CN102448216A - 一种空间照度分布量测与互动式调光控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种空间照度分布量测与互动式调光控制方法及装置，其是在一室内空间内配置一个以上的照度感测器，采用照度转换频率技术，将所侦测到的各照度值转换成不同频率的周期讯号，在长距离传输下，仍可获得很好的讯号杂讯比；又一照度测量模组采用数位频率检测技术，只要侦测接收讯号的频率即可获得某个配置点的照度值；一调光控制模组采用数位直流变频技术，可多段式调整各个可调光照明灯具的发光强度。本发明能实现量测各处点的照度和控制所有可调光照明灯具的发光强度，并同时还具有成本低的功效。

Description

一种空间照度分布量测与互动式调光控制方法及装置

技术领域

本发明涉及一种空间照度分布量测与互动式调光控制方法及装置，特别是指以有线方式侦测室内空间中的照度分布，并分别控制各个可调光照明灯具的发光值，从而能省电地更新室内照度与控制室内的照度分布，以符合特定应用的需要。

背景技术

目前照明设计师在作灯光系统设计时，通常会使用各种方式采光，如采用一个或多个市售照度计配置于室内空间中适当地点，或雇请一个或多个助手四处游走读取并告知该处的照度值，或采用具标准遥控介面的照度计以有线或无线传回各处的照度值，而照明设计师再根据各点的照度值分别调整灯具亮度值至满意为止，或采用昂贵的标准遥控介面的灯具，以有线或无线方式远端调整各灯具的亮度值至满意为止。

但是，以往为读取空间中不同处的照度值，雇用一个或多个助手帮忙则耗费人力与时间，采用一个或多个昂贵的标准遥控介面的照度计，再加上无线传输设计，则可能受到杂讯干扰导致量测失真或在环境中制造更多的无线杂讯，且大部分现有市售灯具皆无设计标准遥控介面，若为了控制目的而购买具标准遥控介面的灯具，则所费不赀。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种空间照度分布量测与互动式调光控制方法，以解决现有技术耗费人力与时间又或成本太高的问题。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种空间照度分布量测与互动式调光控制方法，其中，

提供一个以上的照度感测器，该照度感测器将其所侦测到的照度值转换成一周期讯号；

提供一遮蔽讯号缆线与电源回路，其电性连接各对应的照度感测器，并提供一直流电源回路给该照度感测器，并传送该周期讯号；

提供一输入介面板，电性连接该遮蔽讯号缆线与电源回路，并传送该周期讯号；

提供一控制用电源供应器，其电性连接至该输入介面板；

提供一照度测量模组，分别电性连接至该输入介面板及该控制用电源供应器，该照度测量模组接收来自于该输入介面板传来的该周期讯号后发出一照度值；

提供一资料库分析单元，电性连接至该照度测量模组，该资料库分析单元接收照度测量模组所发出的该照度值，经过分析处理后再发出一发光强度调整命令；

提供一调光控制模组，其分别电性连接至该控制用电源供应器及该资料库分析单元，并接收来自该资料库分析单元发出的该发光强度调整命令，将其转换成一发光强度调整讯号送出；

提供一输出介面板，电性连接至该调光控制模组，并传送该发光强度调整讯号；

提供一屏蔽讯号缆线，与该输出介面板电性连接，并接收及传递该调光控制模组所发出的发光强度调整讯号；

提供一个以上的再生与驱动电路，与该屏蔽讯号缆线电性连接，并接收来自该调光控制模组的发光强度调整讯号并输出；

提供一个以上的可调光照明灯具，与该各对应的再生与驱动电路电性连接，依据该再生与驱动电路输出的发光强度调整讯号来调整发光强度；

提供一照明灯具用电源供应器，其提供该再生与驱动电路与该可调光照明灯具所需的电源。

进一步，该调光控制模组将所接收的发光强度调整命令，将其转换成PWM或Δ-∑调变形式的发光强度调整讯号送出，另该再生与驱动电路在接收该发光强度调整讯号后，首先修护再生数位形式的PWM或Δ-∑发光强度调整讯号，然后改变该再生与驱动电路的输出驱动电压或电流，该照明灯具用电源供应器提供一直流电源至该可调光照明灯具，并采用PWM或Δ-∑调整讯号来驱动该可调光照明灯具发光。

