可以由微控制器50检测到的短脉冲。

该示例性实施例的照明控制系统10可以在无需来自中央控制器或其他单元的任何交互的情况下控制给定空间或房间内的多达十六个照明通道。为了把相同的参数（时间、继电器、灵敏度…）编程到组合给出较广覆盖范围的多个传感器模块中，需要选择其中一个传感器模块并且随后致动远程编程单元58上的“选择全部”按钮，从而发送宽束红外信号IR。所有传感器模块的LED状态指示器60将点亮（蓝色）以表明其被选择。可以通过把激光束LZ导向所期望的传感器模块而从全局编程中添加或去除传感器模块。

每一个占据传感器模块16包括由三个LED状态指示器（红色，蓝色，绿色）构成的群集60，所述LED状态指示器被单独或组合使用来指示编程模式、传感器反馈以及状态下的操作。一旦被选择之后，就可以命令单个传感器模块对其自身的占据参数（蓝色LED）、多个占据传感器参数（蓝色、红色LED）、开关或按钮（红色LED）、调光器或光电管参数（绿色）等等进行编程。当传感器模块处于测试或正常模式时，LED指示器的颜色和闪光速率可以被用来例如指示传感器状态、所检测到的占据、传感器模块超时以及周围光强度水平。

为了读回控制模块的参数设定，操作者切换过将要读回的各个参数，并且致动远程编程单元58上的读取按钮。LED指示器将发生红色（参数未被编程）或蓝色（参数已被编程）闪光。举例来说，为了检验占据传感器模块16上的灵敏度设定，操作者进入设定反馈模式并且选择灵敏度。随后，操作员致动远程编程单元58上的低灵敏度按钮。如果占据传感器模块的LED闪烁红色，则意味着低灵敏度不是传感器上的当前设定。操作员随后可以切换过每一种后续的灵敏度设定直到传感器闪烁蓝色为止，这表明控制模块被设定到与远程发送器上的按键相应的对应设定。

再次参照图2，占据传感器模块16响应于检测到所定义区域内的运动来控制气隙继电器或调光负载。占据传感器模块16包括周围光强度光电管传感器64和运动检测器传感器66，其产生被用来执行各种任务的设备状态信息，所述任务包括占据感测、日光收集以及调光控制。图6中的方框图示出了由控制系统10响应于通过网络12传送的设备状态信息而做出的逻辑决定，所述设备状态信息是由占据传感器模块16、光电管传感器模块18和预设（场景选择）智能开关22传送的。除了占据感测之外，还可以实施光收集任务。光收集利用由光电管传感器64感测到的周围光强度水平。

占据传感器模块16包括被动红外（PIR）运动传感器66，其响应于红外能量的改变来检测所定义区域内的移动。被动红外运动传感器66是由Perkin Elmer Optoelectronics Corporation（Freemont，California）制造的型号LHi 1128。关于型号LHi 1128 PIR运动传感器66的详细规范和操作信息可以在由Perkin Elmer Optoelectronics Corporation公布的标题为“Pyroelectric Detector LHi 1128（热电检测器LHi 1128）”的数据单表中找到，并且被合并在此以作参考。

当检测到占据时，PIR传感器66生成允许在微控制器50的ROM中执行占据任务应用软件的命令。占据任务首先检查当前的光水平。如果启用了光收集，则各盏灯根据光收集任务而接通。由光电管传感器64周期性地测量周围光水平，并且相应地调节各盏灯的亮度。如果没有启用光收集，并且如果最后一个光水平数值不等于零（即并非完全关断），则所述各盏灯的光水平将被设定到在所述各盏灯最后一次被关断时所设定的最后的调光水平。如果最后一个光水平数值等于零，则所述各盏灯的光水平将被设定到预定数值，例如最大亮度。

