CN105022182B - 调光玻璃控制器、调光玻璃控制系统以及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种调光玻璃控制器、调光玻璃控制系统以及控制方法，该调光玻璃控制器包括：感知单元，与处理单元通信连接，获取与外界环境的一种或多种参数有关的环境信息，并将该环境信息传递给处理单元；直流调压单元，与处理单元通信连接，根据处理单元输出的电压控制指令调节输出的直流电压；直交逆变单元，与直流调压单元电连接，将直流调压单元输出的直流电压转换为用来驱动调光玻璃的交流电压；处理单元，根据环境信息生成电压控制指令。通过本发明的调光玻璃控制器、调光玻璃控制系统以及控制方法，能够响应外界环境参数的变化，实现调光玻璃透明度的自动逐级调节和调光玻璃矩阵的集群控制，而且结构简单、成本低并且安全可靠。

Description

调光玻璃控制器、调光玻璃控制系统以及控制方法

技术领域

本发明涉及一种调光玻璃控制器、调光玻璃控制系统以及控制方法，尤其涉及一种支持矩阵控制的调光玻璃控制器、调光玻璃控制系统以及控制方法。

背景技术

调光玻璃是一种新型特种光电玻璃产品，通过将液晶膜复合进两层玻璃中间而形成。使用者能够通过控制电流的通断与否来控制玻璃的透明与不透明状态。当调光玻璃关闭电源时，调光玻璃里面的液晶分子会呈现不规则的散布状态，此时玻璃呈现透光而不透明的外观状态；当给调光玻璃通电后，里面的液晶分子呈现整齐排列，光线可以自由穿透，此时调光玻璃呈现透明状态。

目前，市面上调光玻璃的控制器功能单一，大多只能实现单一的驱动电压和频率输出，使调光玻璃仅能在透明和不透明两种状态中进行切换，无法实现玻璃透明度的逐级调节。虽然也有人(中国实用新型专利CN201837859U)尝试通过交流变压的方式为调光玻璃提供不同的驱动电压，进而控制玻璃的透明度。但是，这种基于强电环境的驱动和调节必须采用大功率的器件，电路结构比较复杂、成本高，形成的控制器笨重、尺寸大；而且，为了人身和器件的安全，必须采取强弱电隔离和过压保护等措施，进一步增加了元件的数量和电路的复杂性，使得控制器的成本和尺寸很难降低。

而且，随着调光玻璃在交互建筑、新媒体艺术呈现等领域中的日益广泛应用，对自动调节、智能调节、交互式调节以及各种灵活的控制模式的需求也与日俱增。而目前的控制器只能通过人工参与来实现对调光玻璃的单向调节，无法基于调光玻璃的状态和所在环境的信息以及对控制模式的需求实现动态的自动调节，也无法实现集群化、矩阵化的自动控制。

因此，实有必要设计一种新型的调光玻璃控制器、调光玻璃控制系统以及控制方法，用以实现调光玻璃的互动式的自动调节以及矩阵化控制。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足，提供一种能够根据外界环境参数的变化自动、逐级调节调光玻璃透明度的调光玻璃控制器，同时提供一种能够对调光玻璃矩阵进行集群化、矩阵化控制的调光玻璃控制系统以及控制方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种调光玻璃控制器，包括：感知单元、直流调压单元、直交逆变单元以及处理单元，其中，

感知单元，与处理单元通信连接，用于获取与外界环境的一种或多种参数有关的环境信息，并将该环境信息传递给处理单元；

直流调压单元，与处理单元通信连接，用于根据处理单元输出的电压控制指令调节输出的直流电压；

直交逆变单元，与直流调压单元电连接，用于将直流调压单元输出的直流电压转换为用来驱动调光玻璃的交流电压；

处理单元，用于根据环境信息生成电压控制指令。

优选地，所述调光玻璃控制器还包括矩阵通信单元，所述矩阵通信单元与处理单元通信连接，用于向上位控制系统传递环境信息以及接收来自上位控制系统的上位控制指令，所述处理单元进一步用于根据上位控制指令来生成电压控制指令。

优选地，所述感知单元是传感器或者是用来连接传感器的接口。

更优选地，所述传感器为距离传感器。

优选地，所述直交逆变单元的输出的交流电压的平均值为零。

优选地，所述直流调压单元包括接入于其直流输入端的常开型继电器。

另外，本发明还提供了一种调光玻璃控制系统，包括至少一个如上所述的调光玻璃控制器，以及上位控制器，每个所述调光玻璃控制器通过自身的矩阵通信单元与所述上位控制器通信连接，所述上位控制器用于接收所述调光玻璃控制器传递的环境信息，基于所述环境信息生成相应的上位控制指令，并将所述上位控制指令传递给所述调光玻璃控制器。