进一步，该照度测量模组接收到复数个周期讯号后，分别测出其频率，经内建对照表查出其对应的照度值，再予以传送出，该内建对照表依据市售精确照度计校正所产生，又该资料库分析单元能通过一电脑标准介面，接收该照度测量模组传来该照度感测器的复数组照度值并存入资料库，再提供作三维空间绘图、绘制各组照度值随时间的演变曲线图等各种资料分析与显示工作功能，根据设计准则与三维空间的照度分布与变化，以互动式通过电脑标准介面送出发光强度调整命令。

进一步，该照度测量模组与该调光控制模组共同整合在同一颗数位晶片内，并形成一整合式数位控制平台，该整合式数位平台以一个多脚位的现场可编程逻辑闸阵列晶片，利用同一外接振荡脉波讯号可同步触发处理该照度测量模组与该调光控制模组的作业，高达数百支以上的输出入接脚，同时接收一个以上该照度感测器传送回来的周期讯号，并同时传送出一个以上该调光控制模组所发出的发光强度调整讯号，且整合该照度测量模组与该调光控制模组的功能，所有的数位号处理程序以内部逻辑电路处理。

进一步，该输入介面板配备一直流电源接头，该遮蔽讯号缆线与电源回路的电源回路，分别电性连接该输直流电源接头及该照度感测器的固定偏压，又该遮蔽讯号缆线与电源回路的屏蔽讯号缆线，以一同轴电缆以防止杂讯侵入，同时能够减少干扰邻近的该照度感测器周期讯号的传输，而该照度感测器所需的直流偏压，则是由该直流电源接头将该控制用电源供应器的直流偏压经该遮蔽讯号缆线与电源回路的电源回路所提供。

进一步，该输入介面板配备一高频讯号接头，而分别电性连接至该遮蔽讯号缆线与电源回路的屏蔽讯号缆线及该照度测量模组，又该输出介面板配备一高频讯号接头，其分别电性连接该屏蔽讯号缆线及该调光控制模组。

进一步，其还配合一市电，分别独立电性连接至该控制用电源供应器、该资料库分析单元及该照明灯具用电源供应器，以供电使用。

进一步，该屏蔽讯号缆线以一同轴电缆，以防止杂讯侵入，同时能够减少干扰邻近的该可调光照明灯具的发光强度调整讯号传输。

进一步，该照度感测器配置在一室内空间的天花板、墙面上、地板上或悬吊在空中，又该可调光照明灯具的数目与照光角度，配合该照度感测器的数量及位置而设置。

针对上述问题，本发明的第二目的在于提供一种空间照度分布量测与互动式调光控制装置。其具体的解决方案如下：

一种空间照度分布量测与互动式调光控制装置，其中，包括：

一个以上的照度感测器；

一遮蔽讯号缆线与电源回路，其电性连接各对应的照度感测器；

一输入介面板，电性连接该遮蔽讯号缆线与电源回路；

一控制用电源供应器，其电性连接至该输入介面板；

一照度测量模组，分别电性连接至该输入介面板及该控制用电源供应器；

一资料库分析单元，电性连接至该照度测量模组；

一调光控制模组，其分别电性连接至该控制用电源供应器及该资料库分析单元；

一输出介面板，电性连接至该调光控制模组；

一屏蔽讯号缆线，与该输出介面板电性连接；

一个以上的再生与驱动电路，与该屏蔽讯号缆线电性连接；

一个以上的可调光照明灯具，与该各对应的再生与驱动电路电性连接；

一照明灯具用电源供应器，分别电性连接该再生与驱动电路及可调光照明灯具。

采用上述结构后，本发明涉及的一种空间照度分布量测与互动式调光控制方法及装置，其采用能将照度转为周期讯号的照度感测器，可以复数个照度感测器大量配置于待测空间中，不但成本低，而且可以长距离以高讯号杂讯比方式自动送回量测讯号，而且其所需电源可集中由整合数位控制平台端提供。

