DE69724584T2

DE69724584T2 - Beleuchtungssteuerung

Info

Publication number: DE69724584T2
Application number: DE69724584T
Authority: DE
Inventors: Bernard John Regan; Paul Valentine Griew
Original assignee: Griew Paul Valentine Heenley on Thames; Regan Bernard John South Croydon
Current assignee: Griew Paul Valentine Heenley on Thames; Regan Bernard John South Croydon
Priority date: 1996-01-02
Filing date: 1997-01-02
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2017-01-03
Also published as: GB2312980B; GB9715559D0; ATE249135T1; AU1385497A; CA2241999A1; AU704108B2; EP0872162B1; GB9600004D0; GB2308910A; DE69724584D1; CA2241999C; GB2312980A; JP2000502828A; US6174073B1; EP0872162A1; WO1997024908A1; AU704108C

Description

Diese Erfindung betrifft die Steuerung von Leuchteinheiten und insbesondere eine System zur Steuerung einer Leuchteinheit in einem Gebäude.
Beleuchtungssysteme in Gebäuden umfassen herkömmlicherweise eine Vielzahl von Leuchteinheiten, die sich auf die verschiedenen Räume des Gebäudes verteilen. Die Leuchteinheiten sind durch elektrische Leitungen zur Versorgung mit Strom an das elektrische Stromnetz angeschlossen und durch andere Leitungen mit Schaltern verbunden, so dass die Leuchteinheiten je nach Erfordernis ein- oder ausgeschaltet werden können. Gewöhnlich sind die Schalter an einer Wand befestigt und die den Schalter mit der Leuchteinheit verbindenden Leitungen werden üblicherweise unter Putz verlegt. Es ist nicht ungewöhnlich, dass die Anordnungen innerhalb eines Raumes im Gebäude von Zeit zu Zeit verändert werden. Das kann dazu führen, dass die Positionierungen der Schalter verändert werden müssen und zwischen den Leuchteinheiten und den Schaltern dementsprechend neue Leitungen gelegt werden müssen. Daraus resultiert, dass die Wandflächen aufgrund der unvermeidlichen Schäden, die durch die Verlegung der neuen Verkabelung entstehen, ausgebessert werden müssen und der Raum anschließend renoviert werden muss. Dies kann eine kostspielige und zeitaufwendige Prozedur sein.
Darüber hinaus schränken festverdrahtete Schalter die Möglichkeiten für die Verwendung mehrerer Schalter zur Lichtsteuerung stark ein. Wenn mehr als ein Schalter zur Lichtsteuerung eingesetzt wird, ist eine dreiadrige Leitungsverbindung an jedem Schalter notwendig.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsanordnung für eine Leuchteinheit, die elektrische Leitungen zwischen der Schaltersteuerung und der Leuchteinheit überflüssig macht und deshalb unter anderem den oben genannten Problemen vorbeugt.
Verfahren für die Fernsteuerung von Licht werden zum Beispiel in GB-A-2174282, EP-A-0255580 und GB-A-2280291 beschrieben. Diese Anordnungen sind auf die Steuerung innerhalb eines Raumes beschränkt und ermöglichen nicht die Steuerung im gesamten Gebäude.
In US-A-4918690 wird ein Beleuchtungssystem für ein Gebäude gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 offenbart.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist gemäß Anspruch 1 ein Beleuchtungssystem für ein Gebäude vorgesehen. Insbesondere jede Fernsteuerungsschalteinheit ist so angeordnet, das Funksignale übertragen werden, die einen Adressabschnitt oder Identifikationsabschnitt enthalten, so dass sichergestellt ist, dass nur die korrekten Leuchteinheiten auf die gesendeten Signale reagieren.
Auf diese Weise besteht die Verbindung zwischen jeder Schalteinheit und der zugeordneten Leuchteinheit durch eine Funkverbindung. Jede Leuchteinheit kann einen Empfänger- und einen Steuerstromkreis umfassen, die auf ein empfangenes Signal zur Steuerung des Schalters der Leuchteinheit reagieren. Die Verwendung einer Funkverbindung ermöglicht, dass das System gebäudeweit eingesetzt werden kann, so dass eine Schalteinheit in einem Raum zur Steuerung der Leuchteinheiten in anderen Räumen verwendet werden kann.
