CN102958227A - 具电力测量和传讯功能的集合式led智能照明控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具电力测量和传讯功能的集合式LED智能照明控制装置，为包括多盏LED灯所共享的一组电源供应器和各自独立的调光控制的多功能控制器，也包括一个电力测量模块，能测量及记录各盏灯或全部的耗电状况，也包含一个情境模式输入接口板，并结合既有墙面开关，且不必变更原有配线情况下，使其具有切换群组照明和多段调光的功能，同时也内建网络和Zigbee无线通讯模块，可自远地连网服务器控制本装置各LED的电源和调光及电力信息搜集。也能通过Zigbee接口与装设在本装置下方具有Zigbee接口的设备，以无线方式自动组网达到信息搜集和控制目的。

Description

具电力测量和传讯功能的集合式LED智能照明控制装置

技术领域

本发明有关一种具有电力测量和传讯功能的集合式LED智能照明控制装置，主要是提供一个集合多盏LED灯的智能照明控制系统，并结合电力测量和通讯技术，使成为一套以照明为主体，并兼智慧绿建筑所需的信息搜集控制平台，可监控具有Zigbee等通讯接口的其它检知器或设备，以达到改善照明和节能减碳及优化生活的目的。

背景技术

现有公知的灯控装置，一般都是一盏灯配一个控制器，墙上的开关只能控制电源开关，或既定段数的调光，无法针对大面积的区域照明提供切换，也不能改变调光段数；更无法获得消耗电力相关数据测量，也无法借由远地服务器定时或程序化控制，或通过网络而达到灯源控制，当然不能达到个人化控制任一盏灯的ON(开启)或OFF(关闭)，及任一盏灯的调光和获悉任一盏灯的用电信息，包括LED灯内的每串、每颗晶粒是否故障等信息；换言之，现有的灯控装置并未同时具有电力测量及传讯和远距控制等功能，更无法在不改变原有开关的配线情况下，去改变既有墙上开关设定切换群组照明、调光段数以及多盏LED灯共享一个电源供应器，当然，公知的灯控装置也不能检测到每一盏LED灯内的任一串回路或任一颗LED晶粒是否都处于正常工作的状态。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的，在于提供一种具有电力测量和传讯功能的集合式LED智能照明控制装置。

为达到上述目的，本发明具有电力测量和传讯功能的集合式LED智能照明控制装置由为多盏LED灯所共享的一组电源供应器和各自独立调光控制的多功能控制器所组成，该多功能控制器包括一个能测量及记录各盏灯及全部耗电状况的电力测量模块，以及一个情境模式输入接口板与内建网络和Zigbee无线通讯模块，用以自远地连网服务器控制本装置各LED灯的电源和调光及电力信息搜集，并通过Zigbee接口与装设在本装置附近具有Zigbee接口的检知器或设备，以无线方式自动组网，达到信息搜集和控制目的。

所述电源供应器和各自独立调光控制的多功能控制器，其为分开的两个单体，并被同时固定在一个底板上，电源供应器与多功能控制器之间使用插座连结，其中所述电源供应器的交流端电源是经由多功能控制器电力测量后供给，而所述电源供应器的直流输出提供给多功能控制器使用。

所述情境模式输入接口板具有指拨开关，所述情境模式输入接口板与既有墙面开关连接，原本灯具电源线与调光控制及状态读取接口板的端子连接。

所述既有墙面开关为能控制正、负半周的电源，进而分别控制群组和调光的且内含二极管的机械式开关。

所述情境模式输入接口板使用电子式触控开关来控制。

所述内建网络和Zigbee无线通讯模块包含有用以存储所控制的各灯具的电力数据和当下状态的记忆卡。

所述多功能控制器设有一可切换在暂用状态以控制电源的应急开关。

本发明能单独或同时供应多盏LED的电源及分别调光，其电力测量模块，能测量及记录各盏灯或全部的耗电状况，本发明并结合既有墙面开关且不必更改原有开关的配线情况下，使具有切换群组照明和多段调光的功能，同时本发明也内建网络和Zigbee的无线通讯接口，可自远距连网服务器定时或程序化控制，也能就地连网操控每一盏灯的ON/OFF及调光和查询其用电信息，和检测每一盏LED灯内任一串回路的每一颗晶粒是否正常工作信息，同时也能通过Zigbee接口与装设在本装置下面具有Zigbee接口的检知器或设备，以无线方式自动形成网络，进而达到全面信息搜集和控制目的。

本发明其系集合多盏LED灯，但共享一组电源供应器，该电源供应器可推动多组具程序化控制的定电流源，可分别调整各盏LED的供应电流，达到共享电源，分别调光的低成本高效率运作模式。

