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Die Erfindung betrifft ein Lichtsteuergerät für ein Beleuchtungssystem, das Beleuchtungssystem sowie Verfahren zur Beleuchtungssteuerung in einem solchen Beleuchtungssystem.
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Es sind Beleuchtungssteuerungssysteme bekannt, die mehrere Lichtquellen und eine zentrale Steuerung umfassen. Dazu offenbart beispielsweise die
DE 10 2004 053 709 A1 ein Kommunikationssystem, über das eine zentrale Rundsteueranlage die an dezentrale Rundsteuerempfänger angeschlossenen Lichtquellen steuert.
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Ein weiteres System zur Steuerung von dezentralen Energieverbrauchern – insbesondere in Beleuchtungsanlagen – ist das DALI-System. Es ist in der Normenreihe IEC62386 definiert. Das DALI-System enthält einen Zweidrahtbus, über den ein zentrales Steuergerät angeschlossene Energieverbraucher anspricht. Dies erfolgt durch phasenmodulierte Spannungsimpulse.
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Vielfach besteht der Wunsch nach Helligkeitsanpassung in DALI-Systemen. Die DALI-Systeme leisten dies, indem das Steuergerät Dimmsignale an die angeschlossenen Betriebsgeräte (Lichtquellen) schickt. Die Dimmsignale folgen beispielsweise einer manuellen Eingabe, die ein Bediener über einen Taster eingeben kann, die mit dem zentralen Steuergerät verbunden ist.
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Es besteht jedoch auch vielfach der Wunsch nach automatischer Helligkeitsanpassung, z.B. in Büros oder Fertigungsstätten. In solchen Fällen stellt sich manchmal die Aufgabe, dass die Helligkeit an mehreren Stellen überwacht sowie verhindert werden muss, dass die Helligkeit an irgendeiner der überwachten Stellen zu gering ist.
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Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Lichtsteuergerät für ein Beleuchtungssystem, insbesondere ein DALI-System, zu schaffen, das die Signale mehrerer Helligkeitssensoren passend verarbeitet.
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Diese Aufgabe wird mit dem Lichtsteuergerät nach Anspruch 1, dem Beleuchtungssystem nach Anspruch 2 sowie den Verfahren nach den Ansprüchen 7 und 8 gelöst:
Das erfindungsgemäße Konzept sieht vor, dass das Lichtsteuergerät von mehreren Sensoren nacheinander Helligkeitssignale empfängt. Stellt das Lichtsteuergerät durch Vergleich des Helligkeitssignals mit einem Referenzsignal, das die gewünschte Mindesthelligkeit kennzeichnet, eine Abweichung fest, sendet es Steuersignale an die angeschlossenen Lampensteuergeräte, um die tatsächliche Lichthelligkeit der gewünschten Lichthelligkeit anzupassen. Dabei werden Signale, die ein Aufhellen der angeschlossenen Lampensteuergeräte bzw. deren Lichtquellen anweisen, sofort oder mit geringer Zeitverzögerung ausgesandt. Steuersignale, die zu einer Absenkung der Helligkeit führen, werden jedoch erst nach einer Verzögerungs- oder Wartezeit an den Bus abgegeben. Dabei ist die Wartezeit größer als die Zykluszeit innerhalb derer alle an das Lichtsteuergerät angeschlossenen Sensoren nacheinander ihre Helligkeitssignale geliefert haben. Als gleichwertige Alternative kann vorgesehen werden, dass die Wartezeit nicht im Lichtsteuergerät sondern in den angeschlossenen Lampensteuergeräten verankert ist, so dass diese einem Aufhellsignal sofort und einem Abdunkelsignal erst nach Ablauf der genannten Wartezeit folgen. In beiden vorgenannten Fällen kann das Aussenden der Abdunkelsignale zusätzlich unter den Vorbehalt gestellt werden, dass nicht innerhalb der Wartezeit Aufhellsignale empfangen worden sind. Alternativ kann das Aussenden des Abdunkelsignals unter den Vorbehalt gestellt werden, dass alle während der Wartezeit empfangenen anderen Sensorsignale eine wenigstens etwas über dem Sollwert liegende Helligkeit anzeigen.
