ITTO20130818A1 - Dispositivo di illuminazione intelligente, e relativi metodo e sistema - Google Patents

Description

“DISPOSITIVO DI ILLUMINAZIONE INTELLIGENTE, E RELATIVI METODO E SISTEMA”

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo di illuminazione intelligente, e relativi metodo e sistema. È noto che i sistemi di illuminazione intelligente sono capaci di adattarsi alle condizioni ambientali grazie a sensori e ad un sistema di controllo, che permettono loro di regolarsi automaticamente sulla base della disponibilità di luce generata da altri fonti luminose (ad esempio il sole che entra da una finestra), delle esigenze programmate nel sistema (differenza tra giorno e notte) e del numero di persone presenti in tale ambiente.

Più in dettaglio, sono noti sistemi in cui una centralina di controllo gestisce secondo criteri specifici la luce generata da una serie di fonti luminose installate all’interno di uno o più locali. Caratteristica principale di questi dispositivi è la capacità di adattare la propria intensità luminosa alle condizioni ambientali, acquisendo dati da una serie di sensori ad essi collegati. Eventualmente, tali sistemi memorizzano i dati relativi al consumo di energia, oltre che al passaggio delle persone nelle vicinanze. Complessivamente, tutti questi accorgimenti consentono di ottenere un risparmio energetico compreso tra il 30% ed il 50% rispetto ad impianti tradizionali, in cui non esiste un sistema di controllo centralizzato.

Tuttavia, i sistemi così realizzati richiedono l’installazione di una centralina di controllo collegata alle fonti luminose, e quindi richiedono una modifica dell’impianto elettrico preesistente.

Esistono sistemi in cui il controllo delle fonti luminose è attuato mediante una comunicazione senza fili, nel seguito indicata come wireless. In ogni caso, è necessario modificare l’impianto elettrico, al fine di dotare i singoli punti luce, o i singoli interruttori di comando, di un ricevitore wireless.

Inoltre, è necessario installare dei sensori addizionali per rilevare la luminosità ambientale, la presenza di persone, e ogni altro parametro di interesse per il controllo del sistema.

Infine, ogni singola centralina di controllo deve essere programmata da personale specializzato, al fine di adattarla alla struttura dell’ambiente in cui sono inserite le fonti luminose da controllare.

Scopo della presente invenzione è pertanto quello di indicare un dispositivo, un sistema ed un metodo di illuminazione intelligente, che permettano di ottenere un controllo dell’illuminazione in ambienti residenziali, commerciali, o industriali, senza richiedere modifiche agli impianti di illuminazione preesistenti, richiedendo esclusivamente la semplice sostituzione delle lampadine con i dispositivi fonte di luce oggetto della presente invenzione.

Un secondo scopo della presente invenzione è quello di indicare un dispositivo, un sistema ed un metodo di illuminazione intelligente, che permettano la comunicazione tra i dispositivi al fine di coordinare le singole variazioni di luminosità all’interno di un ambiente.

Un terzo scopo della presente invenzione è quello di indicare un dispositivo, un sistema ed un metodo di illuminazione intelligente, che permetta di limitare la suddetta comunicazione all’interno di ciascun singolo ambiente e di essere resistente alle interferenze esterne. Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di indicare un dispositivo, un sistema ed un metodo di illuminazione intelligente, che sia in grado di adattare la quantità di luce emessa in base a parametri ambientali rilevati dal dispositivo stesso.

Questi ed altri scopi dell’invenzione vengono ottenuti con un dispositivo, un sistema ed un metodo di illuminazione intelligente, come rivendicati nelle unite rivendicazioni che costituiscono parte integrante della presente descrizione.

In sintesi, vengono descritti un dispositivo, un sistema ed un metodo di illuminazione intelligente, tale dispositivo comprendendo mezzi di comunicazione configurati per non subire interferenze elettromagnetiche esterne al fine di garantire un corretto funzionamento del dispositivo di illuminazione intelligente, ossia garantire un corretto livello di luminosità in base a segnali di controllo che tali dispositivi di illuminazione si scambiano fra loro. I segnali di controllo comprendono ad esempio, ma non esclusivamente, comandi relativi ad una variazione di intensità luminosa del dispositivo di illuminazione intelligente.

Ulteriori caratteristiche dell’invenzione sono oggetto delle allegate rivendicazioni che si intendono parte integrante della presente descrizione.

Gli scopi suddetti risulteranno maggiormente chiari dalla descrizione dettagliata di un dispositivo, un sistema ed un metodo di illuminazione intelligente, secondo la presente invenzione, con particolare riferimento alle Figure allegate in cui:

- la Figura 1 illustra uno schema a blocchi di esempio di un dispositivo secondo la presente invenzione;

- la Figura 2 illustra un ulteriore esempio di schema a blocchi di un dispositivo secondo la presente invenzione; - la Figura 3 mostra un esempio di sistema in accordo con la presente invenzione.

Con riferimento alla Fig. 1, viene illustrato uno schema a blocchi di esempio del dispositivo 1 di illuminazione secondo la presente invenzione.