本发明提供一个易于满足现场需要的情境设定控制接口，并结合现场既有的墙面开关，通过本装置特有的群组和调光指拨设定，且不必更改原有开关的配线情况下，便可将墙面的一只开关换成二只开关，分别使其具有切换群组照明和多段调光的功能，满足现场实际需求。

本发明提供一组电力测量模块，除可计量全体的耗能外，也可通过程序的搭配，计算出各盏灯的耗能信息，并经由连网的服务器搜集器和统计，能有效分析了解到各盏灯的用电信息，和检测每一盏LED灯内任一串回路的每一颗晶粒是否正常工作信息，协助故障的主动检测和节能减碳的推行，并促进LED智能照明灯具的全面导入。

本发明提供一种简便的信息搜集和控制平台，为内建有网络接口，可从远距程序化或定时控制集合式LED灯具和调光，也能现场就地连上网络，操控每一盏灯的ON或OFF，以及个别细腻的调整光源和查询每盏灯具的用电信息，同时也能通过内建的Zigbee接口，与装设在本装置下面同样具有Zigbee接口的检知器或设备，以无线方式自动形成网络，达到智能绿建筑所需的全面信息搜集和控制的目的。

本发明提供一种创新的触控接口开关，可改变既有开关的ON/OFF切换模式，无论现有的二线式或三线式开关，都能在不更改其配线下，而能克服电源和控制问题，换言之，本发明也能提供新的电子式触摸开关，可完全取代旧有的一个开关式开关，提升成两个触控的群组情境和调光控制方式，达到人性化、安全化和高级化的操控环境。

附图说明

以下配合附图详细说明本发明的特征及优点：

图1为本发明具电力测量和传讯功能的集合式LED智能照明控制装置的外形结构图；

图2为本发明具电力测量和传讯功能的集合式LED智能照明控制装置的实施状态示意图；

图3为本发明具电力测量和传讯功能的集合式LED智能照明控制装置的分解示意图；

图4为本发明具电力测量和传讯功能的集合式LED智能照明控制装置的架构方块图；

图5为本发明具电力测量和传讯功能的集合式LED智能照明控制装置的电力测量模块电路；

图6为本发明具电力测量和传讯功能的集合式LED智能照明控制装置的调光控制及状态读取接口电路图；

图7为本发明具电力测量和传讯功能的集合式LED智能照明控制装置的微处理器和电源保护及控制电路图；

图8为本发明具电力测量和传讯功能的集合式LED智能照明控制装置的情境模式输入接口及设定接口电路图；

图9为本发明具电力测量和传讯功能的集合式LED智能照明控制装置的TCP/IP转RS-485及数据储存接口电路图；

图10为本发明具电力测量和传讯功能的集合式LED智能照明控制装置的Zigbee无线通讯接口电路图；

图11为本发明具电力测量和传讯功能的集合式LED智能照明控制装置所附属群组和调光控制的机械式开关和电子式触控开关电路图。

附图标记说明

1.1铭板

1.2控制器上盖

1.3情境模式输入接口板

1.4调光控制及状态读取接口板

1.5电力测量模块

1.6微处理器及外围控制板

1.7TCP/IP转RS-485及数据储存板

1.8电源保护及控制板

1.9Zigbee无线通讯模块

1.10Zigbee外部天线

1.11配线转接板

1.1248V电源供应器

1.13控制器外壳

1.14固定底板

2.1电力测量模块

2.2AC/DC电源供应器

2.3调光控制及状态读取接口

2.4情境模式输入接口

2.5控制模式设定接口

2.6微处理器

2.7电源转换保护及控制电路

2.8TCP/IP转RS-485及数据储存接口

2.9Zigbee无线通讯模块

具体实施方式

如图1所示，为本发明具电力测量和传讯功能的集合式LED智能照明控制装置实施例的外形结构图，其是在一个大约A4大小的底板1.14设置一个电源供应器1.12和一个控制器(其包含控制器上盖1.2及控制器外壳1.13)，而构成本发明的主体控制装置，该电源供应器1.12为多盏LED灯所共享，该控制器为各自独立调光控制的多功能控制器，电源供应器1.12与控制器之间使用插座连结，其中电源供应器的AC端电源是经由多功能控制器电力测量后才供给，而电源供应器的直流输出则提供给多功能控制器使用。

如图2所示，为本发明具电力测量和传讯功能的集合式LED智能照明控制装置实施例的组配状态示意图，其由本发明一个装置可连接二个原有墙上开关，并提供8组LED灯电源、调光、测量、传讯等的配置示意，经由一条网络线可通过RS-485联机串接到最多15个本发明的主体控制装置。

