CN103458577B - 普通日光灯的无线自动控制照明系统 - Google Patents

Abstract

普通日光灯的无线自动控制照明系统，涉及一种照明控制系统，设备包括无线亮度传感器，无线通断控制器、无线占位传感器、和带亮度采样模块的无线调光控制器组成；无线调光控制器与这两个无线亮度传感器相连，并与电子镇流器进行连接，进而对荧光灯相接，无线通断控制器与无线占位传感相连，并与无线调光控制器及荧光灯相连，无线通信模块7与天线1相连，控制器5与无线通信模块7、存储器6、光敏二级管3相连，主电路板4与无线通信模块7、控制器5、存储器6和电池8相连，使它们构成一个完整的电子设备。该系统实现简单，成本十分低廉，大大减少了对于室内亮度传感器的使用数量，也较大的降低了对于室内亮度传感器的安装位置的布局要求。

Description

普通日光灯的无线自动控制照明系统

技术领域

 本发明涉及一种照明控制系统，特别是涉及一种普通日光灯的无线自动控制照明系统。

背景技术

智能照明控制系统是通过对日光灯光源调光，来满足各种环境对照明的要求，同时可根据某一区域的功能、每天不同的时间、室外光亮度或该区域的用途来自动控制照明，也可进行预设，即具有将照明亮度转变为一系列设置的功能,这些设置也称为场景。

目前，典型的智能照明系统有采用DMX512照明协议的Dynality系统；采用CSMA/CA协议的I-Bus系统和采用CSMA／CD协议的C-Bus系统。无论是目前应用最广的I-Bus技术，还是进入市场最早的C-Bus技术，都采用了有线控制方式。该方式需要复杂的综合布线施工,更改节点或是增加节点很不方便，阻碍了智能照明的广泛应用。

尽管目前还没有较成熟的基于普通日光灯的无线自动控制照明系统被广泛应用，也无相应的标准，但国内外一些研究机构和公司正积极研发基于工业无线技术的智能照明控制系统。但其实现调光控制、通断控制、特定场景控制及故障检测时，不是算法复杂需要设备性能较高，就是需要大量辅助设备及部件，使得成本没有有效降低。本发明设计的这套基于普通日光灯的无线自动控制照明系统使用了三点PID调控技术，算法简单，无需特殊设备即可实现调光控制、通断控制、特定场景控制及一定的故障检测功能。

发明内容

 本发明的目的在于提供一种普通日光灯的无线自动控制照明系统，该系统采用了光敏二级管进行亮度采集，使用了三点PID调控方案，该系统实现简单，成本十分低廉，大大减少了对于室内亮度传感器的使用数量，也较大的降低了对于室内亮度传感器的安装位置的布局要求。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

普通日光灯的无线自动控制照明系统，包括亮度采样模块、红外感应模块和外围控制电路及无线亮度传感器、无线占空传感器和无线调光控制器及无线通断控制器，所述系统的设备组成，包括无线亮度传感器，无线通断控制器、无线占位传感器、和带亮度采样模块的无线调光控制器组成；无线调光控制器与这两个无线亮度传感器相连，并与电子镇流器进行连接，进而对荧光灯相接，无线通断控制器与无线占位传感相连，并与无线调光控制器及荧光灯相连，无线亮度传感器由天线、塑料外壳、光敏二级管、主电路板、控制器、存储器、无线通信模块和电池组成；无线通信模块与天线相连，控制器与无线通信模块、存储器、光敏二级管相连，主电路板与无线通信模块、控制器、存储器和电池相连，电池与无线亮度传感器相连，构成一个完整的电子设备。

所述的普通日光灯的无线自动控制照明系统，所述无线通断控制器由塑料外壳、天线、继电器线路接口、继电器、控制器、存储器、主电路板、无线通信模块和电池组成；继电器与控制火线线路相连；无线通信模块与天线相连；控制器与无线通信模块、存储器、继电器相连；主电路板与无线通信模块、控制器、存储器、继电器和电池相连，电池与无线通断控制器相连，构成一个完整的电子设备。

