CN102917492A - 一种基于家庭式的智能调光系统 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种基于家庭式的智能调光系统，该智能调光系统包括LED灯具（1）、光传感器（2）、无线调光驱动器（3）、无线收发控制器（4）和PC机（5），无线调光驱动器（3）的信号输入端接光传感器（2）的信号输出端，无线调光驱动器（3）的信号输出端接LED灯具（1），同时无线调光驱动器（3）的无线信号发射和接收端与无线收发控制器（4）无线衔接，无线收发控制器（4）通过USB接口与上位机PC（5）连接；该智能调光系统可以应用于家庭、会议室等小型场所，并且实时监测灯具耗能情况，并且设备小巧，成本低廉。
Description
技术领域
本发明属于照明技术领域，具体来说，涉及一种基于家庭式的智能调光系统。
背景技术
目前，国内照明市场上的调光系统仍旧以模拟调光为主，鲜有数字化智能调光系统。某些数字化智能调光系统，在工程安装上极其复杂，需要另外铺设通信线路，例如DALI调光系统。DALI调光系统是一种双线控制系统，可控制16组，每组64个电子镇流器，每组电子镇流器可以在现场由控制装置加以设置，可以在不用继电器的情况下，完成对灯照明的控制，并且灯的工作状态可以存储在控制电路中。即便是实现了无线通信的一些智能调光系统，也由于其组网及配电设备笨重、成本高昂等因素的限制，而仅适合在大型场馆使用。
发明内容
技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于家庭式的智能调光系统，该智能调光系统可以应用于家庭、会议室等小型场所，并且实时监测灯具耗能情况，并且设备小巧，成本低廉。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种基于家庭式的智能调光系统采用的技术方案是：
该智能调光系统包括LED灯具、光传感器、无线调光驱动器、无线收发控制器和PC机，
无线调光驱动器的信号输入端接光传感器的信号输出端，无线调光驱动器的信号输出端接LED灯具，同时无线调光驱动器的无线信号发射和接收端与无线收发控制器无线衔接，无线收发控制器通过USB接口与上位机PC连接；
光传感器用于采集光照强度信息，并将光照强度信息转为电流信号后，传递给无线调光驱动器；
无线调光驱动器中的ADC模块将接收的电流信号转为数字信号，调节PWM模块，输出PWM控制信号；无线调光驱动器用于采集驱动模块输出的驱动电流信号，并将驱动电流信号上传给无线收发控制器；无线调光驱动器还用于接收无线收发控制器传递的调光控制指令，并以此调光控制指令对LED灯具的光照强度进行控制；
无线收发控制器用于接收无线调光驱动器上传的驱动电流信号，并将该驱动电流信号传给PC机处理；无线收发控制器还用于接收PC机下达调光控制指令，并将此调光控制指令传递给无线调光驱动器；
PC机用于接收无线收发控制器传来的驱动电流信号，计算和显示LED灯具实时功耗；并且还用于向无线收发控制器下达预设的调光控制指令以及自适应调光指令。
LED灯具根据无线调光驱动器的控制，进行光照强度的改变。
所述的无线调光驱动器包括通信控制单元和驱动模块，无线收发控制器包括通信控制单元，且无线调光驱动器的通信控制单元和无线收发控制器的通信控制单元均由MC13213芯片和天线模块组成， MC13213芯片包括RF射频模块和MCU模块,MCU模块包含PWM模块、ADC模块和SCI端口，其中，
RF射频模块用于无线信号的调制解调及收发；
PWM模块用于输出PWM调光信号，调节驱动模块输出的电流大小；
ADC模块用于采集光照强度信息及驱动电流信息，并转换为相应的数字信号；
天线模块用于发射时，将高频电流转换成电磁波；接收时，将电磁波转换成高频电流；
