JP2023064526A - 照明器具、照明制御システムおよび制御ユニット - Google Patents

照明器具、照明制御システムおよび制御ユニット Download PDF

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Abstract

【課題】無線信号の混信を抑制できる照明器具、照明制御システムおよび制御ユニットを得ることを目的とする。【解決手段】本開示に係る照明器具は、光源と、前記光源を点灯させる点灯装置と、前記点灯装置を制御し、他の照明器具に無線信号を送信する制御ユニットと、を備え、前記制御ユニットは、前記他の照明器具への無線信号の送信前にランダムな第1ウェイト時間を設け、前記制御ユニットが起動した直後は、ランダムな第2ウェイト時間の経過後に、前記第1ウェイト時間を設けて前記無線信号を送信する。【選択図】図1

Description

本開示は、照明器具、照明制御システムおよび制御ユニットに関する。
特許文献1には、無線親機と、複数の無線子機とを備えた無線通信システムが開示されている。複数の無線子機は、無線親機から周期的に無線送信されるビーコン信号を受信し、ビーコン信号により規定されるタイムスロットに同期して、複数種類の情報信号をそれぞれ無線親機に無線送信する。複数種類の情報信号には、予め優先度が設定されている。複数の無線子機では、自機から送信される情報信号の優先度が高いほど、その送信前に行われるキャリアセンスの期間が短く設定される。
特許第5954667号公報
複数の無線機が同一周波数の搬送波を用いて無線通信する際、自機の電波と他機からの電波との干渉を避けるために、送信前に他機から電波が出されているか否かを一定時間チェックするキャリアセンスが行われることがある。このような通信方式は、CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)と呼ばれる。しかしながら、この通信方式では、複数の無線機の間で情報信号の送信タイミングが重なり、電波が干渉する可能性がある。このため、いずれの情報信号も送信できないことが起こり得る。
特許文献1では、無線子機は送信する情報信号の優先度が高いほど、その送信前に行われるキャリアセンスの期間を短く設定する。このため、優先度の高い情報信号の送信を優先することができる。しかしながら、照明制御システムでは、無線信号の優先度を定めることが困難なことが想定される。例えば人感センサを有し、人感センサの検出結果を無線送信する複数の親機と、親機からの無線信号に応じて点灯を制御される複数の照明器具からなる照明制御システムでは、親機の無線信号の優先度を定めることは困難である可能性がある。
本開示は、上述の課題を解決するためになされたもので、無線信号の混信を抑制できる照明器具、照明制御システムおよび制御ユニットを得ることを目的とする。
本開示に係る照明器具は、光源と、前記光源を点灯させる点灯装置と、前記点灯装置を制御し、他の照明器具に無線信号を送信する制御ユニットと、を備え、前記制御ユニットは、前記他の照明器具への無線信号の送信前にランダムな第1ウェイト時間を設け、前記制御ユニットが起動した直後は、ランダムな第2ウェイト時間の経過後に、前記第1ウェイト時間を設けて前記無線信号を送信する。
本開示に係る制御ユニットは、照明器具に無線信号を送信する無線モジュールと、前記無線モジュールに電源を供給する制御電源回路と、を備え、前記無線モジュールは、前記照明器具への前記無線信号の送信前にランダムな第1ウェイト時間を設け、前記制御電源回路から電源供給が開始された直後は、ランダムな第2ウェイト時間の経過後に、前記第1ウェイト時間を設けて前記無線信号を送信する。
本開示に係る照明器具および制御ユニットでは、第1ウェイト時間と第2ウェイト時間により混信を抑制できる。
実施の形態1に係る照明制御システムの構成を説明する図である。 実施の形態1に係る親機である照明器具の回路ブロック図である。 実施の形態1に係る点灯装置の回路ブロック図である。 実施の形態1に係る無線送信のタイミングを説明する図である。 実施の形態1に係る第1ウェイト時間の最大値とリトライ回数を関連付けるテーブルを示す図である。 実施の形態1に係る親機の台数と最大制御時間の関係を説明する図である。 実施の形態1に係る制御回路の起動直後における無線送信のタイミングを説明する図である。