 所述的普通日光灯的无线自动控制照明系统，所述无线占位传感器由天线、塑料外壳、透明塑料盖、主电路板、控制器、人体感应传感器、存储器、无线通信模块和电池组成；无线通信模块与天线相连；控制器与控制无线通信模块、存储器、人体感应传感器相连，主电路板与人体感应传感器、无线通信模块、控制器、存储器和电池相连，电池与无线亮度传感器相连，构成一个完整的电子设备。

 所述的普通日光灯的无线自动控制照明系统，所述带亮度采样模块的无线调光控制器由天线、塑料外壳、光敏二级管、电子镇流器接口、主电路板、控制器、可调光电子镇流器、无线通信模块、存储器和电池组成；无线通信模块与天线相连；控制器与控制无线通信模块、存储器、光敏二级管、可调光电子镇流器相连；主电路板与无线通信模块、控制器、存储器、光敏二级管、可调光电子镇流器和电池相连，电池与无线调光控制器相连，构成一个完整的电子设备。

本发明的优点与效果是：

1.本发明价格便宜、控制精准：该基于普通日光灯的无线自动控制照明系统采用了目前最为廉价的光敏二级管进行亮度采集，而目前绝大多数智能照明控制系统对亮度传感器要求较高，即需要较高的采样精度，才能达很好的效果，廉价的光敏二级管无法满足其要求，其成本要高出本系统地2-3倍。如果使用廉价的光敏二级管其控制精度根本打不到应用要求。由于本发明使用了三点PID调控方案，将PID算法使用在智能照明控制系统中，该控制算法与其他控制策略相比，对硬件要求较低，实现简单；在调光时使用的是差值，一方面，亮度采样不需要十分精确，亮度采样模块上使用几分钱的光电二极管即可达到要求，成本十分低廉；另一方面，大大减少了对于室内亮度传感器的使用数量，也较大的降低了对于室内亮度传感器的安装位置的布局要求。因此尽管本发明造价成本低廉但其控制精准和效果很好。

 2.本发明节能性好，针对性强：大部分时间采用休眠状态，具有很高的节能型，且通信模块采用的是IEEE802.15.4标准，是目前最为节能的短距离通信标准。另外针对的是普通日光灯的智能调光，对普通日光灯的节能控制系统的应用还停留在通断控制，还没有亮度调节功能。

 3.本发明功能性强，无须增加额外设备和成本即可实现故障诊断功能：、

由于本发明使用了三点PID调控方案，根据三点采样数据及在调光时的差值，就可判断出日光灯的工作状况，即可实现日光灯的故障诊断。该方法要比目前现有的智能照明控制系统采用的增加专用的故障诊断设备或传感器来进行故障诊断更廉价。

 4.本发明设计简单，易于实现，故障率低：本产品设计简单，所有采用的电子器件及材料均是市面最普通、最常见的，因此易于实现，且故障率低。

 5.本发明安装、维护及使用方便：本产品为即插即用产品，仅需初次设置一次参数，以后使用时仅上电即可运行，日常仅需更换电池即可，无须任何配置，无需进行使用培训。当选择普通工作模式，进行配置可以远程控制，无须到现场进行配置。

  6.本发明兼容性强：本产品的分体设计思想，设计时主要是针对日光灯调光，因为目前国内对日光灯调光的智能照明控制系统较少。如果对无线调光控制器的输出接口信号稍加改造即可快速对市面上任何一种类型灯进行调光控制。