占据传感器模块16周期性地通过网络向所有其他模块和智能开关发送占据状态更新信号。该信息被存储在其他网络设备的RAM存储器中。每一个控制模块使用该信息作为与执行所指派的任务有关的参考数据。此外，每一个控制模块的微控制器50把经过更新的占据状态信息与先前的状态进行比较，并且至少部分地响应于所述比较的结果而把一个或多个其操作参数的设定数值改变为从其所存储的操作数值集合当中选择的不同数值。

在图7、图8和图9中示出了控制系统10在默认、办公时间后和演示占据感测模式下的操作期间所能调用的占据传感器参数值的各种组合的实例。

占据传感器模块16被提供来自电压调节器52的+5VDC操作功率。通过双向收发器54向/从其他网络连接的控制模块和开关模块传送/接收数据。

光传感器模块18包括光到数字、双通道光电管传感器64，其用于感测及测量周围光的强度。传感器64的宽带通道感测所监测的局部区域内的整个光谱（可见和IR）上的周围光。宽带通道近似人眼响应，并且提供周围光强度测量的数字输出。宽带通道还感测由远程控制器58发送的窄束激光编程信号。光电管64的窄带通道只对IR光谱内的光做出响应，并且例如在操作于日光收集模式下时提供被用于间接以及直接阳光强度测量的数字输出。

双通道光电管传感器64是Texas Advanced Optoelectronics Solutions Inc. (TAOS)（Plano，Texas）制造的部件号TSL2560。关于TSL2560双通道光电管传感器的详细规范和操作信息可以在由TAOS所公布的标题为“TSL2560, TSL2561 Light to Digital Converter（TSL2560、TSL2561光到数字转换器）”的数据单表中找到，并且被合并在此以作参考。

现在参照图3，多通道光电管模块18感测并测量所定义区域内的周围光强度。光电管模块18的构造在所有方面与占据传感器模块16完全相同，其不同之处在于省略了占据传感器66。光电管模块18包括IR接收器68，其用于接收来自远程编程控制器58的无线宽束红外编程命令。多通道光电管传感器64包括一个接收来自远程编程控制器58的窄束激光编程命令的通道。

光电管传感器模块18通过网络向所有其他模块和智能开关发送设备状态信号。光电管传感器模块状态信号包含被接收并且被存储在其他网络设备的RAM存储器中的局部环境状况信息（例如周围光强度）和设备操作状态（例如灯接通/关断、调光模式启用/禁用、日光收集启用/禁用、流明维持启用/禁用）。每一个控制模块使用该信息作为与执行所指派的任务有关的参考数据。此外，每一个控制模块的微控制器50把经过更新的光强度和设备状态信息与先前存储的信息进行比较，并且至少部分地响应于所述比较的结果而把一个或多个其操作参数的设定数值改变为从其所存储的操作数值集合当中选择的不同数值。

同样地，每一个占据传感器模块16通过网络向所有其他模块和智能开关发送设备状态信号。该占据传感器状态信号包含被接收并且被存储在其他网络设备的RAM存储器中的设备操作状态信息（例如人工模式、自动模式、检测到运动）。每一个控制模块使用该信息作为与执行所指派的任务有关的参考数据。此外，每一个控制模块的微控制器50把经过更新的占据传感器状态信息与先前存储的信息进行比较，并且至少部分地响应于所述比较的结果而把一个或多个其操作参数的设定数值改变为从其所存储的操作数值集合当中选择的不同数值。

每一个智能开关20、22也通过网络发送包含与其当前设定（例如接通、关断、场景选择、升高/降低数值）有关的信息的设备状态信号，所述信号被接收到并且被存储在其他网络设备的RAM存储器中。每一个控制模块使用该信息作为与执行所指派的任务有关的参考数据。此外，每一个控制模块的微控制器50把经过更新的开关状态信息与先前存储的信息进行比较，并且至少部分地响应于所述比较的结果而把一个或多个其操作参数的设定数值改变为从其所存储的操作数值集合当中选择的不同数值。