如图3所示，为本发明具电力测量和传讯功能的集合式LED智能照明控制装置的分解状态示意图，其组成依序包括：铭板1.1、控制器上盖1.2、情境模式输入接口板1.3、调光控制及状态读取接口板1.4、电力测量模块1.5、微处理器及外围控制板1.6、TCP/IP转RS-485及数据储存板1.7、电源保护及控制板1.8、Zigbee无线通讯模块1.9、Zigbee外部天线1.10、配线转接板1.11、48V电源供应器1.12、控制器外壳1.13、固定底板1.14；如图所示，其组成方式为配线转接板1.11锁付在控制器外壳1.13内，在配线转接板1.11上可放置电力测量模块1.5和微处理器及外围控制板1.6和TCP/IP转RS-485及数据储存板1.7和电保护及控制板1.8和Zigbee无线通讯模块1.9，最后在最上层还锁付情境模式输入接口板1.3和调光控制及状态读取接口板1.4，才完成所有PCB板的摆放固定，另外Zigbee天线1.10则锁付在控制器外壳1.13上，盖上控制器上盖1.2和铭板1.1完成全部的组装，即形成如图1所示实施例的组合。

如图4所示为本发明具电力测量和传讯功能的集合式LED智能照明控制装置的架构方块图，其中外部市电自方块电力测量模块2.1输入后，再到方块AC/DC电源供应器2.2，能测量全部的用电信息，并由方块微处理器2.6所读取和记录。

方块AC/DC电源供应器2.2所输出的直流电源，大部分提供给方块调光控制及状态读取接口2.3，以点亮外部8盏LED灯，另外小部分的电则提供到方块电源转换保护及控制电路2.7，可供本系统电源使用。

方块微处理器2.6能根据方块情境模式输入接口2.4，检知外部墙上开关的状态，及方块控制模式设定接口2.5信息，经由微处理器2.6程序运作，控制方块调光控制及状态读取接口2.3，可分别控制及读取外部8盏LED灯的亮度和用电信息。另外方块微处理器2.6也能经由方块TCP/IP转RS-485及数据储存接口2.8和远方连网的数据搜集服务器通讯，同样可控制方块调光控制及状态读取接口2.3，能分别控制及读取所控制的外部8盏LED灯的亮度和用电状态，并传送信息到远方的连网服务器上。

方块TCP/IP转RS-485及数据储存接口2.8，除能与方块微处理器2.6通讯控制及读取LED亮度和用电信息之外，还能借由其串行通讯接口与方块Zigbee无线通讯模块2.9，能控制及读取更多外部设备或检知器，其中通讯状态也能受方块微处理器2.6的监视，若通讯异常便启动方块电源转换保护及控制电路2.7，重启动方块2.8、方块2.9的电源，以提升通讯的信赖性。

以下是说明本发明控制器的各方块动作原理及其作用，图5～图10为本发明的各方块电路图，图11为本发明所附属群组和调光控制的机械式开关和电子式触控开关电路图，说明如后。

图5为本发明的电力测量模块电路图(方块2.1电路图)，图中U1为开关式电源稳压IC，市电电源P1经由电阻R5、二极管D2加到U1的D极(PIN 5)，在有源电容C4上为一高达数百伏的直流电源，经由U1及外围二极管D1、D3、电阻R1、R4及无源电容C1、有源电容C2、有源电容C5、电感L1的作用，可稳定输出本模块所需的5VA电源，其值由R1、R4的电阻比例来决定，发光二极管D4和电阻R8为5VA电源指示灯，该5VA电源只提供本电力模块使用。

图5中U6为电力测量IC(Integrated Circuit，集成电路)，输入适当比例的市电电压及消耗电流，即能从U6获得电压(V)、电流(A)、功率(W)、实功(Wh)、功率因子(PF)等数据，在本图中U6的电压输入来自P1，经电阻R23、R24、R25和R27的分压，换言之，R27的电压正比例于P1输入电压。而U6的电流检测信号则有二种选择，在大电流下(15A以上)，输入端P2与P3是经由一条导线通过比流器CT1，其二次侧电流在电阻R15上产生对应的电压，该电压正比例于消耗电流(此时电阻R16、R17不装)，其检测的电流信号经电阻R20、R21引到电力测量IC U6的V1P及V1N脚。而本实施例，全体消耗功率小于300W，故不使用比流器CT1和R15来检测电流，而是使用低阻值的R16、R17，直接读取R16、R17两端的电压，其电压也是一样正比例于消耗电流。