附图说明

图1为本发明控制策略图；

    图2为本发明系统示意图；

    图3为本发明无线亮度传感器应用程序流程图；

    图4为本发明无线通断控制器应用程序流程图；

    图5无线占位传感器程序流程图；

    图6无线调光控制器应用程序流程图；

    图7无线自动控制照明系统中无线亮度传感器正面外型视图；

    图8无线自动控制照明系统中无线亮度传感器侧面内部结构视图；

    图9无线自动控制照明系统中无线通断控制器正面外型视图；

    图10无线自动控制照明系统中无线通断控制器侧面内部结构视图；

    图11无线自动控制照明系统中无线占位传感器正面外型视图；

    图12无线自动控制照明系统中无线占位传感器侧面内部结构视图；

    图13无线自动控制照明系统中无线调光控制器正面外型视图；

    图14无线自动控制照明系统中无线调光控制器侧面内部结构视图。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例，对本发明作进一步详述。

 本发明采用三点PID调控方案：使用PID算法对室内亮度进行控制。对窗边、室内、荧光灯旁三处进行亮度采样，实现调光控制、特定场景控制及一定的故障诊断功能，如图1所示。

 其中AI1、AI2、AI3分别是在室内、窗边、荧光灯旁的三处亮度采样值，其值映射为0-254区间中的某一个数。PID1根据室内亮度采样值AI1对可调光电子镇流器进行输出控制，同时通过AI3将此时荧光灯旁亮度采样值输出给窗边设备，PID2根据窗边亮度采样值并结合AI3的反馈值给出PID1相关调控参数，PID1根据给定参数、AO反馈和室内亮度采样值AI1进行再控制，以达到智能调光效果。通过AI2值可判断室外进入室内光线情况，通过AI3判断荧光灯是否出于正常工作状态。最终AI1的采样值应稳定在AI2为0,AI3为254时AI1的采样值，或AI2为254,AI3为0时AI1的采样值。也可根据用户定义的值形成特定的场景。

  本发明的系统设计：该系统是在IEEE802.15.4标准工业无线通信模块的基础上分别加入了亮度采样模块、红外感应模块和外围控制电路，从而设计出无线亮度传感器、无线占空传感器和无线调光控制器及无线通断控制器。无线通信模块负责组网与通信，在通信模块上的处理器也同时承担将采集到的信号进行处理并发送或产生控制信号驱动外围控制电路等任务。该系统的基本示意图如图2所示。

 本发明由四类设备组成，包括2个无线亮度传感器（图7为无线自动控制照明系统中无线亮度传感器正面外型视图、图8为无线自动控制照明系统中无线亮度传感器侧面内部结构视图）、1个无线通断控制器（图9为无线自动控制照明系统中无线通断控制器正面外型视图、图10为无线自动控制照明系统中无线通断控制器侧面内部结构视图）、1个无线占位传感器（图11为无线自动控制照明系统中无线占位传感器正面外型视图、图12为无线自动控制照明系统中无线占位传感器侧面内部结构视图）、和1个无线调光控制器（带亮度采样模块）（图13为无线自动控制照明系统中无线调光控制器正面外型视图、图14为无线自动控制照明系统中无线调光控制器侧面内部结构视图）组成。2个无线亮度传感器分别采集窗边和室内的亮度值，无线调光控制器中的亮度采样模块采集荧光灯亮度值。无线调光控制器利用这两个无线亮度传感器发送给它的数据进行计算来对电子镇流器进行控制，进而达到对荧光灯的亮度调节。同时，如果无线通断控制器在一定时间内没有收到无线占位传感发出的信号，则说明房间内已无人。无线通断控制器将发送信息给无线调光控制器停止控制，并断开电源使荧光灯熄灭。

本发明无线亮度传感器如图3和图4所示,无线自动控制照明系统中无线亮度传感器由天线1、塑料外壳2、光敏二级管3、主电路板4、控制器5、存储器6、无线通信模块7和电池8组成。塑料外壳2具有防雨水、防尘性能，可以起到保护无线亮度传感器内部的作用，使其能够长期暴露在室外工作，其外形尺寸：最大直径为80mm，最大厚度为30mm；光敏二级管3可以检测到外部亮度；无线通信模块7通过天线1可以进行收发信息；控制器5能够控制无线通信模块7、存储器6、光敏二级管3等电子部件协调工作，使其整个无线亮度传感器按预定程序运行；存储器6用来存储一些初始值、预装程序、预设参数和数据等；主电路板4与无线通信模块7、控制器5、存储器6和电池8相连，使它们构成一个完整的电子设备；电池8为整个无线亮度传感器提供电能。

