專利名稱：一種智能照明系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種智能照明系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)由于沒(méi)有使用光線傳感器對(duì)日光照度進(jìn)行檢測(cè)和利用，存在著嚴(yán)重的電力資源浪費(fèi)現(xiàn)象。此外，還存在著控制流與220V能量流合一，安全性低，裝配后變動(dòng)性和可擴(kuò)展性很小，不支持復(fù)雜場(chǎng)景設(shè)置功能的缺點(diǎn)。
目前市場(chǎng)上的專用照明控制系統(tǒng)，C-Bus和Dynet系統(tǒng)具有代表性。C-Bus照明系統(tǒng)的主要功能集中在燈具的開關(guān)控制和場(chǎng)景設(shè)置上，在燈具的調(diào)光方面有所欠缺。Dynet系統(tǒng)的調(diào)光執(zhí)行器比較完備，但是由于功能豐富，規(guī)模龐大，安裝調(diào)試復(fù)雜。
此外，還有一些附屬樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的照明控制系統(tǒng)，如Lonworks、BACnet、EIB等，這類照明系統(tǒng)必須由專業(yè)技術(shù)人員在智能樓宇內(nèi)施工安裝，而且價(jià)格昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可尋址自動(dòng)數(shù)字調(diào)光，安裝簡(jiǎn)易，成本較低的智能照明系統(tǒng)及其控制方法。
本發(fā)明的智能照明系統(tǒng)包括一個(gè)主控制器，1～64個(gè)從控制器和與從控制器相連的燈具，主控制器通過(guò)總線與從控制器相連；所說(shuō)的主控制器包括第一微控制器、主控制器指令發(fā)送模塊、主控制器信號(hào)接收模塊、第一電源轉(zhuǎn)換模塊、第一時(shí)鐘和中斷模塊、用于輸入待發(fā)送指令值的第一用戶面板和LED顯示模塊，其中，第一電源轉(zhuǎn)換模塊、第一時(shí)鐘和中斷模塊及第一用戶面板與第一微控制器相連，LED顯示模塊與第一微控制器及第一用戶面板相連，主控制器指令發(fā)送模塊的輸入端接第一微控制器，主控制器指令發(fā)送模塊的輸出端接總線，主控制器信號(hào)接收模塊的輸出端接第一微控制器，主控制器信號(hào)接收模塊的輸入端接總線；所說(shuō)的從控制器模塊包括第二微控制器、第二時(shí)鐘和中斷模塊、用于設(shè)定從控制器地址的第二用戶面板、從控制器發(fā)送模塊、從控制器接收模塊、第二電源轉(zhuǎn)換模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、光線傳感器、D/A轉(zhuǎn)換模塊和PWM比較輸出模塊，其中，第二時(shí)鐘和中斷模塊、第二用戶面板、第二電源轉(zhuǎn)換模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和D/A轉(zhuǎn)換模塊與第二微控制器相連，光線傳感器與A/D轉(zhuǎn)換模塊相連，PWM比較輸出模塊的輸入端與D/A轉(zhuǎn)換模塊相連，PWM比較輸出模塊的輸出端與燈具相連，從控制器發(fā)送模塊的輸入端接第二微控制器，從控制器發(fā)送模塊的輸出端與總線相連，從控制器接收模塊的輸入端接總線，從控制器接收模塊的輸出端接第二微控制器。
智能照明系統(tǒng)的控制方法是主控制器發(fā)送包括地址和調(diào)光等級(jí)信息的主控制指令到總線上，與主控制指令地址相同的從控制器根據(jù)調(diào)光等級(jí)要求對(duì)燈具調(diào)光，并發(fā)送地址反饋指令到總線，主控制器接收從控制器的地址反饋指令，對(duì)調(diào)光操作是否成功執(zhí)行進(jìn)行判斷。
本發(fā)明控制方法中，對(duì)于主控制器和從控制器指令的編碼格式采用曼徹斯特碼，總線通信頻率為1200bit/s，并以半雙工方式傳輸，雙線電壓差分驅(qū)動(dòng)，雙線間電壓差大于9.5V時(shí)表示“高”電平，雙線間電壓差小于6.5V時(shí)表示“低”電平。