在模块16和光电管模块18中包含一组开关S1、S2以用于人工输入编程命令。LED指示灯（红色，蓝色，绿色）阵列60提供模块编程状态的视觉反馈。传统的红外传感器68接收来自远程控制器58的脉冲IR信号以用于将编程命令输入到微控制器50中。红外传感器68是由Vishay Intertechnology, Inc.（Malvern，Pennsylvania）制造的部件号为TSOP62的遥控IR接收器。关于遥控IR接收器68的详细规范和操作信息可以在由Vishay Intertechnology, Inc.公布的标题为“IR Receiver Modules for Remote Control Systems（用于遥控系统的IR接收器模块）”（文档号82177）的数据单表中找到，并且被合并在此以作参考。

各个控制模块可以被互连并编程来控制共同的或不同的电路。这就允许在无需对系统进行重新布线的情况下指派（或重新指派）负载到传感器的互连。此外，各个控制模块可以被编程为允许共同的或不同的超时延迟。

举例来说，门厅和两个起居室可以连接在一个网络上，以便允许门厅中的一个占据传感器模块和每一个起居室内的一个占据传感器模块控制门厅照明电路。只要在门厅或任一个起居室中检测到运动，门厅照明电路就将被保持接通。

根据另一个实例，由位于入口附近的单个占据传感器模块16（其具有一分钟超时延迟）和位于房间后面附近的另一个占据传感器模块（其具有10分钟超时延迟）监测起居室或杂物间。这就允许占据者在一分钟超时延迟内在入口附近执行快速任务，比如拾起供应项目。如果占据者走进房间更深处以便例如查找文件，则设定10分钟超时延迟。

占据传感器模块16包含一个鸣叫器62，其发出表明灯将很快（例如在5秒内）关断的可听信号的声音。鸣叫器音调还可以在通过人工方式或远程方式对传感器模块进行编程时被用于反馈。

占据传感器控制模块16可以被编程到智能操作模式下，以便允许所述模块基于先前所监测并被存储在RAM存储器中的占据模式来自动选择最为高效的超时延迟。

可以动态地调节控制模块16的几个参数，以便允许功率控制系统10暂时修改其运作方式。举例来说，在测试模式下，所有占据传感器模块中的超时延迟可以被暂时改变到最小超时（所编程的15分钟时间变为15秒）。这就允许通过离开房间（或者静止站立）仅仅15秒而不是15分钟来快速测试照明控制系统10。在测试模式下的操作期间，LED还将闪光以用于传感器状态检验（红色=测试模式；蓝色=检测到占据；绿色=超时延迟未准备好关断电路）。

当要组合各个房间时，各个传感器模块也应当被链接并且设定到更长的超时延迟，以便应对附加的通信延迟。通过发送设定替换超时命令，所有传感器控制模块可以被设定成将其超时延迟增大到更长的延迟。

在建筑物管理系统已向所选房间发出了扫除命令的时间期间，各个传感器模块可以将其超时延迟减小到更短时间，以便允许电路在更短时间内关断，从而在清洁人员在各个房间之间移动的时间期间节省更多能量。

现在参照图3和图10，模块18的双通道光电管传感器64允许该模块选择阳光（开环）或人工光（闭环）感测。这是由于图10中示出的光电管传感器64的多通道光谱响应而成为可能的，其允许传感器在人工光（可见“人眼”波长）与阳光（全光谱可见加红外波长）之间进行区分。当要基于进入房间的阳光量来控制调光器46、48…时，启用光电管64的阳光（开环）通道。当要针对恒定室内光来控制调光器46、48…时，启用光电管64的人工光（闭环）通道。这就允许光电管传感器模块18适配于将要监测的区域内的可用光，从而使得光电管64关于光源的位置和指向成为针对良好性能的不太关键的因素。尽管传统的光电管单元需要仔细定位或瞄准光电管传感器元件，但图3的双通道光电管传感器则不需要特别的定位或瞄准。

