TWI533754B

TWI533754B - Intelligent lighting management system

Info

Publication number: TWI533754B
Application number: TW102123746A
Authority: TW
Inventors: xin-fu Wang
Priority date: 2013-07-03
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2016-05-11
Also published as: TW201503758A

Description

智慧型照明管理系統

本發明係關於一種智慧型照明管理系統，特指一種可允許透過遠端之行動裝置(如手機、平板電腦、遙控器、IPAD、IPHONE、PDA、GPS…等，能通過Wi-Fi(無線區域網路)傳輸控制訊號)來控管室內照明之系統，本發明可運用實施在監控舞臺燈光明暗及不同混光顏色產生之控制，進行對住家、大樓之照明及其電源之監控，可採有線主機(如嵌入式伺服器(embedded server))或及無線之行動裝置來進行照明啟閉、照度、顏色之監控。

現有技術運用在室內或舞臺燈光之照明系統上，主要是透過手動開關操作控制，並以雙絞線配接有線傳輸之照明方式為主，而如此之設計首先必須要已有完整的配色基本概念，需牢記並紀錄對室內或舞臺燈光混光後的開關位置，因實體佈線複雜且固定，不易做燈光之位置調整與控制手動開關的調動；再者，其控制線之配置，與控制照明的靈敏度，常受距離的影響。

前述之線路配置以及應用，對於使用者希望自遠端來操控室內照明而言，有太多的束縛，其應用的自由性有其不足之處，且現今智慧型手機之應用十分廣泛，並可透過應用程式之搭配，讓智慧型手機具上網功能，即具備遠距離控制之特性；但現有技術中尚未出現能夠允許使用者透過操作手機之APP(行動裝置內建之功能)來遠距離控制照明，是以此種驅動控制室內燈光照明之技術，具有其新穎與進步性，令發明人深省，期能突破實現該技術之缺失，進而設計出一種智慧型照明管理系統，能廣用於相關之產業上。

無線發射器或無線接收器(配合差分傳輸控制器(如DMX512)使用)係為發送或接收傳輸訊號用，屬美國劇院技術協會(USITT)，可應用在LED(發光二極體)照明燈具、通信和娛樂LED照明控制上，該DMX512協定之標準傳輸速度為250Kbps(千位元/每秒)，屬8位元非同步串列之協定。

差分傳輸控制器DMX512配合串列埠(如RS485(EIA-4 85))，作為半雙工節點控制器，具1對多的節點控制(0~511)，可供控制512個燈具之開關作啟閉動作，其傳輸距離達4000英尺之遠，且傳輸速率為10Mb/s(百萬位元/每秒)，輸出電壓-7~+12V(伏特)，輸入電壓±200mv(毫伏)，輸入阻抗54Ω(歐姆)。

編碼控制單晶片與解碼控制單晶片(如AT89S51(MCS-51))，屬接收主機訊號或驅動燈具開關用之微控制器，能將數位訊號轉為類比訊號，或將類比訊號轉為數位訊號。

Wi-Fi(Wireless Fidelity-無線傳輸)是建立於IEEE 802.11標準的傳輸協定，是由WECA(Wireless Ethernet Compatibility Alliance)組織所發佈，工作頻率為2.4GHz的ISM頻段。

智慧型手機(或行動裝置)採嵌入式系統，該嵌入式系統為機器甚至工廠運作的裝置，作為控制、監視、輔助設備，如Android(安卓作業)系統採用軟體堆層(software stack)，又稱軟體疊層，架構分為分別為應用層、應用框架層、系統執行庫層以及Linux核心層，其中應用層使用JAVA語言所開發在虛擬機上的程式，例如日曆、瀏覽器、地圖、email(電子信箱)用戶端等；應用框架層是開發人員發佈核心應用實所使用的API框架(Application Programming Interface)，用來簡化元件軟體的重複使用，任何的應用程式可發布它的功能塊，並被其他應用程式使用；系統執行庫層包含了一個核心庫，提供JAVA語言編程核心庫大多數的功能；核心層是Android的基礎，其核心系統服務如：安全性、記憶體管理、進程管理、網路協定和驅動模型，全依靠著Linux2.6核心，同時也作為硬體和軟體堆疊之間的硬體抽象層。

