Интеллектуальная система управления освещением
Многочисленные модули (14, 16, 18) управления обеспечивают различные функции управления мощностью, включая обнаружение присутствия человека, восприятие уровня окружающего света, предустановленные станции ручного сенсорного переключения (нажимная кнопка), изменение света и реле управления мощностью. Модули (14, 16, 18) управления взаимно соединены в четырехпроводную локальную сеть для выполнения различных функций управления мощностью в ответ на дистанционные беспроводные команды, а также команды ручного переключателя настройки на уровне настенных коробок. Локальная сеть (12)подает рабочее напряжение постоянного тока и посылает команду программирования, а также информацию о состоянии модулей управления всем сетевым модулям (14, 16, 18) управления. Один или более модулей (14, 16, 18) управления включают в себя датчик инфракрасного сигнала, датчик лазерного сигнала, кодирующее устройство сигнала, микроконтроллер данных, справочную таблицу параметров и множество светоизлучающих диодов. Эти светодиоды используются по отдельности или в сочетании, в одном или более цвете, и частотой мигания для определения режима программирования, или обеспечения обратной связь датчика или указывают состояние устройства в соответствии с информацией, содержащейся в командном сигнале, переданном блоком (58) дистанционного программирования. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 10 ил.
Настоящее изобретение относится в целом к системам управления организацией энергоснабжения и, в частности, к системам управления освещением, в которых отдельные сенсорные модули и переключатели источника питания совместно используют информацию о статусе устройства посредством локальной сети и выполняют функции управления мощностью в ответ на команды дистанционных инфракрасных и лазерных сигналов, а также на проводные команды ручных переключателей.
Системы управления освещением, которые предварительно вмонтированы в домах, а также в офисных и школьных зданиях на этапе их строительства, становятся все более сложными. Однолинейные механические переключатели света заменены на многоканальные сенсорные контроллеры, которые могут управлять многочисленными каналами освещения и обеспечивают уменьшение силы света в выбранных каналах таким образом, что пользователь может настраивать освещение, по собственному усмотрению, в каждой конкретной комнате с одной панели управления. Системы такого типа раскрыты в патенте США № 4,649,323, выданном 10 марта 1987 года под заголовком «Переключатель света управляемый микрокомпьютером», а также в патенте США № 4,733,138, выданном 22 марта 1988 года под заголовком «Настенный программируемый многоканальный контроллер». Уровни освещения для группы каналов могут быть сохранены в памяти как предустановленные уровни, которые могут быть восстановлены нажатием отдельного переключателя. Такие предустановленные контроллеры обычно скрепляются проволокой для управления схемами освещения в отдельной комнате или зоне.
Возможно также объединить различные контроллеры уровня освещения в единый центральный блок управления, который включает в себя микроконтроллер. Этот микроконтроллер может быть запрограммирован на соединение нескольких отдельных блоков светового управления в специальную группу и возложить управление этой группой на отдельный выбранный блок управления внутри этой группы. Такая система описана в патенте США № 4,792,731, выданном 20 декабря 1988 года под заголовком «Многокомнатный контроллер для управления отдельным светильником». Система по этому патенту включает в себя центрально расположенную панель управления, которая может быть использована по желанию для управления различными блоками управления освещением отдельных комнат или зон и их группами. Ограничение этой системы состоит в том, что все программирование должно быть выполнено в центральном блоке управления. Если в центральном блоке управления возникнет неисправность, выходит из строя вся система освещения, поскольку все отдельные блоки управления освещением в своем функционировании зависят от команд центрального контроллера. Кроме того, дистанционные блоки управления освещением не имеют возможности программировать центральный контроллер или управлять друг другом не иначе как через центральный контроллер.
Организация энергоснабжения в зданиях и квартирах в этих зданиях требует сочетания таймеров для включения и выключения схем освещения в заданные моменты времени дня и недели, датчиков присутствия людей для выключения схем и осветительных устройств, когда в комнатах или в иных помещениях никого нет, и датчиков с фотоэлементом для управления светом в комнатах или в иных помещениях до предопределенных световых уровней. Большинство систем датчиков присутствия людей используют одну или более схем для активации одного или более реле, когда обнаруживается присутствие. Датчики с фотоэлементом, которые позволяют собирать дневной свет, также требуют наличия дополнительной проводки между релейными блоками, регуляторами света и датчиками присутствия людей.
Датчики присутствия людей, которые следят за многочисленными зонами, для получения необходимых результатов требуют специальные (и иногда сложные) схемы соединения проводов. Добавление датчиков присутствия людей и датчиков с фотоэлементом требует множества проводов для связи системы. Изменение конфигурации комнаты требует лазания по лестнице и перемонтажа проводов системы, что является длительным и дорогостоящим делом. Программирование всех датчиков также требует использования лестницы, чтобы добраться до каждого блока, открывания датчика и ручной регулировки перемычек или переключателей на необходимые настройки.
Система управления освещением по настоящему изобретению включает в себя многочисленные модули управления и интеллектуальные переключатели, далее в тексте обычно называемые сетевыми устройствами, которые по всей локальной сети сообщаются, друг с другом и совместно используют данные о своем рабочем состоянии, а также команды программы. Сетевые устройства включают в себя датчики, ручные переключатели, интеллектуальные переключатели, релейные блоки, регуляторы света, а также один или более источников постоянного тока. Модули управления и интеллектуальные переключатели сообщаются между собой по всей сети, которая реализована с использованием витых пар проводников данных и витых пар проводников постоянного тока с низким напряжением. Все сетевые устройства используют рабочую мощность из общей сети источника электропитания. Модули управления включают в себя устройства предупреждения для оповещения о своем состоянии или звуком, с использованием прерывистых сигналов, или визуально с использованием светодиодных индикаторов для отображения рабочего режима и состояния сетевых устройств. Данная система особенно подходит для использования при управлении освещением и изменении осветительной нагрузки внутри промышленных предприятий, офисных зданий, школ или жилых домов с использованием обнаружения движения, реагирования на общее освещение, а также функций включения-выключения и уменьшения света.
В соответствии с системой управления освещением по настоящему изобретению многочисленные модули управления и интеллектуальные переключатели обеспечивают различные функции управления мощностью, включая распознавание присутствия людей, распознавание уровня общей освещенности, ручной сенсорный переключатель (нажимная кнопка) ВКЛ/ВЫКЛ и поднятие/снижение, уменьшение света и переключение реле управления мощностью. Модули управления и интеллектуальные переключатели взаимосвязаны между собой четырехпроводной локальной сетью для выполнения различных функций управления мощностью в ответ на дистанционные беспроводные команды, а также на команды ручного переключателя настройки, на уровне распределительно шкафа. Локальная сеть подает рабочее питание постоянного тока, а также сообщает совместно используемые при управлении информационные сигналы и данные о рабочем состоянии сетевых устройств всем модулям управления и интеллектуальным переключателям.
В то время как каждый модуль управления и интеллектуальный переключатель может быть запрограммирован вручную с использованием двух внутренних переключателей, эти модули могут быть также запрограммированы дистанционно посредством беспроводных командных сигналов широкого инфракрасного луча и узкого лазерного луча, переданных от запрограммированного вручную контроллера в соответствии с рабочим режимом и режимом программирования, выбранным оператором. Кроме того, каждый модуль управления и «интеллектуальный переключатель» могут быть запрограммированы вручную посредством настенного дистанционного сенсорного переключателя, который подсоединен к локальной сети. Один модуль управления содержит блок питания и схему приводного устройства реле с окисленным входным контактом для принятия команд от дистанционного интеллектуального переключателя или от дистанционной сети.
Ручной портативный программирующий контроллер передает инфракрасные команды (для группового назначения в луче широкой направленности) для переключения группы модулей управления в режим программирования и передает лазерный луч (для одиночного назначения в узконаправленном луче) для выбора отдельного модуля для программирования. Портативный контроллер программирует модули датчика перемещения (инфракрасные), модули светочувствительного датчика (фотоэлемент) и модули блока питания. Режим лазерного программирования используется для выбора конкретного модуля для программирования в том случае, когда рядом друг с другом расположено два или более модулей управления, или когда они расположены высоко на потолке, где инфракрасный луч имел бы такое распространение, что захватил бы несколько модулей, притом что необходимо запрограммировать только один модуль. Режим лазерного программирования используется для выбора или отмены выбора одного и только одного конкретного модуля для индивидуального распределения работы по программированию или для выбора или отмены выбора двух или более отдельных модулей для группового распределения работы по программированию.