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Durch die Asymmetrie in den Reaktionszeiten des Lichtsteuergeräts (und gegebenenfalls zusätzliches Überprüfen der während der Wartezeit eintreffenden Helligkeitssignale) wird ein periodisches Auf- und Abdimmen der angeschlossenen Lampen vermieden, wie es sonst bei widersprüchlichen Signalen der Helligkeitssensoren auftreten könnte. Sind beispielsweise in einem zu beleuchtenden Raum bis zu sechzehn Sensoren an verschiedenen Stellen verteilt, liefern diese naturgemäß zumindest etwas unterschiedliche Helligkeitssignale. Werden die Helligkeitssensoren nun zyklisch abgefragt oder senden sie zyklisch und wird der Dimmgrad aller angeschlossenen Lampensteuergeräte jeweils sofort angepasst, kann ein Schwingvorgang auftreten, bei dem die Lampen beim zyklischen Abfragen der Helligkeitssensoren ständig heller und dunkler werden. Das erfindungsgemäße Konzept vermeidet einen solchen Schwingungsvorgang und stellt zusätzlich sicher, dass an keinem Platz, d.h. an keiner Sensorposition, die gewünschte Mindesthelligkeit unterschritten wird.
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Das erfindungsgemäße Konzept kann dazu genutzt werden, DALI-Systeme aufzurüsten. Die Sensoren können dabei je nach Ausführungsform direkt an das Lichtsteuergerät oder an einen Bus angeschlossen werden, der die Sensoren mit dem Lichtsteuergerät verbindet. Dieser Bus kann ein vom Dalibus gesonderter eigener Bus oder der Dalibus selbst sein.
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Es ist zweckmäßig, die Wartezeit mindestens so groß wie die Zykluszeit, möglicherweise aber auch erheblich größer als diese zu machen. Letzteres ist insbesondere dort sinnvoll, wo keine schnellen Änderungen der Umgebungshelligkeit zu erwarten sind.
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Die Einstellung der Wartezeit kann durch einen Zeitgeber erreicht werden, der z.B. durch einen Softwareabschnitt der Steuerungssoftware des beispielsweise computerbasierten Lichtsteuergeräts gebildet wird. Es ist jedoch auch möglich, anstelle einer zeitlichen Überwachung eine Überwachung der Helligkeitssignale auf Basis der Reihenfolge ihres Eintreffens vorzunehmen. Beispielsweise ist es möglich, die gewünschte Asymmetrie hinsichtlich der Reaktion auf zur Aufhellung führende Sensorsignale (Aufhellsignale) sowie zur Abdunklung führende Sensorsignale (Abdunkelsignale) nicht wie oben durch zeitlich asymmetrische Behandlung, sondern durch Asymmetrie in der Reaktionswilligkeit des Lichtsteuergeräts herbeizuführen. Beispielsweise können Aufhellsignale, die beim zyklischen Abfragen oder senden der Sensoren angetroffen werden, unmittelbar zum Aussenden von aufhellenden Steuersignalen führen, während Abdunkelsignale z.B. erst dann zur Aussendung von abdunkelnden Steuersignalen führen, wenn ein Abdunkelsignal irgendeines Sensors oder eines spezifischen Sensors zwei oder mehrmals hintereinander empfangen worden ist, ohne dass zwischenzeitlich ein Aufhellsignal empfangen worden wäre. Solange die Sensoren nicht adressiert sind, ist nicht erkennbar, von welchem Sensor das Signal kommt. Es kann aber gezählt werden, dass mindestens so viele Sensorsignale am Steuergerät eingetroffen sind, wie Sensoren da sind. Damit ist dann auch sichergestellt, dass ein voller Zyklus verstrichen ist.