Jede Fernsteuerungsschalteinheit kann so angeordnet werden, dass sie ein Signal aussendet, das einen Adressabschnitt und einen Befehlsabschnitt umfasst. Der Transmitter jeder Fernsteuerungsschalteinheit kann so angeordnet werden, dass für ein Steuerungssignal die Anzahl der Wiederholungen einer Übertragung festgelegt wird. Die Intervalle, mit denen die Steuerungssignale ausgesandt werden, können regelmäßig sein oder dem Zufallsprinzip gehorchen. Der Adressabschnitt des Steuerungssignals sollte über eine ausreichende Kapazität für die erforderliche Anzahl von Kombinationsmöglichkeiten der Leuchteinheiten verfügen.
Die Erfindung wird nun anhand von Beispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. In der Zeichnung zeigt
1 eine schematische Darstellung eines Beleuchtungssteuerungssystems in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
2 ein Blockschaltbild, das eine Fernsteuerungsschalteinheit zeigt, die im System in 1 verwendet wird,
und 3 ein Blockschaltbild, das den Steuerstromkreis jeder Leuchteinheit des Beleuchtungssystems darstellt.
Mit Bezug auf 1 wird ein Beleuchtungssystem innerhalb eines Gebäudes gezeigt, welches, wie dargestellt, eine Eingangshalle (H), ein Wohnzimmer (L), einen Wohnraum im 1. Stock (UH) und ein Schlafzimmer (B) umfasst. Diese Anordnung dient nur der Verdeutlichung und es versteht sich von selbst, dass ein Beleuchtungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung für eine große Bandbreite von Gebäuden Verwendung findet. Das Beleuchtungssystem umfasst eine Vielzahl von Leuchteinheiten, die generell mit (10) bezeichnet sind. Die Darstellung zeigt eine Leuchteinheit pro Raum, aber das System kann mit mehr als einer Einheit pro Raum und mit unterschiedlich vielen Einheiten in jedem Raum arbeiten. Jede Leuchteinheit ist durch elektrische Leitungen (11) mit dem Stromnetz verbunden. Außerdem besitzt jede Leuchteinheit zugeordnete Steuerstromkreise (12H), (12L), (12UH) und (12B), die durch Fernsteuerung übertragene Funksignale empfangen können und als Reaktion auf diese Signale die Leuchteinheit entweder mit der Stromversorgung verbinden oder sie von der Stromversorgung trennen. Die Funksignale werden von Fernsteuerungsschalteinheiten übertragen, die mit SW1H, SW2H, SWUH, SW1B, SW2B, SWL dargestellt werden. Jede Schalteinheit kann ein Funksignal an eine oder mehrere Leuchteinheiten übertragen und damit die Leuchteinheit einschalten oder ausschalten.
In dem vorliegenden System können die Leuchteinheiten innerhalb eines bestimmten Raumes von den jeweils ausgewählten der Schalter SW1H, SW2H, SWUH, SW1B, SW2B, SWL angesteuert werden. Dies wird durch die Verwendung von kodierten Nachrichten ermöglicht, die als Funksignale übertragen werden und das Kommunikationsmittel zwischen den Schaltern und dem Steuerstromkreis 12 darstellen. Welches Schema speziell eingesetzt wird, hängt von den Anforderungen für das betreffende Gebäude ab. Es ist zum Beispiel möglich, dass alle Leuchteinheiten von allen Schaltern steuerbar sind, dass ein Schalter alle Leuchteinheiten steuert oder dass die Leuchteinheit in einem bestimmten Raum nur von Schaltern in diesem Raum steuerbar sind oder jede andere Kombination zwischen diesen Extremen.
In dem Beispiel in 1 wird folgende Anordnung dargestellt:
Mit den Schaltern SW1H und SWUH können die Leuchteinheiten in der Eingangshalle (H) und dem Wohnraum im 1. Stock (UH) ein- und ausgeschaltet werden.