Каждый датчик модуля управления включает в себя один или более датчиков для обнаружения, восприятия и/или измерения одного или более условий окружения, представляющих интерес, например, интенсивность света, тепловая энергия, физическое перемещение, температура, вибрация и звук. В примере варианта осуществления модули управления оснащены пассивным инфракрасным датчиком для обнаружения теплового движения, датчиком с фотоэлементом для восприятия и измерения окружающего света, инфракрасным датчиком для восприятия ИК спектра солнечного излучения, инфракрасным приемником для приема от дистанционного передатчика широкого инфракрасного командного сигнала, лазерным приемником для приема узконаправленного луча лазерного командного сигнала от дистанционного передатчика, связным приемопередатчиком, микроконтроллером данных и многочисленными светодиодами. Эти светодиоды используются по отдельности или в сочетании, в одном или более цвете и частотой мерцания для указания режима программирования в соответствии с информацией, содержащейся в командных сигналах, передаваемых дистанционным блоком программирования, или для обеспечения обратной связи датчика или для указания рабочего состояния сетевого устройства. Командные сигналы программирования и данные о рабочем состоянии устройства совместно используются всеми модулями управления и интеллектуальными переключателями, которые подсоединены к проводникам сигналов локальной сети.
Любой из модулей управления освещением может функционировать в качестве центрального или главного контроллера, который может управлять любыми другими модулями управления освещением в сети. Поэтому неисправность любого конкретного модуля управления освещением не влияет на сеть, за исключением непосредственного местного влияния, и этот модуль может быть "обойден", или его функции могут быть заменены другими модулями управления освещением.
Более того, к локальной сети могут быть подсоединены дистанционные переключатели различного типа, и выбранные модули управления освещением могут быть запрограммированы отвечать на дистанционные команды от этих устройств. Один такой тип блока дистанционного переключателя включает в себя управляемые вручную переключатели настроек, которые могут одновременно регулировать уровни освещения в многочисленных световых каналах, управляемых любым конкретным одним или более модулем управления освещением. Другой тип блока дистанционного переключателя представляет собой переключатель настроек типа поднятие/снижение, который поднимает или снижает уровни освещения в выбранных каналах, управляемых конкретными модулями управления регулятора света. Предусмотрены также входные данные для принятия команд программирования от дистанционной сети.
Например, модуль управления регулятора света, который управляет освещением в коридоре жилого помещения, может быть запрограммирован отвечать на дистанционный модуль управления переключателя, расположенный в спальне на верхнем этаже, таким образом, чтобы все светильники в этом коридоре могут включаться на предопределенный уровень этим удаленным переключателем с верхнего этажа. Другие модули управления освещением на нижнем этаже помещения могут быть синхронизированы с этим же модулем управления таким образом, что все светильники на нижнем этаже помещения полностью включались при включении этого одного переключателя. Подобным же образом, дистанционный переключатель настроек на нижнем этаже может быть выбран для управления уровнями освещения на верхнем этаже таким образом, чтобы все светильники могли выключаться при покидании данного помещения переключением одного переключателя. Реагирует или не реагирует конкретный модуль управления освещением должным образом, зависит от того, был ли он запрограммирован таким образом.
По всему подробному описанию и на нескольких видах рисунков подобные или соответствующие части обозначены одними и теми же ссылочными позициями, при этом:
Фиг. 1 изображает упрощенную схему электрических соединений, показывающую основные компоненты системы управления мощностью, соединенные в локальную сеть.
Фиг. 2 изображает упрощенную схему электрических соединений, показывающую основные компоненты модуля датчика присутствия людей.
Фиг. 3 изображает упрощенную схему электрических соединений, показывающую основные компоненты модуля фотоэлемента.
Фиг. 4 изображает упрощенную схему электрических соединений, показывающую основные компоненты модуля блока питания, который включает в себя источник питания, схему приводного устройства реле, электронный балласт и регуляторы света для подачи рабочей мощности на многочисленные осветительные нагрузки.
Фиг. 5 изображает упрощенную схему электрических соединений, показывающую основные компоненты модуля настенного "интеллектуального переключателя",
Фиг. 6 изображает блок-схему последовательности операций, иллюстрирующую логические решения, принимаемые модулями управления присутствия и "интеллектуальными переключателями" во время работы системы управления освещением в режиме обнаружения присутствия человека и в режиме сбора дневного света.
Фиг. 7 изображает таблицу, определяющую рабочие параметры, которые контролируют работу модуля датчика присутствия человека по фиг. 2, показывающую различные программируемые настройки, связанные с каждым параметром, а затем показывающую конкретное сочетание настроек параметров, которое конфигурирует модуль датчика присутствия человека на автоматическую работу в "дневном" режиме в ответ на команду включения системы.
Фиг. 8 изображает таблицу, определяющую рабочие параметры, которые контролируют работу модуля датчика присутствия по фиг. 2, и показывающую различные программируемые настройки, связанные с каждым параметром, а затем показывающую конкретное сочетание настроек параметров, которое конфигурирует датчик присутствия человека для работы в ручном режиме в установленном пользователем рабочем режиме, например, в рабочем режиме дополнительные часы работы в ответ на поданную вручную команду отключения системы.
Фиг. 9 изображает таблицу, определяющую параметры, которые контролируют работу модуля датчика присутствия человека по фиг. 2, и показывающую различные программируемые настройки, связанные с каждым параметром, а затем показывающую конкретное сочетание настроек параметров, которое конфигурирует датчик присутствия человека для работы в ручном режиме в другом установленном пользователем рабочем режиме, например в рабочем режиме "отключение освещения" или "театр", который может использоваться в школьных классах (детских садах) во время "тихого часа" или во время просмотра кинофильма, или проведения слайдовой презентации (в высшей школе).
Фиг. 10 изображает график, который показывает спектральную чувствительность многоканального датчика с фотоэлементом, который способен отличать искусственный свет (длины волн видимые человеческим глазом) от солнечного излучения (видимые плюс инфракрасные длины волн).
Обратимся теперь к фиг. 1 - система 10 управления освещением, построенная в соответствии с настоящим изобретением, соединена в сеть 12. В данном примере варианта осуществления сеть представляет собой проводную локальную сеть. Основные компоненты системы управления 10 включают в себя модуль 14 блока питания, один или более модулей 16 датчика присутствия человека, модуль 18 светочувствительного фотоэлемента, составную кнопку, настенный интеллектуальный переключатель 20, показанный в двухкнопочном (поднятие/снижение) варианте осуществления, а также настенный интеллектуальный переключатель 22, показанный в восьмикнопочном варианте осуществления (выбор предустановленной сцены). Эти компоненты связаны между собой четырехпроволочной шиной 24, которая образована двумя парами экранированных и витых проводов: одна пара 26 для + данные и - данные (белый, зеленый), и одна пара 28 для питания постоянного тока +12 В постоянного тока и Земля (красный, черный). Точная конфигурация системы определяется пользователем и может при необходимости содержать дополнительные модули управления освещением, а также больше или меньше дистанционных переключателей настроек и дистанционных переключателей типа "поднятие/ снижение ".
Система 10 управления сконфигурирована с использованием кодированного программного обеспечения, программно-аппаратных средств управления для управления подачей рабочей мощности на осветительные нагрузки различного типа - флуоресцентные и накаливания, как с постепенным уменьшением силы света, так и без уменьшения силы света, и, на выбор, - одна или более вспомогательных нагрузок, например нагрузок электродвигателей, для выполнения "не световых" функций, таких как управление тенью, функции подъема/опускания презентационного экрана. В показанном на фиг. 4 примере варианта осуществления система 10 управляет подачей рабочей мощностью переменного тока посредством реле 30, 32, 34, 36 переключения электропитания на группу электронных балластов уменьшающих свет 38, 40, 42 и 44. Электронные схемы 46, 48 регулятора света, … подают на эти балласты, уменьшающие свет, либо напряжение 0-10 В постоянного тока, либо напряжение постоянного тока с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) для управления выходной яркостью флуоресцентных ламп FL1, FL2, FL3 и FL4.
Модули управления 14, 16 и 18, а также модули переключателей 20, 22 системы управления 10 характеризуются как "интеллектуальные" в том смысле, что каждый модуль управления и модуль переключателя содержит процессор данных в виде микроконтроллера 50 с памятью типа ПЗУ, в которой хранятся инструкции рабочей программы, код прикладной программы, программно-аппаратный код и параметры комплектации блока по умолчанию; электронно-перепрограммируемая память EEPROM, в которой хранится программно-аппаратное устройство управления; и память ОЗУ, в которой хранится информация, относящаяся к настройкам параметров конфигурации, воспринятые данные об окружающей среде и информация о состояние сетевых устройств.