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Als gleichwertige Alternative kann diese Reaktionsweise auch in die Lichtsteuergeräte eingebaut werden. Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, der Beschreibung und Ansprüchen. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich dabei auf wesentliche Aspekte von Ausführungsformen der Erfindung. Das Fachwissen eines durchschnittlichen Ingenieurs tritt hinzu. Es zeigen:
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1 ein Beleuchtungssystem in schematisierter Prinzipdarstellung,
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2 ein Lichtsteuergerät des Beleuchtungssystems nach 1 in schematischer Blockdarstellung,
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3 zeitliche Abläufe von Signalen in dem Lichtsteuergerät nach 2,
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4 ein alternatives Beleuchtungssystem in schematisierter Darstellung.
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In 1 ist ein Beleuchtungssystem 10 veranschaulicht, das zumindest ein zentrales Lichtsteuergerät 11 enthält. An das Lichtsteuergerät sind über einen Bus 12, der vorzugsweise als Zweidrahtbus ausgebildet ist, zumindest ein, vorzugsweise aber mehrere Lampensteuergeräte 13, 14, 15 angeschlossen. Sowohl das Lichtsteuergerät 11 als auch die Lampensteuergeräte 13–15 sind zusätzlich an eine oder mehrere elektrische Energiequellen, beispielsweise ein öffentliches Leitungsnetz angeschlossen, das in 1 nicht dargestellt ist. Der Bus 12 transportiert Steuersignale von dem Lichtsteuergerät 11 zu den Lampensteuergeräten 13, 14, 15. Die Energieversorgung der Lampensteuergeräte 13, 14, 15 erfolgt jedoch anderweitig, wie erwähnt beispielsweise über das öffentliche Netz (hier nicht dargestellt). Gegebenenfalls kann der Bus 12 bidirektional arbeiten, so dass auch Signale von den Lampensteuergeräten 13–15 zu dem Lichtsteuergerät 11 zurückgesandt werden können. Dies ist jedoch nicht zwingend.
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Die Lampensteuergeräte 13, 14, 15 dienen jeweils zum Betrieb mindestens einer Lampe 16–18, z.B. in Gestalt einer Leuchtstofflampe, einer sonstiger Gasentladungslampe, einer LED-Lampe, einer Halogenlampe oder einer Kombination einer oder mehrerer der genannten Lampenarten. Den Lampen 16–18 ist gemeinsam, dass sie in ihrer Helligkeit variabel sind. An dem Bus 12 können weitere Lampensteuergeräte und Lampen angeschlossen sein, die in ähnlicher Weise ausgebildet und betreibbar sind, wie auch Lampensteuergeräte und Lampen, die auf Dimmsignale nicht reagieren und einen konstanten Lichtstrom erzeugen (Mischsystem).
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Zu dem Beleuchtungssystem 10 gehören mehrere, beispielsweise bis zu sechzehn Helligkeitssensoren 19, 20, 21, die in dem von den Lampen 16–18 (und gegebenenfalls weiteren) erhellten Raum verteilt angeordnet sind. Die Helligkeitssensoren 19–21 sind beispielsweise über einen Bus 22 mit dem Lichtsteuergerät 11 verbunden. Alternativ können die Helligkeitssensoren 19–21 auch unmittelbar an entsprechende Klemmen des Lichtsteuergeräts 11 oder dem Bus 12 angeschlossen sein. Der Bus 22 kann ein Zweidrahtbus sein. Anstelle des Bus 22 können auch andere Übertragungsstrecken, wie beispielsweise Lichtleiter, Funkstrecken oder dergleichen zur Anwendung kommen. Die Helligkeitssensoren 19, 20, 21 können über den Bus 22 mit Betriebsleistung versorgt werden, falls dies erforderlich ist. Alternativ können die Helligkeitssensoren 19–21 mit einem Netz, beispielsweise dem öffentlichen Stromnetz verbunden sein, um ihre Betriebsleistung aus diesem zu beziehen. Es ist auch möglich, das Stromnetz zur Übertragung von Helligkeitssignalen von den Sensoren 19–21 an das Lichtsteuergerät 11 heranzuziehen.