Il dispositivo 1 di illuminazione è ad esempio una lampada per uso domestico interno, una lampada per uso domestico esterno, una lampada per strutture industriali (capannoni, grandi sedi aziendali, etc.), un lampione stradale, e così via.

Il dispositivo 1 comprende mezzi ottici 3,12 atti ad illuminare, e a trasmettere e ricevere un segnale ottico di controllo. Detti mezzi ottici 3,12 comprendono mezzi di illuminazione 3 e mezzi di comunicazione ottica 12 che verranno descritti in dettaglio nel seguito.

Il dispositivo 1 comprende inoltre un circuito di alta potenza 5 che si occupa della generazione, a partire dall’alimentazione elettrica (ad esempio rete elettrica oppure batteria), delle tensioni necessarie a pilotare i mezzi di illuminazione 3, preferibilmente luci di tipo LED (“Light Emitting Diode”). Più in dettaglio, tali tensioni dipendono dal numero di luci LED, dal fatto che esse siano galvanicamente isolate o meno, e dalla potenza complessiva del dispositivo di illuminazione 1.

Il dispositivo 1 comprende inoltre un modulo di alimentazione a bassa potenza 7 che genera a partire dall’alimentazione le tensioni necessarie per pilotare tutti i moduli, digitali ed analogici, compresi nel dispositivo 1.

In una configurazione preferita, il circuito di alta potenza 5 e il modulo di alimentazione a bassa potenza 7 sono ambedue alimentati elettricamente dalla linea elettrica che giunge al dispositivo 1. Sono necessari due circuiti distinti perché il circuito di alta potenza 5 necessita di una maggiore energia elettrica dipendente dalla potenza dei mezzi di illuminazione 3, in particolare dalla potenza delle luci a LED.

Il dispositivo 1 comprende ulteriormente un’interfaccia dei sensori 19 che principalmente elabora primi segnali elettrici provenienti da sensori (non rappresentati nelle figure) inclusi nel dispositivo 1 oppure esterni ad esso. Tali primi segnali elettrici vengono inviati ad un modulo di controllo 17, ad esempio realizzato con un microcontrollore, che li utilizza come ingressi per un algoritmo di illuminazione intelligente, ossia un algoritmo che decide come e quando adattare l’intensità luminosa dei mezzi di illuminazione 3. I sensori possono essere di prossimità per rilevare eventuali persone in movimento nell’ambiente, di luminosità per valutare il livello di illuminazione nell’ambiente, di temperatura, di umidità e così via.

Il dispositivo 1 comprende inoltre i mezzi di comunicazione ottica 12 configurati per trasmettere e ricevere segnali ottici di controllo ad/da uno o più dispositivi di illuminazione, in particolare della stessa tipologia del dispositivo 1. La comunicazione ottica fra dispositivi 1 dello stesso tipo permette di creare un canale di comunicazione esclusivo tra i dispositivi 1 presenti all’interno dello stesso ambiente ed evitare che il segnale ottico si propaghi al di fuori di detto ambiente. Si pensi ad esempio alla situazione in cui i dispositivi 1 sono posti all’interno di un capannone, il quale è un ambiente confinato da mura e tetto ed in cui il segnale ottico di comunicazione fra i dispositivi 1 non si propaga al di fuori dello stesso.

Con riferimento alla Fig. 2, i mezzi di comunicazione ottica 12 comprendono preferibilmente un’interfaccia di trasmissione 11 connessa ad un trasmettitore ottico 9, e un’interfaccia di ricezione 15 connessa ad un ricevitore ottico 13.

L’interfaccia di trasmissione 11 riceve dal modulo di controllo 17 un secondo segnale elettrico digitale 16, opportunamente codificato e rappresentante un segnale di controllo, ed insieme con il trasmettitore ottico 9 lo trasforma nel segnale ottico di controllo per la trasmissione. Il trasmettitore ottico 9 trasmette poi tale segnale ottico di controllo a tutti i dispositivi 1 di illuminazione situati all’interno dello stesso ambiente. Il segnale ottico di controllo comprende dati per la gestione della luminosità dei dispositivi 1 e per una configurazione di un loro stato di funzionamento, come si vedrà in dettaglio nel seguito.

L’interfaccia di ricezione 15 è atta a ricevere il segnale ottico di controllo tramite il ricevitore ottico 13, e insieme lo convertono in un terzo segnale elettrico digitale 18 comprendente un flusso di dati (bit) relativi ad un’informazione di controllo. Il terzo segnale elettrico digitale 18 viene inviato al modulo di controllo 17 affinché esso possa essere decodificato ed utilizzato per la gestione del livello di illuminazione del dispositivo 1, ovvero per coordinare il proprio funzionamento con quello degli altri dispositivi 1 di illuminazione.