Вся система управления 10 характеризуется как интеллектуальная в том смысле, что данная система содержит интеллектуальные чувствительные модули и интеллектуальные переключатели, объединенные в сеть, в которой сетевые команды, настройки параметров конфигурации, информация о состояние устройств и информация, относящаяся к воспринятым данным об окружающей среде, используются одновременно и совместно всеми чувствительными модулями и переключателями. Кроме того, каждый модуль управления способен динамично переконфигурировать свои настройки параметров в ответ на локально воспринятые условия окружающей среды, а также на информацию о состоянии устройства и команды, переданные по сети от других модулей управления и интеллектуальными переключателями, и, кроме того, динамично выполнять функции управления мощностью по мере изменения локальных условий.
Обратимся теперь к фиг. 4, на ней к микроконтроллеру 50 подсоединены обычные служебные компоненты, включая схему синхронизации, схему обнаружения перехода через нуль ФCross, один или более регулируемых источников питания постоянного тока, а также связной приемопередатчик 54. В ответ на данные, передаваемые по сети 12, микроконтроллер 50 обеспечивает командный вывод в схему, уменьшающую силу света, например, Dim1 и Dim2, которые управляют балластами схем 46, 48, уменьшающих силу света. Так же, микроконтроллер выдает командные выводы Relay1, Relay2, Relay3 и Relay4 на схемы приводного устройства реле, образованные переключающими транзисторами Q1, Q2, Q3 и Q4. Эти переключающие транзисторы обеспечивают заземляющий контур для проведения постоянного тока срабатывания, через магнитные обмотки возбуждения реле 30, 32, 34 и 36 с воздушным зазором.
Процессор 50 данных является обычным микропроцессором или микроконтроллером. Для использования в обычной сети, совместимой с протоколом EIA, в соответствии с примером варианта осуществления локальной сети 12 процессор 50 данных является микроконтроллером партии № PIC18F1320 произведенный компанией Microchip Technology, Inc. of Chandler, Аризона. Подробные характеристики и рабочие данные по этому микроконтроллеру 50 от Microchip Technology можно найти в листке технических данных изделия PIC18F1320, под названием "28 Pin 8-Bit CMOS Flash Microcontroller" ("8 битовый КМОП флэш-микроконтроллер с 28 выводами"), опубликованном компанией Microchip Technology, Inc., введенном в настоящее описание посредством ссылки. Микроконтроллер 50 включает в себя устройства памяти ОЗУ и ПЗУ, предназначенные для хранения встроенной программы, а также электронно-перепрограммируемую память EEPROM для хранения загружаемого прикладного программного обеспеченья и различных констант, а также рабочих параметров, используемых каждым модулем управления.
Модуль 14 блока питания включает в себя источник питания 56 постоянного тока, который подает регулируемое напряжение, необходимое для внутренних схем модулей управления. В дополнение к внутренним потребностям в электропитании источник питания 56 постоянного тока обеспечивает напряжение питания для использования внешними устройства. Например, регулируемое + 12 напряжение постоянного тока обеспечивается для использования одной или более внешними нагрузками, например датчиками.
Традиционная схема синхронизации обеспечивает синхронизирующие сигналы, необходимые для микроконтроллера и остальных схем. Схема синхронизации может содержать один или более кварцевых генераторов для обеспечения стабильного сигнала опорной частоты. Схема переустановки монитора обеспечивает сигнал сброса включения на микроконтроллер 50 при прерывании электропитания. Эта схема также следит за выходом источника питания переменного тока. Если напряжение этого источника падает слишком сильно, схема возврата генерирует сигнал сброса во избежание неустойчивой работы, которая может быть вызвана низким рабочим напряжением.
Каждый модуль управления и "интеллектуальный" переключатель сообщается и совместно использует информацию с другими устройствами сети. Двусторонняя передача данных и команд обеспечивается связным приемопередатчиком 54, который соединяет каждый модуль управления в сеть 12. Связной приемопередатчик может содержать любое обычное устройство связи или устройство сетевого интерфейса. Требования к связному приемопередатчику определяются, помимо выбора средства передачи, выбором сетевого протокола. Используемый в примере варианта осуществления по настоящему изобретению протокол связи представляет собой полудуплексный, многоточечный последовательный канал связи, использующий передачу дифференциального симметричного сигнала по витым проводам, в котором сетевые аппаратные устройства связаны между собой последовательностью узлов двухточечного соединения, например протокол связи EIA-485.
Связной приемопередатчик 54 является интерфейсным приемопередатчиком RS485, партия № ST485B, произведенный компанией ST Microelectronics of Geneva, Швейцария, с использованием сети 12 по примерному варианту осуществления из витой пары протокола EIA-485. Этот приемопередатчик 54 включает в себя необходимые компоненты для взаимодействия с каждым чувствительным модулем и "интеллектуальным" переключателем для осуществления двусторонней передачи цифровых данных по витой паре сети 12. Данные, передаваемые от модуля управления 14, подаются на вход приемопередатчика 54, который кодирует и обрабатывает эти данные для их передачи по проводникам данных Data+, Data- витой пары 26. Кроме того, приемопередатчик 54 принимает, декодирует и передает данные и команды, принятые по сети 12 от других устройств сети.
Связной приемопередатчик 54 дает возможность каждому имеющемуся в сети модулю управления и "интеллектуальному" переключателю совместно использовать информацию со всеми другими устройствами сети. В примерном варианте осуществления связные приемопередатчики адаптированы для передачи и приема данных по скрученной паре проводов. Связные приемопередатчики могут быть адаптированы к другим средствам связи, включая, но не ограничиваясь, высокочастотной связью по проводам ЛЭП, соосной, волоконно-оптической, беспроводной радиочастотной.
Как описано выше, каждый модуль управления, кроме того, включает в себя средства для управления различными осветительными нагрузками. В показанном здесь примере варианта осуществления может осуществляться управление тремя различными видами нагрузки, включая балласты (уменьшающие силу света и без уменьшения силы света) для флуоресцентных ламп, любая электрическая нагрузка, которая может управляться замыканием контактов реле, и пассивная (резистивная) нагрузка. Команды Dim1 и Dim 2 балластной нагрузки от микроконтроллера 50 блока питания модуля 14 управления подаются к одному или более регулятору света, например, на схемы 46, 48 балластов, уменьшающих силу света, для включения одного или более балластов 38, 40, 42, 44, уменьшающих силу света. В ответ на приведение в действие схемы приводного устройства реле выходные сигналы балластов, уменьшающих силу света, подаются на одну или более флуоресцентную лампу FL1, FL2, FL3 и FL4. Схемы приводного устройства реле образованы переключающими реле 30, 32, 34, 36 и переключающими транзисторами Q1, Q2, Q3 и Q4, которые приводятся в действие в ответ на командные сигналы реле Relay1, Relay2, Relay3 и Relay4, выдаваемым микроконтроллером 50.
Схема соединений, иллюстрирующая часть схемы приводного устройства реле блока питания модуля 14 управления, показана на фиг. 4. Каждая схема приводного устройства реле включает в себя транзисторный переключатель, например, Q1 для управления протеканием тока через обмотку возбуждения переключающего реле 30. Сигнал Relay1 нагрузки реле от микроконтроллера 50 вводится на базу переключающего ключа Q1 через схему резисторного делителя напряжения. Катушка возбуждения реле параллельно соединена с защитным диодом между +12 В источника питания постоянного тока и коллектором транзистора Q1. Этот диод гасит противоэлектрическую силу, генерируемую обмоткой возбуждения при отключении питания. В ответ на команды от микроконтроллера 50 эта схема размыкает и замыкает контакты реле, которые соединяют входной силовой вывод балласта 38 с рабочим напряжением в 277 В или 120 В переменного тока, которое подается от удаленного вспомогательного источника питания.
Балласты, уменьшающие свет 46, 48 блока питания модуля 14 по своей конструкции и работе, являются обычными и включают в себя операционный усилитель и связанные с ним элементы, назначением которых является выдача сигнала постоянного тока, в диапазоне от 0 до +10 В. Эти электронные балласты адаптированы для выдачи возбуждающего напряжения, пропорционального входному сигналу постоянного тока, который даст необходимой уровень интенсивности света. Электронные балласты регулируют напряжения, приложенные к лампам, с которыми они соединены, в соответствии с уровнем входного сигнала постоянного тока балласта, уменьшающего силу света. Значение 0 или 10 В постоянного тока соответствует включенному или максимально управляемому состоянию, а другое крайнее напряжение, то есть +10 В постоянного тока или 0 соответственно соответствует выключенному или минимально управляемому состоянию. Напряжения между указанными значениями линейно соотносятся с управляемой яркостью флуоресцентных ламп.
Часть схемы ФCross обнаружения перехода через нуль блока питания модуля 14 генерирует сигнал, переходящий через ноль, каждую половину цикла фазы входного переменного напряжения, который контролируется микроконтроллером 50. При каждом переходе через ноль переменным напряжением формируется короткий импульс, который микроконтроллером 50 может обнаружить.