图5中U6输入信号处理端的电阻、电容，为待测信号噪声过滤目的，包括无源电容C13、C14、C15、C16、有源电容C17、无源电容C18和电阻R26等，U6电力测量IC是使用其PIN-9的电压为基准来测量，有源电容C19、无源电容C20为稳定化其参考电压之用，X1为精密振荡器，当测量时基计算之用，也是能量(Wh)转换的基础时基，其测量结果自SI、SO、SCK的信号线与U4的MCU(Micro Controller Unit，微处理器)相连结；换言之，该模块的MCU(U4)便是利用串行的SPI接口，读取U6的电力测量数据。图中晶体管Q1受微处理器U4控制，可在U6异常时重新POWER OFF(关闭)及POWERON RESET(重新启动)U6。本模块的微处理器U4可将校调数据存在U5内，使用时可经由CS1、SO、SI、SCK等信号线，读取校调的修正数据，通过ADE-CS、SO、SI、SCK等信号线，加载U6电力测量IC的测量修正缓存器内，同时也经由相同的信号线读取U6的测量值，并加载U5的记忆IC内，并也能将测量值经由TXD-OUT和RXD-IN信号线，借由光隔离IC U2、U3，将信号传到连接器J1的RXD和TXD接脚上，让本发明的主CPU能经由TXD和RXD来读取本电力测量模块2.1的实时或历史测量数据。

图6为本发明的调光控制及状态读取接口电路图(方块2.3的电路图)，其中如LED控制-1，共有八组分别控制8盏LED灯，方式及电路结构一样，以下就LED控制-1为例，余类推。如图LED控制-1由电源供应器提供48V的DC电源，先经保险丝F 1到场效应管Q2，图中输出端L1-OUT1及L1-OUT2则接到外部的LED灯，而电阻R45为其检测电流电阻，即R45上的电压愈高，流经外部LED灯的电流就愈大，成正比例。图中U7A为比较器，如图中当U7A的负端输入(PIN-6)大于正端输入(PIN-7)，即代表当下的LED电流小于所设定的亮度电流，这时会使U7A输出为LOW(低电平)，让晶体管Q4集电极变HI(高电平)使Q2导通，让提供给LED灯的电压增加，即亮度增加，电流增加，在R45上的电压也增加，直到U7A的正端输入(PIN-7)大于负端输入(PIN-6)，这时才会使U7A输出为HI电位，使Q4为ON，关掉Q2；换言之，只要改变L1-1、L1-2、L1-3、L1-4的HI或LOW信号，便能自动控制提供给外部LED灯的电源电压和流通的电流，进而控制亮度，以本电路由L1-1、L1-2、L1-3、L1-4共有四个逻辑输入电压，经由电阻R43、R47、R49、R53各自成一定比例的电阻值与电阻R51分压可得到16种电压，即能有16种调光电流，即16种调光亮度；易言之，本发明用4个数字电压准位转换成16个线性电压，用以设定16个调光电流。

图6中60V-IN(60V)提供比电源48V更高的电压，经由有源电容C27、电阻R31的引入，作为Q2的推动电压，电阻R29和稳压二极管ZD2为限制及保护Q2的推动电压，二极管D6、电感L3和无源电容C23、有源电容C24为组成切换式电源的储能电路，电阻R37及R41组成史密特电路，让U7A比较器能更稳定的控制Q2的ON或OFF，经由R45的电压(实际点亮LED的电流)与R51的电压(设定LED的流通电流)自动比较控制，即自动调变Q2的ON或OFF比例，通过L3与C23、C24的平滑滤波，使当下的LED输出电压，其流通的电流刚好满足所设定的亮度，达到高效率低损耗的开关式电源供应，但又非常贴近恒定的直流电流(非一般的脉冲PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)方式)，让LED灯亮度均匀不闪烁、不产生噪声、不瞬间过载推动LED，延长LED灯寿命。

如图6中U19串行转并列IC，共输出TP1～TP8八种信号，逐一控制U13～U22八组光隔离IC的ON及OFF，以第1组为例，如图中TP1可控制U13光隔离IC ON或OFF并配合二极管D22在电阻R134、R135分压电路上，可得到正比例于当下LED控制-1的输出电压，其余LED控制2～8，其电路原理和作用和LED控制-1电路相同，不再说明。换言之，控制TP1～TP8可逐一启动各组的光隔离IC，经R134、R135分压及线性转换数字的集成电路AD1转换，轮流测量当下各组LED灯的推动电压，用以掌握各盏LED灯的消耗电力和状态，由于LED灯是由许多个单一的LED晶粒所串、并联组合而成，通过本项电路的调光限流控制和输出电压测量，可获知各单一的LED晶粒及串、并联电路是否正常运作，进一步作为主动故障维修或实际点灯时间等信息搜集。另外U9、U11、U12、U16为串行输入变并列输出的IC，能控制共32个数字输出点，每4个一组控制一组LED亮度控制，可分别控制八组LED灯的亮度；换言之，U19可控制轮流读取这其中任一组的当下推动LED的输出电压，搭配其所控制的电流，使可计算各组LED灯的耗能和使用状态。图中U10为并列输入转串行输出的IC，能读取2只墙上开关的4种状态和4个指拨开关(SW1)，这开关可设定本发明在通讯上的联机地址，共0～F可供选用，也意味着在一个TCP/IP网卡下，最多可联机控制15个本装置，即120盏LED灯(8×15＝120)的控制和用电信息、使用状态等的数据搜集、统计。