本実施の形態に係る照明器具、照明制御システムおよび制御ユニットについて図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る照明制御システム100の構成を説明する図である。照明制御システム100は、親機である複数の照明器具1と、子機である複数の照明器具2と設定器81とを備える。照明器具1は、他の照明器具2に無線信号を送信する。照明器具2は、照明器具1からの無線信号により制御される。設定器81は、照明器具1の制御ユニット70と通信する。設定器81は例えばリモコンである。図1では複数の照明器具1として照明器具1-1、1-2が示されている。照明器具1の数は限定されず、1台以上であれば良い。また、図1では2台の照明器具2が示されている。照明器具2の数は限定されず、1台以上であれば良い。
照明器具1は、制御ユニット70を備える。制御ユニット70は、例えば人の存在、不在を検出する人感センサ75が搭載された人感センサユニットである。制御ユニット70は、人感センサ75からの検出情報に応じて自機の点灯を制御する。また、制御ユニット70は、人感センサ75からの検出情報に応じて他の照明器具2に無線信号を送信する。これにより制御ユニット70は、照明器具2に点灯指示、消灯指示等を行う。照明器具2は、照明器具1からの無線信号を受信して自機の点灯状態を制御する無線ユニット80を備える。
照明器具1の制御ユニット70は、設定器81の信号を受信するリモコン信号受信部を有する。設定器81は、人感センサ75が人の存在または不在を検出した時の調光率、および、不在と判別するまでの時間等を設定できる。また、制御ユニット70には、設定器81により無線チャンネルまたは識別番号を設定することができる。照明器具1は、無線信号を送信する際に、設定された無線チャンネルを使用する。また、照明器具1は、設定された識別番号を含む無線信号を送信する。
設定器で照明器具1及び照明器具2に同じ無線チャンネルまたは識別番号が設定されると、照明器具1、2は一つのグループとして制御される。このとき複数の照明器具2は、照明器具1の指示に応じて制御される。なお、本実施の形態において各照明器具2は、照明器具1-1、照明器具1-2のどちらの指示にも従うものとする
照明制御システム100には人感センサが搭載されなくても良い。例えば設定器81から調光率を照明器具1に送信し、照明器具2をその調光率で制御しても良い。また、制御ユニット70に人感センサ75以外のセンサが搭載され、人感センサ75以外のセンサの検出情報に応じて照明器具1、2が制御されても良い。
図2は、実施の形態1に係る親機である照明器具1の回路ブロック図である。以下では、照明器具1の構成について説明するが、照明器具2の構成も制御ユニット70が無線ユニット80に置き換わった以外は同じである。照明器具1は、光源11と、光源11を点灯させる点灯装置10と、点灯装置10を制御し、他の照明器具2に無線信号を送信する制御ユニット70を備える。光源11は、直列に接続された複数の発光素子を有する。発光素子は例えばLEDである。
制御ユニット70は制御電源回路74でVDD1からVDD2を生成する。VDD1は点灯装置10の制御電源であり、点灯装置内10部の電源としても使用される。また、制御ユニット70は制御回路71と、人の動きを検出する人感センサ75を有する。人感センサ75は例えば人を検出するとHigh信号を出力し、人を検出しない状態ではLow信号を出力する。制御回路71は、制御電源回路74で生成されたVDD2により動作し、人感センサ75からの信号に応じて人の存在、不在を判別する。
制御ユニット70は無線モジュール72を有する。制御回路71は制御信号を送信して無線モジュール72を制御する。制御回路71は、例えば人感センサ75からの検出情報に応じて、予め定められた人が存在するときの調光率または人が不在のときの調光率を、無線信号としてアンテナ73から送信する。また、制御回路71は無線信号の送信と同時に、人感センサ75の検出情報に応じた調光率を点灯装置10に出力する。点灯装置10を制御するための信号は、例えばマイコンの通信で使用されるUART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)信号である。