Система 10 управления освещением по примеру варианта осуществления может управлять до 16 каналов освещения в данном промежутке или в комнате без какого-либо взаимодействия с центральным контроллером или с другими устройствами. Чтобы запрограммировать один и тот же параметр (Время, Реле, Чувствительность, …) в многочисленные модули датчиков, которые объединены для получения большой зоны покрытия, следует выбрать один из модулей датчиков, а затем нажать кнопку «Выбрать все» на дистанционном программном блоке 58, который передает широкий инфракрасный луч. При этом светодиодные индикаторы 60 состояния всех модулей датчиков загорятся (Синий), указывая, что они выбраны. Модули датчиков могут быть добавлены или исключены из общего программирования направлением лазерного луча LZ на нужный модуль датчика.
Каждый модуль 16 датчика присутствия человека включает в себя группу 60 из трех светодиодных индикаторов состояния (Красный, Синий, Зеленый), которые используются по отдельности или в сочетании, чтобы указать Режим Программирования, Обратную связь Датчика и Состояние. Сразу после выбора, на отдельный модуль датчика может быть подана команда на программирование своих параметров присутствия человека (Синий светодиод), параметров датчика множественного присутствия человека (Синий, Красный светодиоды), переключателей или кнопок (Красный светодиод), параметров регуляторов света или фотоэлемента (Зеленый) и т.д. Когда модули датчиков находятся в режиме проверки или в нормальном режиме, цвета и частота мигания светодиодных индикаторов могут быть использованы для указания состояния датчика, например, присутствие человека обнаружено, перерыва в работе модуля датчика, и уровней интенсивности окружающего света.
Для повторного считывания настройки параметров модуля управления оператор переключает различные параметры, которые необходимо повторно считать, и нажимает кнопку Считывание на дистанционном программном блоке 58. Светодиодные индикаторы начнут мигать либо Красным (параметр не запрограммирован), либо Синим (параметр запрограммирован). Например, для проверки настройки чувствительности модуля 16 датчика присутствия человека оператор вводит режим установки обратной связи и выбирает чувствительность. После этого оператор нажимает на дистанционном программном блоке 58 кнопку низкой чувствительности. Если светодиоды модуля датчика присутствия человека загораются красным светом, это означает, что низкая чувствительность не является на датчике текущей настройкой. Затем оператор может переключаться через каждую последующую настройку чувствительности до тех пор, пока датчик не загорится синим светом, что указывает на то, что модуль управления установлен на соответствующую настройку, которая соответствует нажатой кнопке на дистанционном передатчике.
Обратимся вновь к фиг. 2, модуль 16 датчика присутствия человека управляет реле с воздушным зазором или нагрузкой, уменьшающей силу света в ответ на обнаружение перемещения в определенной зоне. Модуль 16 датчика присутствия человека включает в себя датчик 64 с фотоэлементами интенсивности окружающего света, и датчик 66 детектора перемещения, которые дают информацию о состоянии устройства, которое используется для выполнения различных задач, включая обнаружение присутствия, сбор дневного света и управление уменьшением силы света. На фиг. 6 изображена блок-схема, иллюстрирующая логические решения, принимаемые системой 10 управления в ответ на информацию о состоянии устройства, переданную через сеть 12 модулем 16 датчика присутствия человека, модулем 18 датчика фотоэлемента и интеллектуальным переключателем 22 настройки (выбор сцены). В дополнение к обнаружению присутствия может выполняться задача сбора света. В сборе света используется уровень интенсивности окружающего света, воспринимаемый датчиком 64 с фотоэлементом.
Модуль 16 датчика присутствия человека включает в себя пассивный инфракрасный датчик 66 перемещения, который реагирует на изменения инфракрасной энергии для обнаружения перемещения внутри определенной зоны. Используются пассивный инфракрасный датчик 66 перемещения Модель № LHi 1128, произведенный компанией Perkin Elmer Optoelectronics Corporation, гор. Фримонт, Калифорния. Подробные характеристики и рабочие данные по Модели. LHi 1128 пассивного инфракрасного датчика 66 можно найти в листке технических данных, под заголовком "Pyroelectric Detector LHi 1128" ("Пироэлектрический детектор LHi 1128"), опубликованном компанией Perkin Elmer Optoelectronics Corporation и введенном в настоящее описание посредством ссылки.
Когда обнаружено присутствие человека, пассивный инфракрасный датчик 66 формирует команду, которая приводит в исполнение задачу, связанную с присутствием прикладного программного обеспечения, находящегося в ПЗУ микроконтроллера 50. При выполнении задачи, связанной с присутствием, прежде всего, производится проверка текущего уровня света. Если сбор света разрежен, то светильники включаются в соответствии с задачей восприятия света. Уровень окружающего света периодически измеряется датчиком 64 с фотоэлементом, и соответствующим образом регулируется яркость светильников. Если сбор света не разрешен и если значение последнего уровня света не было равно нулю, то есть когда он полностью отсутствовал, то уровень светильников будет установлен на уровень последнего затемнения, который был установлен в момент последнего выключения светильников. Если количество света на последнем уровне была равно нулю, то уровень светильников будет установлен на предопределенное значение, например на максимальную яркость.
Модуль 16 датчика присутствия периодически посылает по сети всем другим модулям и интеллектуальным переключателям сигналы обновления состояния присутствия. Эта информация сохраняется в ОЗУ других сетевых устройств. Каждый модуль управления использует эту информацию в качестве опорных данных в связи с выполнением назначенной задачи. Кроме того, микроконтроллер 50 каждого модуля управления сравнивает обновленную информацию состояния присутствия с предыдущим состоянием и изменяет установленное значение своих одного или более рабочих параметров на другое значение, выбранное из набора сохраненных рабочих значений, по меньшей мере, частично в ответ на результат этого сравнения.
Примеры различных сочетаний значений параметров датчика присутствия, которые могут быть активированы при работе системы управления 10 в режимах обнаружения присутствия по Умолчанию, Дополнительные часы работы и Презентация, изображены на фиг. 7, фиг. 8, и фиг. 9.
На модуль 16 датчика присутствия подается рабочее напряжение +5 В постоянного тока от стабилизатора 52 напряжения. Данные передаются и принимаются от других подсоединенных к сети модулей управления и модулей переключателей через двусторонний приемопередатчик 54.
Модуль 18 светочувствительного датчика включает в себя двухканальный светоцифровой датчик 64 с фотоэлементом для восприятия и измерения интенсивности окружающего света. Широкополосный канал датчика 64 обнаруживает окружающий свет в контролируемой локальной зоне по всему спектру (видимому и инфракрасному). Широкополосный канал приблизительно соответствует восприимчивости человеческого глаза и обеспечивает цифровой выходной сигнал измерения интенсивности окружающего света. Кроме того, широкополосный канал обнаруживает световые сигналы программирования в узконаправленном лазерном луче, которые передаются дистанционным контроллером 58. Узкополосный канал фотоэлемента 64 является чувствительным только к излучению инфракрасного спектра и обеспечивает выходной цифровой сигнал, который используется как для непрямых, так и для прямых измерений интенсивности солнечного света, например, при работе в режиме сбора дневного света.
Двухканальный датчик 64 с фотоэлементом является изделием партии № TSL2560, произведенным компанией Texas Advanced Optoelectronics Solutions Inc. (TAOS), гор. Плано, Техас. Подробные характеристики и рабочие данные по двухканальному датчику с фотоэлементом TSL2560 можно найти в листке технических данных, под заголовком "TSL2560, TSL2561 Light to Digital Converter" ("Светоцифровой преобразователь TSL2560, TSL2561"), произведенный компанией TAOS и введенный в настоящее описание посредством ссылки.
Обратимся теперь к фиг. 3, на ней изображен модуль 18 многоканального фотоэлемента, который обнаруживает и измеряет интенсивность окружающего света в определенной зоне. Конструкция модуля 18 фотоэлемента во всех отношениях идентична модулю 16 датчика присутствия человека, за исключением когда датчик 66 присутствия человека опущен. Модуль 18 фотоэлемента включает в себя инфракрасный приемник 68, для приема беспроводных команд программирования по широкому инфракрасному лучу от дистанционного программного контроллера 58.