如图7为本发明的微处理器和电源保护及控制电路图(方块2.6、2.7的电路图)，U23为微处理器IC，内含内存可存放执行程序，为本发明的控制中枢，可通过其控制脚TXD、RXD信号线读取方块2.1的电力测量模块的电力测量信息，也可通过DATA、CLK、STR-1信号线，经由U9、U11、U12、U16的数字输出，控制方块调光控制及状态读取接口2.3的LED灯推动电压及电流大小；以及STR-2信号线和控制U19的输出，可测量读出其输出值，并也能通过CLK1、LOAD1、DATA-IN-1信号线控制U10，接收方块情境模式输入接口2.4的当下状态和通过CLK2、LOAD2、DATA-IN-2信号线控制集成电路U35～U44(如图8所示)，读取方块控制模式设定接口2.5的设定值，以控制方块调光控制及状态读取接口2.3，即按使用者所设定的模式，操作既有墙面开关，满足现场智能照明的控制目的。

另外微处理器IC U23还能通过SRXD、STXD、RS-485-EN信号线及RS-185转换IC U24和方块TCP/IP数据搜集及储存接口2.8和远方服务器连网控制，最后尚能经由WDI信号线和方块电源转换保护及控制电路2.7保持正常的运作关系，若异常能令图7的集成电路U28WDI(PIN-4)无脉冲输入而重新启动电源，换言之当系统(程序)运作异常时，WDI信号会消失，或使用的系统电压(5V)异常都会使U28的WDT-RST(PIN-3)由LOW电位变成HI电位，使晶体管Q20导通、晶体管Q19OPEN、晶体管Q18OPEN，即切断提供给微处理器IC U23的电源(PIN-28)，即5V-OUT变为0V，然后随即恢复电源，完成POWER ON RESET程序，重新启动系统。

如图7本发明所使用的低压5V电源，是由外部AC/DC电源供应48V所提供，经U25开关式电源IC和其外围二极管D30、D31、电阻R148、R149、有源电容C66、C67、C68、电感L11、L12等组件的搭配，可高效率的从48V的电压中，取得稳定的5V电源，提供给本发明各方块电路使用。

如图7本发明所使用的60V POWER MOS推动电源(即60V-IN)，也是由48V-IN升压得来，图中U30为开关式电源IC，搭配其外围二极管D32、ZD20(12V稳压二极管)和电阻R158、光隔离IC U29、有源电容C70、无源电容C71等组件的搭配，可高效率的从48V的电压中提升12V电源得到60V的输出电源，提供给各组调光器的POWER MOS推动之用。

如图8为本发明的情境模式输入接口及控制模式设定接口电路图(方块2.4、2.5的电路图)，本发明可沿用其原来墙上开关，并定义2只开关4种状态，如图中所示，AC-L1与AC-N1代表其中一组原来开关所控制的灯源，因此可不必更改原有开关的配线直接沿用，当原开关ON时，原本AC-L1与AC-N1之间会提供一个交流电压，本发明则把其交流电源利用D40、D41两个二极管区分成正、负两个回路，如图所示，正半周电经过D40、电阻R160、发光二极管D33、U31和U53A，其中R160为限流电阻，D33为LED群组指示灯，U31、U53A为光隔离IC，若原来的开关为ON状态，则U31将在正半周时导通，使电阻R162可得到一个5V的高电位，即AC-SW1为正电位。而在负正周则电流经由二极管D41及电阻R158、发光二极管D34、光隔离IC U32，其中R158为限流电阻，D34为LED调光指示灯，U32为光隔离IC，若原来的开关为ON状态，则U32将在负半周时导通，使电阻R163可得到一个5V高电位，故若将原来墙上的一只开关换成二只开关，分别接一只二极管，让其中一只开关只能流通正半周即可控制AC-SW1电位，当作群组控制；而另一只开关只能流通负半周即能控制AC-SW2电位当调光控制，换言之，其可在不改变配线情况下，将一只开关换成二只，分别具有群组控制及调光控制的操作接口。因R158电阻值刻意设计比R160小，故当墙上开关ON时，负半周的电流是大于正半周的电流，这样的设计是为了配合本发明的附属电子式触摸开关(如图11)，使能检测正、负半周，用同步式的控制正半周来控制群组及负半周来控制调光，和上述二只机械式开关一样，达到相同的控制目的。其他AC-SW3、AC-SW4情况相同，对应另一个墙上开关，或一个本发明所附属的电子式触摸开关，用不同的操作方式，达到相同的控制目的。AC-SW1～AC-SW4信号可经由方块2.3的U10并列转串行IC，由U23微处理器IC间接取得；换言之，微处理器能随时检测到墙上开关的ON或OFF信息以及解析连续切换所代表的含意，并由U23微处理器程序执行使用者所欲控制灯具的明灭和亮度。