制御ユニット70はリモコン信号受信部76を有する。リモコン信号受信部76は、照明器具1外部からのリモコン信号を受信する。制御回路71はリモコン信号に紐づいた設定値を記憶する。この設定値は、例えば人感センサ75が人の存在または不在を検出した時の調光率、および、不在を判別するまでの時間である。また、設定値には、上述した無線チャンネル、識別番号が含まれても良い。無線モジュール72は、この無線チャンネルにて識別番号を含む無線信号を送信する。
図3は、実施の形態1に係る点灯装置10の回路ブロック図である。整流回路52は、スイッチ51を介して入力端子12に接続するダイオードブリッジである。突入電流防止回路53は整流回路52の出力端に接続される。点灯装置10は、点灯回路として昇圧チョッパ回路41と、バックコンバータ回路42とを備えている。バックコンバータ回路42の出力には、出力端子22を介して光源11が接続される。
スイッチング電源58は、パワーデバイスで構成され、制御電源電圧VCCを生成する。制御電源電圧VCCは、制御ユニット70にVDD1として供給される。点灯装置10は、さらに降圧回路59、スイッチング素子56、57のゲートに接続したMOSFETドライバ60、ダイオードD2、コンデンサC3、および、LED電流を検出する抵抗R4を備えている。入力端子12は交流電源ACに接続され、これらの回路を用いて交流電源ACから光源11の電源が生成される。
昇圧チョッパ回路41において、インダクタ54の一端は、突入電流防止回路53を介して整流回路52の高電位側に接続される。インダクタ54の他端には、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)であるスイッチング素子56が接続される。ダイオードD1のアノード端子は、スイッチング素子56とインダクタ54との接続点に接続される。ダイオードD1のカソード端子は、平滑コンデンサC1の正極が接続される。平滑コンデンサC1の負極は、整流回路52の低電位側に接続される。平滑コンデンサC1と並列に、抵抗R1、R3の直列回路が接続される。スイッチング素子56に直列に抵抗R2が接続される。
平滑コンデンサC1の両端電圧が抵抗R1、R3を用いて分圧され、LED制御回路65に入力される。スイッチング素子56の電流に比例する抵抗R2の電圧値も、LED制御回路65に入力される。LED制御回路65は、これらの入力値に基づいてスイッチング素子56をオンオフするための信号をMOSFETドライバ60に入力する。LED制御回路65からの制御信号に従って、MOSFETドライバ60はスイッチング素子56のゲートに駆動信号を与える。
バックコンバータ回路42はMOSFETからなるスイッチング素子57とダイオードD3の直列回路を備える。この直列回路は、昇圧チョッパ回路41の平滑コンデンサC1と並列に接続されている。バックコンバータ回路42は、チョークコイルL1、平滑コンデンサC2および抵抗R4の直列回路を備える。この直列回路は、ダイオードD3と並列に接続されている。抵抗R4は、光源11に流れるLED電流を検出するためのものである。バックコンバータ回路42は、いわゆる非絶縁型の降圧コンバータである。LED電流を検出する抵抗R4からの検出電圧は、LED制御回路65に入力される。LED制御回路65はこの検出電圧に基づいて、LED素子に流れる電流が一定電流になるようにバックコンバータ回路42のスイッチング素子57をオンオフする。
制御端子台30には、制御ユニット70が接続される。制御ユニット70は、制御端子台30と接続可能に構成されている。制御ユニット70により、点灯装置10およびこれを備えた照明器具1の機能を拡張することができる。LED制御回路65には、制御端子台30の信号端子を介して、制御ユニット70から人感センサ75の検出情報に応じた信号が入力される。LED制御回路65は、この信号に基づいて光源11の点灯状態を制御する。
図4は、実施の形態1に係る無線送信のタイミングを説明する図である。無線送信のタイミングは制御ユニット70の無線モジュール72により制御される。制御ユニット70は、他の照明器具2への無線信号の送信前にランダムな第1ウェイト時間を設ける。この第1ウェイト時間は、バックオフ時間とも呼ばれる。これにより複数の照明器具1が発信する電波の干渉を抑制できる。
さらに制御ユニット70は、第1ウェイト時間の経過後に、自身が送信する無線信号と同一周波数の信号が他の照明器具1から発信されているか否かを一定時間検出する。この時間をキャリアセンス(CCA)時間と呼ぶ。制御ユニット70は、他の照明器具1から同一周波数の信号が発信されていない場合に、無線信号を送信する。これにより、複数の照明器具1が発信する電波の干渉をさらに抑制できる。
