TWI804943B - 燈具控制系統、燈具控制器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本案提供一種燈具控制系統、燈具控制器及其控制方法。燈具控制器包括：一偵測電路，用以偵測一輸入電壓；以及一控制單元，耦接於該偵測電路，該控制單元控制該偵測電路於一段既定時間內進行連續偵測，以及，該偵測電路將連續偵測到的複數個偵測結果回傳至該控制單元，其中，根據該些複數個偵測結果，以判斷一相關燈具是否有故障。

Description

燈具控制系統、燈具控制器及其控制方法

本發明是有關於一種燈具控制系統、燈具控制器及其控制方法，且特別是有關於一種在一段既定時間內連續量測以判斷LED燈具是否故障的燈具控制系統、燈具控制器及其控制方法。

發光二極體(light emitting diode，LED)路燈或燈具目前愈來愈普遍，因為LED路燈具有以下的優點：(1)LED路燈的光源屬於單向性，不會有散射情況，能夠保證光照效率高；(2)LED路燈光衰小、使用壽命長；(3)LED路燈的發光二極體是低電壓元件，使用安全性高。

以目前而言，可能因為LED路燈毀損、電源供應器異常、供電不穩或是雷擊等情況，而使LED路燈有閃爍或是亮度異常的情況，這將影響市容，更會影響道路安全。

以目前而言，智慧型LED路燈控制器偵測LED路燈的輸入電壓或電流並將路燈資訊上傳至管理平台。然而，偵測LED路燈的輸入電壓或電流是單次式偵測。於系統下達偵測指令或是於定時量測時，才透過偵測裝置量測LED路燈的瞬間電壓及電流值。第1圖顯 示故障LED路燈的電流時序圖。如第1圖所示，於量測點T1時，進行單次式測量LED路燈的電流值。由第1圖可以發現當LED路燈閃爍或故障時，LED路燈的電流值會隨時間產生變化。若僅使用單點式量測，僅會在某一時間點進行電流量測，無法及時反應路燈電流有連續變化情況，進而無法及時辨識此時路燈已經出現閃爍等異常情況。路燈管理平台或是管理人員不容易及時發現路燈異狀。

本發明係有關於一種燈具控制器及其控制方法，透過紀錄一段連續時間的電性特徵(如電流或電壓)的變化狀況，進而判斷LED路燈是否已經出現閃爍等異常情況，藉此改善無法及時辨識LED路燈已經出現閃爍等異常情況的問題。

根據本案一方面，提出一種燈具控制器，包括：一偵測電路，用以偵測一輸入電壓；以及一控制單元，耦接於該偵測電路，該控制單元控制該偵測電路於一段既定時間內進行連續偵測，以及，該偵測電路將連續偵測到的複數個偵測結果回傳至該控制單元，其中，根據該些複數個偵測結果，以判斷一相關燈具是否有故障。

根據本案另一方面，提出一種燈具控制方法，包括：偵測一輸入電壓；於一段既定時間內進行連續偵測以得到複數個偵測結果；以及根據該些複數個偵測結果，以判斷一相關燈具是否有故障。

根據本案又一方面，提出一種燈具控制系統，包括：一燈具控制器，偵測一輸入電壓，於一段既定時間內進行連續偵測以得到複數個偵測結果；以及一管理平台，耦接至該燈具控制器，該燈具 控制器與該管理平台之一根據該些複數個偵測結果以判斷一相關燈具是否有故障。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：

T1:量測點

10:外部供電迴路

20:突波保護器

30:漏電保護斷路器

40:LED路燈40

41:LED燈板電源供應器

43:LED燈板

50:管理平台

100:路燈控制器

110:變壓器

120:偵測電路

130:控制單元

140:通訊單元

150:天線

410:計算單元

420:數位濾波器

430:類比數位轉換器

440:可編程增益放大器

R1~R3:電阻

第1圖顯示故障LED路燈的電流時序圖。

第2圖顯示根據本案一實施例的路燈控制器的功能方塊圖。

第3圖顯示根據本案一實施例的連續電流偵測示意圖。

第4圖顯示根據本案一實施例的偵測電路的功能方塊圖。

本說明書的技術用語係參照本技術領域之習慣用語，如本說明書對部分用語有加以說明或定義，該部分用語之解釋係以本說明書之說明或定義為準。本揭露之各個實施例分別具有一或多個技術特徵。在可能實施的前提下，本技術領域具有通常知識者可選擇性地實施任一實施例中部分或全部的技術特徵，或者選擇性地將這些實施例中部分或全部的技術特徵加以組合。