如图8，本发明是将四只墙上开关分成二区域，每一区域使用2只开关来定义，其中AC-SW1定义区域1的群组开关，AC-SW2定义区域1的调光开关，而AC-SW3定义区域2的群组开关，AC-SW4定义区域2的调光开关。而图8电路中的SW2、SW3、SW4、SW5各为8组指拨开关，每一组代表一盏LED灯具，为配合AC-SW1每切换一下所欲点亮的LED灯的内容，例如SW2设1、2、3、4为ON，5、6、7、8为OFF，而SW2设1为ON，2～8为OFF，则AC-SW1刚切上时亮LED灯1～4盏，第二切时亮LED灯1，第三、第四切换类推；换言之，SW1～SW4可设定AC-SW1每一切(共4切)所欲点亮的LED灯。而SW5为8组指拨开关，前1～7组每一组代表调光的百分比，为定义AC-SW2，每一切的亮度，最多七切，以本发明第一切为100％，第二切为80％，第三切为60％，第四切为50％，第五切为40％，第六切为10％，第七切为5％。例如SW5拨在1、4、6为ON，其余为OFF，则AC-SW2每切换OFF-ON一次，LED灯会由100％(全亮)变到50％(半亮)再到10％(微亮)等的间距；换言之，本发明能经由开关的设定，提升原来墙上开关成为群组切换和调光的功能，并以按现场需求简易设定以得到满足，使达到简单、节省、方便的目标。

图8中每个开关都对应一个并列转串行的IC，如SW1对应U1、SW2对应U2等，经由微处理器CLK-2、LOAD-2和DATA-IN-2的信号组合，能逐一的把SW-1～SW-10每一开关信息读入U11微处理器中，搭配AC-SW1～AC-SW4墙上开关的现状及U11程序的运作，才能确实控制灯具，以达到对当下照明需求目的。另外SW5和SW10的第八组指拨开关，则被定义成群组设定和调光设定的自我检测目的，用以快速明了各盏灯和群组关系，以及自动建立各盏灯具调光数据，作用调光控制和主动维护的基本参考信息。例如，当SW10被设定为ON时，微处理器程序将启动建立各盏LED灯的调光数据，首先自第一盏LED灯开始，由第一段开始调光(如前所述U9的L1～L4输出准位共可控制16段调光，其中包括一个OFF)，并读取当下的LED灯的推动电压(如前所述，搭配TP1～TP8控制，自AD1轮流测量各组LED灯当下的推动电压)，并对应逐段记录，直到第16段调光完毕，再重复第二盏LED灯，直到8盏LED全部建立完成为止。换言之，本项功能可自动建立每一盏LED灯每一段调光时的推动电压，合计共有128笔数据(16笔×8盏)，经由程序计算可得知每一盏灯各自在48V的额定电压推动下的最大电流，即为其100％的亮度，用以分辨及自动计算各盏灯在各段调光时所应该设定的电流数，即使不同规格的LED灯，也能智能化、自动化的按比例用定电流方式稳定调光。另外也同时建立了各盏LED灯的各段电流所对应的推动电压，当在实际使用时，随时都会轮流测量当下LED灯的推动电压，通过程序的比对和计算，若超过一定比例的误差以上时，即代表该盏LED灯内的晶粒或回路故障所致。如当SW5被设为ON时，微处理器程序将启动自我测试程序，首先自第一盏LED灯开始，按其所设定的调光段数，由最亮一步一步自动变换，停在该盏灯所设定的最暗段，然后再轮选点亮第二盏，逐次到最后一盏，如此一直循环，直到SW5被设为OFF为止，其目的是要让工程人员或使用者快速确认各盏灯的群组对应关系和调光状况。

在图8中，还特别设计有一个应急开关，如图SW14，平常该开关是被切在一般状态，由外部所提供的48V-POWER电源经过继电器RY2的NC接点供电到48V-IN，再由48V-IN转换提供给12V、5V及60V(如图7所示)和LED的推动电源(如图6所示)，当遇有问题或故障时，这时可将SW14开关切在暂用状态，此时RY2动作48V-POWER电源经过RY2的NO接点，供电到48V，即关掉上述的所有电源，而只剩下本项应急开关外围少许电路，直接使用48V的电源，这时第一组墙上开关若为ON状态，会使U53B和Q21导通，使继电器RY1变成ON状态，48V直接经由二极管D62～D69加到L1-OUT-1～L8-OUT-1的正端输出，直接点亮八盏LED灯，若墙上开关为OFF，则RY1也跟着OFF，八盏LED灯便集体全熄。换言之，当本发明装置发生故障时，只用极少部分零件通电，便能让本项照明系统维持一个最简单的LED灯全熄和全亮的开关功能，不致于造成太大不方便。