本发明无线通断控制器如图5和图6所示,无线自动控制照明系统中无线通断控制器由塑料外壳9、天线10、继电器线路接口11、继电器12、控制器13、存储器14、主电路板15、无线通信模块16和电池17组成。塑料外壳具有防雨水、防尘性能，可以起到保护无线通断控制器内部的作用，其外形尺寸：长度约为80mm，宽度约为50mm，厚度约为30mm；继电器12可以控制火线线路的通断；无线通信模块16通过天线10可以进行收发信息；控制器13能够控制无线通信模块16、存储器14、继电器12等电子部件协调工作，使其整个无线通断控制器按预定程序运行；存储器14用来存储一些初始值、预装程序、预设参数和数据等；主电路板15与无线通信模块16、控制器13、存储器14、继电器12和电池17相连，使它们构成一个完整的电子设备；电池17为整个无线通断控制器提供电能。

 本发明无线占位传感器如图7和图8所示,无线自动控制照明系统中无线占位传感器由天线19、塑料外壳18、透明塑料盖20、主电路板21、控制器22、人体感应传感器23、存储器24、无线通信模块25和电池26组成。塑料外壳18具有防雨水、防尘性能，可以起到保护无线占位传感器内部的作用，使其能够长期暴露在室外工作，透明塑料盖20能够使无线占位传感器内部的人体感应传感器23更有效的感应到室内情况，其外形尺寸：最大直径为120mm，最大厚度为60mm；人体感应传感器23可以检测到外部是否有人；无线通信模块25通过天线19可以进行收发信息；控制器22能够控制无线通信模块25、存储器24、人体感应传感器23等电子部件协调工作，使其整个无线占位传感器按预定程序运行；存储器26用来存储一些初始值、预装程序、预设参数和数据等；主电路板21与人体感应传感器23、无线通信模块25、控制器22、存储器24和电池26相连，使它们构成一个完整的电子设备；电池26为整个无线亮度传感器提供电能。

 本发明无线调光控制器（带亮度采样模块）如图9和图10所示,无线自动控制照明系统中无线调光控制器（带亮度采样模块）由天线28、塑料外壳27、光敏二级管29、电子镇流器接口30、主电路板31、控制器32、可调光电子镇流器33、无线通信模块34、存储器35和电池36组成。塑料外壳27具有防雨水、防尘性能，可以起到保护无线调光控制器（带亮度采样模块）内部的作用，使其能够长期工作，其外形尺寸：长约为450mm，宽约为为100mm，厚度约为60mm；光敏二级管29可以检测到外部亮度；无线通信模块34通过天线28可以进行收发信息；控制器32能够控制无线通信模块34、存储器35、光敏二级管29、可调光电子镇流器33等电子部件协调工作，使其整个无线调光控制器（带亮度采样模块）按预定程序运行；存储器35用来存储一些初始值、预装程序、预设参数和数据等；主电路板32与无线通信模块34、控制器32、存储器35、光敏二级管29、可调光电子镇流器33和电池36相连，使它们构成一个完整的电子设备；电池为整个无线调光控制器（带亮度采样模块）提供电能。