本發明之主要目的在於能以行動裝置控制遠端照明之智慧型照明管理系統；該智慧型照明管理系統至少包括：一控制器、一無線發射器、一無線接收器、一驅動器、至少一組混光燈具、至少一感測器、一主機、二發射接收器，以及一行動裝置；其中，該控制器內具一編碼控制單晶片及一端與編碼控制單晶片電訊連接之第一差分傳輸控制器；無線發射器一端與第一差分傳輸控制器另一端電訊連接；驅動器包括一端與無線接收器電訊連接之第二差分傳輸控制器、一端與第二差分傳輸控制器另一端電訊連接之解碼控制單晶片；混光燈具與解碼控制單晶片電訊連接；感測器一端與解碼控制單晶片電訊連接，能感測出混光燈具所產生之發射光強度；主機其包括具一輸入單元、一儲存單元、一分別與輸入單元、儲存單元電訊連接之處理器、一與處理器電訊連接之編碼控制單晶片，及一與處理器電訊連接之顯示螢幕；一發射接收器與編碼控制單晶片電訊連接，另一與解碼控制單晶片電訊連接；行動裝置具Android系統，透過Wi-Fi傳輸控制主機，產生控制混光燈具之訊號；藉行動裝置或由輸入單元控制處理器驅動編碼控制器，使第一差分傳輸控制器產生一控制訊號，經由無線發射器發射出，再由無線接收器接收，經第二差分傳輸控制器，由解碼控制單晶片將控制訊號轉成控制混光燈具之電訊，透過感測器將混光燈具所產生之顏色發射光強度回傳至主機與行動裝置之顯示螢幕上。

前述之智慧型照明管理系統於設計上係利用主機(包含個人桌上型、筆記型電腦)或是行動裝置通過Wi-Fi傳輸控制訊號的來操作DMX512無線傳輸收發器，以控制混光燈具進行混光之動作，透過感測器(如感測器設有Zigbee電表)，發射接收器採用Zigbee發射接收器，而能立即回報主機，並將混光燈具所出現狀況(如故障、短路…等)顯示在主機或行動裝置之螢幕上，由使用者決定手動或自動處理相關狀況。

1‧‧‧控制器

11‧‧‧編碼控制單晶片

12‧‧‧第一差分傳輸控制器

2‧‧‧無線發射器

3‧‧‧無線接收器

4‧‧‧驅動器

41‧‧‧第二差分傳輸控制器

42‧‧‧解碼控制單晶片

43‧‧‧脈衝寬度調變訊號產生器

5‧‧‧混光燈具

6‧‧‧感測器

7‧‧‧主機

8‧‧‧發射接收器

9‧‧‧行動裝置

第一圖係本發明智慧型照明管理系統之實施示意圖。

第二圖係第一圖驅動器內增設脈衝寬度調變訊號產生器之實施示意圖。

為利貴審查員瞭解本發明之發明特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍。

本發明之優點、特徵以及達到之技術方法將參照例示性實施例及所附圖式進行更詳細地描述，而更容易理解，且本發明可以不同形式來實現，故不應被理解僅限於此處所陳述的實施例；相反地，對所屬技術領域具有通常知識者而言，所提供的實施例將使本揭露更加透徹、全面且完整地傳達本發明保護的範疇。

本發明將僅為所附加的申請專利範圍作定義，除非另外定義，所有使用於後文的術語(包含科技及科學術語)與專有名詞，於實質上係與本發明所屬該領域的技術人士或一般人所理解之意思相同，例如於一般所使用的字典所定義的那些術語應被理解為具有與相關領域的內容一致的意思，且除非明顯地定義於後文，不以過度理想化或過度正式的意思理解，合先敘明。

請參閱第一圖所示，係本發明智慧型照明管理系統之實施示意圖，該智慧型照明管理系統至少包括：一控制器1、一無線發射器2、一無線接收器3、一驅動器4、至少一組混光燈具5、至少一感測器6、一主機7、二發射接收器8，以及一行動裝置9；其中，該控制器1內具一編碼控制單晶片11 及一端與編碼控制單晶片11電訊連接之第一差分傳輸控制器12(內具串列埠)；無線發射器2一端與第一差分傳輸控制器12另一端電訊連接；驅動器4包括一端與無線接收器3電訊連接之第二差分傳輸控制器41、一端與第二差分傳輸控制器41(內具串列埠)另一端電訊連接之解碼控制單晶片42；混光燈具5與解碼控制單晶片42電訊連接；感測器6一端與解碼控制單晶片42電訊連接，能感測出混光燈具5所產生之發射光強度；主機7其包括具一輸入單元(圖未示)、一儲存單元(圖未示)、一分別與輸入單元、儲存單元電訊連接之處理器(圖未示)、一與處理器電訊連接之編碼控制單晶片11，及一與處理器電訊連接之顯示螢幕(圖未示)；一發射接收器8與編碼控制單晶片11電訊連接，另一發射接收器8與解碼控制單晶片42電訊連接；行動裝置9具Android(安卓作業)系統，透過Wi-Fi(無線區域網路)傳輸控制主機7，產生控制混光燈具5之訊號；藉行動裝置9或由主機7之輸入單元控制處理器驅動編碼控制器11，使第一差分傳輸控制器12產生一控制訊號，經由無線發射器2發射出，再由無線接收器3接收，經第二差分傳輸控制器41，由解碼控制單晶片42將控制訊號轉成控制混光燈具5之電訊，透過感測器6將混光燈具5所產生之顏色發射光強度回傳至主機7與行動裝置9之顯示螢幕上。