È bene precisare che il modulo di controllo 17 gestisce e controlla il circuito di alta potenza 5, i mezzi di comunicazione ottica 12 e l’interfaccia dei sensori 19. Esso effettua l’elaborazione digitale di tutti gli ingressi (dall’interfaccia dei sensori 19 e dal ricevitore ottico 13), ed in base ai dati contenuti nel segnale ottico di controllo modula la luminosità dei mezzi di illuminazione 3 e gestisce la trasmissione di informazioni riguardanti il proprio stato verso gli altri dispositivi 1 di illuminazione.

Il dispositivo 1 ha inoltre la peculiarità di poter eventualmente trasmettere il segnale ottico di controllo tramite i mezzi di illuminazione 3. In questo caso, il modulo di controllo 17 invia il secondo segnale elettrico digitale 16, opportunamente codificato, ai mezzi di illuminazione 3 che vengono modulati con una frequenza dell’ordine dei kHz, o comunque ad una frequenza tale che l’occhio umano non si accorga delle variazioni luminose degli stessi.

Nel seguito verranno ora descritti nel dettaglio gli elementi suddetti compresi nel dispositivo 1 secondo una forma di realizzazione preferita dell’invenzione.

Relativamente al circuito di alta potenza 5, esso è un circuito atto a convertire una tensione alternata (AC o “Alternating Current”) o continua (DC o “Direct Current”), di valore specifico alla rete elettrica a cui esso è attaccato, in una bassa tensione continua specificamente destinata all’alimentazione a corrente costante dei mezzi di illuminazione 3, in particolare diodi LED. In tale configurazione, il circuito di alta potenza 5 comprende un primo convertitore a commutazione. Lo stesso convertitore può essere utilizzato anche nel caso in cui il dispositivo 1 è alimentato da una batteria.

Il circuito di alta potenza 5 permette in ogni caso la possibilità di modulare la corrente generata attraverso un comando proveniente dal modulo di controllo 17.

I mezzi di comunicazione ottica 12, l’interfaccia dei sensori 19 ed il modulo di controllo 17 sono alimentati dal modulo di alimentazione a bassa potenza 7 che eroga un’alimentazione a bassa tensione (ad esempio 3 o 5 Volt), e correnti estremamente ridotte, ad esempio dell’ordine di qualche decina di mA massimi. Per il modulo di alimentazione a bassa potenza 7 sono previste due configurazioni:

- derivazione della tensione di alimentazione direttamente dal circuito di alta potenza 5, mediante apposito collegamento;

- derivazione della tensione di alimentazione mediante un convertitore DC-DC con ingresso prelevato dall’uscita in corrente continua del circuito di alta potenza 5, già utilizzata per il pilotaggio dei LED.

Entrambe le configurazioni presentano il vantaggio di non inserire un secondo convertitore connesso alla tensione di alimentazione di rete del dispositivo 1.

Relativamente alla prima configurazione, essa risulta più economica, ma presenta alcuni problemi di realizzazione legati al fatto che il modulo di controllo 17 deve essere alimentato anche quando i mezzi di illuminazione 3 sono spenti. In quest’ultima condizione, la tensione di uscita dal modulo di alimentazione a bassa tensione 7 risulterebbe quindi più bassa che durante il funzionamento ordinario del dispositivo 1. Pertanto, è necessario generare una tensione più alta del dovuto ed introdurre un post-regolatore nel modulo di alimentazione a bassa potenza 7. Ciò riduce però l’efficienza complessiva del dispositivo 1.

La seconda configurazione è invece sostanzialmente rappresentata da un convertitore “step-down”, in particolare un convertitore DC/DC, che al suo ingresso riceve la tensione di pilotaggio dei mezzi di illuminazione 3, e dalla sua uscita alimenta il modulo di controllo 17. Tale seconda configurazione si differenzia dalla prima in quanto il rapporto tra tensione di ingresso e tensione di uscita del modulo di alimentazione a bassa potenza 7 è molto elevato, ad esempio dell’ordine di 10-20. Ciò riduce perciò l’efficienza di generazione della tensione di uscita, oltre a richiedere una soluzione con un numero maggiore di componenti.

Il modulo di controllo 17 è preferibilmente un microcontrollore con un’architettura a 32 bit. Il modulo di controllo 17 implementa un algoritmo di codifica/decodifica e filtraggio digitale del secondo 16 e terzo 18 segnale elettrico digitale di controllo. Il modulo di controllo 17 comprende ulteriormente almeno un convertitore A/D (“Analogico-Digitale”) a più canali per la lettura dei dati dai sensori, e almeno un convertitore D/A (“Digitale-Analogico”) per la trasmissione del segnale ottico di controllo e il controllo di luminosità dei mezzi di illuminazione 3. Inoltre, la frequenza di clock del microcontrollore è ad esempio di 48 MHz, garantendo una potenza di calcolo sufficiente per il dispositivo 1.

Come già accennato precedentemente, i mezzi di comunicazione ottica 12 sono di tipo ottico, pertanto la trasmissione del segnale ottico è realizzata preferibilmente mediante una prima modulazione, ad esempio di tipo OOK (“On-Off Keying”). A tale prima modulazione di base, può essere sovrapposta una seconda modulazione, ossia una codifica a correzione di errore, preferibilmente di tipo LDPC (“Low Density Parity Check”), al fine di rendere la comunicazione immune alle interferenze delle altre fonti di luce.