本发明工作流程：其普通无线传感器、带PID的无线亮度传感器、无线通断控制器、无线占位传感器和无线调光控制器（带亮度采样模块）的程序流程图如图3、图4、图5和图6所示。无线亮度传感器应用程序共有2个线程，线程1为发线程，用来发送数据，线程2为收线程，用来接收数据。Flag为是否工作标志，当Flag等于1时停止工作，等于零时正常工作。在线程1中每隔一个规定周期判断Flag是否为零，如果为零则等待亮度数据产生开始采样，数据产生期间，由控制器5控制光敏二级管3采用并存在存储器6中，即进入发送队列，进入发送队列的数据由 控制器5控制发送至无线通信模块7的 MAC层，最后由无线通信模块7将其发出。在线程2中控制器5控制无线通信模块7不断监听数据是否到达，即等待数据到达。当无线通信模块7接收到数据时，即数据到达后，控制器5首先判断是否停止指令，如果是停止指令，控制器5将Flag置成1；如果不是停止指令，控制器5将继续判断是否启动指令，如果是启动指令，控制器5将Flag置成0；如果也不是启动指令，控制器5将再判断是否是亮度值，如果也不是亮度值，说明该数据为无效信息不做处理，如果是亮度值，控制器5将根据预先设置是否需要进行PID计算，如果用户设定需要进行PID计算，则控制器5将其收到的亮度值与自身采集的亮度值进行PID计算得到的校对值，通过无线通信模块7发送出去；如果用户设定不需要PID计算，则控制器5将控制无线通信模块7直接自身采集的亮度值发送出去。图4无线通断控制器应用程序流程图。无线通断控制器应用程序共有2个线程，线程1为发线程，用来发送数据，线程2为收线程，用来接收数据。Flag为是否工作标志，当Flag等于1时停止工作，等于零时正常工作。在线程1中每隔一个规定周期判断Flag是否为零，如果为零则等待数据产生，数据产生期间，由控制器13控制将是否调光的指令写入存储器14中并放入发送队列，进入发送队列的数据由 控制器13控制发送至无线通信模块16的 MAC层，最后由无线通信模块16将其发出。在线程2中控制器13控制无线通信模块16不断监听数据是否到达，即等待数据到达。当无线通信模块16接收到数据时，即数据到达后，控制器15首先判断是否是无线占位传感器传来的占位信息，如果是，控制器13将计时器清零重新计时。并判断Flag是否为1，如果是Flag为1，控制器13将控制继电器12为接通状态并控制无线通信模块16发出将Flag置0指令；如果Flag为0，无线通断控制器将继续等待下一条指令。另外，如果不是无线占位传感器传来的占位信息，无线通断控制器则判断计时是否超时，如果超时则认为室内无人，控制器13将控制继电器12进入线路断开状态并控制无线通信模块16发出将Flag置1指令。图5无线占位传感器程序流程图。无线占位传感器应用程序共有2个线程，线程1为发线程，用来发送数据，线程2为收线程，用来接收数据。Flag为是否工作标志，当Flag等于1时停止工作，等于零时正常工作。在线程1中每隔一个规定周期判断Flag是否为零，如果为零则等待人体感应传感器23的采样数据产生，开始采样，数据产生期间，由控制器22控制人体感应传感器23采用并存在存储器24中，即进入发送队列，进入发送队列的数据由 控制器22控制发送至无线通信模块25 的MAC层，最后由无线通信模块25将其发出。在线程2中控制器22控制无线通信模块25不断监听数据是否到达，即等待数据到达。当无线通信模块25接收到数据时，即数据到达后，控制器22首先判断是否停止指令，如果是停止指令，控制器22将Flag置成1；如果不是停止指令，控制器5将继续判断是否启动指令，如果是启动指令，控制器22将Flag置成0；如果也不是启动指令，说明该数据为无效信息不做处理。图6无线调光控制器应用程序流程图。