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Die Helligkeitssensoren 19–21 erfassen die Helligkeit am jeweiligen Einbauort und senden entsprechende Helligkeitssignale direkt oder über den Bus 22 oder über ein sonstiges Übertragungsmedium an das Lichtsteuergerät 11. Vorzugsweise geben die Helligkeitssensoren 19–21 ihre Helligkeitssignale nicht kontinuierlich sondern nacheinander an das Lichtsteuergerät 11 ab. Dies kann in einem immer wieder kehrenden Zyklus erfolgen innerhalb dessen für jeden der Helligkeitssensoren 19–21 ein Zeitfenster für das Übermitteln der Helligkeitssignale zur Verfügung steht. Sind beispielsweise sechzehn Helligkeitssensoren 19–21 vorhanden und beträgt das Zeitfenster für jeden Helligkeitssensor 19–21 hier angenommener Weise 1 Sekunde, dauert ein Zyklus für die Übersendung Helligkeitssignale 16 Sekunden. Tatsächlich können die Zeitfenster jedoch auch wesentlich kürzer oder auch länger bemessen sein. Es ist dabei möglich, die Helligkeitssensoren 19–21 auf eigene Initiative senden und die Reihenfolge der Sendung aushandeln zu lassen. In diesem Fall ist der Zyklus dann beendet, wenn jeder der Helligkeitssensoren 19–21 mindestens einmal gesendet hat. Es ist auch möglich die Helligkeitssensoren 19–21 in einem festen Zeitschema senden zu lassen. Weiter ist es möglich, dass das Lichtsteuergerät 11 die Helligkeitssensoren 19–21 in einer gewünschten Reihenfolge nacheinander abfragt und zur Abgabe der Helligkeitssignale auffordert, um diese dann zu empfangen und auszuwerten.
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2 veranschaulicht eine Steuereinheit 23, die ein zentraler Bestandteil des Lichtsteuergeräts 11 ist als Blockschaltbild und zugleich Signalflussplan. Die Steuereinheit 23 weist einen (z.B. zweidrähtigen) Signaleingang 24 auf, über den sie die Helligkeitssignale der Helligkeitssensoren 19–21 z.B. direkt oder auch in geeigneter Form aufbereitet und umgesetzt empfängt. Die z.B. auf einen Mikrocontroller basierende Steuereinheit 23 umfasst ein Vergleichsmodul 25 dessen einer Eingang mit dem Signaleingang 24 verbunden ist. Sein anderer Eingang ist mit einem Referenzmodul 26 verbunden. Das Referenzmodul 26 gibt an seinem Ausgang ein Signal sr ab. Das Vergleichsmodul 25 vergleicht das Signal sr mit dem jeweils an dem Signaleingang 24 empfangenen Helligkeitssignal sh.
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Das Vergleichsmodul 25 erzeugt ein Aufhellsignal sa, wenn das Helligkeitssignal sh eine Helligkeit kennzeichnet, die geringer ist als die von dem Referenzmodul 26 eingestellte bzw. vorgegebene gewünschte Mindesthelligkeit. Das Aufhellsignal sa wird an ein Ausgabemodul 27 gegeben. Stellt das Vergleichsmodul 25 jedoch fest, dass die von dem Helligkeitssignal sh gekennzeichnete Helligkeit größer ist als die von dem Referenzmodul 26 vorgegebene gewünschte Mindesthelligkeit erzeugt das Vergleichsmodul 25 ein Abdunklungssignal sd. Dieses wird an ein Verzögerungsmodul 28 geliefert, das das Abdunklungssignal sd erst nach einer bestimmten Wartezeit ∆t2 an das Ausgabemodul 27 weitergibt.