Il trasmettitore ottico 9 è preferibilmente un diodo LED che emette luce in una banda ottica predeterminata dal costruttore del diodo LED. Il diodo LED del trasmettitore ottico 9 è pilotato dal modulo di controllo 17 in base ad un algoritmo di codifica.

Il dispositivo 1 ha inoltre la peculiarità di trasmettere opzionalmente il segnale ottico di controllo tramite i mezzi di illuminazione 3. In questo caso, il modulo di controllo 17 invia il secondo segnale elettrico digitale 16, opportunamente codificato, ai mezzi di illuminazione 3 che vengono modulati con una frequenza dell’ordine dei kHz, o comunque con una frequenza atta a non rendere percepibile all’occhio umano le variazioni luminose.

Il ricevitore ottico 13 comprende preferibilmente un primo fotodiodo, mentre l’interfaccia di ricezione 15, posta a valle del ricevitore ottico 13, comprende un primo amplificatore di trans-impedenza e un filtro passa-banda a banda stretta. L’interfaccia di ricezione 15 è anche dotata di un circuito integratore che ha il compito di mantenerla in un regime di linearità, indipendentemente dal livello di luce ambientale presente. Infatti, è bene specificare che essendo il ricevitore ottico 13 e l’interfaccia di ricezione 15 parti integranti del dispositivo 1, il quale è in pratica una fonte luminosa tramite i mezzi di illuminazione 3, allora l’intensità del segnale ottico ricevuto può variare di alcuni ordini di grandezza, ed è necessario comunque garantire il funzionamento della comunicazione ottica. Il terzo segnale elettrico digitale 18 filtrato all’uscita del filtro passa-banda a banda stretta è quindi inviato al modulo di controllo 17, che provvede a digitalizzarlo ed a decodificarlo.

Il dispositivo 1 comprende preferibilmente i seguenti sensori:

- almeno un sensore di luminosità ambientale comprendente un secondo fotodiodo seguito da un secondo amplificatore di trans-impedenza che fornisce un’indicazione della luminosità proveniente da un volume di spazio intorno al dispositivo 1;

- almeno un sensore di prossimità, ossia un sensore PIR (“Passive InfraRed”), seguito da un circuito elettronico di condizionamento che rileva la presenza/movimento di persone/oggetti in movimento.

Questo sensore di prossimità è opzionale poiché rileva principalmente il movimento di persone/oggetti. Infatti, se una persona risiede nello stesso ambiente del dispositivo 1 ma si muove poco, o non è in movimento (ad esempio una persona seduta che legge un libro), la sua presenza non viene rilevata, ovvero viene rilevata solamente a tratti.

Ulteriormente, l’interfaccia dei sensori 19 riceve in ingresso un segnale di rete derivante da un monitoraggio della tensione di rete. Il modulo di controllo 17 richiede la lettura continua della tensione di rete (nel caso di alimentazione del dispositivo 1 da rete elettrica), al fine di poter effettuare correttamente la regolazione di luminosità dei mezzi di illuminazione 3. Inoltre, l’ubiquità del segnale di rete in un ambiente (pluralità di fonti di illuminazione) permette di creare un riferimento di clock generico condiviso da tutti i dispositivi 1 presenti in detto ambiente.

Con riferimento alla Fig. 3, viene illustrato un esempio di sistema 20 in accordo con la presente invenzione, comprendente una pluralità di dispositivi 1 che comunicano fra di loro tramite i rispettivi mezzi di comunicazione ottica 12 o mezzi di illuminazione 3.

La comunicazione fra dispositivi 1 dello stesso tipo prevede un protocollo qui di seguito descritto.

La definizione del protocollo di comunicazione deve tenere in conto delle particolari esigenze funzionali del sistema 20, nonché delle peculiarità tipiche del mezzo trasmissivo. Più in dettaglio, esse sono:

- la presenza di segnali interferenti ad alta potenza sul canale di comunicazione (via etere). All’interno di un ambiente possono essere presenti altre sorgenti luminose, con emissioni ad ampio spettro di frequenza, quali lampade fluorescenti compatte, o altre sorgenti a LED di tipo tradizionale. Inoltre, le lampade ad incandescenza contribuiscono ad un rumore di fondo che si estende dalla frequenza continua fino ad un centinaio di Hertz, con un picco di modulazione a 50 Hz;

- la necessità di confinamento del canale di comunicazione all’interno di aree delimitate fisicamente (ad esempio stanze, corridoi, etc.). Tale vincolo è automaticamente soddisfatto utilizzando una comunicazione di tipo ottico; - la possibile coesistenza di una pluralità di sorgenti luminose intelligenti utilizzanti tecnologie simili, ma di differenti costruttori. In assenza di uno standard attuale, il sistema 20 deve garantire la funzionalità minima di comunicazione tra dispositivi 1 dello stesso tipo;

- la capacità di auto-organizzazione del sistema 20. Deve essere possibile aggiungere o eliminare singoli dispositivi 1 senza richiedere nessun tipo di riconfigurazione da parte di un utente finale.