Mit dem Schalter SW2H können alle Leuchteinheiten im Gebäude ausgeschaltet werden, z. B. wenn die letzte Person es verläßt.
Schalter SWL kann die Leuchteinheit im Wohnzimmer (L) ein- und ausschalten und die Helligkeit regeln.
Mit den Schaltern SW1B und SW2B kann die Leuchteinheit im Schlafzimmer (B) ein- und ausgeschaltet und die Helligkeit geregelt werden. Alternativ kann der Schalter SW2B aus der Wandhalterung genommen und vom Bett aus bedient werden.
Das System kann eine tragbare Steuerung (15) einschließen, die programmiert werden kann, jede Leuchteinheit oder eine Kombination von Leuchteinheiten zu steuern. Die trag bare Einheit kann so angeordnet werden, dass sie dieselbe kodierte Nachricht aussendet wie die Schalter oder eine andere Nachricht, die ausschließlich der tragbaren Einheit zugeordnet ist. Auf diese Weise können alle Leuchteinheiten auf die tragbare Einheit reagieren und mit dieser Einheit kann eine Vielzahl von verschiedenen Beleuchtungseffekten erzielt werden.
Es entspricht einem neuen Konzept, solch ein Beleuchtungssystem für ein Gebäude bereitzustellen, bei dem Funksignale die Verbindung zwischen den Schaltsteuerungseinheiten und den Leuchteinheiten bilden, um das Ein- und Ausschalten der Leuchteinheiten zu steuern. Die Verwendung von Funksignalen ermöglicht die drahtlose Kommunikation zwischen einer Schaltsteuerungseinheit oder mehreren Schaltsteuerungseinheiten und den Leuchteinheiten im gesamten Gebäude.
Jede Fernsteuerungsschalteinheit (SW) kann tragbar oder wandmontierbar sein. 2 zeigt in Form eines Blockschaltbildes die grundlegenden Komponenten solch einer Steuereinheit. Die Steuereinheit umfasst einen oder mehrere Schalter (20), die mit der Modulationslogik (21) verbunden sind. Die Modulationslogik (21) steuert einen HF-Oszillator (22), der mit Hilfe einer Übertragungsantenne (24) ein Funksignal bereitstellen kann. Jeder Schalter ist eine unabhängige Einheit und kann mit einer leistungsfähigen Batterie etwa 5–10 Jahre betrieben werden. In einer alternativen Anordnung könnte die Ladung der Batterie durch die Verwendung eines elektromagnetischen Feldes oder einer photovoltaischen Zelle erhalten werden.
Jede Schalteinheit kann mit herkömmlichen Schaltern versehen werden oder es können andere Schaltertypen verwendet werden, wie z. B. Drehregler, mit denen man die Helligkeit der Leuchteinheiten steuern kann. Andere Einheiten sind möglich, die eine Vielzahl von Schaltern umfassen. Eine typische Anordnung verwendet einen Wechselschalter mit mittiger Nullstellung (20), der sowohl für die Einschalt- und Ausschaltsteuerung, als auch für die Helligkeitssteuerung eingesetzt werden kann. Durch diese Anordnung wird die Intregration von mehr als einer Helligkeitssteuerung für dieselbe Leuchteinheit extrem vereinfacht.
Um die Lebensdauer der Batterie zu verlängern, sollte der Ruhestrom für den oder die Schalter (20) und ihre Steuereinheit sehr niedrig gehalten werden bis der Schalter betätigt wird. Dies kann durch den Wechselschalter mit mittiger Nullstellung problemlos erreicht werden, während für andere Schaltertypen eine Zusatzschaltung erforderlich sein könnte. Zum Beispiel könnte der Zustand des Schalters für einen kurzen Zeitraum in regelmäßigen Abständen abgefragt werden oder, im Fall eines einfachen Schalters, könnte der Stromkreis so konfiguriert werden, dass er nur Strom verbraucht, wenn der Schalter das nächsten Mal betätigt wird. Diese Verfahren sind den in der Technik geschulten Fachleuten bekannt.