本发明至少具有如下有益效果：

一、本发明采用简单、低成本与低耗电量的分散式照度感测系统，搭配简易直流变频的分散式可调光照明灯具布置，很容易维持室内照度分布以符合于特定用途。

二、本发明以单一整合式的数位平台同时量测各处点的照度与控制所有可调光照明灯具的发光强度，既经济又稳定。

三、本发明采用有线的感测与控制讯号传输，可以减少不必要的电磁干扰与人体伤害。

四、本发明可以控制室外的照度分布以符合特定应用的需要。

附图说明

图1为本发明的空间照度分布量测与自动调光控制系统图。

图2为本发明的感光电阻型压控电路图。

图3为本发明的光电流型压控电路图。

图4为本发明的光控积体电路图。

图5为本发明的单一周期频率测量原理示意图。

图6为本发明的多周期频率测量原理示意图。

图7为本发明的定时频率测量原理示意图。

图中：

1控制用电源供应器         2资料库分析单元

3整合式数位控制平台       30照度测量模组

31调光控制模组            32照度感测器

321感光电阻               322光电流元件

33遮蔽讯号缆线与电源回路  34输入介面板

35屏蔽讯号缆线            36输出介面板

37再生与驱动电路          38可调光照明灯具

39照明灯具用电源供应器    4市电

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

首先，请参阅图1，本发明提供一种空间照度分布量测与互动式调光控制方法及装置，可应用于量测室内照度分布，并可同时作互动式照明，其方法及执行方法的装置包括有一控制用电源供应器1、一资料库分析单元2、一整合式数位控制平台3并配合一市电4实施，前述整合式数位控制平台3包含有一照度测量模组30、一调光控制模组31、一个以上的照度感测器32、一遮蔽讯号缆线与电源回路33、一输入介面板34、一屏蔽讯号缆线35、一输出介面板36、一个以上的再生与驱动电路37、一个以上可调光照明灯具38以及一照明灯具用电源供应器39。其中：

该控制用电源供应器1，其电性连接至该市电4，且提供直流电源给该输入介面板34的直流电源接头、该照度测量模组30与该调光控制模组31。

该资料库分析单元2，其电性连接至该市电4，依通过电脑标准介面接收该照度测量模组30送来的各该照度感测器32的复数组照度值并存入资料库、或提供作三维空间绘图、或绘制各组照度值随时间的演变曲线图等各种资料分析与显示工作功能，根据设计准则与三维空间的照度分布与变化，以互动式通过电脑标准介面送出发光强度调整命令，设定自动调整程式，电脑画面也可以提供对应于各该可调光照明灯具38的互动式控制命令键，依据经验设定自动调光程序。

该整合式数位控制平台3，其分别电性连接至该控制用电源供应器1及该资料库分析单元2，将该照度测量模组30与该调光控制模组31整合在同一颗数位晶片内，并且与该输入介面板34及该输出介面板36连接，该整合式数位控制平台3可以是一个多脚位的现场可编程逻辑闸阵列FPGA(Field-Programmable-Gate-Array晶片)；以同一外接振荡脉波讯号可同步触发处理该照度测量模组30与该调光控制模组31的作业，高达数百支以上的输出入接脚，可同时接收复数个照度感测器32传送回来的讯号，进一步更可同时传送出复数个调光控制模组31所发出的发光强度调整讯号，除了整合该照度测量模组30与该调光控制模组31的功能外，其他相关的数位号处理程序以内部逻辑电路处理。

该照度测量模组30，一端连接至该输入介面板34，接收来自各该照度感测器32传来的复数个周期讯号，并分别测出其频率，经内建对照表查出其对应的照度值，此内建对照表依据市售精确照度计校正所产生。

该调光控制模组31，接收来自该资料库分析单元2送出的发光强度调整命令，转换成PWM或Δ-∑调变形式的发光强度调整讯号送出；该Δ-∑调变形式涉及的为三角积分Δ-∑：Delta Sigma调变技术。