Модуль 18 датчика фотоэлемента посылает сигналы состояния устройства по сети всем другим модулям и интеллектуальными переключателями. Сигналы состояния модуля датчика c фотоэлементом содержат данные об окружающей среде (например, об интенсивности окружающего света) и о рабочем состояние устройства (например, светильники включены-выключены, включен-выключен режим уменьшения силы света, включен-выключен режим сбора дневного света, включен-выключен режим стабильности светового потока), которые принимаются и сохраняются в ОЗУ другие сетевые устройства. Каждый модуль управления использует эту информацию в качестве опорных данных в связи с выполнением поставленной задачи. Кроме того, микроконтроллер 50 каждого модуля управления сравнивает обновленную интенсивность света и информацию о состоянии устройства с ранее сохраненной информацией и изменяет введенное значение своих одного или более рабочих параметров на другое значение, выбранное из своего набора сохраненных рабочих значений, по меньшей мере, частично в ответ на результат этого сравнения.
Подобным же образом, каждый модуль 16 датчика присутствия человека посылает сигналы состояния устройства всем другим модулям и интеллектуальным переключателям по сети. Этот сигнал состояния датчика присутствия содержит информацию о рабочем состоянии устройства (например, ручной режим, автоматический режим, перемещение обнаружено), которая принимается и сохраняется в ОЗУ другими сетевыми устройствами. Каждый модуль управления использует эту информацию в качестве опорных данных в связи с выполнением им поставленной задачи. Кроме того, микроконтроллер 50 каждого модуля управления сравнивает обновленную информацию о состоянии датчика присутствия человека с ранее сохраненной информацией и изменяет введенное значение своих одного или более рабочих параметров на другое значение, выбранное из его набора сохраненных рабочих значений, по меньшей мере, частично в ответ на результат этого сравнения.
Каждый интеллектуальный переключатель 20, 22 также посылает по сети сигналы состояния устройства, которые содержат информацию относительно его текущих настроек (например, включен, выключен, выбранная сцена, значение поднятия/снижения), которые принимаются и сохраняются в ОЗУ другими сетевыми устройствами. Каждый модуль управления использует эту информацию в качестве опорных данных в связи с выполнением поставленной задачи. Кроме того, микроконтроллер 50 каждого модуля управления сравнивает обновленную информацию о состоянии устройства с ранее сохраненной информацией и изменяет введенное значение своих одного или более рабочих параметров на другое значение, выбранное из его набора сохраненных рабочих значений, по меньшей мере, частично в ответ на результат этого сравнения.
В модуле 16 и в модуле 18 фотоэлемента содержится набор переключателей S1, S2 для ручного ввода команд программирования. Набор 60 светодиодных ламп индикаторов (Красный, Синий, Зеленый) обеспечивает визуальную обратную связь состояния модуля программирования. Обычный инфракрасный датчик 68 принимает от дистанционного контроллера 58 импульсные инфракрасные сигналы для ввода в микроконтроллер 50 команд программирования. Этот инфракрасный датчик 68 представляет собой инфракрасный приемник дистанционного управления партии № TSOP62, произведенный компанией Vishay Intertechnology, Inc., гор. Малверн, Пенсильвания. Подробные характеристики и рабочие данные по инфракрасному приемнику 68 дистанционного управления можно найти в листке технических данных, под заголовком "IR Receiver Modules for Remote Control Systems" ("Модули ИК приемника для дистанционных систем управления"), документе № 82177, опубликованном компанией Vishay Intertechnology, Inc. и введенном в настоящее описание посредством ссылки.
Модули управления могут быть взаимосвязаны и запрограммированы для управления общими или различными схемами. Это дает возможность назначать (и переназначать) объединение нагрузок датчикам без необходимости изменения электропроводки системы. Кроме того, модули управления могут быть запрограммированы на разрешение общих или различных задержек выключения.
Например, коридор и две комнаты отдыха могут быть соединены в одну сеть, чтобы можно было управлять схемой освещения в коридоре, поместив один модуль датчика присутствия человека в коридор и по одному модулю датчика присутствия человека в каждой комнате отдыха. Пока в коридоре или в любой из комнат отдыха обнаружено движение, схема освещения в коридоре будет поддерживаться во включенном состоянии.
В соответствии с другим примером комната отдыха или подсобное помещение контролируются одним модулем 16 датчика присутствия человека, расположенным около входа (с одноминутной задержкой выключения), и другим, расположенным в задней части комнаты (с десятиминутной задержкой выключения). Это дает возможность жильцу выполнить быстрые дела у входа с одноминутной задержкой, например взять запасы еды. Если жилец проходит в комнату дальше, например, чтобы поискать что-нибудь в папках, устанавливается 10-минутная задержка выключения.
Модули 16 датчика присутствия человека содержат устройство 62 звуковой сигнализации, которое подает звуковой сигнал, указывающий, что скоро, например, через 5 секунд светильники будут выключены. Прерывистые сигналы могут также использоваться в качестве обратной связи при программировании модулей датчиков, вручную или дистанционно.
Модули 16 управления датчика присутствия человека могут быть запрограммированы на режим интеллектуальной работы, который позволяет модулям автоматически выбирать наиболее эффективное время задержки выключения на основании моделей присутствия человека, которые были отслежены ранее и сохранены в ОЗУ.
Несколько параметров модулей 16 управления могут быть динамически настроены, чтобы разрешить системе 10 управления мощностью на временной основе изменять свое функционирование. Например, в режиме проверки время задержки выключения всех модулей датчиков присутствия может быть временно изменено на минимальное (вместо запрограммированной 15 минутной задержка становится 15 секундной). Это позволяет провести быструю проверку системы 10 управления освещением, выйдя из комнаты (или стоя неподвижно) всего на 15 секунд вместо 15 минут. Во время работы в режиме проверки светодиоды будут по-прежнему мигать для проверки статуса датчика (Красный = режим проверки, Синий = присутствие обнаружено, Зеленый = время задержки выключения, не готов к замыканию схемы).
Когда комнаты необходимо объединить, модули датчиков также следует соединить и установить более длительное время задержки выключения, чтобы учесть дополнительные задержки в линии связи. Отправляя команду установки альтернативного времени задержки выключения, все модули управления датчиков могут быть установлены на увеличение времени задержки выключения.
В те моменты, когда система управления зданием посылает на выбранные комнаты команду "визуальная проверка", модули датчиков могут сократить свое время задержки выключения на меньшее время, чтобы схемы замыкались на более короткое время, экономя большее количество энергии за то время, пока группа вахтеров проходит из комнаты в комнату.
Обратимся теперь к фиг. 3 и фиг. 10, двухканальный датчик 64 с фотоэлементом модуля 18 дает возможность этому модулю выбрать обнаруживать или солнечный свет (открытый контур), или искусственный свет (закрытый контур). Это возможно, благодаря показанной на фиг. 10 спектральной чувствительности многоканального датчика 64 с фотоэлементом, которая позволяет фотодатчику отличать искусственный свет (длина волны, воспринимаемая человеческим глазом) от солнечного излучения (воспринимаемая длина волны плюс инфракрасная длина волны). Когда необходимо управлять регуляторами света 46, 48, … на основании количества поступающего в комнату солнечного света, включается канал солнечного света (открытый контур) фотодатчика 64. Когда регуляторами света 46, 48, … необходимо управлять на основании постоянного освещения комнаты, включается канал искусственного света (закрытый контур) фотоэлемента 64. Это позволяет модулю 18 фотодатчика адаптироваться к имеющемуся в контролируемой зоне освещению, что делает положение и направление фотоэлемента 64 относительно источника света менее критичным фактором обеспечения высокой характеристики работы. Хотя обычные блоки с фотоэлементами требуют тщательной установки или подгонки элемента датчика с фотоэлементом, специальной установки и подгонки двухканального датчика с фотоэлементом по фиг. 3 не требуется.
Многоканальный модуль 18 датчика с фотоэлементом может обрабатывать широкую длину волны источников света и выбирать, какие из них использовать в конкретном приложении. Это позволяет ему отличать искусственный свет (длина волны воспринимаемая человеческим глазом) от солнечного излучения (воспринимаемая длина волны плюс инфракрасная длина волны). Двумя главными программами для использования модуля 18 светочувствительного датчика, для управления уменьшением силы света светильников являются Сбор Дневного света и Стабильность Светового потока. В режиме Сбора Дневного света двухканальный датчик 64 с фотоэлементом или расположен там, где он первоначально был открыт освещению солнечным светом (Открытый Контур), или там, где он был открыт совместному воздействию солнца и источников искусственного света, которые находятся под управлением (Закрытый Контур). Стабильность светового потока включает в себя управление искусственным светом для компенсаций потерь светового выхода по мере старения ламп.
Во всех случаях эффективность обычного датчика с фотоэлементом в значительной степени основана на том, как хорошо он установлен в комнате. Обычный датчик с фотоэлементом должен считывать источник света, от которого он получает уровни управления, а также должен быть экранирован от всех других источников света. При использовании многоканального датчика 64 с фотоэлементом, который может выбирать длину волн, которые контролируют, расположение менее важно, и для удовлетворения потребностей почти всех приложений может быть использован один многоканальный датчик с фотоэлементом. Такой же многоканальный датчик 64 с фотоэлементом может быть использован для включения или выключения световых зон на основании только солнечного света (Открытый Контур), а также для управления уровнями света уменьшением света в других зонах, которые, по меньшей мере, частично освещены искусственным светом (Закрытый Контур).