多通道光电管传感器模块18可以处理广泛的光源波长并且选择在指定应用中要使用哪些波长。这就允许其在人工光（可见“人眼”波长）与日光（可见加红外波长）之间进行区分。针对使用光传感器模块18来控制对于灯的调光的两种主要应用是日光收集和流明维持。在日光收集模式下，双通道光电管传感器64被定位在其主要暴露于来自太阳的光的位置处（开环），或者被定位在其同时暴露于太阳和受到控制的人工照明源的影响的位置处（闭环）。流明维持涉及控制人工光以补偿随着灯老化的光输出损失。

在所有情况下，传统的光电管传感器的有效性在很大部分上是基于其被定位在房间内的良好程度。传统的光电管传感器需要对从中获得其控制水平的光源进行读取，并且对于所有其他光源被屏蔽。通过使用可以选择将要监测的波长的多通道光电管传感器64，所述定位就不太关键了，并且可以使用一个多通道光电管传感器来满足几乎所有应用的需求。同一个多通道光电管传感器64可以被用来单独基于阳光接通及关断各个区段的灯（开环），并且还通过在至少部分地由人工光照明的其他区段内进行调光来控制光水平（闭环）。

可以通过人工方式或者利用IR远程编程控制器58远程地调节占据传感器模块16和光电管传感器模块18中的光电管水平，并且可以引导其取得对于当前周围光水平的“快照”读数。为了选择允许占据传感器模块16利用快照特征接通照明所需要的光水平，操作者选择设定水平光电管参数，随后按下并保持IR远程发送器58上的快照按钮。光电管传感器模块18将首先关断房间内的灯，开始一个4秒倒计时（鸣叫4次），并且随后获得房间光水平的读数（快照）。这样就消除了传统系统的猜测。在快照光强度测量已被存储之后，可以通过递增所存储的快照光强度水平的数值来按照期望向上或向下调节光水平。

占据和光电管传感器模块对被用来设定操作水平的光进行检测。占据传感器被用来在检测到进入房间的移动时接通灯（自动接通）。一些传统的传感器模块所具有的特征是首先感测房间内已经存在的阳光量，如果有足够的光，则不采取任何行动，并且允许灯保持关断。在大多数传统的传感器中设定该水平的方式是通过旋转拨盘、设定开关或者致动按钮而机械地实现的。一些传感器提供反馈LED显示来帮助安装者进行调节。所有这些方法都需要安装者攀爬到梯子上并且对传感器进行物理调节；随后从梯子上下来并且移走梯子；随后测试传感器以查看其是否将做出适当的响应。这是一种试错方法，并且通常必须被重复几次以使得所述水平被正确地设定。

根据功率控制系统10的照片快照或捕获允许通过光电管传感器模块18所附接至的网络或者通过IR远程编程单元58来远程访问光电管传感器模块18，以便触发照片快照功能。当被触发时，占据传感器模块16将首先关断房间内的灯，等待其光电管64测量所存在的阳光量，设定所期望的水平，并且随后再次将灯接通。这种方法在设定所述水平时将安装者排除在外。

这种方法还适用于被用在日光收集或流明维持应用中的光电管传感器模块18。为了使用该功能，首先把内部灯调节到当阳光较高及较低（或没有）时需要其所处于的水平。随后远程触发照片快照功能，以便设定高或低阳光水平。当被触发时，光电管传感器64将首先把照明调节到适当水平，等待灯稳定，读取阳光和人工光的水平，并且随后设定所期望的水平。还可以指示光电管传感器模块18捕获一个水平，并且随后基于当前所捕获的水平来人为调节第二水平。举例来说，可能捕获到高阳光水平，并且可以指示光电管传感器模块人为地把低阳光水平设定到少80%的阳光。

共享控制网络12的所有控制模块14、16、18和智能开关设备20、22都被设计成向所有网络连接的模块和设备分发系统命令、所感测到的环境状况以及设备操作状态信息。这种设置允许各个控制模块做出系统范围内的决定。这样还把网络通信保持在最少程度。此外，可以降低通信速度以允许在低波特率网络上进行操作。可以在其中波特率能够低至20Hz的高电压网络上实施照明控制系统10的完整控制功能。