制御ユニット70は、第1ウェイト時間の経過後に、他の照明器具1から同一周波数の信号が発信されていることを検出すると、再度、ランダムな第1ウェイト時間の経過後に、他の照明器具1から同一周波数の信号が発信されているか否かを検出する。つまり、制御ユニット70は、第1ウェイト時間とキャリアセンス時間を繰り返すリトライ機能を有する。他の照明器具1から同一の周波数の信号が発信されている場合に、再度、第1ウェイト時間の経過後に他の照明器具1から同一周波数の信号が発信されているか否かを検出することを繰り返す回数を、リトライ回数と呼ぶ。
図3の例において照明器具1-1の無線モジュール72は、制御回路71から無線信号の送信要求があると、第1ウェイト時間の経過後のキャリアセンス時間に、照明器具1-2から同一周波数の信号が発信されているか否かを検出する。このとき、照明器具1-2は第1ウェイト時間であり、無線信号の送信を行っていない。このため、照明器具1-1は無線送信を行う。
照明器具1-2の無線モジュール72も、制御回路71から無線信号の送信要求があると、第1ウェイト時間の経過後のキャリアセンス時間に、照明器具1-1から同一周波数の信号が発信されているか否かを検出する。このとき、照明器具1-1は無線送信を行っている。このため、照明器具1-2は、再度、第1ウェイト時間の経過後のキャリアセンス時間に、照明器具1-1から同一周波数の信号が発信されているか否かを検出する。このとき、照明器具1-1は無線送信を行っていない。このため、照明器具1-2は無線送信を行う。従って、無線信号の混信を抑制できる。なお、第1ウェイト時間はランダムな時間であるため、初回とリトライ1回目で長さが異なる。
リトライ回数は外部から任意に設定可能である。また、第1ウェイト時間の最大値も外部から任意に設定可能である。同一の無線チャンネルを使用した照明制御システム100において、親機であり送信機である照明器具1の数が多いほど、第1ウェイト時間を長く設定すること、または、リトライ回数を多く設定することで、無線信号の干渉を抑制できる。
図5は、実施の形態1に係る第1ウェイト時間の最大値とリトライ回数を関連付けるテーブルを示す図である。図6は、実施の形態1に係る親機の台数と最大制御時間の関係を説明する図である。制御ユニット70は、第1ウェイト時間の最大値と、リトライ回数とを関連付けるテーブルを保持している。テーブルは、例えば無線モジュール72に記憶されている。無線モジュール72は、テーブルに基づき、第1ウェイト時間の最大値とリトライ回数を選択できる。
例えば、同一グループ内に2台の照明器具1が存在する場合、第1ウェイト時間の最大値は50ms、リトライ回数は1回を選択する。照明器具1の台数が少ない場合は、短い第1ウェイト時間または少ないリトライ回数でも無線信号の混信を抑制できる。このとき、リトライにかかる最大制御時間は50msとなり、短時間で制御できる。
一方、同一グループ内に8台の照明器具1が存在する場合、例えば第1ウェイト時間の最大値は150ms、リトライ回数は2回を選択する。このとき、最大制御時間は300msとなるが、多数の照明器具1が無線信号を送信する場合においても、長い第1ウェイト時間または複数のリトライ回数によって、無線信号の混信を抑制できる。従って、照明器具2を安定して制御できる。
このようなテーブルによって、親機が少ない場合の不必要な制御の遅延を抑制できる。また、親機が多い場合の混信を抑制できる。このように、照明器具1の台数に応じて最適な第1ウェイト時間およびリトライ回数を設定できる。
制御ユニット70は、同一周波数で信号を送信する照明器具1の台数に応じて、第1ウェイト時間の最大値とリトライ回数とを設定しても良い。つまり、制御ユニット70は、照明制御システム100に含まれる照明器具1の台数に応じて、テーブルを参照して、第1ウェイト時間の最大値およびリトライ回数を選択しても良い。照明器具1の台数は、設定器81による無線チャンネルおよび識別番号の設定時に、設定者が制御ユニット70に入力しても良い。これにより、制御ユニット70は照明器具1の台数を把握できる。
また、第1ウェイト時間の最大値とリトライ回数は、設定器81から制御ユニット70に設定されても良い。例えば設定者が設定器で81から照明器具1の台数の少ない、多い等の情報を入力することで、第1ウェイト時間の最大値とリトライ回数を設定できても良い。