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Das Ausgabemodul 27 empfängt bei Durchlauf eines Zyklusses der Abfrage der Helligkeitssensoren 19–21 möglicherweise ein oder mehrerer Aufhellsignale sa. Diese werden praktisch unverzögert oder mit geringer Zeitverzögerung ∆t1 an einem Signalausgang 29 bereitgestellt und letztendlich über den Bus 12 an die Lampensteuergeräte 13–15 weitergegeben. Eventuell auch auftretende Verdunklungssignale sd von einem oder mehreren Helligkeitssensoren, die eine über dem Wunschwert liegende Helligkeit erfassen bzw. gerade erfasst haben, gelangen ebenfalls an das Ausgabemodul 27 jedoch mit Zeitverzögerung ∆t2. Hat das Ausgabemodul 27 während der zurückliegenden Periode ∆t2 ein oder mehrere Aufhellsignale sa empfangen, löscht es das Verdunkelungssignal sd, d.h. gibt es nicht an seinem Ausgang 29 aus.
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Ist die Dimmlevelabstufung sehr fein, so dass eine Änderung um eine einzige Dimmstufe optisch nicht wahrnehmbar ist und gibt das Ausgabemodul 29 an seinem Ausgang 29 jeweils Befehle aus, die nur eine einzige Dimmstufe bedeuten, kann auf das genannte Löschen des Verdunklungssignals auch verzichtet werden.
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Die Verhältnisse sind in 3 veranschaulicht. Zu den Zeitpunkten t0, t1 und t15 werden jeweils Helligkeitssensoren abgefragt, die ein Helligkeitssignal aussenden, das der Wunschhelligkeit entspricht. Werden die Sensoren nicht abgefragt, sondern senden sie eigenständig, treffen zu den Zeitpunkten t0, t1 und t15 jeweils Helligkeitssignal ein, die der Helligkeit entsprechen. Zu dem Zeitpunkt t2 sendet ein Sensor ein Helligkeitssignal, das eine zu große Helligkeit kennzeichnet (Verdunklungssignal). Zum Zeitpunkt t3 sendet ein Helligkeitssensor ein Helligkeitssignal, das eine zu geringe Helligkeit kennzeichnet (Aufhellsignal).
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Bei der weiteren Signalbearbeitung kommt dem Ausgabemodul 27 Bedeutung zu. Es überwacht die Zyklusdauer z. Ein Verdunklungssignal sd gibt es nur dann an seinen Signalausgang 29 weiter, wenn für die Zykluszeit z kein Aufhellsignal sa empfangen worden ist.
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Es ergibt sich dadurch das weiter in 3 dargestellte zeitliche Schema. Aufhellsignale sa werden praktisch unverzögert mit einer allenfalls geringen Verzögerung ∆t1 weitergegeben, während Dimm- oder Verdunklungssignale sd erst nach einer größeren Wartezeit ∆t2 weitergegeben werden, und zwar auch nur dann, wenn zwischenzeitlich zumindest festgestellt worden ist, dass keine Aufhellsignale eingetroffen sind.
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Bei einer erweiterten Ausführungsform werden Verdunklungssignale nur dann weitergegeben, wenn festegestellt worden ist, dass alle Sensoren eine über der gewünschten Helligkeit liegende Umgebungshelligkeit festgestellt haben.
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Mit der vorgestellten Realisierung und ihren Abwandlungen wird das Grundziel der Erfindung erreicht, wonach das Erhöhen der Helligkeit und das Vermindern der Helligkeit der Lampen 16–18 mit unterschiedlicher Priorität vorgenommen wird. Das Erhöhen der Helligkeit hat hohe Priorität. Wenn nur einer der Helligkeitssensoren 19–21 eine zu geringe Helligkeit feststellt, wird die Helligkeit aller Lampen 16–18 erhöht. Erniedrigt wird die Helligkeit hingegen nur dann, wenn alle Helligkeitssensoren 19–21 eine etwas über der gewünschten Mindesthelligkeit liegende Helligkeit feststellen und entsprechende Signale abgeben.