举例来说，当使用多个占据传感器模块16来控制一个较大区域时，感测到运动的第一占据传感器模块16将发送命令以便接通每一个驱动器继电器电路，设定其超时延迟，并且发送包含其超时延迟数值的设备状态信号。所有占据传感器模块16都跟踪对于网络上的所有继电器的超时延迟。由于其他占据传感器模块16检测到运动，所以只要检测到表明共同的继电器驱动器电路仍然接通的设备状态信息，就不需要其进行发送。当将继电器驱动器电路关断的时间变为少于一分钟时，所有占据传感器模块16将有机会发送超时延迟重置命令以延长其超时延迟。被设定为具有更长超时延迟的那些占据传感器模块16将被允许首先发送。这将防止具有较短超时延迟的其他传感器模块16发送其重置命令。对于其中所有占据传感器模块16的超时延迟都被设定到15分钟的系统，当在房间内有正常运动时，命令之间的平均时间将是大约10到14分钟。

由于网络上的分布式智能，光电管传感器模块可以周期性地发送表明太阳处在其高太阳设定点与低太阳设定点之间的40%的命令。网络上的调光器模块将自动在先前配置的高/低太阳设定点之间进行调节。每一个调光器模块可以被指派定制的高、低设定点。这就允许一个传感器控制多个调光器，而不是在每一组照明电路上都需要单独的传感器。

电源组模块14、占据传感器模块16、光电管传感器模块18、调光器以及开关站20、22操作在共享网络12上，并且使用该网络来共享数据和当前设备状态信息，以便使得总体照明控制系统10更加智能、反应灵敏并且动态。传统的控制系统是通过以下方式构造的：按照特定模式直接布线每一个传感器以便产生多功能系统，或者把各个模块连接在网络中以便将其水平报告回到在其中做出能量管理决定的房间控制器。不管是哪一种方式，传统的控制模块都按照固定方式采取行动，并且只能通过重新布线或者重新编程来改变其功能。功率控制系统10的分布式智能布置利用可以被动态地重新配置的感测模块，并且所述感测模块基于当前使用照明控制系统的方式以及基于环境状况的局部改变来做出决定。

一个实例是被配置成针对日间的正常占据但是在夜间只有很少或没有占据（除了清洁人员之外）的房间。在日间，占据传感器模块16提高其灵敏度并增大超时延迟以用于监测被占据的空间，但是在夜间其降低灵敏度并减小延迟，以便仅允许较大移动接通灯并且设定较短超时以关断灯。当所述空间没有被占据但是仍然需要一定照明时，电源组调光器模块14还使用来自占据传感器模块16的运动信息将灯缓慢地向下调光到更加节能的水平。

只有当光电管传感器模块18确定占据传感器模块16（或智能开关20、22）已经接通为其指派的控制继电器并且房间场景已被设定到接通时，光电管传感器模块18才将向调光器电路发送控制命令（启用日光收集）。这就允许光电管传感器模块18在选择了不同场景时（例如调低灯光以便观看屏幕演示）或者在一行灯被关断时（例如从墙壁开关）解除（禁用日光收集）。

当启用日光收集时，光电管传感器模块18将向调光器模块发送包含相对阳光水平的当前设备状态信息（从对应于零或低阳光的0%到对应于最大阳光的100%）。这就允许调光器模块决定如何控制其调光器。当被用在多区段应用中时，这将允许一些区段（例如靠近窗户的那些区段）响应于阳光改变而有相当多的变化或者甚至接通及关断，而其他区域则仅有很小变化（其位置远离窗户）。光电管控制模块18的任务是通过网络发送当前阳光强度状态信息，从而其他控制模块可以使用该信息来按照需要进行调节或保持不变。

占据传感器模块16可以控制多个继电器，同时光电管模块18可以基于当前阳光水平添加或减少附加的继电器负载。在较大的房间内，多个占据传感器模块16可以共享信息，从而当一个传感器检测到许多活动时，其他占据传感器可以降低其灵敏度阈值以避免错误触发。此外，当所有占据传感器模块都同意将在例如5秒内关断灯时，所有模块将发出可听鸣叫声以警告所监测区域内的任何人灯将要被关掉。任何墙壁按钮站20、22也可以发出鸣叫警告声。