第2圖顯示根據本案一實施例的路燈控制器的功能方塊圖。如第2圖所示，根據本案一實施例的路燈控制器100包括：變壓器110、偵測電路120、控制單元130、通訊單元140與天線150。於本案一實施例中，路燈控制器100獨立於LED路燈40之外。但於本案另一實施例中，路燈控制器100可整合於 LED路燈40之內，此亦在本案精神範圍內。亦即，路燈控制器100相關於LED路燈40，或者是，LED路燈40亦可稱為一相關燈具。

外部供電迴路10提供交流電壓AC(例如但不受限為220V)給突波保護器(Surge Protective Device，SPD)20。突波保護器20將交流電壓AC的突波濾除，藉以保護後端電路不受突波影響。經突波濾除的交流電壓AC則由突波保護器20送至漏電保護斷路器(Earth Leakage Circuit Breaker，ELCB)30。漏電保護斷路器30提供交流電壓AC給予路燈控制器100與LED路燈40。

路燈控制器100的變壓器110與LED路燈40的LED燈板電源供應器41分別將漏電保護斷路器30所提供的交流電壓AC轉換成路燈控制器100所需的直流電壓DC1及LED路燈40所需的直流電壓DC2。路燈控制器100所需的直流電壓DC1為第一電壓值(例如但不受限於，12V)，及LED路燈40所需的直流電壓DC2為第二電壓值(例如但不受限於，48V或更高)。

變壓器110耦接於漏電保護斷路器30，用以將交流電壓AC轉換成直流電壓DC1並提供給控制單元130。

LED燈板電源供應器41耦接於漏電保護斷路器30，用以將交流電壓AC轉換成直流電壓DC2並提供直流電壓DC2給LED燈板43，以讓LED燈板43的複數個LED發光。

偵測電路120耦接於漏電保護斷路器30。回應於控制單元130所傳來的偵測指令，偵測電路120用於監控由漏電保護斷路器30所提供的交流電壓AC(亦可稱為輸入電壓)的電性特徵(例如但不受限於為，電壓值或電流值)，並將所偵測的電性特徵(亦可稱為偵測結果)回傳給控制單元130。

控制單元130耦接於變壓器110與偵測電路120。控制單元130提供偵測指令給偵測電路120，且接收由偵測電路120所偵測的電性特徵。控制單元130可控制偵測電路120於一段既定時間內進行連續偵測。例如，在一段時間內，控制單元130連續提供複數個偵測指令給偵測電路120，以讓偵測電路120在該段時間內連續偵測電性特徵，且偵測電路120將連續偵測到的複數個偵測結果回傳至控制單元130。

通訊單元140耦接於控制單元130。通訊單元140與控制單元130之間可互相傳送上下行資訊，此外，通訊單元140可接收由控制單元130所傳來的電性特徵並傳送出去。

天線150耦接於通訊單元140。天線150與通訊單元140之間可互傳上行資訊與下行指令。此外，天線150可接收由通訊單元140所傳來的電性特徵，並傳送至管理平台50。此外，天線150與管理平台50之間可互傳上行資訊與下行指令。

在本案一實施例中，控制單元130可控制偵測電路120於一段既定時間內進行連續偵測。更甚者，控制單元130可依據使用者所設定的取樣時間長度及取樣間隔，下達複數個(連 續)偵測指令給偵測電路120，以使得偵測電路120依據使用者所設定的取樣時間長度及取樣間隔而進行連續偵測。

本案另一實施例揭露一種燈具控制系統，包括：路燈控制器100與管理平台50。

第3圖顯示根據本案一實施例的連續電流偵測示意圖。如第3圖所示，於依據使用者所設定的取樣時間長度及取樣間隔，來連續偵測交流電壓AC的電流值。例如但不受限於，在本案一實施例中，取樣間隔時間介於1ms~50ms以內為佳，亦即，1秒之內最少取樣20點。或者是，於本案另一實施例中，取樣間隔為(1/6)秒，可在1秒內偵測6次，以在1秒內得到6次的電流偵測值。此兩種做法皆在本案精神範圍內。

在本案一實施例中，可由控制單元130或管理平台50根據電性特徵偵測值而判斷LED路燈40是否有故障。在此，「連續量測」或「連續偵測」表示於一段時間(例如但不受限於1秒鐘)內進行多次量測或偵測，藉以觀察電流變化狀況，而進一步判斷LED路燈40是否有異常或故障。

實例一：由控制單元130根據電性特徵偵測值而判斷LED路燈40是否有故障。

在實例一中，控制單元130決定偵測的取樣頻率及取樣時間。在控制單元130取得所偵測的數據(電性特徵)後，由控制單元130進行量測數據分析，藉以判讀LED路燈40有無異常。數據判讀方式將如後所述。當控制單元130判斷LED路燈40 有異常時，控制單元130可將LED路燈40的裝置故障訊息或故障碼透過通訊單元140與天線50上傳至管理平台50，以通知管理平台50，有LED路燈40出現異常。