また、照明器具1は、無線チャンネルおよび識別番号の設定後の初期通信時に、設定器81からの指示により、グループ内の照明器具1を特定するための無線信号を送信しても良い。この無線信号に対する応答によって、照明器具1は照明制御システム100内の照明器具1を自動でカウントできる。また、無線チャンネルおよび識別番号の設定後、照明器具1は定期的な通信を開始しても良い。照明器具1は、個別アドレスを含む無線信号を他の照明器具1に定期的に送信する。これにより、照明器具1は、受信した無線信号の個別アドレスから照明器具1の台数を自動でカウントできる。
図7は、実施の形態1に係る制御回路71の起動直後における無線送信のタイミングを説明する図である。制御ユニット70は、点灯装置10から電源が供給されて起動した直後は、ランダムな第2ウェイト時間の経過後に、さらに第1ウェイト時間を設けて無線信号を送信する。
これについて具体的に説明する。制御ユニット70では、点灯装置10からVDD1が供給されると、制御電源回路74でVDD2が生成される。これにより、制御回路71および無線モジュール72に電源が供給される。制御回路71は、無線モジュールに制御信号を送信して無線モジュール72に無線信号を送信させている。制御回路71はVDD2を供給されて起動した後は、ランダムな第2ウェイト時間の経過後に、無線モジュール72に制御信号を送信する。この第2ウェイト時間は制御回路71の起動直後の通信開始時にのみ設けられる。無線モジュール72は、制御信号を受信すると、第1ウェイト時間の経過後に無線信号を送信する。つまり、無線モジュール72は、制御電源回路74から電源供給が開始された直後は、ランダムな第2ウェイト時間の経過後に、制御信号に応じて図4で説明した手順での無線送信を行うこととなる。
制御ユニットの70の起動直後は、通信開始のタイミングが複数の照明器具1で重なり易い。例えば制御ユニット70は、人感センサ75の検出情報に応じて点灯を制御する以外に、照明器具1と照明器具2の状態合わせを行うように、一定間隔で定期的に無線信号を送信しても良い。この場合、交流電源ACがオンされると、複数の照明器具1の状態合わせのための無線送信が同時に開始される確率が高い。制御ユニット70の起動直後に第2ウェイト時間を設けることで、バックオフとリトライ回数だけに依存せず、無線信号の干渉を抑制できる。
つまり、制御回路71は、起動した後、第2ウェイト時間の経過後に、無線モジュール72に対して制御信号の一定間隔での送信を開始する。無線モジュール72は、制御信号を受信すると第1ウェイト時間の経過後に無線信号を送信する。これにより、起動後に一定間隔で無線送信が行われるような場合にも、無線信号の混信を抑制できる。
上述した照明器具1の構成は上述したものに限定されない。例えば点灯装置10として光源11を点灯させることが可能なあらゆる回路を採用できる。また、制御ユニット70において、図5に示されるテーブルは制御回路71が保持していても良い。制御回路71と無線モジュール72は1つのモジュールで実現されても良い。制御回路71はマイコンであっても良い。
なお、本実施の形態で説明した技術的特徴は適宜に組み合わせて用いても良い。
1、1-1、1-2、2、10 点灯装置、11 光源、12 入力端子、22 出力端子、30 制御端子台、41 昇圧チョッパ回路、42 バックコンバータ回路、51 スイッチ、52 整流回路、53 突入電流防止回路、54 インダクタ、56 スイッチング素子、57 スイッチング素子、58 スイッチング電源、59 降圧回路、60 MOSFETドライバ、65 LED制御回路、70 制御ユニット、71 制御回路、72 無線モジュール、73 アンテナ、74 制御電源回路、75 人感センサ、76 リモコン信号受信部、80 無線ユニット、81 設定器、100 照明制御システム、C1、C2 平滑コンデンサ、C3 コンデンサ、D1、D2、D3 ダイオード、L1 チョークコイル、R1、R2、R3、R4 抵抗

Claims (13)

  1. 光源と、
    前記光源を点灯させる点灯装置と、
    前記点灯装置を制御し、他の照明器具に無線信号を送信する制御ユニットと、
    を備え、