如图9为本发明的TCP/IP转RS-485及数据储存接口电路图(方块2.8的电路图)，本发明各个装置之间是经由RS-485作为各个单体间的通讯，但也能经由本电路图的网卡与远程的服务器通过TCP/IP来通讯，图中JP2为一TCP(Transmission Control Protocol，传输控制协议)转UART(UniversalAsynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发器)的转换器，能把TPTX+、TPTX-、TPRX+、TPRX-等四条网络信号转换成LTXD和LRXD的UART信号，和U52微处理器完成通讯，同时U52也能通过EX-TXD、EX-RXD及EX-485EN及U50的RS-485转换IC，变成M-TXD和M-RXD的RS-485信号和其它设备沟通；换言之，本电路图中的微处理器担任了TCP/IP和RS-485的转换和通讯工作，可将RS-485接口所搜集到的信号，经由JP2网卡转换成TCP/IP信号，与远程计算机或服务器联机，也可将远程的服务器命令，由TCP/IP转成RS-485控制具有RS-485的本发明，完成灯控等的任务。图中J35为记忆卡接线座，可放置SD(Secure Digital，安全数码)记忆卡，能将所搜集到的数据储存到大容量的SD记忆卡内。图中的U51为5V转3.3V的稳压器，因本电路的网卡、SD卡，均为3.3V，故需从系统的5V电源获取3.3V的VCC电源。

图10为本发明Zigbee无线通讯模块接口电路图(方块2.9的电路图)，本发明除了可远距联机照明控制的功能外，也特别再加上Zigbee的无线通讯接口，让本发明兼具有设备无线连网的功能，本图中使用的Zigbee通讯模块J34是使用3.3V的电源，故需有U495V转3.3V的稳压IC来提供3.3V的稳定工作电源，J34的Zigbee通讯模块，是借由ZTXD和ZRXD和图7的微处理器U23来通讯，因两者的电压准位不同，故串有R119电阻来进行平衡。图中D37及D38为配对和通讯状态指示灯，而SW12及SW13则为配对用的按键。图中J33为烧录J34Zigbee通讯模块程序的烧录座，图中J34Zigbee通讯模块上的ANT为接外部天线的连接座，可借由天线外接在控制盒外，提高通讯信号质量。因本发明是被安装在天花板上，适合室内的无线通讯环境，且都能和服务器相连结，故在此项装置上加入本图的Zigbee模块，是绝佳的绿智能通讯平台。

图11为本发明所附属群组和调光控制的机械式开关和电子式触控开关电路图，本项附件是用来代替既有的墙上的一只开关，在不改变配线的情况下，使该附件所提供的两个开关或两个触控键，分别具有群组控制和调光控制的功能。其原理叙述如下，图中SW15为原有墙上的一只开关，把它改变成二只开关，如SW16及SW17，并各串上D74及D75二只二极管，则开关SW16只能控制正半周的电流通电与否，不影响到负半周，故能控制图8的AC-SW1的电位，进而控制群组切换的功能，而开关S17则只能控制负半周的电流通电与否，也不影响到正半周，故能控制图8的AC-SW2的电位，进而控制调光的功能。换言之，本项电路和本发明能配合将原本一只电灯ON-OFF开关变成二只开关，且可分别控制切换群组和调光功能。

此外，关于本发明设于墙面的开关控制，其也能更换全电子式触控开关，一样能由一只开关变成二个触控开关，分别控制群组和调光功能。图中BD1为桥式整流，因此无论正、负半周都会自BD1正端输出，其电流经由场效应管Q23及电阻R224、二极管D72往有源电容C115充电，稳压管D73为12V ZENER(齐纳二极管)，故C115被稳压在12V，再经U55稳压IC提供稳定的5V电源，因在本发明上(图8的正、负半周的限流电阻R158、R160阻值不同，R158电阻小于R160，即负半周电流大于正半周)，刻意设计成正、负半周的电流不一样，换言之，流经光隔离IC U54的负半周电流大于正半周，即在R227的电阻上可得到不同宽度(周期)的电位，较宽者为负半周。U58为微处理器，可判断R227HI电位时间的多少，辨别出正、负半周的周期。U56为触控IC，当手靠近KEY1(群组)时，U58便根据R227的时基信号，控制正、负半周的ON或OFF，方式是通过电阻R228控制晶体管Q22，在正半周时，若Q22ON，Q23变OFF，即把正半周OFF，若在正半周时使Q22OFF，Q23变ON，即让正半周ON，进而控制AC-SW1电位。当手靠近KEY2(调光)时，U58一样通过Q22、Q23的方式来控制负半周的ON或OFF，进而控制AC-SW2电位，其结果和用机械式控制一样，达到群组和调光的控制目的。