优选地，所述上位控制器进一步包括输入单元，用于接收人工输入的上位控制指令。

另外，本发明还提供了一种基于上述的调光控制系统的控制方法，包括如下步骤：

通过感知单元接收环境信息，并将该环境信息经由矩阵通信单元发送至上位控制器；

在处理单元处，判断是否接收到上位控制指令，如果是，则基于上位控制指令生成电压控制指令，如果否，则基于环境信息确定控制电压值，并由此生成电压控制指令；

将电压控制指令输出至直流调压单元；

将直流调压单元输出的直流电压转换为交流电压；

将交流电压输出至调光玻璃。

优选地，所述方法进一步包括在上位控制器处基于所述环境信息生成上位控制指令的步骤。

本发明的调光玻璃控制器，能够实时地响应外界环境参数的变化，自动调整调光玻璃的透明度，实现对调光玻璃透明度的逐级调节；而且，通过本发明的调光玻璃控制系统以及控制方法，能够根据预先设定的控制模式或者实时输入的控制指令对多个调光玻璃进行矩阵化的集群控制，实现多个调光玻璃与环境参数以及上位控制指令之间的实时互动式调节。此外，本发明的调光玻璃控制器，不仅能够实现灵活的自动数字化调节，而且结构简单、成本低并且安全可靠。

附图说明

图1为根据本发明优选实施例的调光玻璃控制器的结构示意性图；

图2为根据本发明优选实施例的调光玻璃控制器的直流调压单元的结构示意图；

图3为根据本发明优选实施例的调光玻璃控制系统进行集群控制的工作原理示意图；以及

图4为根据本发明优选实施例的调光玻璃控制器的处理单元的工作流程图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明优选实施例的调光玻璃控制器10的示意性结构框图。在该实施例中，调光玻璃控制器10包括：感知单元11、直流调压单元12、直交逆变单元13、矩阵通信单元14以及处理单元15。

调光玻璃控制器10与特定的调光玻璃(未示出)连接，为调光玻璃提供控制电压，根据施加的控制电压的不同，调光玻璃的透明度可以在完全透明到不透明之间逐级变化。

感知单元11用来获取外界的环境信息，比如与一个或多个环境参数有关的物理量的大小以及变化情况，并与处理单元15通信连接从而将该环境信息传递给处理单元15，作为调节调光玻璃透明度的依据。

在本实施例中，感知单元11为超声波距离传感器，其靠近调光玻璃设置，并通过RS232接口与处理单元进行连接，用来检测是否有人靠近调光玻璃并测量人与调光玻璃之间的距离，进而可以根据距离的不同控制调光玻璃呈现不同的透明度，比如，随着人与玻璃距离的缩小，让玻璃变得越来越透明，从而实现一种实时变化的透明度控制效果。

本领域技术人员应该认识到，在本发明的方案中，并不局限于使用超声波距离传感器，而是可以采用各种常见类型传感器，例如红外距离传感器、激光测距传感器、红外热释电传感器、微波传感器、照度传感器等等。

本领域技术人员还应该认识到，在本发明的方案中，感知单元并不局限于传感器，其也可以仅仅是与外部传感器或者其它部件连接的接口，只要能够接收据以调节调光玻璃透明度的信号即可。例如，感知单元可以是与诸如手工滑动旋钮、按键等连接的接口，由此可以支持以手动的方式控制玻璃的透明度。根据实际应用的需要，感知单元可以用来提供外界环境中的任何参数。

而且，在将采集到的获取的环境信息传递给处理单元之前，感知单元11可以对相应的信号进行预处理，将该信号转换为适于处理单元进行处理的形式，比如不同的信号形式和/或信号格式。

直流调压单元12与处理单元15通信连接，用于基于外部的直流输入，根据处理单元15提供的电压控制指令，调节其输出给直交逆变单元的直流电压。

在实际应用中，针对调光玻璃的不同型号，直流调压单元12可以输出不同的电压，典型值为48V。

图2示出了根据本发明优选实施例的直流调压单元12，其采用支持输出电压可调的低压差线性降压直流电源芯片来实现，此类芯片的输出电压通常和输入电压以及反馈管脚间的电阻比值有关，因此，例如，在反馈管脚之间连接由数字电位器构成的反馈电阻，并通过处理单元以数字的方式控制其阻值，即可实现对该降压电源芯片输出电压的调节。