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Dieses Konzept ist unabhängig von der schaltungstechnischen Architektur des Beleuchtungssystems 10. Wie 4 veranschaulicht, können die Busse 12, 22 zu einem gemeinsamen Bus 30 zusammengeführt sein. Auch hier wird wieder das Grundprinzip verwirklicht, das vor Weitergabe eines Verdunklungssignals sd an die Lampensteuergeräte 13–15 ein gesamter Zyklus der Abfrage aller Helligkeitssensoren 19–21 abgewartet und innerhalb dieser Zykluszeit z überprüft wird, ob eine Abdunklung zulässig ist. Eine Abdunklung, d.h. Vertiefung des Dimmniveaus wird nur dann als zulässig angesehen, wenn keiner der übrigen Helligkeitssensoren bereits unter der gewünschten Mindesthelligkeit liegt oder diese nur eben gerade erreicht. Eine Abdunklung wird somit nur dann vorgenommen, wenn alle Helligkeitssensoren 19–21 eine zumindest leicht über der Mindesthelligkeit liegende tatsächliche Umgebungshelligkeit erfassen. Wird innerhalb der Zykluszeit jedoch festgestellt, dass mindestens einer der Helligkeitssensoren 19–21 eine unter der gewünschten Mindesthelligkeit liegende Helligkeit erfasst, wird ein Aufhellsignal sa praktisch unverzögert an die Lampensteuergeräte 13–15 gesendet.
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Die Verdunklungssignale sd und die Aufhellsignale sa können Helligkeitsstufen oder -schritte kennzeichnen. Somit wird Zyklus für Zyklus die Schrittweite bei der Anpassung der Lampenhelligkeit an die gewünschte Mindesthelligkeit schrittweise erhöht oder vermindert.
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Das erfindungsgemäße Konzept sieht bei einem Beleuchtungssteuersystem vor, Lichtsteuersignale von einem Lichtsteuergerät 11 an Lampensteuergeräte 13–15 zu senden. Die Lichtsteuersignale werden durch Verarbeitung von Helligkeitssignalen sh gewonnen, die von Helligkeitssensoren 19–21 stammen. Aus den Helligkeitssignalen sh werden Aufhellsignale sa oder Verdunklungssignale sd gewonnen. Diese werden mit unterschiedlicher Priorität an die Lampensteuergeräte 13–15 weitergegeben. Während Aufhellsignale sa praktisch unverzögert wirksam werden, werden Verdunklungssignale sd frühestens dann an die Lampensteuergeräte 13–15 weitergegeben, nachdem alle Helligkeitssensoren 19–21 (nacheinander) abgefragt (bzw. abgearbeitet) worden sind und keiner der Helligkeitssensoren 19–21 eine unter der gewünschten Mindesthelligkeit liegenden tatsächliche Helligkeit festgestellt hat. Bei einer verfeinerten Ausführungsform wird letztere Bedingung verschärft und es wird das Verdunklungssignal sd nur dann an die Lampensteuergeräte 13–15 weitergegeben, wenn die Helligkeitssignale sh aller Helligkeitssensoren 19–21 zumindest geringfügig über der gewünschten Mindesthelligkeit gelegen haben.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Beleuchtungssystem
- 11
- Lichtsteuergerät
- 12
- Bus
- 13–15
- Lampensteuergeräte
- 16–18
- Lampen
- 19–21
- Helligkeitssensoren
- 22
- Bus
- 23
- Steuereinheit
- 24
- Signaleingang
- 25
- Vergleichsmodul
- 26
- Referenzmodul
- sr
- Referenzsignal
- sh
- Helligkeitssignal
- sa
- Aufhellsignal
- 27
- Ausgabemodul
- sd
- Abdunklungssignal
- 28
- Verzögerungsmodul
- 29
- Signalausgang
- z
- Zyklusdauer
- 30
- Bus
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004053709 A1 [0002]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Normenreihe IEC62386 [0003]