上述实施例所揭示的仅为本发明主要技术的例举说明，并非用以限定本发明的保护范围，凡是涉及等效应用或基于前项技术手段为简易变更或置换，均应视为本发明的保护范围。

综上所述，可见本发明主要是提供一个结合多盏LED灯智能照明和信息搜集控制的平台，使用多盏LED灯共享一个电源供应的照明控制系统、共享一个电力量测、共享一个通讯接口用以分摊成本和共享一组情境操控接口，其无论是二线式或三线式开关，均不必更改配线，集体提升既有墙面开关功能，按现场实地需要可情境控制多盏LED灯的群组和调光功能，让LED照明可以更节能化、智能化、人性化和便宜化；另一方面，因本项装置会被建置在一个空间的上方，故而再搭配Zigbee模块，便同时也建立一个智慧绿建筑所需的信息检测搜集平台，故可借由本装置在完成智能照明的同时一次到位，也达到节能减碳和智慧绿建筑所需的信息搜集和控制的基础建设，因此于整体运作上确实为新颖首创，且使用操作且极方便实用。

Claims (10)

1.一种具有电力测量和传讯功能的集合式LED智能照明控制装置，其特征在于，其由为多盏LED灯所共享的一组电源供应器和各自独立调光控制的多功能控制器所组成，该多功能控制器包括一个能测量及记录各盏灯及全部耗电状况的电力测量模块，以及一个情境模式输入接口板与内建网络和Zigbee无线通讯模块，用以自远地连网服务器控制本装置各LED灯的电源和调光及电力信息搜集，并通过Zigbee接口与装设在本装置附近具有Zigbee接口的检知器或设备，以无线方式自动组网，达到信息搜集和控制目的。

2.如权利要求1所述的具电力测量和传讯功能的集合式LED智能照明控制装置，其特征在于，所述电源供应器和各自独立调光控制的多功能控制器，其为分开的两个单体，并被同时固定在一个底板上，电源供应器与多功能控制器之间使用插座连结，其中所述电源供应器的交流端电源是经由多功能控制器电力测量后供给，而所述电源供应器的直流输出提供给多功能控制器使用。

3.如权利要求2所述的具电力测量和传讯功能的集合式LED智能照明控制装置，其特征在于，所述各自独立调光控制的多功能控制器，其通过调光控制及状态读取接口和微处理器软件程序搭配，自动计算出即使不同规格和性能的每一盏LED灯，仍能分别其对应各段调光所应控制的电流值，用设定数个数字逻辑输出方式，按权重比例分压，转换成线性电压，再以定电流方式控制高效率的开关式电源供应，但输出又以稳定的直流电压和直流电流，各自分开供应给每一盏LED灯，让LED灯亮度均匀不闪烁，不产生干扰噪声，不瞬间过载，延长LED灯寿命。

4.如权利要求1所述的具电力测量和传讯功能的集合式LED智能照明控制装置，其特征在于，所述电力测量模块供测量整体消耗功率、电压、电流、功率因子、累积用电量以及各盏灯当下消耗功率、使用电压和累积用电量、累积使用时间，并借由当下各盏灯的电力量测立即判断当下的灯具是否正常运作或损坏。

5.如权利要求4所述的具电力测量和传讯功能的集合式LED智能照明控制装置，其特征在于，所述电力测量模块是通过调光控制及状态读取接口和微处理器软件程序的搭配，自动借由设定和测量获知每一盏灯、每一段调光的对应推动电压，并将其数据储存建立，当作比对基准。

6.如权利要求1所述的具电力测量和传讯功能的集合式LED智能照明控制装置，其特征在于，所述情境模式输入接口板具有指拨开关，所述情境模式输入接口板与既有墙面开关连接，原本灯具电源线与调光控制及状态读取接口板的端子连接。

7.如权利要求6所述的具电力测量和传讯功能的集合式LED智能照明控制装置，其特征在于，所述既有墙面开关为能控制正、负半周的电源，进而分别控制群组和调光的且内含二极管的机械式开关。

8.如权利要求1所述的具电力测量和传讯功能的集合式LED智能照明控制装置，所述情境模式输入接口板使用电子式触控开关来控制，并通过二只触控键分别控制正半周的开/关及负半周的开/关。

9.如权利要求1所述的具电力测量和传讯功能的集合式LED智能照明控制装置，其特征在于，所述内建网络和Zigbee无线通讯模块包含大容量的记忆卡，用以将所控制的各灯具的电力数据和当下状态，借由网络TCP/IP接口传讯给服务器，通过服务器程序运作和使用通讯接口上网，以控制每一盏灯的开/关及调光，且该记忆卡是记录储存可供查询的当下或历史数据，包括全部或各盏灯的电力信息和使用时间。

10.如权利要求2所述的具电力测量和传讯功能的集合式LED智能照明控制装置，其特征在于，所述多功能控制器设有一可切换在暂用状态以控制电源的应急开关。

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