I precedenti requisiti sono soddisfatti dal dispositivo 1 e sistema 20 in accordo con la presente invenzione, in particolare dalle seguenti caratteristiche:

- l’utilizzo della prima modulazione di base per il segnale ottico di controllo permette di ottenere segnali ottici robusti ai segnali interferenti. Inoltre, come già anticipato, ben si adatta all’utilizzo dei mezzi di illuminazione 3, già utilizzati per la funzione di illuminazione, come trasmettitore dei segnali ottici di controllo;

- la reiezione dell’illuminazione di fondo a bassa frequenza mediante il primo amplificatore di trans-impedenza e il circuito integratore. Inoltre, il valore (in corrente e/o tensione) di uscita del primo amplificatore di trans-impedenza è una misura indiretta dell’illuminazione ambientale, e quindi può sostituire facilmente il sensore di illuminazione altrimenti necessario;

- la rappresentazione di simboli “1” e “0” del segnale ottico digitale di controllo mediante presenza o assenza di treni di impulsi a frequenza costante. Questa codifica dei simboli trasforma il secondo segnale elettrico digitale 16 di controllo a banda larga (sequenze pseudo casuali di bit) in un segnale ottico di controllo a banda stretta centrato intorno ad una frequenza portante dei treni di impulsi;

- la reiezione dei segnali interferenti ad alta frequenza mediante il filtro passa banda a banda stretta. Esso è preferibilmente incluso nell’interfaccia di ricezione 15, e può essere realizzato parzialmente anche mediante filtri IIR (“Infinite Impulse Response”) implementati nel modulo di controllo 17. Il filtro passa banda a banda stretta impedisce la saturazione del terzo segnale elettrico digitale 18 in ingresso al convertitore A/D del modulo di controllo 17, oltre a servire come filtro anti-aliasing. Il filtro IIR permette altresì di attenuare ulteriormente i segnali interferenti fuori banda;

– la reiezione dei segnali interferenti in banda mediante una tecnica a divisione di codice, ad esempio di tipo CDMA (“Code Division Multiple Access”). La comunicazione ottica fra dispositivi 1 dello stesso tipo può avvenire utilizzando la tecnica CDMA, nota anche come “spread spectrum”, in cui ogni dispositivo 1 del sistema 20 si identifica nel sistema 20 tramite un proprio codice univoco, ovvero una sequenza di bit detta sequenza di “spread”/“despread”. L’insieme delle sequenze di spread deve avere opportune proprietà statistiche, in particolare ogni sequenza deve avere autocorrelazione con un picco evidente e la cross-correlazione tra le sequenze deve essere approssimativamente nulla. In questo modo ogni dispositivo 1 trasmette il proprio segnale ottico di controllo utilizzando la propria sequenza di spread. Il segnale ottico complessivo presente nell’etere (nel canale di comunicazione) risulta dato così dalla somma di tutti i segnali ottici di ogni dispositivo 1 presente nel sistema 20. Tuttavia, grazie alle proprietà statistiche delle sequenze di spread, in ricezione è possibile distinguere l’informazione contenuta nel segnale ottico proveniente da ogni dispositivo 1 di illuminazione. Questa operazione avviene calcolando la correlazione del segnale ottico complessivo con la sequenza di spread del dispositivo 1 desiderato. Il segnale prodotto dal dispositivo 1 desiderato fornisce un picco nella correlazione mentre gli altri segnali appaiono come rumore. Essendo il sistema 20 di tipo ottico, quindi basato sulla modulazione binaria, è necessario utilizzare codici realmente unipolari (0,1) che sono diversi dai codici bipolari (-1,1) normalmente utilizzati negli standard per comunicazioni wireless. L’utilizzo della tecnica a divisione di codice realizza quindi, sullo stesso mezzo trasmissivo, molteplici canali virtuali contemporanei che possono poi essere utilizzati in due modalità differenti.

La modalità più semplice è quella per cui tutti i dispositivi 1 dello stesso tipo che devono comunicare tra di loro trasmettono e ricevono informazioni sullo stesso canale virtuale, suddividendo la banda a disposizione in maniera equa, ad esempio mediante una tecnica a divisione di tempo, anche detta TDM (“Time Division Multiplexing”), ossia assegnazione di slot temporali fissi ad ogni dispositivo 1 da parte di un dispositivo 1 che svolge la funzione di un nodo “master”. Alternativamente, ogni dispositivo 1 comunica con il nodo master del sistema 20 utilizzando un differente canale virtuale, e risultando così indipendente da gli altri. Soltanto il nodo master può comunicare contemporaneamente su tutti i canali virtuali.