Уровни фотоэлементов, как в модулях 16 датчиков присутствия человека, так и в модулях 18 датчиков с фотоэлементом могут регулироваться, или вручную или дистанционно инфракрасным дистанционным программным контроллером 58, и могут быть направлены на Моментальный снимок уровня текущего окружающего света. Для выбора уровня света, требуемого для того, чтобы модуль 16 датчика присутствия человека мог включить освещение, используя детали моментального снимка, оператор выбирает параметр установки уровня фотоэлемента, а затем нажимает и удерживает кнопку моментального снимка на инфракрасном дистанционном передатчике 58. Модуль 18 датчика с фотоэлементом сначала выключит светильники в комнате, начнется 4-секундный обратный отсчет (издаст 4 звуковых сигнала), а затем измерит уровень света в комнате (сделает мгновенный снимок). Это исключает работу наугад обычных систем. После того, как измерение интенсивности света Моментальным снимком было сохранено, уровень фотоэлемента может быть отрегулирован вверх или вниз, как это необходимо посредством увеличения значения сохраненного уровня интенсивности света измеренного моментальным снимком.
Модули датчика присутствия человека и датчика с фотоэлементом обнаруживают свет, который используются для установки рабочих уровней. Датчики присутствия человека используются для включения светильников, когда они обнаруживают перемещение в комнате (включен автоматический режим). Отличительным признаком некоторых обычных модулей датчиков является то, что сначала они обнаруживают количество солнечного света, уже присутствующего в комнате, и если света достаточно, то они не предпринимают никаких действий, и светильники могут оставаться выключенными. Способ, которым этот уровень устанавливается в большинстве обычных датчиков, состоит в механическом вращении наборного диска, или в установке переключателей, или в нажатии кнопки. В некоторых датчиках предусмотрен светодиодный дисплей обратной связи, который помогает установщику производить регулировку. Все эти способы требуют, чтобы установщик залезал на лестницу и физически настраивал датчик, затем спускался с лестницы и убирал лестницу с дороги, после чего проверял датчик, чтобы убедиться в том, что он отвечает правильно. Этот метод подбора обычно повторяется несколько раз, чтобы правильно установить уровень.
Моментальный снимок или захват в соответствии с системой 10 управления мощностью разрешает удаленный доступ к модулю 18 датчика с фотоэлементом либо по сети, к которой он прикреплен, либо посредством инфракрасного дистанционного программного блока 58, для запуска функции моментального снимка. При запуске модуль 16 датчика присутствия человека сначала выключит светильники в комнате, подождет, пока фотоэлемент 64 измерит количество присутствующего солнечного света, установит нужный уровень, а затем снова включит светильники. Этот способ не требует присутствия установщика во время установки уровня.
Этот метод применяется также и к модулям 18 датчика с фотоэлементом, когда они используются в программах сбора дневного света или стабильности светового потока. Для использования этой функции внутренние светильники сначала регулируются до тех уровней, на которых они должны быть при наличии сильного и слабого (или вообще никакого) солнечного света. Затем функция моментального фотоснимка запускается дистанционно, чтобы установить либо высокий, либо низкий уровень солнечного света. При запуске датчик 64 с фотоэлементом сначала отрегулирует светильники на соответствующие уровни, подождет, пока светильники начнут работать стабильно, считает уровни солнечного света и искусственного света, а затем установит нужные уровни. Модуль 18 датчика с фотоэлементом может быть также запрограммирован на захват одного уровня, а затем искусственно отрегулировать второй уровень на основании текущего захваченного уровня. Например, может быть захвачен высокий уровень солнечного света, и модуль датчика с фотоэлементом может получить инструкцию искусственно настроить низкий уровень солнечного света, на 80% меньше света.
Все модули 14, 16, 18 управления и интеллектуальные переключатели 20, 22, которые совместно работают в сети 12 управления, построены с возможностью распространения команд системы, воспринятых условий окружающей среды и информацию о рабочем состоянии устройств всем модулям и устройствам, связанным с сетью. Такая конфигурация позволяет модулям управления принимать широкие системные решения. Это также сводит к минимуму связь по сети. Более того, скорости передачи информации могут быть сокращены, чтобы можно было работать в сетях с низкой скоростью передачи данных в бодах. Полное управление функционированием системы 10 управления освещением может быть реализовано в высоковольтной сети, где скорости передачи данных в бодах могут быть снижены до 20 Гц.
Например, когда для управления большой площадью используются многочисленные модули 16 датчика присутствия человека, первый модуль 16 датчика присутствия человека, который обнаружит перемещение, отправит команду на включение каждой схемы приводного устройства реле, установит свое время задержки выключения и отправит сигнал статуса устройства, который содержит числовое значение времени задержки выключения. Все модули 16 датчиков присутствия человека отслеживают время задержки выключения всех реле сети. Когда перемещение обнаруживают другие модули 16 датчиков присутствия человека, им не требуется ничего отправлять, пока не определен статус устройства, что указывает, что общие схемы приводных устройств реле все еще включены. Когда до выключения схемы приводного устройства реле остается менее одной минуты, все модули 16 датчиков присутствия человека будут иметь возможность передать команду на переустановку времени задержки выключения для увеличения времени задержки выключения. Те модули 16 датчиков присутствия человека, которые установлены с большим временем задержки выключения, будет разрешено первыми передавать информацию. Это предотвратит передачу модулями 16 датчиков с более коротким временем задержки выключения своих команд на переустановку. Для систем, в которых все модули 16 датчиков присутствия человека имеют настройку в 15-минутную задержку выключения, среднее время между командами при обычном перемещении по комнате будет составлять примерно от 10 до 14 минут.
Вследствие распределенной по сети передаваемой информации модуль фотодатчика может периодически посылать команду, которая указывает, что солнечное освещение составляет 40% от освещения при положении Солнца между его высокой точкой заката и низкой точкой заката. Модули регулятора света сети автоматически произведут настройку между ранее сконфигурированными высокой/низкой точками заката. Что позволяет одному датчику контролировать многочисленные регуляторы света, а не требовать отдельного датчика на каждый набор схем освещения.
Модули 14 блока питания, модули 16 датчика присутствия человека, модули 18 датчика с фотоэлементом, регуляторы света и станции 20, 22 переключателей работают в общей сети и используют эту сеть для совместного использования данных и информации о текущем состоянии устройства, для того чтобы сделать всю систему 10 управления освещением более интеллектуальной, восприимчивой и динамичной. Обычные системы управления построены или по прямому соединению каждого датчика посредством проводов по специальной схеме, чтобы создать многофункциональную систему, или соединением модулей в сеть, в которой они сообщают свои уровни назад контроллеру в комнате, где принимаются решения по управлению энергией. В любом случае все обычные модули управления действуют определенным образом, и их функции могут быть изменены только заменой электропроводки или перепрограммированием. В конфигурации распределенного интеллекта системы 10 управления мощностью используются модули обнаружения, которые могут быть динамично переконфигурированы и которые могут принимать решения на основе того, как система управления освещением используется в данный момент, а также на основании локальных изменений условий окружающей среды.
Одним из примеров является комната, которая сконфигурирована для обычного присутствия людей в течение дня, а ночью в ней мало людей или вообще никого нет (за исключением группы сторожей). В течение дня модули 16 датчика присутствия человека увеличивают свою чувствительность и время задержки выключения, осуществляя слежение за зоной пребывания людей, но ночью они уменьшают свою чувствительность и время задержки выключения, в результате чего светильники включаются только при большом движении, и устанавливают более короткие интервалы для выключения светильников. Модуль 14 блока питания регулятора света также использует информацию о перемещениях от модулей 16 датчиков присутствия человека для медленного уменьшения свечения светильников до уровня большей экономии, когда в жилом помещении никого нет, но необходимо небольшое освещение.
Модуль 18 датчика с фотоэлементом отправит команды управления на схемы регулятора света (включен режим сбора дневного света), когда он определит, что модуль 16 датчика присутствия человека (или интеллектуальный переключатель 20, 22) включил связанные с ним реле управления, и что зона комнаты установлена на "ВКЛЮЧЕНО". Это позволяет модулю 18 датчика с фотоэлементом при выборе другой зоны (например, свечение светильников уменьшено для проведения экранной презентации) или если один ряд светильников выключен (например, настенным переключателем), отключиться (режим сбора дневного света выключен).