Das von der Antenne (24) ausgesendete Signal ist ein moduliertes Signal und enthält einen Adressabschnitt und einen Befehlsabschnitt. Der Adressabschnitt kann sich entweder auf den Schalter 20 oder auf die Leuchteinheit 10 beziehen und diese Information muss zuvor in den verschiedenen Elementen des Systems programmiert worden sein. Die Aufgabe des Adressabschnittes ist es sicherzustellen, dass nur jeweils ausgewählte Leuchteinheiten betrieben werden und nicht, zum Beispiel, eine Leuchteinheit in einem benachbarten Gebäude. Der Befehlssatz kann Optionen beinhalten wie Beleuchtung ein, Beleuchtung aus, Intensität erhöhen oder Intensität verringern. Komplexere Anweisungen wie z. B. Rückkehr zum gespeicherten Zustand oder Festlegen als gespeicherter Zustand sind ebenfalls da möglich, wo sie zuvor in der Verarbeitungsvorrichtung der Systemsteuerung programmiert wurden.
In der in 1 gezeigten Anordnung überträgt Schalter SW1H Kode AAA, Schalter SW2H überträgt Kode BBB, Schalter SWUH überträgt Kode CCC Schalter SW1B überträgt Kode YYY, Schalter SW2B überträgt Kode ZZZ und Schalter SWL überträgt Kode XXX. Die Steuerungen 12H und 12UH der Leuchteinheiten können auf die Kodes, BBB, YYY, ZZZ reagieren, d. h. Schalter SW1B, SW2B und SW2H und die Steuerung der Leuchteinheit 12L kann auf die Kodes BBB, XXX reagieren, d. h. Schalter SWL und SW2H. Die Buchstaben AAA usw. repräsentieren den Adressteil des Kodes und sind nur zur Veranschaulichung gedacht und sollen keine tatsächlichen Kodes darstellen. Der Adressteil wird von einem Befehlsteil gefolgt.
In der bevorzugten Anordnung besitzt jede Schalteinheit eine einzigartige, nach dem Zufallsprinzip kodierte Zahl und wird jede Steuerung einer Leuchteinheit mit der Identität derjenigen Schalteinheiten programmiert, auf die sie reagieren soll.
3 zeigt ein Blockschaltbild eines Stromkreises (12) mit der jeweils zugeordneten Leuchteinheit. Der Stromkreis umfasst eine Empfangsantenne (30) für den Empfang des Funksignals, das von der Fernsteuerungseinheit ausgesandt wird, einen Dekodier- und Steuerschaltkreis (31), einen Speicher (32), ein Netzteil (33), der den Dekodier- und Steuerschaltkreis (31) mit Strom versorgt, und einen Schalter (34), der so bedient werden kann, dass er die Stromleitungen mit dem Leuchtmittel der Leuchteinheit verbindet.
Der Dekodier- und Steuerschaltkreis (31) beinhaltet normalerweise eine Empfangsschaltung und einen Mikroprozessor (oder einen gleichwertigen integrierten Standardstromkreis). Der Speicher (32) kann ein EEPROM oder ein anderer nicht flüchtiger Speicher sein. Als Schalter 34 wird üblicherweise ein Thyristor- oder Triac-Halbleiter gewählt.
Die Verläßlichkeit des Systems wird durch eine Anordnung erhöht, bei der die Übertragungen von jeder Schaltsteuerungseinheit (14) in pseudo-zufälligen Intervallen wiederholt werden, um Probleme zu vermeiden, wenn zwei Schalter im wesentlichen gleichzeitig benutzt werden. Die Anzahl der Wiederholungen kann in jede Steuereinheit programmiert werden und diese Anzahl muss im Hinblick auf die Batterielebensdauer und -zuverlässigkeit gewählt werden. Auch die Gesamtzeit der wiederholten Übertragungen sollte nicht zu lang sein oder dem Nutzer wird die offensichtliche Verzögerung inakzeptabel erscheinen. Die Zuverlässigkeit kann auch durch zerhacken (scrambling) der Übertragungen verbessert werden, so dass die Übertragungen sich unterscheiden. Während einer Sendung von wiederholten Übertragungen werden mehrere verschiedene Versionen der Daten gesendet. Eine Leuchteinheit wird nur reagieren, wenn sie zwei Übertragungen mit denselben Daten, aber unterschiedlich zerhackt (scrambled) empfängt. Dieses Merkmal kann lästige Funktionsauslösung entweder durch externes kohärentes Rauschen oder durch Personen, die die Beleuchtung des Nachbarn stören wollen, eliminieren.