无线调光控制器应用程序共有2个线程，线程1为发线程，用来发送数据，线程2为收线程，用来接收数据。Flag为是否工作标志，当Flag等于1时停止工作，等于零时正常工作。在线程1中每隔一个规定周期判断Flag是否为零，如果为零则等待亮度数据产生开始采样，数据产生期间，由控制器32控制光敏二级管29采用并存在存储器35中，即进入发送队列，进入发送队列的数据由 控制器32控制发送至无线通信模块34的 MAC层，最后由无线通信模块34将其发出。在线程2中控制器32控制无线通信模块34不断监听数据是否到达，即等待数据到达。当无线通信模块34接收到数据时，即数据到达后，控制器32首先判断是否是调光指令，如果是调光指令，控制器将执行调光指令，开始调光Flag置成0，停止调光Flag置成1；如果不是调光指令，控制器32将继续判断是否是亮度信号，如果是亮度信号，且仅当Flag=0时控制器32通过PID运算进行对可调光电子镇流器33进行调控，调控后控制器32控制光敏二级管29采样并将采用数据通过无线通信模块34发送出去；如果也不是亮度信号，控制器32将再判断是否是亮度对比信号，如果是则控制器32根据亮度对比信号调整PID算法参数，如果也不是亮度对比信号，则视为无效数据，继续等待下一个数据。

Claims (1)

1.普通日光灯的无线自动控制照明系统，包括亮度采样模块、红外感应模块和外围控制电路及无线亮度传感器、无线占空传感器和无线调光控制器及无线通断控制器，其特征在于，所述系统的设备组成，包括无线亮度传感器，无线通断控制器、无线占位传感器、和带亮度采样模块的无线调光控制器组成；无线调光控制器与这两个无线亮度传感器相连，并与电子镇流器进行连接，进而对荧光灯相接，无线通断控制器与无线占位传感相连，并与无线调光控制器及荧光灯相连，无线亮度传感器由天线（1）、塑料外壳（2）、光敏二级管（3）、主电路板（4）、控制器（5）、存储器（6）、无线通信模块（7）和电池（8）组成；无线通信模块（7）与天线（1）相连，控制器（5）与无线通信模块（7）、存储器（6）、光敏二级管（3）相连，主电路板（4）与无线通信模块（7）、控制器（5）、存储器（6）和电池（8）相连，电池（8）与无线亮度传感器相连，构成一个完整的电子设备；

所述无线通断控制器由塑料外壳（9）、天线（10）、继电器线路接口（11）、继电器（12）、控制器（13）、存储器（14）、主电路板（15）、无线通信模块（16）和电池（17）组成；继电器（12）与控制火线线路相连；无线通信模块（16）与天线（10）相连；控制器（13）与无线通信模块（16）、存储器（14）、继电器（12）相连；主电路板（15）与无线通信模块（16）、控制器（13）、存储器（14）、继电器（12）和电池（17）相连，电池（17）与无线通断控制器相连，构成一个完整的电子设备；

所述无线占位传感器由天线（19）、塑料外壳（18）、透明塑料盖（20）、主电路板（21）、控制器（22）、人体感应传感器（23）、存储器（24）、无线通信模块（25）和电池（26）组成；无线通信模块（25）与天线（19）相连；控制器（22）与控制无线通信模块（25）、存储器（24）、人体感应传感器（23）相连，主电路板（21）与人体感应传感器（23）、无线通信模块（25）、控制器（22）、存储器（24）和电池（26）相连，电池（26）与无线亮度传感器相连，构成一个完整的电子设备；

所述带亮度采样模块的无线调光控制器由天线（28）、塑料外壳（27）、光敏二级管（29）、电子镇流器接口（30）、主电路板（31）、控制器（32）、可调光电子镇流器（33）、无线通信模块（34）、存储器（35）和电池（36）组成；无线通信模块（34）与天线（28）相连；控制器（32）与控制无线通信模块（34）、存储器（35）、光敏二级管（29）、可调光电子镇流器（33）相连；主电路板（32）与无线通信模块（34）、控制器（32）、存储器（35）、光敏二级管（29）、可调光电子镇流器（33）和电池（36）相连，电池（36）与无线调光控制器相连，构成一个完整的电子设备。