Когда режим сбора дневного света включен, модуль 18 датчика фотоэлемента отправит на модули регулятора света информацию о текущем состоянии устройства, содержащую относительные уровни солнечного света (0% - для нулевого или низкого уровня солнечного света до 100% для максимального солнечного освещения). Это позволяет модулям регулятора света решать, каким образом управлять регуляторами света. При работе с многозонными программами это позволит достаточно быстро изменять некоторые зоны (например, те, которые находятся рядом с окнами) или даже включать и выключать их в ответ на изменение солнечного света при одновременно малом изменении других зон (находящихся дальше от окон). Роль модуля 18 заключается в том, чтобы отправить по сети информацию о текущей интенсивности солнечного света, в силу чего другие модули управления могут использовать эту информацию, по необходимости, для выполнения или не выполнения подстройки.
Модули 16 датчика присутствия человека могут управлять многочисленными реле, в то время как модуль 18 с фотоэлементом на основании текущего уровня солнечного света может добавлять или исключать дополнительные релейные нагрузки. В большой комнате многочисленные модули 16 датчика присутствия человека могут пользоваться информацией совместно, так что когда один датчик регистрирует высокую активность, другие датчики присутствия человека могут уменьшить пороги своей чувствительности, чтобы исключить ложное срабатывание. Более того, когда все датчики присутствия человека согласились, что все светильники, например, через 5 секунд будут выключены, все модули издадут звуковой сигнал, предупреждающий всех находящихся в контролируемых зонах о том, что светильники скоро выключатся. Кроме того, такой звуковой сигнал может включить любая настенная кнопочная станция 20, 22.
Каждый модуль управления 16, 18 может быть запрограммирован непосредственно кнопочными переключателями, опосредованно с помощью инфракрасного дистанционного передатчика 58 или опосредованно через сеть от другого модуля управления. Например, когда один модуль 16 датчика присутствия человека настраивается на время задержки выключения, он может дать команду другим модулям на установку такого же времени задержки выключения. Используя инфракрасный дистанционный передатчик 58, модулям управления может быть дана команда включения или исключения из установки конкретного сетевого параметра. Другим примером является то, что любой модуль управления или интеллектуальный переключатель может быть использован для установки уровней освещения сцены любым прикрепленным модулем управления регулятором света.
Организация энергоснабжения зданий и комнат в этих зданиях сочетания таймеров для включения-выключения светильников в фиксированные моменты времени дня и недели, датчиков присутствия человека для выключения светильников, когда в комнатах или иных помещениях больше никого нет, и датчиков с фотоэлементом для регулировки уровней освещения в комнатах и иных помещениях. Другие сети (например, сети управления зданиями) могут соединяться с сетью 12, они также могут извлекать управляющую информацию из комнаты, которая находится под наблюдением. Информация о текущем состоянии, такая как информация о присутствии человека, уровне освещения, выборе сцены освещения и подобное может быть использовано для общего использования с другими контроллерами комнат или системами управления зданиями для более широких функциональных возможностей.
Например, когда комната разделена раздвигающимися стенами для образования нескольких помещений или одного большого пространства, информация датчика присутствия человека должна использоваться во всех помещениях для должного функционирования большого пространства. Для реализации этого по сети 12 на все соответствующие модули управления подается команда Объединенная Комната. На это модули управления отреагируют увеличением времени задержки выключения (и/или чувствительности), чтобы приспособиться к требованиям помещения большей площади.
Другим примером является использование информации управляющего модуля присутствия человека (информация не о включении-выключении светильников) для сообщения информационной системе здания о том, что помещение занято. Это дает возможность системам управления зданиями исключить отключение воздушного кондиционирования в комнатах, которые все еще заняты, но, возможно, выключили светильники для проведения экранной презентации.
Отличительные признаки распределенного интеллекта системы 10 управления освещением позволяют системе управления зданием производить выборочную конфигурацию освещения комнаты для разных режимов работы. Режим автоматического включения позволяет системе 10 управления мощностью функционировать на основании того, как она была сконфигурирована изначально. Рабочий режим интеллектуального отключения позволяет системе 10 управления мощностью отключать осветительную нагрузку в соответствии с автоматическим дневным расписанием и увеличивать чувствительность и время выключения, когда комната должна быть занята людьми, но в ней мало перемещений (например, время тихого часа в центрах дневного ухода за детьми). Когда светильники выключаются вручную касанием сенсорного переключателя, осветительные нагрузки продолжают оставаться выключенными до тех пор, пока внутри помещения регистрируется присутствие людей. Кроме того, даже если светильники выключены, система 10 управления мощностью обнаруживает, что помещение все еще занято, и она может передать эту информацию системе управления зданием с целью отслеживания ситуации. Как только помещение освободилось, на определенное пользователем время выключения "перезапустится" и автоматически включит освещение при следующем появлении людей.
Рабочий режим «Дополнительные часы работы» дает возможность системе 10 управления мощностью уменьшить свою чувствительность к перемещению людей, уменьшить время выключения перед выключением светильников и требует, чтобы при первом обнаружении перемещения осветительные нагрузки были включены посредством настенного переключателя, а не автоматическим включением светильников. Режим проверки позволяет ускорить задержки для более быстрого проведения проверки системы (например, 15 минутные задержки выключения светильников становятся 15 секундными).
По мере того, как в сеть 12 добавляются новые модули управления и интеллектуальные переключатели, совместно используемая информация позволяет всем модулям управления выполнять свои функции, не требуя замены или изменения электропроводки модулей управления, уже подключенных к сети.
Пример коллективной программы многочисленных модулей управления изложен далее. Когда модуль 16 датчика присутствия человека обнаруживает перемещение, он использует свой внутренний фотоэлемент 64 для принятия решения относительно включения освещения. Когда уровень окружающего света уже стал высоким из-за доступного солнечного света, модуль датчика присутствия человека выключит светильники. Если доступного солнечного света мало из-за раннего утра или пасмурного дня, модуль 16 датчика присутствия человека при обнаружении движения включит светильники. Модуль 14 блока питания регулятора света включит светильники и установит световой уровень на полное значение. Как только светильники включатся, модуль 18 датчика с фотоэлементом примет на себя управление световым уровнем. По мере того как солнечный свет становится все ярче, модуль 18 датчика с фотоэлементом начнет сообщать об увеличении процента солнечного освещения. Модуль 14 блока питания регулятора света отреагирует на это уменьшением уровня света регулятором света. Если перемещение больше не обнаружено, модуль 16 датчика присутствия человека выключит светильники. После этого фотоэлемент 64 прекратит обновление своего уровня интенсивности солнечного света.
Модуль 14 управления регулятора света может быть, кроме того, установлен в режим «установки ограничения по высоте», чтобы можно было ввести максимальный уровень управления освещением. Будучи в этом режиме, выходной сигнал модуля регулятора света подстраивается к выбранному уровню, а затем запоминает его в ответ на нажатие кнопки Установки, или принятие инфракрасной команды от дистанционного программного блока 58, или в ответ на Сетевую команду.
Поэтому система 10 управления освещением обеспечивает пять способов уменьшения потребления энергии. Первый посредством выключения освещения, когда в комнате больше нет никакого движения. Второй посредством неавтоматическим включением освещения, когда в комнате уже достаточно света. Третий посредством ограничения максимального уровня, при котором освещение может быть установлено на «ограничение по высоте». Четвертый посредством только включения освещения на установленный уровень (при первом обнаружении присутствия). И, наконец, посредством уменьшения освещения при обнаружении увеличения солнечного света.
Настоящее изобретение было подробно показано и описано со ссылками на предпочтительный вариант осуществления управления освещением, в котором приведенные примеры были даны для объяснения того, что мы считаем наилучшим способом выполнения и использования данного изобретения. Специалисты в данной области техники поймут, что в него могут быть внесены многочисленные изменения как в форму, так и в детали без отклонения от сущности и объема настоящего изобретения.