本發(fā)明控制方法中，主控制器發(fā)送的主控制指令為由1bit起始位、8bit地址位、8bit調(diào)光值位和2bit停止位組成的19bit數(shù)據(jù)幀，其中8bit地址位劃分為物理地址、組地址和廣播地址三種地址模式，8bit調(diào)光值位對(duì)應(yīng)256個(gè)對(duì)數(shù)調(diào)光等級(jí)。
本發(fā)明控制方法中，從控制器發(fā)送的地址反饋指令為由1bit起始位，8bit地址位和2bit停止位組成的11bit數(shù)據(jù)幀，其中8bit地址位劃分為物理地址、組地址和廣播地址三種地址模式。
本發(fā)明的有益效果在于可對(duì)被控?zé)艟哌M(jìn)行自動(dòng)尋址，使用反饋機(jī)制確保指令的有效執(zhí)行，具有自動(dòng)和手動(dòng)兩種調(diào)光模式，支持照明場(chǎng)景設(shè)置功能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，成本低廉。本發(fā)明適合于家庭、公共場(chǎng)所和現(xiàn)代化大廈使用。


圖1是智能照明系統(tǒng)的構(gòu)成框圖；圖2是主控制器的構(gòu)成框圖；圖3是從控制器的構(gòu)成框圖；圖4是主控制器指令發(fā)送模塊和主控制器信號(hào)接收模塊的電路圖；圖5是從控制器指令發(fā)送模塊和從控制器信號(hào)接收模塊的電路圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
參照?qǐng)D1、圖2、圖3，本發(fā)明的智能照明系統(tǒng)包括一個(gè)主控制器1，1～64個(gè)從控制器2和與從控制器相連的燈具3，主控制器1通過(guò)總線與從控制器2相連；所說(shuō)的主控制器1包括第一微控制器4、主控制器指令發(fā)送模塊5、主控制器信號(hào)接收模塊6、第一電源轉(zhuǎn)換模塊7、第一時(shí)鐘和中斷模塊8、用于輸入待發(fā)送指令值的第一用戶面板9和LED顯示模塊11，其中，第一電源轉(zhuǎn)換模塊7、第一時(shí)鐘和中斷模塊8及第一用戶面板9與第一微控制器4相連，LED顯示模塊11與第一微控制器4及第一用戶面板9相連，主控制器指令發(fā)送模塊5的輸入端接第一微控制器4，主控制器指令發(fā)送模塊5的輸出端接總線，主控制器信號(hào)接收模塊6的輸出端接第一微控制器4，主控制器信號(hào)接收模塊6的輸入端接總線；所說(shuō)的從控制器模塊包括第二微控制器12、第二時(shí)鐘和中斷模塊13、用于設(shè)定從控制器地址的第二用戶面板14、從控制器發(fā)送模塊15、從控制器接收模塊16、第二電源轉(zhuǎn)換模塊17、A/D轉(zhuǎn)換模塊18、光線傳感器19、D/A轉(zhuǎn)換模塊20和PWM比較輸出模塊21，其中，第二時(shí)鐘和中斷模塊13、第二用戶面板14、第二電源轉(zhuǎn)換模塊17、A/D轉(zhuǎn)換模塊18和D/A轉(zhuǎn)換模塊20與第二微控制器12相連，光線傳感器19與A/D轉(zhuǎn)換模塊18相連，PWM比較輸出模塊21的輸入端與D/A轉(zhuǎn)換模塊20相連，PWM比較輸出模塊21的輸出端與燈具3相連，燈具3可以是鹵素?zé)艋蛲饨诱{(diào)光鎮(zhèn)流器的熒光燈。從控制器發(fā)送模塊15的輸入端接第二微控制器12，從控制器發(fā)送模塊15的輸出端與總線相連，從控制器接收模塊16的輸入端接總線，從控制器接收模塊16的輸出端接第二微控制器12。
通常，在主控制器的第一微控制器4上連接RS485/232接口10，以便于通過(guò)接口進(jìn)行軟件升級(jí)、用戶配置和系統(tǒng)擴(kuò)展。上述的第一、第二微控制器可選用AT89S52單片機(jī)。從控制器中的A/D轉(zhuǎn)換可選用ICL7135芯片，D/A轉(zhuǎn)換可選用DAC0832芯片，PWM比較輸出模塊可選用芯片SG3524。