该照度感测器32，其感测器数量随需要而增减，将各该配置点的照度值转换成周期讯号，各该照度感测器32依照需要配置在天花板、墙面上、地板上或悬吊在空中某处。

该遮蔽讯号缆线与电源回路33，提供直流电源回路给各该照度感测器32，并负责传送周期讯号，防止杂讯侵入同时能减少传输讯号幅射出造成杂讯源，该遮蔽讯号缆线与电源回路33的电源回路，连接该输入介面板34的直流电源接头与各该照度感测器32对应的固定偏压；该遮蔽讯号缆线与电源回路33的屏蔽讯号缆线35以同轴电缆以防止杂讯侵入同时能够减少干扰邻近的各该照度感测器32中任一的讯号传输。

该输入介面板34，具直流电源接头与高频接头，一端以连接该遮蔽讯号缆线与电源回路33，该输入介面板34配备高频讯号接头以利集中连接所有该遮蔽讯号缆线与电源回路33的屏蔽讯号缆线35，而各该照度感测器30所需的直流偏压，由直流电源接头将该控制用电源供应器1的直流偏压经该遮蔽讯号缆线与电源回路33的电源回路所提供，进一步更配备同等数量的高频讯号接头以利连接至该照度测量模组30。

该屏蔽讯号缆线35，一端与该输出介面板36连接，接收并传递该调光控制模组31所送出的PWM或Δ-∑调变形式的发光强度调整讯号，该屏蔽讯号缆线35以同轴电缆以防止杂讯侵入同时能够减少干扰邻近的各该可调光照明灯具38任一的发光强度调整讯号传输。

该输出介面板36配备高频讯号接头以利集中连接所有该屏蔽讯号缆线35，进一步更配备同等数量的高频讯号接头以利连接至该调光控制模组31。

该再生与驱动电路37，数量随照明需要而增减，一端与该屏蔽讯号缆线35连接以接收来自该调光控制模组31的控制信号，首先修护再生数位形式的PWM或Δ-∑发光强度调整讯号，然后改变驱动电路的输出驱动电压或电流。

该可调光照明灯具群38，数量对应于该再生与驱动电路37的数量，依据该再生与驱动电路37输出的驱动电压或电流来调整发光强度，各该可调光照明灯具38的数目与照光角度依据需要用以增加与摆设。

该照明灯具用电源供应器39，提供该再生与驱动电路37与该可调光照明灯具38所需的电源，该可调光照明灯具38的电源可采用直流电源，更方便于直流驱动与更有效率地采用PWM或Δ-∑调整讯号来驱动可调光照明灯具发光。

详细的说，由该市电4提供交流电给该控制用电源供应器1与该资料库分析单元2，再由该控制用电源供应器1将市电4转为直流电，并提供给整合式数位控制平台3的照度测量模组30、调光控制模组31与输入介面板34；而各该照度感测器32同时通过该遮蔽讯号缆线与电源回路33接受该输入介面板34所提供的直流电源回路，也把产生的周期讯号送回该输入介面板34；又各该照度感测器32的任一感测器的光感测元件，可以是光敏电阻等感光电阻321，把照度变化转换成电阻值变化，流经固定偏压的电阻分压器后转换成电阻两端的电压变化，再经图2所示的感光电阻型压控电路，转换为不同频率的周期振荡讯号输出，其中图2中感光电阻321的位置可与电容C2及电阻R3对调(RC电路；即由5伏特输入后先与电容C2及电阻R3并联，然后再与感光电阻321串联)。

此外，各该照度感测器32任一感测器的光感测元件，也可以是如光二极体、光电晶体或光电流积体电路等的光电流元件322，将光强度变化转换成光电流变化，流经固定电阻后转换成两端的电压变化，再经图3所示的光电流型压控电路，转换为不同频率的周期振荡讯号输出。

又各该照度感测器32的任一感测器的光感测元件，可以是一整合性的积体电路晶片，如图4所示的光控积体电路，在固定偏压下，由受光窗接收到光强度变化直接转换成不同频率的周期振荡讯号输出。