在實例一中，由控制單元130判斷LED路燈40是否有故障，所以，對於控制單元130的運算要求較大且其功率消耗大，但控制器100與管理平台50之間的通訊流量較小。

實例二：由管理平台50根據電性特徵偵測值而判斷LED路燈40是否有故障。

在實例二中，控制單元130決定偵測的取樣頻率及取樣時間。在控制器100取得所偵測的數據(電性特徵)後，將偵測數據上傳至管理平台50，由管理平台50進行量測數據分析，藉以判讀LED路燈40有無異常。數據判讀方式將如後所述。

在實例二中，由控制單元130上傳多次的連續電流偵測值或電壓偵測值給管理平台50，所以，控制器100與管理平台50之間的通訊流量較大。但由於控制單元130無需判斷LED路燈40是否有故障，所以，對於控制單元130的運算要求較小且其功率消耗小。

第4圖顯示根據本案一實施例的偵測電路120的功能方塊圖。如第4圖所示，偵測電路120包括：計算單元410、數位濾波器420、類比數位轉換器(ADC)430與可編程增益放大器(Programmable Gain Amplifier，PGA)440。此外，偵測電路120更包括電阻R1~R3。

當控制單元130透過通用非同步收發傳輸器(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART)介面將(連續)偵測指令傳遞到計算單元410，計算單元410會依照指令所要求的取樣頻率(取樣間隔)及取樣時間，將電壓或電流偵測結果透過數位輸出(Digital output)連續輸出給控制單元130。

詳細之，由ELCB 30所輸出的交流電壓AC的電流值或電壓值經過PGA 440進行訊號放大。PGA 440的輸出則經過類比數位轉換器430轉為數位訊號。類比數位轉換器430所輸出的數位訊號由數位濾波器420濾除雜訊。數位濾波器420的輸出即為所偵測的電性特徵。數位濾波器420的輸出則送至計算單元410，以透過計算單元410連續輸出給控制單元130。

現將說明本案實施例如何根據電壓值或電流值來判斷LED路燈40是否故障或異常。

於本案一實施例中，根據收到的量測數據，控制單元130或是管理平台50將數據收集，並計算出取樣時間內的電流平均值(Ia)及電流標準差(Iσ)。在LED路燈40正常點亮期間，若|Iσ|≧K*|Ia|，則控制單元130或是管理平台50判定此LED路燈40的電流輸入狀況不穩，已有閃爍或亮度不穩的情況。其中，K為一參數，例如但不受限於，K=0.05。

此數據計算及判斷，可以由控制單元130或是管理平台50進行運算。若是由控制單元130進行計算，則控制單元130在計算完成後，連同裝置故障訊息或故障碼一併上傳至管理 平台50，以供管理人員查閱。

表1顯示在偵測期間，正常路燈與故障路燈的數據統計。對於正常路燈，電壓或是電流標準差對平均值的比值，都在5%以內。但是如果是異常路燈，則電壓或電流標準差對平均值的比值在5%以上。電壓或電流標準差與平均值亦可稱為電性特徵標準差與電性特徵平均值。

表2為是單一盞LED閃爍路燈於實驗室內連續量測電壓與電流之統計數據，量測時間為五分鐘，量測間隔為0.1秒，其中電流的標準差與平均值的比值大約是30%，顯示可根據一段時間內的連續量測結果來檢測出路燈異常情況。

本案實施例的燈具控制器及其控制方法，透過紀錄一段連續時間的電性特徵(如電流或電壓)的變化狀況，進而判斷LED路燈是否已經出現閃爍等異常情況，藉此改善無法及時辨識LED路燈已經出現閃爍等異常情況的問題。

綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10:外部供電迴路

20:突波保護器

30:漏電保護斷路器

40:LED路燈40

41:LED燈板電源供應器

43:LED燈板

50:管理平台

100:路燈控制器

110:變壓器

120:偵測電路

130:控制單元

140:通訊單元

150:天線

Claims (17)