实际上，正是由于直流调压单元12允许通过处理单元15以数字的方式对调光玻璃的驱动电压进行调节，使得本发明的调光玻璃控制器10能够实现软件调压，从而以更加灵活和智能的方式进行电压控制和调节。

如图2所示，在本发明的优选实施例中，为保证安全，直流调压单元12优选地在包括接入于其直流输入端的一个常开型继电器，由此在调光控制器10进入正常工作状态前，直流调压电路始终保持断开状态。因为，在对直交逆变单元的控制信号还没有产生前，直交逆变电路的工作状态可能是不确定的，如果此时上电，有可能导致输出短路，导致电路烧毁。

在该优选实施例中，降压直流电源采用的是LT3012，数字电位器采用的是MCP41100，继电器采用固态光耦型继电器，和电磁型继电器相比，固态光耦型继电器在开/关瞬间，不容易对其他电路模块产生干扰。

直交逆变单元13与直流调压单元12电连接，将直流调压单元12输出的直流电压转换为的交流驱动电压。直交逆变单元13输出的交流驱动电压波形既可以是最容易实现的矩形波，也可以根据需要进一步变换为正弦波或者其它的波形。由于调光玻璃的容性负载特点，实际上最终输出的波形只要电压有效值相同，则玻璃的透明度就相同。另外，为了使调光玻璃达到最佳的使用寿命，应该使输出电压的平均值为零。

发明人注意到，直接在调光玻璃上施加直流电压进行透明度控制和调节是，调光玻璃的透明度会随着时间逐渐下降，因此，在优选的实施例中，通过直交逆变单元13将直流电压变换为交流的形式。由于调光玻璃对驱动电压的频率并没有特别的要求，因此通常采用的交流频率为工频范围，25Hz～50Hz。

在本发明的优选实施例中，直交逆变单元13将直流调压单元12提供的幅度为VDD的直流输入转换为幅度为VDD的交流方波输出，作为用于控制调光玻璃透明度的控制电压。

矩阵通信单元14与处理单元15通信连接，并且可以进一步与上位控制器或上位控制系统连接，与上层控制设备建立物理通信链路，由此将由感知单元获取的环境信息提供给上位控制器，并且接收来自上位控制器的各种控制指令。

在上层控制设备的统一调度和指挥下，多个包括矩阵通信单元14的调光控制器10可以形成一组调光玻璃控制器矩阵，如图3所示，从而实现对多块调光玻璃的集群控制。

通过由调光玻璃控制器组成的矩阵，上位控制器可以对各个调光玻璃的透明度实施更加灵活的控制，比如，对各个调光玻璃的透明度实施统一的控制，例如直接指定特定调光玻璃的透明度；或者，上位控制器可以改变调光控制器与感知单元的对应关系，例如，可以根据与调光玻璃A关联的感知单元11A检测到的信息来控制调光玻璃B的透明度，也就是说，感知单元11A检测到的信息，经由处理单元15A和矩阵通信单元14A传递给上位控制器，由上位控制器根据内置的控制模式或者人工输入的控制指令实施控制，进而生成上位控制指令对矩阵中任意的调光玻璃控制器10进行控制，例如调光控制器10B，从而调节相应的调光玻璃B的透明度。

上位控制器可以是远离调光玻璃以及调光控制器设置的普通的个人电脑或者专用的控制设备，其包括输入输出设备，由此可以输出各个调光控制器提供的信息，以及接收人工输入的控制指令。

本领域技术人员应该认识到，由于上位控制器能够通过矩阵通信单元获得调光控制器矩阵中所有控制器提供的信息，其可以在此基础上实现各种灵活的控制模式，即矩阵化、集群化的控制。

本领域技术人员能够认识到，矩阵通信单元14可以采用任何适用的通信协议以及通信介质与上位控制器进行通信。本发明中，可以采取的通信协议包括但不限于：通用串行异步收发串口(UART)，CAN总线，USB总线，有线以太网，802.11系列无线WLAN网络，ZigBee无线网络，等等；通信方式可以包括但不限于：无线方式，例如蓝牙、红外、WiFi或借助移动通信网络等，或者有线方式，例如电缆、有线的局域网、光纤通信或电力线通信等。而且，上位控制器可以通过任何适当的方式对预期关联的调光控制器矩阵中的各个矩阵通信单元14进行寻址，也就是对相应的调光控制器进行寻址，从而使得上位控制指令能够准确有效地被发送至待控制的调光控制器。

处理单元15根据感知单元11提供的环境信息，确定外界环境中一种或多种参数的测量结果，并根据该测量结果与调光玻璃透明度以及相应的驱动电压的映射关系，确定需要的驱动电压值，由此生成将要输出给直流调压单元12的电压控制指令。例如，在本发明的优选实施例中，处理单元15通过控制指令来配置直流调压单元12的反馈管脚之间连接的数字电位器的阻值，从而实现对直流调压单元12输出电压的调节。