照明设计师根据设计准则与三维空间的照度分布与变化，可互动式送出发光强度调整命令给调光控制模组31，或者设定自动调整程式；调光控制模组31将PWM或Δ-∑调变形式的发光强度调整讯号送至该输出介面板36，前述输出介面板36具有高频接头，再通过屏蔽讯号缆线35将发光强度调整讯号送至各该再生与驱动电路37前述再生与驱动电路37首先修护并再生数位形式的PWM或Δ-∑调变讯号，然后改变该再生驱动电路37的输出电压或电流以该可调光照明灯具38的发光强度。

该照度测量模组30的频率量测方法有三：

其一，如图5所示，为单一周期频率测量原理示意图，在输入讯号的一个完整周期内Tin，计数参考讯号的上缘爬升的次数Nr，则可计算出输入讯号的周期Tin为

Tin＝Nr/fre，

因此，待测频率fin可得为

fin＝fre/Nr，

以参考讯号的频率fre＝100MHz为例，计数的周期误差为Δt＝1/fre＝10ns，若订频率量测误差比不大于1％的话，则输入讯号的周期应大于1μs，亦即待测讯号的频率应小于1MHz。

其二，如图6所示，为多周期频率测量原理示意图所示，在输入讯号的Nin个完整周期内，计数参考讯号的上缘爬升的次数Nr，则可计算出输入讯号的周期Tin为

Tin＝Nr/Nin*fre，

因此待测频率fin可得为

fin＝Nin*fre/Nr，

此时计数的周期误差将降为1/Nin，因此最大待测讯号的频率可提高至Nin倍。

其三，为统一每一次频率量测的时间，如图7所示，为定时频率测量原理示意图所示，若设定量测时间为1秒，则计数参考讯号脉波上缘触发fre次内，输入讯号脉波上缘发生的次数Nin即为输入讯号的频率，此时频率量测解析度为1Hz。若将量测时间减少10倍设定为0.1秒，则频率量测解析度降10倍而为10Hz。因此，我们可依输入讯号频率的范围，来协调频率量测解析度与量测时间。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (10)

1.一种空间照度分布量测与互动式调光控制方法，其特征在于，

提供一个以上的照度感测器，该照度感测器将其所侦测到的照度值转换成一周期讯号；

提供一遮蔽讯号缆线与电源回路，其电性连接各对应的照度感测器，并提供一直流电源回路给该照度感测器，并传送该周期讯号；

提供一输入介面板，电性连接该遮蔽讯号缆线与电源回路，并传送该周期讯号；

提供一控制用电源供应器，其电性连接至该输入介面板；

提供一照度测量模组，分别电性连接至该输入介面板及该控制用电源供应器，该照度测量模组接收来自于该输入介面板传来的该周期讯号后发出一照度值；

提供一资料库分析单元，电性连接至该照度测量模组，该资料库分析单元接收照度测量模组所发出的该照度值，经过分析处理后再发出一发光强度调整命令；

提供一调光控制模组，其分别电性连接至该控制用电源供应器及该资料库分析单元，并接收来自该资料库分析单元发出的该发光强度调整命令，将其转换成一发光强度调整讯号送出；

提供一输出介面板，电性连接至该调光控制模组，并传送该发光强度调整讯号；

提供一屏蔽讯号缆线，与该输出介面板电性连接，并接收及传递该调光控制模组所发出的发光强度调整讯号；

提供一个以上的再生与驱动电路，与该屏蔽讯号缆线电性连接，并接收来自该调光控制模组的发光强度调整讯号并输出；

提供一个以上的可调光照明灯具，与该各对应的再生与驱动电路电性连接，依据该再生与驱动电路输出的发光强度调整讯号来调整发光强度；

提供一照明灯具用电源供应器，其提供该再生与驱动电路与该可调光照明灯具所需的电源。

2.如权利要求1所述的一种空间照度分布量测与互动式调光控制方法，其特征在于，该调光控制模组将所接收的发光强度调整命令，将其转换成PWM或Δ-∑调变形式的发光强度调整讯号送出，另该再生与驱动电路在接收该发光强度调整讯号后，首先修护再生数位形式的PWM或Δ-∑发光强度调整讯号，然后改变该再生与驱动电路的输出驱动电压或电流，该照明灯具用电源供应器提供一直流电源至该可调光照明灯具，并采用PWM或Δ-∑调整讯号来驱动该可调光照明灯具发光。