In ricezione il segnale ottico di controllo viene saturato, sovra-campionato e decodificato, e successivamente deve essere sincronizzato con una copia locale della sequenza di “despread”. Queste operazioni sono svolte dal modulo di controllo 17 e la sincronizzazione è ottenuta calcolando la correlazione tra il segnale ottico di controllo ricevuto e tutte le possibili versioni della sequenza di “despread” che si possono ottenere applicando lo “shift” della sequenza di una posizione. Come già detto, le proprietà statistiche delle sequenze di “spread”/“despread” garantiscono che la correlazione abbia un massimo quando il segnale ottico di controllo e la sequenza di “despread” locale sono allineate.

Si supponga ora che P sia la posizione nella sequenza di bit ricevuti del segnale ottico di controllo che fornisce il massimo della correlazione. A partire dalla posizione P si può realizzare l’operazione di “despreading” per ottenere i dati del segnale ottico di controllo.

Come già detto, l’interfaccia di ricezione 15 è atta a ricevere il segnale ottico di controllo tramite il ricevitore ottico 13, e lo converte in un terzo segnale elettrico digitale 18 comprendente un flusso di dati (bit) relativi all’informazione di controllo. Il terzo segnale elettrico digitale 18 viene inviato al modulo di controllo 17 affinché esso possa essere decodificato. L’operazione di decodifica, o “despreading”, consiste nel moltiplicare il terzo segnale elettrico digitale 18 con la sequenza di “despread” locale e accumulare il risultato. Tuttavia, non c’è informazione sull’allineamento dei dati nella sequenza di bit del terzo segnale elettrico digitale 18 che si ottiene dopo l’operazione di “despreading”. Ciò viene superato aggiungendo un “header” nei dati del segnale ottico di controllo in fase di trasmissione. Infatti, dopo l’operazione di “despreading” il modulo di controllo 17 cerca l’header nella sequenza di bit del terzo segnale elettrico digitale 18 ottenuta. Quando il modulo di controllo 17 trova l’header nella sequenza i bit decodificati sono allineati. Si ottengono così i dati di controllo inclusi nel segnale ottico, ossia nel terzo segnale elettrico digitale 18. Alternativamente, è possibile utilizzare un segnale di sincronizzazione esterno, ad esempio la frequenza dell’alimentazione di rete (per esempio 50 Hz) a cui i dispositivi 1 sono collegati. La frequenza di rete rappresenta in questo caso un riferimento di clock comune a tutti i dispositivi di illuminazione 1.

Pertanto, il dispositivo 1 secondo la presente invenzione, in una forma di realizzazione preferita, trasmette il segnale ottico di controllo modulando i mezzi di illuminazione 3 con una determinata frequenza (ad esempio dell’ordine dei kHz) e codifica detto segnale ottico con una tecnica a divisione di codice in cui ad ogni segnale ottico è associato un codice univoco. In questo modo il dispositivo 1 riesce ad aumentare la sua portata di trasmissione grazie all’utilizzo dei mezzi di illuminazione 3 e alla loro potenza ottica; in secondo luogo, la modulazione binaria in aggiunta alla codifica a divisione di codice (CDMA) del segnale ottico di controllo rende robusta ai disturbi la comunicazione ottica ed evita in fase di ricezione la mutua interferenza di molteplici segnali ottici presenti sullo stesso canale di comunicazione.

I dispositivi 1 del sistema 20 sono infine assimilabili a nodi di una rete che comunicano fra di loro. Ciò avviene mediante la definizione di nodi strutturalmente identici, con canale di comunicazione di tipo broadcast utilizzato per la creazione di una struttura di rete, e canale di comunicazione funzionale per lo scambio delle informazioni necessarie al normale funzionamento del sistema 20. I nodi, ossia i dispositivi 1, possono assumere tre stati che definiscono nell’insieme una procedura di configurazione:

1. Apprendimento: una volta che il nodo (dispositivo 1) viene alimentato, esso resta in ascolto su un canale di servizio al fine di rilevare la presenza o meno di una rete preesistente (sistema 20). In caso affermativo, il nodo passa in uno stato di configurazione (si veda il punto successivo) e negozia con la rete la modalità e i parametri di funzionamento. Alternativamente, il nodo assume la funzione di nodo “master”. Al fine di non disorientare un eventuale utente in prossimità del dispositivo 1, i mezzi di illuminazione 3 del dispositivo 1 sono attivi al 100% della potenza erogabile.

2. Configurazione: il nodo, scambiando informazioni di servizio attraverso il canale di servizio, definisce il proprio ruolo nella gerarchia della rete (ad esempio nodo “master” o “slave”), nonché il canale da utilizzare per trasmettere il segnale ottico di controllo. Il nodo “master” viene eletto automaticamente dalla rete di dispositivi 1 sulla base delle informazioni di servizio scambiate fra di loro. Successivamente il nodo passa in uno stato operativo in cui i mezzi di illuminazione 3 sono sempre accesi al 100% della potenza erogabile, anche se variazioni di luminosità impercettibili ad un utente sono utilizzate per calibrare la correlazione tra dispositivi 1 adiacenti (misura dell’attenuazione di canale).