In dem bevorzugten Verfahren hat die vorprogrammierte Indentifikationszahl in jeder Schaltsteuereinheit mindestens 20 Bit, so dass 1 Million verschiedene Identifikationen möglich sind, plus zwei zusätzliche Bit, die während der Installation ausgewählt werden können, um den unwahrscheinlichen Fall abzudecken, dass es zwei Schaltsteuerungseinheiten mit derselben Adresse gibt. Durch Veränderung eines dieser beiden Bit können die beiden Einheiten unterschieden werden. Es wird bevorzugt, dass die Übertragungen unter Verwendung von 4 verschiedenen Kodierungsschlüsseln zerhackt (chiffriert) werden, so dass 4 verschiedene zerhackte (chiffrierte) Versionen entstehen und jede Bedienung der Schalteinheit insgesamt 8 Übertragungen erzeugt, wobei jede der 4 möglichen zerhackten Versionen zweimal gesandt wird. Die Leuchteinheit wird dann nur auf eine Übertragung reagieren, wenn sie zwei der acht Übertragungen empfängt und diese in unterschiedlicher Art zerhackt sind.
Leuchteinheiten werden programmiert, indem sie in einen Programmierzustand gebracht werden. Dies kann auf die eine oder andere Weise geschehen, entweder durch Bedienung eines Schalters an der Leuchteinheit oder durch Verwendung einer speziellen Programmiereinheit. In diesem Fall werden alle Schalteinheiten, die diese bestimmte Leuchteinheit steuern sollen, nacheinander (und einzeln) eingeschaltet und für eine gewisse Zeit gehalten, um falsche Programmierung zu vermeiden. Wenn eine Schalteinheit nicht mehr zur Bedienung dieser Leuchteinheit benötigt wird, wird sie ausgeschaltet. Schließlich wird der Programmierzustand der Leuchteinheit wieder deaktiviert. Eine spezielle Programmiereinheit hat den Vorteil, das es einfacher ist, umfangreichere Programmieraufgaben zu implementieren, wie z. B. eine umgekehrte Schaltfunktion, bei der ein Licht angehen soll, wenn der Schalter ausgeschaltet wird.
Es erschließt sich, dass dieses Programmierverfahren ermöglicht, dass von jeder Schalteinheit aus jede Leuchteinheit gesteuert werden kann. Verschiedene Steuerungszustände sind durch Änderung der Übertragung von einer Schalteinheit möglich, so dass sie so eingestellt werden kann, dass sie Befehle bezüglich Helligkeitssteuerung überträgt, oder die Leuchteinheit kann darauf programmiert werden, auf verschiedene Schalteinheiten unterschiedlich zu reagieren.
Ein Beispiel für ein einfaches Programm zur Generierung einer Kode-Übertragung befindet sich am Ende dieser Beschreibung.
Die Fernsteuerungsschalteinheit sieht normalerweise so aus wie ein normaler wandmontierter Lichtschalter, aber sie kann auch als tragbare Einheit ausgeführt sein, die so aussehen kann wie die Fernbedienung, die für ein Fernsehgerät verwendet wird. Dies ermöglicht dem Nutzer, die Beleuchtung von seinem Sitz aus zu steuern. In dem vorliegenden Fall werden die Signale jeder Fernsteuerungseinheit direkt zur Leuchteinheit übertragen, wodurch die Notwen digkeit entfällt, den Schalter und die Leuchteinheit zu verkabeln. Das ermöglicht die Veränderung von Anordnungen in einem Raum, ohne dass in der Folge Schalter und zugehörige Kabel versetzt werden müssen. Es ist auch möglich tragbare Fernsteuerungsschalteinheiten herzustellen, die mit einer Halterung an der Wand befestigt werden können. Dies erlaubt dem Nutzer den Schalter zur bequemsten Stelle mitzunehmen.