智能照明系統(tǒng)的控制方法如下第一用戶面板通過(guò)16位撥盤選擇被調(diào)燈具的地址和調(diào)光值，或使用自動(dòng)按鍵選擇預(yù)先設(shè)定的場(chǎng)景和調(diào)光值，主控制器的微控制器讀取用戶設(shè)置的地址和調(diào)光值，把它轉(zhuǎn)換為頻率為1200bit/s，由1bit起始位、8bit地址位、8bit調(diào)光值和2bit停止位組成的主控指令幀，發(fā)送到主控制器指令發(fā)送模塊。主控制器指令發(fā)送模塊將主控指令幀轉(zhuǎn)換為以雙線壓差大于9.5V表示高電平，對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)“1”；以雙線壓差小于6.5V表示低電平，對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)“0”的電壓信號(hào)，并發(fā)送到總線上。從控制器中的從控制器接收模塊接收總線上的指令信號(hào)，從控制器接收模塊將以雙線壓差表示的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為單線電壓信號(hào)送入第二微控制器，第二微控制器對(duì)接收到的指令進(jìn)行地址比較，如果與第二用戶面板設(shè)置的地址相同，則執(zhí)行調(diào)光操作。當(dāng)用戶選擇手動(dòng)調(diào)光模式時(shí)，由第二微控制器將讀取到的數(shù)字調(diào)光值轉(zhuǎn)換為模擬電壓值(D/A轉(zhuǎn)換)，然后進(jìn)行PWM比較，輸出高頻PWM調(diào)光脈沖到燈具，改變燈具的開關(guān)時(shí)間，獲得不同的燈具亮度。當(dāng)用戶選擇自動(dòng)調(diào)光模式時(shí)，由光線傳感器檢測(cè)房間內(nèi)的當(dāng)前光線照度，光線傳感器輸出以5V基準(zhǔn)信號(hào)表示的電壓值，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換為以數(shù)字量表示的當(dāng)前照度值并送入第二微控制器。第二微控制器將自動(dòng)設(shè)定的調(diào)光值和當(dāng)前光線值進(jìn)行對(duì)比，輸出需要增加的調(diào)光值到D/A轉(zhuǎn)換和PWM模塊對(duì)燈具進(jìn)行調(diào)光，以保證燈具保持在自動(dòng)設(shè)定的照度值上。從控制器完成調(diào)光操作后，通過(guò)從控制器發(fā)送模塊將由1bit起始位，8bit地址位和2bit停止位組成的地址反饋指令發(fā)送到總線上。主控制器接收模塊收到來(lái)自從控制器的地址反饋指令，確認(rèn)一次通信結(jié)束、調(diào)光動(dòng)作被成功執(zhí)行；如果主控制器未收到地址反饋指令，則判定調(diào)光失敗，主控制器將重新發(fā)送一次主控指令。
從控制器指令和主控制器指令的頻率和差分電壓規(guī)格相同。為了實(shí)現(xiàn)物理層糾錯(cuò)，主控制器指令和從控制器地址反饋指令均采用了曼徹斯特編碼。
主控制器指令發(fā)送模塊和主控制器信號(hào)接收模塊如圖4所示，它包括反向芯片U3、比較芯片U4和三個(gè)三極管Q1、Q2、Q3。這里，反向芯片U3為74HC04，比較芯片U4為L(zhǎng)M7221，U3的管腳3連接第一微控制器的指令發(fā)送端，管腳2連接第一微控制器的信號(hào)接收端。從第一微控制器來(lái)的待發(fā)送信號(hào)，先經(jīng)過(guò)U3反向，從2/Y端輸出，經(jīng)過(guò)三極管Q1、Q2和Q3共同組成的接口電路，得到以差分電壓表示的信號(hào)輸出到總線。當(dāng)?shù)谝晃⒖刂破鬏敵龅碗娖綍r(shí)，三極管Q1的基極為5V高電平，Q1導(dǎo)通，Q3截止，總線電壓大于9.5V；當(dāng)?shù)谝晃⒖刂破鬏敵龈唠娖綍r(shí)，三極管Q1的基極為0V低電平，Q1截止，Q3導(dǎo)通，總線電壓小于6.5V。總線電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)LMC7221比較器，得到以5V為“1”，0V為“0”的電壓信號(hào)，經(jīng)反向器由U1的2/Y腳送入微控制器的I/O接收端口。