1. Система (10) для управления подачей рабочей мощности на электрические нагрузки, содержащая:
сеть (12), включающую в себя средства связи и множество модулей (14, 16, 18) управления, соединенных с этими средствами связи, причем каждый модуль (14, 16, 18) управления сконфигурирован для отправления, приема и обработки команд программы, информации, относящейся к рабочему состоянию модуля и обнаруженным условиям окружающей среды, к подсоединенным к сети (12) другим модулям (14, 16, 18) управления и от них;
каждый модуль (14, 16, 18) управления включает в себя сохраненные параметры, которые определяют его рабочие характеристики, и каждый модуль (14, 16, 18) управления сконфигурирован для установки значения каждого параметра на значение, выбранное из набора сохраненных рабочих значений в ответ на переданную по сети (12) команду программы;
каждый модуль (14, 16, 18) управления включает в себя датчик (16) для обнаружения условия окружающей среды, выбранного из группы, состоящей из солнечного света, искусственного света, перемещения тела внутри определенной интересующей зоны, температуры, вибрации и звука;
каждый модуль (14, 16, 18) управления сконфигурирован для хранения информации о рабочем состоянии устройства и информации, относящейся к обнаруженному условию окружающей среды,
каждый модуль (14, 16, 18) управления сконфигурирован для изменения установленного значения одного или более из его рабочих параметров на другое значение, выбранное из набора сохраненных рабочих значений по меньшей мере частично в ответ на информацию о состоянии окружающей среды или информации о рабочем состоянии устройства, переданную по сети (12) от одного или более подсоединенных к сети модулей (14, 16, 18) управления,
при этом по меньшей мере один из модулей (14, 16, 18) управления дополнительно содержит многоканальный фотодатчик (64), используемый для обнаружения солнечного света, причем фотодатчик (64) включает в себя один или более каналов датчика, способных обнаруживать длины волн света в основном в инфракрасном спектре, и один или более каналов датчика, способных обнаруживать длины волн света в основном в спектре лазерного излучения, при этом фотодатчик инфракрасного спектра каждого модуля управления сконфигурирован для дистанционного выбора и установки двух или более модулей управления для работы в широком диапазоне программирования в ответ на инфракрасный сигнал команды программы, переданный по беспроводной связи на инфракрасный фотодатчик посредством дистанционного передатчика, и фотодатчик лазерного излучения сконфигурирован для дистанционного выбора и установки только одного модуля управления для работы в одномодульном режиме программирования в ответ на лазерный сигнал команды, переданный по беспроводной связи к фотодатчику лазерного излучения от дистанционного передатчика.
2. Система по п. 1, в которой по меньшей мере один из модулей (14, 16, 18) управления, подсоединенных к сети (12), сконфигурирован для приема переданного по сети (12) сигнала о состоянии условия окружающей среды, при этом упомянутый по меньшей мере один из модулей (14, 16, 18) управления используется для выполнения функции управления электрической нагрузкой в ответ на информацию, содержащуюся в сигнале о состоянии.
3. Система по п. 1, в которой по меньшей мере один из модулей (14, 16, 18) управления содержит датчик (64) с фотоэлементом для обнаружения интенсивности окружающего света и датчик присутствия для управления включением/выключением подачи рабочей мощности на осветительную нагрузку в соответствии с обнаружением перемещения в какой-либо зоне, тем самым обеспечивая мгновенное измерение уровня солнечного света и/или уровня окружающего света внутри определенной зоны; и память (50) для хранения измеренного значения света, причем модуль упомянутого датчика присутствия сконфигурирован для мгновенного выключения всех светильников в этой определенной зоне на время измерения интенсивности света.
4. Система по п. 1, в которой датчик (64) с фотоэлементом по меньшей мере одного из модулей (14, 16, 18) управления предназначен для обнаружения интенсивности окружающего света в данной зоне и для выдачи выходного сигнала состояния, который представляет собой относительное процентное содержание максимальной измеренной интенсивности окружающего света, обнаруженной на предварительно определенном интервале наблюдения.
5. Система по п. 1, дополнительно содержащая интерфейсный переключатель (20, 22), подсоединенный к по меньшей мере одному модулю (14, 16, 18) управления для обеспечения возможности ручного ввода команд программирования.
6. Система по п. 1, в которой один модуль (14, 16, 18) управления представляет собой переключатель, который включает в себя управляемый вручную электрический переключатель для включения и выключения электрической энергии на нагрузку.
7. Система по п. 1, в которой по меньшей мере один модуль (14, 16, 18) управления содержит регулятор света (46, 48) для регулировки яркости лампы.
8. Система по п. 1, в которой по меньшей мере один модуль (14, 16, 18) управления содержит реле (30, 32, 34, 36) для управления подачей электрической энергии на осветительную нагрузку.
9. Система по п. 1, в которой по меньшей мере один модуль (14, 16, 18) управления содержит схему (38, 40, 42, 44) управления электронным балластом, предназначенную для генерирования сигнала управления напряжением уровня света и его подачи на электронный балласт флуоресцентной осветительной нагрузки (FL1, FL2, FL3, FL4).
10. Система (10) управления освещением для управления подачей рабочей мощности на электрические нагрузки, содержащая:
сеть (12), включающую в себя средства связи и множество модулей (14, 16, 18) управления, соединенных с этими средствами, причем каждый модуль (14, 16, 18) управления сконфигурирован для отправления, приема и обработки команд программы, информации, относящейся к рабочему состоянию модуля (14, 16, 18) управления, и информации, относящейся к обнаруженному модулем (14, 16, 18) управления условию окружающей среды, к подсоединенным к сети (12) другим модулям управления и от них;
по меньшей мере один из модулей (14, 16, 18) управления, содержащий датчик (64), способный обнаруживать излучение света от по меньшей мере одного источника в группе фотоизлучателей, состоящей из солнечного излучения, освещения от лампы накаливания, флуоресцентного освещения, инфракрасных световых лучей и лазерных световых лучей, и упомянутый по меньшей мере один модуль управления способен передавать сигнал о состоянии модуля, содержащий информацию, относящуюся к обнаруженному фотоизлучению, другим модулям управления, которые подсоединены к сети (12);
по меньшей мере один модуль (14, 16, 18) управления, подсоединенный к сети (12), предназначен для приема сигнала о состоянии модуля, переданного по сети (12), и ответа на информацию, содержащуюся в этом сигнале о состоянии, для выполнения функции управления электрической нагрузкой,
при этом указанный датчик по меньшей мере одного модуля управления представляет собой датчик с фотоэлементом для определения и интенсивности окружающего света и инфракрасного спектра,
при этом модуль управления сконфигурирован для дистанционного выбора и установки двух или более модулей управления для работы в широком диапазоне режимов программирования в ответ на инфракрасный сигнал команды программы, переданный по беспроводной связи на инфракрасный фотодатчик, и фотодатчик лазерного излучения сконфигурирован для дистанционного выбора и установки только одного модуля управления для работы в одномодульном режиме программирования в ответ на лазерный сигнал команды, переданный по беспроводной связи к фотодатчику лазерного излучения от дистанционного передатчика.
11. Система по п. 10, в которой
каждый модуль (14, 16, 18) управления включает в себя набор рабочих параметров, которые определяют его рабочие характеристики, при этом каждый рабочий параметр может устанавливаться на значение, выбранное из сохраненного набора рабочих значений, в ответ на переданную по сети (12) команду программы; и
каждый модуль (14, 16, 18) управления сконфигурирован для изменения установленного значения одного или более из его рабочих параметров на другое рабочее значение, выбранное из набора сохраненных рабочих значений, по меньшей мере частично в ответ на информацию о рабочем состоянии, переданную по сети от другого подсоединенного к сети модуля (14, 16, 18) управления.
12. Система (10) управления освещением для управления подачей рабочей мощности на электрические осветительные нагрузки, содержащая:
сеть (12), включающую в себя средства связи и множество модулей (14, 16, 18) управления, соединенных с этими средствами связи,
каждый модуль управления сконфигурирован для отправления, приема и обработки цифровых данных к подсоединенным к сети (12) другим модулям управления и от них;
по меньшей мере один из модулей (14, 16, 18) управления, содержащий многоканальный фотодатчик (64), предназначенный для обнаружения солнечного света, причем фотодатчик включает в себя один или более каналов датчика, способных определять длины волн света в основном в инфракрасном спектре, и один или более каналов датчика, способных определять длины волн света в основном в лазерном спектре, и по меньшей мере один модуль (14, 16, 18) управления выполнен с возможностью передачи сигнала о состоянии модуля, содержащего информацию, относящуюся к обнаруженному фотоизлучению, другим модулям управления, которые подсоединены к сети; и упомянутый по меньшей мере один модуль (14, 16, 18) управления сконфигурирован для выполнения операций фотодетектирования по меньшей мере одним модулем управления в выбранном множестве каналов датчика для определения и уровней яркости, представляющих искусственный свет, и уровней яркости, представляющих солнечный свет, при этом фотодатчик (64) инфракрасного спектра каждого модуля управления сконфигурирован для дистанционного выбора и установки двух или более модулей управления для работы в широком диапазоне программирования в ответ на инфракрасный сигнал команды программы, переданный по беспроводной связи на инфракрасный фотодатчик посредством дистанционного передатчика, и фотодатчик лазерного излучения сконфигурирован для дистанционного выбора и установки только одного модуля управления для работы в одномодульном режиме программирования в ответ на лазерный сигнал команды, переданный по беспроводной связи к фотодатчику лазерного излучения от дистанционного передатчика.