3. Normale funzionamento: Il nodo (dispositivo 1) è parte integrante della rete (sistema 20), e uno scambio continuo di informazioni di servizio a basso bit-rate con gli altri nodi della rete, unito al monitoraggio dei sensori disponibili, permette di definire al meglio la modalità di funzionamento del nodo stesso. La quantità di luce emessa da ogni dispositivo 1 è quindi funzione della luce ambientale, nonché dei parametri di funzionamento preimpostati nel modulo di controllo 17.

È bene precisare che lo stato di ogni nodo (dispositivo 1) all’interno della rete (sistema 20) non è permanente nel tempo; pertanto la procedura di configurazione deve essere ripetuta da ogni nodo (dispositivo 1) tutte le volte che esso viene alimentato.

Una ulteriore caratteristica del dispositivo 1 riguarda una funzione di antifurto/manomissione. Il modulo di controllo 17 è identificato in maniera univoca da un numero memorizzato all’interno dello stesso. Esso può anche contenere ulteriori informazioni di configurazione, al fine di disabilitare il funzionamento dei mezzi di illuminazione 3 qualora il dispositivo 1 sia rimosso dal sistema 20 a cui è stato assegnato (funzione antifurto/antimanomissione). Più in dettaglio, il dispositivo 1 può rifiutarsi di accendere, o alimentare, i mezzi di illuminazione 3 qualora esso si trovi isolato, ovvero circondato da un numero non sufficiente di dispostivi di illuminazione dello stesso tipo del dispositivo 1.

Alternativamente, al fine di realizzare la funzione di antifurto/antimanomissione, in ogni nodo può essere memorizzato un elenco dei nodi che devono essere raggiungibili tramite il canale di comunicazione, ed il minimo numero accettabile di essi. Qualora il numero di nodi rilevati sia inferiore al numero di nodi minimo accettabile, il dispositivo 1, pur essendo funzionante, non permette l’accensione dei mezzi di illuminazione 3, ossia il modulo di controllo 17 non ne comanda l’accensione.

Il metodo secondo la presente invenzione comprende i passi di illuminare, e trasmettere un segnale ottico di controllo tramite mezzi ottici 3,12 di un dispositivo 1 di illuminazione.

Il metodo prevede inoltre di modulare detto segnale ottico di controllo tramite una modulazione, ad esempio binaria, di detti mezzi di illuminazione 3 eseguita dal modulo di controllo 17 configurato per modulare in ampiezza e ad una determinata frequenza (dell’ordine dei kHz) i mezzi di illuminazione 3.

Ulteriormente, il metodo prevede a detta modulazione sia sovrapposta una seconda modulazione, ossia una codifica a correzione di errore, in particolare un codifica di tipo LDPC, o “Low Density Parity Check”.

Inoltre, il metodo prevede di codificare, tramite il modulo di controllo 17, il segnale ottico di controllo con una tecnica a divisione di codice in cui al segnale ottico di controllo corrisponde un codice univoco, in particolare una tecnica CDMA o “Code Division Multiplexing Access”. Dalla descrizione effettuata risultano pertanto chiare le caratteristiche della presente invenzione, così come chiari risultano i suoi vantaggi.

Un primo vantaggio del dispositivo, sistema e metodo di illuminazione intelligente secondo la presente invenzione, è quello di permettere una comunicazione affidabile tra dispositivi simili all’interno di uno stesso ambiente.

Un secondo vantaggio del dispositivo, sistema e metodo secondo la presente invenzione, è quello di permettere la creazione di una rete auto-organizzata tra dispositivi simili all’interno dello stesso ambiente.

Un terzo vantaggio del dispositivo, sistema e metodo secondo la presente invenzione, è quello di permettere la coesistenza di più reti indipendenti all’interno dello stesso ambiente.

Un ulteriore vantaggio del dispositivo, sistema e metodo secondo la presente invenzione, è quello di utilizzare le capacità di coordinamento dei dispositivi al fine di realizzare un controllo di illuminazione intelligente che non ha bisogno di una centralina di controllo, ed agisca in maniera coerente all’interno dell’ambiente.

Un ulteriore vantaggio del dispositivo, sistema e metodo secondo la presente invenzione, è quello di permettere un monitoraggio accurato dell’ambiente tramite i sensori collocati all’interno di ciascun dispositivo.

Un ulteriore vantaggio del dispositivo, sistema e metodo secondo la presente invenzione, è quello di permettere al sistema di adattare il proprio comportamento in base ai dati rilevati da sensori.

Un ulteriore vantaggio del dispositivo, sistema e metodo secondo la presente invenzione, è quello di ottenere una funzione di antifurto in grado di fornire un deterrente al furto di detto dispositivo, in quanto esso sarebbe inutilizzabile al di fuori di detto sistema.

Numerose sono le varianti possibili al dispositivo, sistema e metodo di illuminazione intelligente, senza per questo uscire dai principi di novità insiti nell’idea inventiva, così come è chiaro che nella sua attuazione pratica le forme dei dettagli illustrati potranno essere diverse, e gli stessi potranno essere sostituiti con degli elementi tecnicamente equivalenti.