從控制器指令發(fā)送模塊和從控制器信號(hào)接收模塊如圖5所示，它包括第一光耦U5、第二光耦U6和三個(gè)反向器U7、U8、U9，第一反向器U7的輸入端與第一光耦U5的輸出端相連，第二反向器U8的輸出端與第二光耦U6的輸入端相連，第二反向器U8的輸入端與第三反向器U9的輸出端相連。這里，第一光耦U5為SFH6206，第二光耦U6為PVA1354，反向器U7、U8、U9分別采用了74HC04芯片?？偩€和第二微控制器之間通過(guò)第一光耦U5和第二光耦U6隔離，實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，當(dāng)總線上有大于9.5V的電壓信號(hào)時(shí)，第一光耦U5導(dǎo)通，在反向器U7的輸出端產(chǎn)生5V的高電平信號(hào)。當(dāng)發(fā)送信號(hào)到總線上時(shí)，若反向器U9的輸入端為高電平，U6截至，在總線上輸出壓差大于9.5V的電壓信號(hào)；若反向器U9的輸入端為低電平，第二光耦U6導(dǎo)通，總線處于短路狀態(tài)，輸出壓差0V的電壓信號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種智能照明系統(tǒng)，其特征是包括一個(gè)主控制器(1)，1～64個(gè)從控制器(2)和與從控制器相連的燈具(3)，主控制器(1)通過(guò)總線與從控制器(2)相連；所說(shuō)的主控制器(1)包括第一微控制器(4)、主控制器指令發(fā)送模塊(5)、主控制器信號(hào)接收模塊(6)、第一電源轉(zhuǎn)換模塊(7)、第一時(shí)鐘和中斷模塊(8)、用于輸入待發(fā)送指令值的第一用戶面板(9)和LED顯示模塊(11)，其中，第一電源轉(zhuǎn)換模塊(7)、第一時(shí)鐘和中斷模塊(8)及第一用戶面板(9)與第一微控制器(4)相連，LED顯示模塊(11)與第一微控制器(4)及第一用戶面板(9)相連，主控制器指令發(fā)送模塊(5)的輸入端接第一微控制器(4)，主控制器指令發(fā)送模塊(5)的輸出端接總線，主控制器信號(hào)接收模塊(6)的輸出端接第一微控制器(4)，主控制器信號(hào)接收模塊(6)的輸入端接總線；所說(shuō)的從控制器模塊包括第二微控制器(12)、第二時(shí)鐘和中斷模塊(13)、用于設(shè)定從控制器地址的第二用戶面板(14)、從控制器發(fā)送模塊(15)、從控制器接收模塊(16)、第二電源轉(zhuǎn)換模塊(17)、A/D轉(zhuǎn)換模塊(18)、光線傳感器(19)、D/A轉(zhuǎn)換模塊(20)和PWM比較輸出模塊(21)，其中，第二時(shí)鐘和中斷模塊(13)、第二用戶面板(14)、第二電源轉(zhuǎn)換模塊(17)、A/D轉(zhuǎn)換模塊(18)和D/A轉(zhuǎn)換模塊(20)與第二微控制器(12)相連，光線傳感器(19)與A/D轉(zhuǎn)換模塊(18)相連，PWM比較輸出模塊(21)的輸入端與D/A轉(zhuǎn)換模塊(20)相連，PWM比較輸出模塊(21)的輸出端與燈具(3)相連，從控制器發(fā)送模塊(15)的輸入端接第二微控制器(12)，從控制器發(fā)送模塊(15)的輸出端與總線相連，從控制器接收模塊(16)的輸入端接總線，從控制器接收模塊(16)的輸出端接第二微控制器(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能照明系統(tǒng)，其特征是燈具(3)為鹵素?zé)艋蛲饨诱{(diào)光鎮(zhèn)流器的熒光燈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能照明系統(tǒng)，其特征是主控制器的第一微控制器(4)連接有RS485/232接口(10)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