繼續參閱第二圖，係第一圖驅動器內增設脈衝寬度調變訊號產生器之實施示意圖，圖中揭示將脈衝寬度調變訊號產生器43(PWM)與解碼控制單晶片42電訊連接，藉由脈波寬度調變去控制混光燈具5(三原色燈)的光通量變化；該脈衝寬度調變訊號產生器43之至少一組三接腳分別與混光燈具5之LED(發光二極體)驅動器4電訊連接，該脈衝寬度調變訊號產生器43與驅動器4之串列埠(RS485-屬點對點通信連結)傳輸線電訊連接(圖未示)，具將數位轉換成類比訊號之功能(RS485 to TTL介面轉換(圖未示)，即將TTL(晶體管-晶體管邏輯集成電路)準位訊號傳輸至驅動器4產生作動；本發明之脈衝寬度調變訊號產生器43為IC 555振盪器，屬數位類比轉換器，利恆定的電流或電壓通過低通類比濾波器，輸出特定脈衝寬度的波形(寬度常常通過數位訊號控制)，就形成了連續變化的電壓值，可手動或經數位類比轉換器調整控制訊號源連續輸出方波，以控制混光燈具5之光通量及明暗度，使混光燈具5形成一特定色度值；可藉選定各人喜好混光顏色之色度值及亮度，利用主機7之鍵盤輸入配合程式，透過串列埠(RS485)以控制脈衝寬度調變訊號產生器43立即調整產生不同工作週期之頻波，透過驅動器4驅動混光燈具5產生不同的光通量及明暗度，以混合產生所需之色度值及亮度；本發明採用定電流的方式加上工作週期(Duty cycle)調變，改變工作週期的頻率(工作週期之頻波)大於會產生人眼視覺暫態現象的頻率，就可不被察覺光源的閃爍問題；即透過主機7或行動裝置9便可輕易控制解碼控制單晶片42，使每一混光燈具5之電壓與電流產生變化，進而達到監視每一混光燈具5(如電流、電壓、功率)與對複數個混光燈具5進行全控、單控、群控、Time Table(複數個混光燈具之時序控制)、情境光控制。

前述之感測器6設有Zigbee(無線傳輸模組)電表；而混光燈具5亦可設有Zigbee電表(圖未示)(能偵測混光燈具5之電流、電壓、電功率…等)；該發射接收器8採用Zigbee發射接收器較佳，能將混光燈具5之狀況(如電流、電壓、電功率、故障、短路等)回傳至主機7與行動裝置9之顯示螢幕上；該混光燈具5為三原色燈各一組3X1(3個)、三原色燈各二組3X2(6個)、三原色燈各三組3X3(9個)之LED(發光二極體)燈具之任一者，或為具複數個3X1、3X2、3X3之LED燈具。

上述之無線發射器2與無線接收器3配合採用Dmx512(舞台燈光控制技術)協議之無線傳輸方式較佳；編碼控制單晶片11與解碼控制單晶片42採AT89S51之單晶片較佳；該差分傳輸控制器12、41採Dmx512控制器配合串列埠RS-485較佳；行動裝置9之採用Wi-Fi無線傳輸系統是建立於IEEE 802.11(無線區域網路標準規格)標準的傳輸協定上，其工作在頻率為2.4GHz微波訊號，符合IEEE802.15.4標準，並結合跳頻技術(FHSS)與直接序列(DSSS)展頻技術，以除去傳統佈線的問題，提高靈敏度與抗干擾性。

綜上所陳，本發明之智慧型照明管理系統於設計上之巧思變化，其採用美國劇院技術協會(USITT)所擬定DMX512協議之標準訊號，藉此操作以監控住家或大樓之照明(含混光燈具之色度值或亮度)及其電源啟閉及電流狀態，經感測器可即時監控並回報任何狀況於主機或行動裝置上，並利用DMX512之通道分別控制照明與顏色光度，即使長時間在外的人們不用在主機前，也可透過行動裝置來監控住家或公司之電源，及其照明設備使用之狀況，係為習知技術所不能及者，故可見其增益性之所在。

以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

綜觀上述，可見本發明在突破先前之技術下，確實已達到所欲增進之功效，且也非熟悉該項技藝者所易於思及，其所具之進步性、實用性，顯已符合專利之申請要件，爰依法提出專利申請，懇請貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。