3.如权利要求2所述的一种空间照度分布量测与互动式调光控制方法，其特征在于，该照度测量模组接收到复数个周期讯号后，分别测出其频率，经内建对照表查出其对应的照度值，再予以传送出，该内建对照表依据市售精确照度计校正所产生，又该资料库分析单元能通过一电脑标准介面，接收该照度测量模组传来该照度感测器的复数组照度值并存入资料库，再提供作三维空间绘图、绘制各组照度值随时间的演变曲线图等各种资料分析与显示工作功能，根据设计准则与三维空间的照度分布与变化，以互动式通过电脑标准介面送出发光强度调整命令。

4.如权利要求3所述的一种空间照度分布量测与互动式调光控制方法，其特征在于，该照度测量模组与该调光控制模组共同整合在同一颗数位晶片内，并形成一整合式数位控制平台，该整合式数位平台以一个多脚位的现场可编程逻辑闸阵列晶片，利用同一外接振荡脉波讯号可同步触发处理该照度测量模组与该调光控制模组的作业，高达数百支以上的输出入接脚，同时接收一个以上该照度感测器传送回来的周期讯号，并同时传送出一个以上该调光控制模组所发出的发光强度调整讯号，且整合该照度测量模组与该调光控制模组的功能，所有的数位号处理程序以内部逻辑电路处理。

5.如权利要求1至4任一项所述的一种空间照度分布量测与互动式调光控制方法，其特征在于，该输入介面板配备一直流电源接头，该遮蔽讯号缆线与电源回路的电源回路，分别电性连接该输直流电源接头及该照度感测器的固定偏压，又该遮蔽讯号缆线与电源回路的屏蔽讯号缆线，以一同轴电缆以防止杂讯侵入，同时能够减少干扰邻近的该照度感测器周期讯号的传输，而该照度感测器所需的直流偏压，则是由该直流电源接头将该控制用电源供应器的直流偏压经该遮蔽讯号缆线与电源回路的电源回路所提供。

6.如权利要求1至4任一项所述的一种空间照度分布量测与互动式调光控制方法，其特征在于，该输入介面板配备一高频讯号接头，而分别电性连接至该遮蔽讯号缆线与电源回路的屏蔽讯号缆线及该照度测量模组，又该输出介面板配备一高频讯号接头，其分别电性连接该屏蔽讯号缆线及该调光控制模组。

7.如权利要求1至4任一项所述的一种空间照度分布量测与互动式调光控制方法，其特征在于，其还配合一市电，分别独立电性连接至该控制用电源供应器、该资料库分析单元及该照明灯具用电源供应器，以供电使用。

8.如权利要求1至4任一项所述的一种空间照度分布量测与互动式调光控制方法，其特征在于，该屏蔽讯号缆线以一同轴电缆，以防止杂讯侵入，同时能够减少干扰邻近的该可调光照明灯具的发光强度调整讯号传输。

9.如权利要求1至4任一项所述的一种空间照度分布量测与互动式调光控制方法，其特征在于，该照度感测器配置在一室内空间的天花板、墙面上、地板上或悬吊在空中，又该可调光照明灯具的数目与照光角度，配合该照度感测器的数量及位置而设置。

10.一种空间照度分布量测与互动式调光控制装置，其特征在于，包括：

一个以上的照度感测器；

一遮蔽讯号缆线与电源回路，其电性连接各对应的照度感测器；

一输入介面板，电性连接该遮蔽讯号缆线与电源回路；

一控制用电源供应器，其电性连接至该输入介面板；

一照度测量模组，分别电性连接至该输入介面板及该控制用电源供应器；

一资料库分析单元，电性连接至该照度测量模组；

一调光控制模组，其分别电性连接至该控制用电源供应器及该资料库分析单元；

一输出介面板，电性连接至该调光控制模组；

一屏蔽讯号缆线，与该输出介面板电性连接；

一个以上的再生与驱动电路，与该屏蔽讯号缆线电性连接；

一个以上的可调光照明灯具，与该各对应的再生与驱动电路电性连接；

一照明灯具用电源供应器，分别电性连接该再生与驱动电路及可调光照明灯具。

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