驱动模块用于将PWM调光信号转换成驱动电流信号以驱动LED灯具工作。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1. 目前的模拟调光技术，本发明提出了一种数字式PWM调光解决方案。同时，采用IEEE 802.15.4标准结合zigbee技术，以星型拓扑结构组成无线通信网络，实现了上位机及下位机间的数据传输。系统解决了大型智能调光系统安装复杂、设备笨重、成本高昂等问题，成功地使设备小型化、无线化，不仅节约了产品成本，也提高了安装使用的便利性。为家庭等小范围建筑提供了一种可视化的智能调光方案。
2. 本发明提出了一种基于家庭式的小型智能调光系统，满足了小范围内（例如家庭、小型办公室、会议室等）的无线调光控制需要。该系统可对配套LED灯具进行简单地开、关或三级调光（高亮、中亮、微亮）操作，并实时监测灯具耗能情况给出相应的节电报告。整个系统安装简单，设备小巧，成本低廉，市场推广前景光明。
（1）整个系统设备小巧，成本低。可以充分利用主家的个人PC机，仅需安装上位机控制软件及一个小到只有一只U盘大小的无线收发控制器即可对所有配有无线调光驱动器的灯具进行调光控制。若主家灯具规格与无线调光驱动器相符，则无需更换灯具。
（2）采用无线通信技术，即满足主家对美观的要求又避免了安装走线的麻烦，维护方便。
（3）采用光传感技术，可以随环境光亮自动调光，最大限度的为主家节约电能，友好的UI界面，让主家可直接清楚地看到节约的“金钱”。
附图说明
图1是本发明的结构框图。图中有：LED灯具1、光传感器2、无线调光驱动器3、无线收发控制器4和PC机5。
图2是本发明中无线收发控制器的原理框图。
图3是本发明的无线调光驱动器的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。
如图1所示，本发明的基于家庭式的智能调光系统包括LED灯具1、光传感器2、无线调光驱动器3、无线收发控制器4和PC机5。
其中，LED灯具包括射灯、方形格栅、或者路灯等。系统的关键部件——无线收发控制器及无线调光驱动器均以芯片MC13213作为通信及控制的核心单元，该芯片采用SIP工艺技术在9x9mm的LGA封装内集成了微处理器及RF收发模块。处理器采用8位的HCS08内核，同时集成了1个4KB的RAM、1个16KB的FLASH、1个8通道的10位ADC、2个SCI、1个I2C、1个SPI、1个键盘中断模块、2个16位定时器/脉宽调制模块以及多达32个的GPIO口等。RF收发模块包括一个高性能的2.4GHz直接序列扩频射频收发器核心，通过SPI接口与微处理器进行通信。
MC13213芯片提供了一个真正的低功耗、低成本的SoC解决方案，它的应用对系统设备小型化、无线化起到至关重要的作用。
无线收发控制器负责无线网络的建立、节点的管理等任务，需要传送PC机下达的指令、数据至无线调光驱动器，同时接收无线调光驱动器上传的数据，处理后再回传给PC机。无线收发控制器通过USB接口与PC及连接通信。USB接口包括了电源、地及UART的TX（Pin20:TXD1）和RX（Pin21:RXD1）。无线收发控制器与无线调光驱动器之前的通信，采用全球免许可使用的2.4GHzISM频段，通信覆盖半径可达150m（若增加发射功率，甚至可达几公里）。射频接收灵敏度<-92dBm,优于IEEE802.15.4标准中-85dBm的规定。发送功率-28.7 +3.4dBm可调，拥有0～15共16可选工作信道，采用直接序列扩（DirectSequenceSpreadSpectrum ）的二进制编码方式和O-QPSK数字相移键控调制技术，增强了系统抗干扰能力并大大降低了数据传输的误码率。天线采用倒F设计，外加一个收发开关UPG2012TK和2个BALUN LDB212G4005C。 BALUN是传输线平衡器，LDB212G4005C是该平衡器的型号。偶极天线是平衡型天线，而同轴电缆是非平衡型传输线，直接相连会导致同轴电缆的外皮有高频电流流过，因此要加BALUN做平衡-非平衡间的转换。保证了无线信号的收发质量。为了是系统稳定工作，专门设计了基于MIC5201-3.3的稳压电路不仅体积小（SOT223）,而且Dropout Voltage只有225mV100mA。