In diesem Zustand kann er spezielle Programmierbefehle an die Leuchteinheiten übertragen. Es ist naheliegend, dass eine tragbare Einheit als Gerät zur Programmierung eines Lichtsystems benutzt werden kann.
Es ist möglich ein System bereitzustellen, bei dem es eine zentrale Steuereinheit gibt, die Signale von den Fernsteuerungseinheiten empfängt und die Steuersignale an die verschiedenen Leuchteinheiten überträgt. Solch eine Vorrichtung kann man sich in einem großen Gebäude vorstellen und da wo erhebliche Entfernungen eine Rolle spielen, und Repeatertransmitter erforderlich sind.
Durch die Bereitstellung einer programmierbaren Steuereinheit wird der Nutzer unproblematisch und auf einfache Weise in die Lage versetzt, die Art, in der die Leuchteinheiten in dem Gebäude gesteuert werden, zu ändern.

Claims

Beleuchtungssystem für ein Gebäude, umfassend eine Vielzahl von Leuchteinheiten (10), deren jede ein Illuminationselement und eine zugeordnete Steuereinheit (30–34) besitzt, die auf ein Radiofrequenz-Signal reagieren kann, um das Element mit bzw. von einer elektrischen Energiequelle zu verbinden oder zu trennen, wobei die Leuchteinheiten (10) sich an verschiedenen Stellen in dem Gebäude befinden, und umfassend eine Vielzahl von Fernsteuerungsschalteinheiten (SW1H, SW2H, SWL, SWUH, SW1B, SW2B), die sich an verschiedenen Stellen in dem Gebäude befinden und betrieben werden können, so dass sie Steuerungssignale aussenden, um die Steuerungsoperationen der Leuchteinheiten (10) zu steuern und jeweils dazu geeignet sind, Radiofrequenz-Signale für Steuerungsvorgänge der Leuchteinheiten auszusenden, dadurch gekennzeichnet dass jede Fernsteuerungsschalteinheit in der Lage ist, ein Radiofrequenz-Signal auszusenden, das einen Identifikationsteilabschnitt enthält, der für die Fernsteuerungsschalteinheit, die das Signal aussendet, charakteristisch ist, und dass jede Steuerungseinheit sich in der Nachbarschaft des zugeordneten Illuminationselementes befindet und so programmierbar ist, dass sie einstellbar ist, auf den Identifikationsteilabschnitt zu reagieren, der von einem beliebigen oder von mehreren Fernsteuerungsschalteinheiten ausgesandt ist. kennzeichnet, dass für jeden Befehl das übermittelte Signal mehrere Male wiederholt wird, wobei sich eine Übertragungslücke zwischen jeder Übertragung befindet.
System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungslücken gleich sind.
Beleuchtungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungslücken dem Zufallsprinzip gehorchen.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgesandten Radiofrequenz-Signale, die von jeder Fernsteuerungsschalteinheit (SW1H, SW2H, SWL, SWUH, SW1B, SW2B) ausgesandt werden, zerhackt (scrambled) sind, wobei verschiedene Verschlüsselungen verwendet werden, und dass jede Beleuchtungseinheit (10) so ausgestattet ist, dass sie nur betrieben wird, wenn sie äquivalente, aber verschiedene Übertragungssignale empfängt, die sich auf eine Schalteinheit beziehen, auf die zu reagieren sie programmiert ist.
Beleuchtungssystem nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Fernsteuerungsschalteinheit (SW1H, SW2H, SWL, SWUH, SW1B, SW2B) einen Programmierzustand hat und durch übermittelte Radiofrequenz-Signale programmierbar ist.