Dunque è facilmente comprensibile che la presente invenzione non è limitata ad un dispositivo, un sistema ed un metodo di illuminazione intelligente, ma è passibile di varie modificazioni, perfezionamenti, sostituzioni di parti ed elementi equivalenti senza però allontanarsi dall’idea dell’invenzione, così come è precisato meglio nelle seguenti rivendicazioni.

Claims (19)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo (1) di illuminazione intelligente, detto dispositivo (1) comprendendo mezzi ottici (3,12) atti ad illuminare, e a trasmettere e ricevere un segnale ottico di controllo.
2. 2. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi ottici (3,12) comprendono mezzi di illuminazione (3) atti ad illuminare, e a trasmettere e ricevere detto segnale ottico di controllo.
3. 3. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detti mezzi ottici (3,12) comprendono mezzi di comunicazione ottica (12) atti a trasmettere e ricevere detto segnale ottico di controllo.
4. 4. Dispositivo (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto segnale ottico di controllo comprende comandi relativi ad una variazione di intensità luminosa di detto dispositivo (1) di illuminazione al fine di garantire un corretto livello di luminosità in un ambiente.
5. 5. Dispositivo (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto segnale ottico di controllo è ottenuto tramite una modulazione di detti mezzi di illuminazione (3) eseguita da un modulo di controllo (17) configurato per modulare in ampiezza, e ad una determinata frequenza, detti mezzi di illuminazione (3).
6. 6. Dispositivo (1) secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui detti mezzi di comunicazione ottica (12) comprendono un trasmettitore ottico (9) atto a trasmettere detto segnale ottico di controllo e pilotato da detto modulo di controllo (17) in base ad un tipo di modulazione.
7. 7. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 5 o 6, in cui a detta modulazione è sovrapposta una seconda modulazione, ossia una codifica a correzione di errore, in particolare un codifica di tipo LDPC, o “Low Density Parity Check”.
8. 8. Dispositivo (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto segnale ottico di controllo è codificato da detto modulo di controllo (17) con una tecnica a divisione di codice in cui a detto segnale ottico di controllo è associato un codice univoco, in particolare una tecnica CDMA o “Code Division Multiplexing Access”.
9. 9. Dispositivo (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto segnale ottico di controllo utilizza un codice unipolare.
10. 10. Dispositivo (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detti mezzi di illuminazione (3) sono LED o “Light Emitting Diode”.
11. 11. Sistema (20) di illuminazione intelligente, detto sistema (20) comprendendo una pluralità di dispositivi (1) secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 10.
12. 12. Sistema (20) secondo la rivendicazione 11, in cui almeno un dispositivo (1) di detta pluralità di dispositivi (1) svolge la funzione di un nodo “master” eletto automaticamente da detta pluralità di dispositivi (1) sulla base di informazioni di servizio scambiate fra detta pluralità di dispositivi (1).
13. 13. Sistema (20) secondo la rivendicazione 11 o 12, in cui detta pluralità di dispositivi (1) utilizza una frequenza di alimentazione di rete come segnale di sincronizzazione per ottenere dati da detto segnale ottico di controllo.
14. 14. Sistema (20) secondo una o più delle rivendicazioni da 11 a 13, in cui un dispositivo (1) di detta pluralità di dispositivi (1) non alimenta propri mezzi di illuminazione 3 se detto dispositivo (1) non rileva la contemporanea presenza di un numero minimo di dispositivi di illuminazione dello stesso tipo di detto dispositivo (1) in detto sistema (20), detto numero minimo essendo derivato da detto dispositivo (1) sulla base di informazioni di configurazione scambiate fra detta pluralità di dispositivi (1).
15. 15. Metodo di illuminazione intelligente, detto metodo comprendendo i passi di illuminare, e trasmettere un segnale ottico di controllo tramite mezzi ottici (3,12) di un dispositivo (1) di illuminazione.
16. 16. Metodo secondo la rivendicazione 15, in cui detto metodo prevede di illuminare, e di trasmettere e ricevere detto segnale ottico di controllo tramite mezzi di illuminazione (3) di detto dispositivo (1) di illuminazione.
17. 17. Metodo secondo la rivendicazione 15 o 16, in cui detto metodo prevede di modulare detto segnale ottico di controllo tramite una modulazione di mezzi di illuminazione (3) eseguita da un modulo di controllo (17) configurato per modulare in ampiezza e ad una determinata frequenza detti mezzi di illuminazione (3).
18. 18. Metodo secondo una o più delle rivendicazioni da 15 a 17, in cui a detta modulazione è sovrapposta una seconda modulazione, ossia una codifica a correzione di errore, in particolare un codifica di tipo LDPC, o “Low Density Parity Check”.
19. 19. Metodo secondo una o più delle rivendicazioni da 15 a 18, in cui detto metodo prevede di codificare, tramite detto modulo di controllo (17), detto segnale ottico di controllo con una tecnica a divisione di codice in cui a detto segnale ottico di controllo è associato un codice univoco, in particolare una tecnica CDMA o “Code Division Multiplexing Access”.