每一个控制模块16、18可以通过按钮开关被直接编程，通过IR远程发送器58间接编程，或者通过网络从另一个控制模块间接编程。举例来说，当对于延迟定时调节一个占据传感器模块16时，其可以命令所有其他控制模块将它们的定时设定到相同的延迟。利用IR远程发送器58，可以命令将控制模块包括在特定网络参数设定中或者将其从中排除。另一个实例是任何控制模块或智能开关都可以被用来把照明场景水平设定到任何所附接的调光器控制模块。

对于建筑物和建筑物内的房间的能量管理需要以下装置的组合：用以在每天和每周的固定时间接通及关断灯的定时器，用以在房间或空间不再被占据时关断灯的占据传感器，以及用以调节房间和空间内的光水平的光电管传感器。其他网络（例如建筑物控制网络）可以连接到网络12，并且还可以从所监测的房间提取控制信息。诸如占据、光水平、场景选择等等之类的当前状态信息可以被用来与其他房间控制器或建筑物管理系统共享，以获得更广泛的控制选项。

举例来说，当一个房间被可缩进墙壁细分以提供多个空间或一个较大空间时，现在必须共享所有空间内的占据传感器信息以使得所述较大空间正确地运作。为了实现这一点，通过网络12向所有适当的控制模块传送房间组合命令。各个控制模块于是将通过提高其超时（和/或灵敏度）来做出响应，以便适应更大区域的要求。直到所有控制模块都已超时才将关断照明负载。

另一个实例是使用占据控制模块信息（而不是灯接通/关断信息）来向建筑物信息系统通知某一个空间已被占据。这就允许建筑物管理系统避免关断仍然被占据的房间的空调，但是可以关断灯以用于屏幕演示。

照明控制系统10的分布式智能特征允许建筑物管理系统对于不同操作模式选择性地配置房间照明。自动接通操作模式允许功率控制系统10基于其被最初配置的方式来运作。智能关断操作模式允许功率控制系统10根据自动日间调度表关断照明负载，并且在房间将被占据但是将具有很少移动时（例如日间托儿所的午睡时间）提高灵敏度并增大超时。当通过触摸板开关人工关断灯时，只要在空间内检测到占据，照明负载就将继续保持关断。此外，尽管灯被关断，照明控制系统10检测到所述空间仍然被占据，并且可以将该信息报告给建筑物管理系统以用于跟踪目的。一旦所述空间在用户定义的超时时间段内为空，则系统将重整并且在下一次占据时自动接通。

办公时间后操作模式允许功率控制系统10降低其对人类移动的灵敏度，减少关断灯之前的超时，并且要求必须从墙壁开关接通照明负载而不是在第一次检测到移动时自动接通灯。测试模式允许对所有超时进行加速以进行快速系统测试（例如将灯关断的15分钟延迟变为15秒延迟）。

当新的控制模块或智能开关被添加到网络12中时，所共享的信息允许所有控制模块在无需替换或重新布线已经连接到网络的控制模块的情况下执行其功能。

在多个控制模块之间共享的应用的一个实例如下。当占据传感器模块16检测到运动时，其使用它的内部光电管64来做出接通照明的决定。当周围光水平由于可用阳光而已经较高时，该占据传感器模块将保持灯被关断。如果可用阳光由于清早或多云天气而较少，则占据传感器模块16将在检测到运动时接通灯。电源组调光器模块14将接通灯并且把光水平设定到完全。一旦灯接通之后，光电管传感器模块18随后将接管对于光水平的控制。随着阳光变亮，光电管传感器模块18将开始报告阳光百分比的增加。电源组调光器模块14将通过降低调光器光水平而做出响应。一旦没有再检测到运动，占据传感器模块16就将关断灯。光电管64随后将解除其对于阳光强度水平的更新。