无线调光驱动器负责接收无线收发控制器传来的上位机指令及数据，根据指令及相关数据利用MC13213的PWM模块，用以驱动LED灯具。驱动模块输出的电流信号，通过电流检测电路转换为电压信号，再利用MC13213 ADC模块的一个通道转换为相应的数字信号，通过无线收发控制器回传给PC机进行处理。光传感器采用光敏管SFH3710采集工作面发射的光信号并转换为电流信号，再通过光检测电路转换为电压信号。该电压信号同样利用MC13213 ADC模块的另一个通道转换为相应的数字信号。将数字信号与程序设定的亮度数值进行比较，根据比较结果来控制PWM模块输出对应的PWM调光信号调节驱动模块输出的电流大小,进而调节灯具的亮度。实现灯具根据环境光情况，自适应的调节亮度，同时保证工作面亮度不发生变化，达到最佳的节能效果。需要注意的是：不同类型的灯具所配的无线调光驱动器，具体的驱动模块也会不同。但是这些驱动模块均是带有PWM调光信号接口的，用以接收MC13213中PWM模块输出的调光信号。
Claims (2)
1.一种基于家庭式的智能调光系统，其特征在于，该智能调光系统包括LED灯具（1）、光传感器（2）、无线调光驱动器（3）、无线收发控制器（4）和PC机（5），
无线调光驱动器（3）的信号输入端接光传感器（2）的信号输出端，无线调光驱动器（3）的信号输出端接LED灯具（1），同时无线调光驱动器（3）的无线信号发射和接收端与无线收发控制器（4）无线衔接，无线收发控制器（4）通过USB接口与上位机PC（5）连接；
光传感器用于采集光照强度信息，并将光照强度信息转为电流信号后，传递给无线调光驱动器；
无线调光驱动器中的ADC模块将接收的电流信号转为数字信号，调节PWM模块，输出PWM控制信号；无线调光驱动器用于采集驱动模块输出的驱动电流信号，并将驱动电流信号上传给无线收发控制器；无线调光驱动器还用于接收无线收发控制器传递的调光控制指令，并以此调光控制指令对LED灯具的光照强度进行控制；
无线收发控制器用于接收无线调光驱动器上传的驱动电流信号，并将该驱动电流信号传给PC机处理；无线收发控制器还用于接收PC机下达调光控制指令，并将此调光控制指令传递给无线调光驱动器；
PC机用于接收无线收发控制器传来的驱动电流信号，计算和显示LED灯具实时功耗；并且还用于向无线收发控制器下达预设的调光控制指令以及自适应调光指令；
LED灯具根据无线调光驱动器的控制，进行光照强度的改变。
2.按照权利要求1所述的基于家庭式的智能调光系统，其特征在于，所述的无线调光驱动器（3）包括通信控制单元和驱动模块，无线收发控制器（4）包括通信控制单元，且无线调光驱动器的通信控制单元和无线收发控制器的通信控制单元均由MC13213芯片和天线模块组成， MC13213芯片包括RF射频模块和MCU模块,MCU模块包含PWM模块、ADC模块和SCI端口，其中，
RF射频模块用于无线信号的调制解调及收发；
PWM模块用于输出PWM调光信号，调节驱动模块输出的电流大小；
ADC模块用于采集光照强度信息及驱动电流信息，并转换为相应的数字信号；
天线模块用于发射时，将高频电流转换成电磁波；接收时，将电磁波转换成高频电流；
驱动模块用于将PWM调光信号转换成驱动电流信号以驱动LED灯具工作。
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: BEGHELLI CHINA LIGHTING CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: BEGHELLI (CHINA) INNOVATION TECHNOLOGY CO., LTD. Effective date: 20150123 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130206 |