能照明系統(tǒng)，其特征是主控制器指令發(fā)送模塊和主控制器信號(hào)接收模塊包括反向芯片(U3)、比較芯片(U4)和三個(gè)三極管(Q1)、(Q2)和(Q3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能照明系統(tǒng)，其特征是從控制器指令發(fā)送模塊和從控制器信號(hào)接收模塊包括第一光耦(U5)、第二光耦(U6)和三個(gè)反向器(U7)、(U8)、(U9)，第一反向器(U7)的輸入端與第一光耦(U5)的輸出端相連，第二反向器(U8)的輸出端與第二光耦(U6)的輸入端相連，第二反向器(U8)的輸入端與第三反向器(U9)的輸出端相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能照明系統(tǒng)的控制方法，其特征是主控制器發(fā)送包括地址和調(diào)光等級(jí)信息的主控制指令到總線上，與主控制指令地址相同的從控制器根據(jù)調(diào)光等級(jí)要求對(duì)燈具調(diào)光，并發(fā)送地址反饋指令到總線，主控制器接收從控制器的地址反饋指令，對(duì)調(diào)光操作是否成功執(zhí)行進(jìn)行判斷。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的智能照明系統(tǒng)的控制方法，其特征是主控制器和從控制器指令的編碼格式為曼徹斯特碼，總線通信頻率為1200bit/s，并以半雙工方式傳輸，雙線電壓差分驅(qū)動(dòng)，雙線間電壓差大于9.5V時(shí)表示“高”電平，雙線間電壓差小于6.5V時(shí)表示“低”電平。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的智能照明系統(tǒng)的控制方法，其特征是主控制器(1)發(fā)送的主控制指令為由1bit起始位、8bit地址位、8bit調(diào)光值位和2bit停止位組成的19bit數(shù)據(jù)幀，其中8bit地址位劃分為物理地址、組地址和廣播地址三種地址模式，8bit調(diào)光值位對(duì)應(yīng)256個(gè)對(duì)數(shù)調(diào)光等級(jí)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的智能照明系統(tǒng)的控制方法，其特征是從控制器(2)發(fā)送的地址反饋指令為由1bit起始位，8bit地址位和2bit停止位組成的11bit數(shù)據(jù)幀，其中8bit地址位劃分為物理地址、組地址和廣播地址三種地址模式。
全文摘要
本發(fā)明公開的智能照明系統(tǒng)包括一個(gè)主控制器，1～64個(gè)從控制器和與從控制器相連的燈具，主控制器通過(guò)總線與從控制器相連。其控制方法是由主控制器發(fā)送包括地址和調(diào)光等級(jí)信息的主控制指令到總線上，與主控制指令地址相同的從控制器根據(jù)調(diào)光等級(jí)要求對(duì)燈具調(diào)光，并發(fā)送地址反饋指令到總線，主控制器接收從控制器的地址反饋指令，對(duì)調(diào)光操作是否成功執(zhí)行進(jìn)行判斷。本發(fā)明可對(duì)被控?zé)艟哌M(jìn)行自動(dòng)尋址，使用反饋機(jī)制確保指令的有效執(zhí)行，具有自動(dòng)和手動(dòng)兩種調(diào)光模式，支持照明場(chǎng)景設(shè)置功能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，成本低廉。適合于家庭、公共場(chǎng)所和現(xiàn)代化大廈使用。
文檔編號(hào)G05B19/418GK1874640SQ20061005191
公開日2006年12月6日 申請(qǐng)日期2006年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月9日
發(fā)明者吳巍, 傅煒鋼, 吳明光 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)