调光器控制模块14还可以被设定到设定高点调整模式，以便允许设定最高调光器水平。一旦处在该模式下，调光器模块输出就调节到所选水平，并且随后响应于设定按钮的致动或者接收到来自远程IR编程单元58的IR命令或者响应于网络设定命令而“获知”所选水平。

因此，照明控制系统10提供了五种减少能量使用的方式。首先，当房间内不再有移动时关断照明。其次，当房间内已经有足够阳光时不自动接通照明。第三，限制照明所能被设定到的最高水平（高点调整）。第四，只把照明接通到设定水平（当第一次检测到被占据时）。最后，当检测到阳光增多时对照明进行调光。

参照优选的照明控制实施例已经特别地示出并描述了本发明，其中已经给出了各个实例以解释我们相信是制作并使用本发明的最佳方式。本领域技术人员将会理解的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对其中的形式和细节做出许多改变。

Claims (15)

1. 一种用于控制向电负载施加操作功率的系统（10），其包括：

包括通信介质和耦合到所述介质的多个控制模块（14，16，18）的网络（12），每一个控制模块（14，16，18）被配置成向/从连接到网络（12）的其他控制模块（14，16，18）发送、接收以及处理编程命令、关于模块操作状态的信息以及所感测的环境状况；

每一个控制模块（14，16，18）包括决定其操作性能的所存储的参数，并且每一个控制模块（14，16，18）被配置成响应于通过网络（12）传送的编程命令把每一个参数的数值设定为从一组所存储的操作数值当中选择的数值；

每一个控制模块（14，16，18）包括传感器（16），其用于感测从包括阳光、人工光、身体在所定义的感兴趣区段内的运动、温度、振动和声音的一组当中选择的环境状况；

每一个控制模块（14，16，18）被配置成存储设备操作状态信息以及关于所感测的环境状况的信息；以及

每一个控制模块（14，16，18）被配置成至少部分地响应于通过网络（12）从一个或多个网络连接的控制模块（14，16，18）传送的环境状态信息或设备操作状态信息，而把一个或多个其操作参数的设定数值改变为从一组所存储的操作数值当中选择的不同数值。

2. 如权利要求1所述的功率控制系统（10），其中：

至少其中一个控制模块（14，16，18）包括传感器（16），其能够感测来自包括太阳辐射、白炽照明、荧光照明、红外光束和激光束的发光器群组当中的至少一个来源的发光。

3. 如权利要求1所述的功率控制系统（10），其中：

连接到网络（12）的至少其中一个控制模块（14，16，18）被配置成接收通过网络（12）传送的环境状况状态信号，其中所述至少其中一个控制模块（14，16，18）被适配成响应于包含在所述状态信号中的信息执行电负载控制功能。

4. 如权利要求1所述的功率控制系统（10），其中，至少其中一个控制模块（14，16，18）还包括适于感测阳光的多通道光传感器（64），所述光传感器（64）包括能够感测主要处在红外光谱内的光波长的一个或多个传感器通道以及能够感测主要处在人眼可辨识光谱内的光波长的一个或多个传感器通道。

5. 如权利要求1所述的功率控制系统（10），其中：

其中一个或多个控制模块（14，16，18）分别包括适于感测主要处在红外波长范围内的发光的光传感器（64）和适于感测主要处在激光波长范围内的发光的光传感器；

每一个控制模块（14，16，18）的红外光谱光传感器（64）被配置成响应于由远程发送器无线传送到红外光传感器的红外编程命令信号，而远程地选择其中两个或更多控制模块（14，16，18），并且将其设定为操作在广域编程模式下；以及

激光光谱光传感器被配置成响应于从远程发送器无线传送到激光光传感器的激光命令信号而远程地选择一个且仅有一个控制模块（14，16，18），并且将其设定为操作在单模块编程模式下。