1. 一種燈具控制器，耦接至外接的一漏電保護斷路器，該燈具控制器包括：一偵測電路，用以偵測由該漏電保護斷路器所提供的一交流電壓的一電性特徵；以及一控制單元，耦接於該偵測電路，在一段時間內，該控制單元連續提供複數個偵測指令給該偵測電路以讓該偵測電路在該段時間內連續偵測該交流電壓的該電性特徵，該偵測電路將連續偵測到的複數個偵測結果回傳至該控制單元，其中，該控制單元或一管理平台根據該些複數個偵測結果，以判斷一燈具是否有故障。
2. 如請求項1所述之燈具控制器，其中，由該控制單元根據該些複數個偵測結果，以判斷該燈具是否有故障。
3. 如請求項2所述之燈具控制器，其中，當該控制單元判斷該燈具有故障時，該控制單元將該燈具的一裝置故障訊息或故障碼上傳至一管理平台。
4. 如請求項1所述之燈具控制器，其中，該燈具控制器將該些複數個偵測結果傳送至一管理平台，由該管理平台根據該些複數個偵測結果來判斷該燈具是否有故障。
5. 如請求項1所述之燈具控制器，其中，該控制單元依據所設定的一取樣時間長度及一取樣間隔，下達該些複數個偵測指令給該偵測電路，以進行連續偵測來得到該些複數個偵測結果。
6. 如請求項1所述之燈具控制器，其中，根據該交流電壓的該電性特徵的一電性特徵標準差與一電性特徵平均值，判斷該燈具是否有故障，其中，當該電性特徵標準差對該電性特徵平均值的比值在5%以上時，判斷該燈具為故障，或者，當該電性特徵標準差與該電性特徵平均值的比值在30%以上時，判斷該燈具為故障。
7. 一種燈具控制方法，應用於一燈具，該燈具外接一漏電保護斷路器，該燈具控制方法包括：由一偵測電路偵測由該漏電保護斷路器所提供的一交流電壓的一電性特徵；在一段時間內，連續提供複數個偵測指令給該偵測電路以讓該偵測電路在該段時間內連續偵測該交流電壓的該電性特徵以得到複數個偵測結果；以及根據該些複數個偵測結果，由一控制單元或一管理平台以判斷一燈具是否有故障。
8. 如請求項7所述之燈具控制方法，其中，由一燈具控制器的該控制單元根據該些複數個偵測結果，以判斷該燈具是否有故障。
9. 如請求項8所述之燈具控制方法，其中，當該控制單元判斷該燈具有故障時，該控制單元將該燈具的一裝置故障訊息或故障碼上傳至一管理平台。
10. 如請求項7所述之燈具控制方法，其中， 將該些複數個偵測結果傳送至該管理平台，由該管理平台根據該些複數個偵測結果來判斷該燈具是否有故障。
11. 如請求項7所述之燈具控制方法，其中，依據所設定的一取樣時間長度及一取樣間隔，進行連續偵測以得到該些複數個偵測結果。
12. 如請求項7所述之燈具控制方法，其中，根據該交流電壓的該電性特徵的一電性特徵標準差與一電性特徵平均值，判斷該燈具是否有故障，其中，當該電性特徵標準差對該電性特徵平均值的比值在5%以上時，判斷該燈具為故障，或者，當該電性特徵標準差與該電性特徵平均值的比值在30%以上時，判斷該燈具為故障。
13. 一種燈具控制系統，用以控制一燈具，該燈具外接至一漏電保護斷路器，該燈具控制系統包括：一燈具控制器，該燈具控制器的一偵測電路偵測由該漏電保護斷路器所提供的一交流電壓的一電性特徵，在一段時間內，該燈具控制器的一控制單元連續提供複數個偵測指令給該偵測電路以讓該偵測電路在該段時間內連續偵測該交流電壓的該電性特徵，該偵測電路將連續偵測到的複數個偵測結果回傳至該控制單元；以及一管理平台，耦接至該燈具控制器，該燈具控制器與該管理平台之一根據該些複數個偵測結果以判斷該燈具是否有故障。
14. 如請求項13所述之燈具控制系統，其中，當該燈具控制器判斷該燈具有故障時，該燈具控制器將該燈具的一裝置故障訊息或故障碼上傳至該管理平台。
15. 如請求項13所述之燈具控制系統，其中，該燈具控制器將該些複數個偵測結果傳送至該管理平台，由該管理平台根據該些複數個偵測結果來判斷該燈具是否有故障。
16. 如請求項15所述之燈具控制系統，其中，該控制單元依據所設定的一取樣時間長度及一取樣間隔，下達該些複數個偵測指令給該偵測電路，以進行連續偵測來得到該些複數個偵測結果。
17. 如請求項13所述之燈具控制系統，其中，根據該交流電壓的該電性特徵的一電性特徵標準差與一電性特徵平均值，該燈具控制器與該管理平台之一判斷該燈具是否有故障，其中，當該電性特徵標準差對該電性特徵平均值的比值在5%以上時，判斷該燈具為故障，或者，當該電性特徵標準差與該電性特徵平均值的比值在30%以上時，判斷該燈具為故障。

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