根据本发明的优选实施例，处理单元15还可以通过矩阵通信单元14与上位控制器进行通信，接收来自上位控制器的上位控制指令，从上位控制指令中提取电压控制信息，由此生成要输出给直流调压单元12的电压控制指令，进而对调光玻璃的透明度进行调节。

处理单元15的基本工作流程如图4所示。整个流程始于步骤S31；接下来，在步骤S32中，处理单元15接收来自感知单元11的环境信息，并将该环境信息经由矩阵通信单元14发送至上位控制器；在步骤S33中，处理单元15判断是否经由矩阵通信单元14接收到有效的上位控制指令；如果是，流程进行到步骤S34，处理单元15从上位控制指令中提取电压控制信息，进而生成电压控制指令；如果否，则流程进行到步骤S35，处理单元15基于环境信息根据内置的默认控制逻辑确定控制电压值，并由此生成电压控制指令；接下来，流程进行到步骤S36，处理单元15将生成的电压控制指令输出至直流调压单元12，以进行电压调节；在步骤S36之后，流程返回到步骤S32，重复进行上述过程。

在本发明的优选实施例中，处理单元15可以由如下的处理器实现，包括但不限于基于8051内核的单片机(如C8051F340)，基于ARM内核的微控制器(如LPC1768)，或者基于可编程逻辑器件的逻辑处理器(如FPGA，CPLD等)。

本领域技术人员应该认识到，不背离本发明的实质和范围，可以对各个特定的实施例进行各种的变化和/或修改。本发明的保护范围并不局限于各个实施例所描述的形式。

Claims (10)

1.一种调光玻璃控制器，包括：感知单元、直流调压单元、直交逆变单元以及处理单元，其中，

所述感知单元，与所述处理单元通信连接，用于获取与外界环境的一种或多种参数有关的环境信息，并将所述环境信息传递给所述处理单元；

所述直流调压单元，与所述处理单元通信连接，用于根据所述处理单元输出的电压控制指令调节输出的直流电压；

所述直交逆变单元，与所述直流调压单元电连接，用于将所述直流调压单元输出的直流电压转换为用来驱动调光玻璃的交流电压；

所述处理单元，用于根据所述环境信息生成所述电压控制指令；

其中，所述调光玻璃控制器还包括矩阵通信单元，所述矩阵通信单元与所述处理单元通信连接，用于向上位控制系统传递所述环境信息以及接收来自上位控制系统的上位控制指令，所述处理单元进一步用于根据所述上位控制指令来生成所述电压控制指令。

2.根据权利要求1所述的调光玻璃控制器，其特征在于，所述感知单元是传感器或者是用来连接传感器的接口。

3.根据权利要求2所述的调光玻璃控制器，其特征在于，所述传感器为距离传感器。

4.根据权利要求2所述的调光玻璃控制器，其特征在于，所述传感器为超声波距离传感器、红外距离传感器或激光测距传感器。

5.根据权利要求1所述的调光玻璃控制器，其特征在于，所述直交逆变单元的输出的交流电压的平均值为零。

6.根据权利要求5所述的调光玻璃控制器，其特征在于，所述直流调压单元包括接入于其直流输入端的常开型继电器。

7.一种调光玻璃控制系统，包括上位控制器以及至少一个根据上述权利要求中任意一项所述的调光玻璃控制器，每个所述调光玻璃控制器通过自身的矩阵通信单元与所述上位控制器通信连接，所述上位控制器用于接收所述调光玻璃控制器传递的环境信息，基于所述环境信息生成相应的上位控制指令，并将所述上位控制指令传递给所述调光玻璃控制器。

8.根据权利要求7所述的调光玻璃控制系统，其特征在于，所述上位控制器进一步包括输入单元，用于接收人工输入的上位控制指令。

9.一种用于根据权利要求7-8中任意一项所述的调光玻璃控制系统的控制方法，包括如下步骤：

通过感知单元接收环境信息，并将所述环境信息经由矩阵通信单元发送至上位控制器；

在处理单元处，判断是否接收到上位控制指令，如果是，则基于上位控制指令生成电压控制指令，如果否，则基于所述环境信息确定控制电压值，并由此生成电压控制指令；

将所述电压控制指令输出至直流调压单元；

将直流调压单元输出的直流电压转换为交流电压；

将所述交流电压输出至调光玻璃。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括在上位控制器处，基于所述环境信息生成上位控制指令的步骤。