6. 如权利要求1所述的功率控制系统（10），其中，至少其中一个控制模块（14，16，18）包括用于感测周围光强度的光电管传感器（64）以及用于根据一个区域内的运动检测来控制施加到照明负载的操作功率的接通/关断的占据传感器，从而提供所定义区域内部的阳光和/或周围光水平的瞬时测量；以及用于存储所测量的光数值的存储器（50），并且所述占据传感器模块被配置成在光强度测量间隔期间暂时关断所定义区域内的所有灯。

7. 如权利要求1所述的功率控制系统（10），其中，至少其中一个控制模块（14，16，18）包括光电管传感器（64），其用于感测给定区域内的周围光强度，并且用于产生输出状态信号，该输出状态信号作为在预定监测间隔内检测到的最大测量周围光强度的相对百分比。

8. 如权利要求1所述的功率控制系统（10），其还包括连接到至少一个控制模块（14，16，18）的接口开关（20，22）以用于允许人工输入编程命令。

9. 根据权利要求1的功率控制系统（10），其中，一个控制模块（14，16，18）是包括用于接通及关断去到负载的电功率的人工可操作电开关的开关。

10. 根据权利要求1的功率控制系统（10），其中，至少一个控制模块（14，16，18）包括用于调节灯亮度的调光器（46，48）。

11. 根据权利要求1的功率控制系统（10），其中，至少一个控制模块（14，16，18）包括用于控制向照明负载施加电功率的继电器（30，32，34，36）。

12. 根据权利要求1的功率控制系统（10），其中，至少一个控制模块（14）包括镇流器控制电路（38，40，42，44），其被适配成生成光水平电压控制信号并且将其施加到荧光照明负载（FL1，FL2，FL3，FL4）的电子镇流器。

13. 一种用于控制向电负载施加操作功率的照明控制系统（10），其包括：

包括通信介质和耦合到所述介质的多个控制模块（14，16，18）的网络（12），每一个控制模块（14，16，18）被配置成向/从连接到网络（12）的其他控制模块发送、接收以及处理编程命令、关于控制模块（14，16，18）的操作状态的信息以及关于由控制模块（14，16，18）所感测的环境状况的信息；

至少其中一个控制模块（14，16，18）包括传感器（64），其能够感测来自包括太阳辐射、白炽照明、荧光照明、红外光束和激光束的发光器群组当中的至少一个来源的发光，并且所述至少一个控制模块能够向连接到网络（12）的其他控制模块传送包含关于所感测的发光的信息的模块状态信号；以及

连接到网络（12）的至少一个控制模块（14，16，18）被适配成接收通过网络（12）传送的模块状态信号，并且响应于包含在所述状态信号中的信息来执行电负载控制功能。

14. 如权利要求13所述的照明控制系统（10），其中：

每一个控制模块（14，16，18）包括确定其操作性能的一组操作参数，其中每一个操作参数响应于通过网络（12）传送的编程命令而可被设定为从一组所存储的操作数值当中选择的数值；并且

每一个控制模块（14，16，18）被配置成至少部分地响应于通过网络从另一个网络连接的控制模块（14，16，18）传送的操作状态信息而把一个或多个其操作参数的设定数值改变为从一组所存储的操作数值当中选择的不同操作数值。

15. 一种用于控制向电照明负载施加操作功率的照明控制系统（10），其包括：

包括通信介质和耦合到所述介质的多个控制模块（14，16，18）的网络（12），每一个控制模块被配置成向/从连接到网络（12）的其他控制模块发送、接收以及处理数字数据；

至少其中一个控制模块（14，16，18）包括适于感测阳光的多通道光传感器（64），所述光传感器包括能够感测主要处在红外光谱内的光波长的一个或多个传感器通道以及能够感测主要处在人眼可辨识光谱内的光波长的一个或多个传感器通道，并且所述至少一个控制模块（14，16，18）能够向连接到网络的其他控制模块传送包含关于所感测的发光的信息的模块状态信号；以及

所述至少一个控制模块（14，16，18）被配置成用于在所选的其中一个传感器通道内进行该至少一个控制模块的感光操作。

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