    前記制御ユニットは、他の照明器具への前記無線信号の送信前にランダムな第1ウェイト時間を設け、前記制御ユニットが起動した直後は、ランダムな第2ウェイト時間の経過後に、前記第1ウェイト時間を設けて前記無線信号を送信することを特徴とする照明器具。
  2. 前記制御ユニットは、前記無線信号を送信する無線モジュールと、前記無線モジュールを制御する制御回路と、を有し、
    前記制御回路は、前記無線モジュールに制御信号を送信して前記無線モジュールに前記無線信号を送信させ、前記制御回路が起動した後は、前記第2ウェイト時間の経過後に、前記無線モジュールに前記制御信号を送信し、
    前記無線モジュールは、前記制御信号を受信すると、前記第1ウェイト時間の経過後に前記無線信号を送信することを特徴とする請求項1に記載の照明器具。
  3. 前記制御ユニットは、前記第1ウェイト時間の経過後に、自身が送信する前記無線信号と同一周波数の信号が他の照明器具から発信されているか否かを検出し、他の照明器具から前記同一周波数の信号が発信されていない場合に前記無線信号を送信することを特徴とする請求項1または2に記載の照明器具。
  4. 前記制御ユニットは、前記第1ウェイト時間の経過後に、他の照明器具から前記同一周波数の信号が発信されていることを検出すると、再度、ランダムな第1ウェイト時間の経過後に、他の照明器具から前記同一周波数の信号が発信されているか否かを検出することを特徴とする請求項3に記載の照明器具。
  5. 他の照明器具から前記同一周波数の信号が発信されている場合に、再度、前記第1ウェイト時間の経過後に他の照明器具から前記同一周波数の信号が発信されているか否かを検出することを繰り返すリトライ回数は、外部から設定可能であることを特徴とする請求項4に記載の照明器具。
  6. 前記制御ユニットは、前記第1ウェイト時間の最大値と、他の照明器具から前記同一周波数の信号が発信されている場合に、再度、前記第1ウェイト時間の経過後に他の照明器具から前記同一周波数の信号が発信されているか否かを検出することを繰り返すリトライ回数と、を関連付けるテーブルを保持していることを特徴とする請求項4または5に記載の照明器具。
  7. 前記制御ユニットは、前記同一周波数で信号を送信する照明器具の台数に応じて、前記第1ウェイト時間の最大値と、他の照明器具から前記同一周波数の信号が発信されている場合に、再度、前記第1ウェイト時間の経過後に他の照明器具から前記同一周波数の信号が発信されているか否かを検出することを繰り返すリトライ回数と、を設定することを特徴とする請求項4から6の何れか1項に記載の照明器具。
  8. 前記第1ウェイト時間の最大値は外部から設定可能であることを特徴とする請求項1から7の何れか1項に記載の照明器具。
  9. 前記制御回路は、起動した後、前記第2ウェイト時間の経過後に、前記無線モジュールに対して前記無線信号を送信させる前記制御信号を一定間隔で送信し、
    前記無線モジュールは、前記制御信号を受信すると前記第1ウェイト時間の経過後に前記無線信号を送信することを特徴とする請求項2に記載の照明器具。
  10. 前記制御ユニットは人感センサを有し、前記人感センサからの検出情報に応じて他の照明器具に前記無線信号を送信することを特徴とする請求項1から9の何れか1項に記載の照明器具。
  11. 請求項1から10の何れか1項に記載の照明器具と、
    前記照明器具からの前記無線信号により制御される他の照明器具と、
    を備えることを特徴とする照明制御システム。
  12. 請求項5に記載の照明器具と、
    前記照明器具からの前記無線信号により制御される他の照明器具と、
    前記制御ユニットと通信する設定器と、
    を備え、
    前記第1ウェイト時間の最大値と、前記リトライ回数は、前記設定器から前記制御ユニットに設定されることを特徴とする照明制御システム。
  13. 照明器具に無線信号を送信する無線モジュールと、
    前記無線モジュールに電源を供給する制御電源回路と、
    を備え、
    前記無線モジュールは、前記照明器具への前記無線信号の送信前にランダムな第1ウェイト時間を設け、前記制御電源回路から電源供給が開始された直後は、ランダムな第2ウェイト時間の経過後に、前記第1ウェイト時間を設けて前記無線信号を送信することを特徴とする制御ユニット。
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