專利名稱：集中分布式混合結構家用照明系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種照明控制系統(tǒng)，特別是指一種家用照明控制系統(tǒng)。
背景技術：
傳統(tǒng)的照明控制系統(tǒng)，其能量流和控制流合一，通過機械式開關控制照明線路。如要實現(xiàn)多點控制，則需要額外安裝線路，布線工作量大、安全性差，且無法實現(xiàn)移動集中遙控。
目前還有一些小型的專用照明控制系統(tǒng)，各控制開關間通過總線和無線方式連接。但此類系統(tǒng)工作范圍有限，系統(tǒng)不具有可擴展性；設備間信息交換均采用數字編碼技術，存在實現(xiàn)技術復雜，抗干擾能力差，可靠性差的缺陷。
此外，還有一些附屬樓宇自動化系統(tǒng)的照明控制系統(tǒng)，采用特定的協(xié)議，如Lonworks、BACnet、EIB等，這類系統(tǒng)功能豐富，規(guī)模龐大，安裝調試復雜，必須由專業(yè)技術人員施工，而且價格昂貴。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種集中分布式混合結構的家用照明系統(tǒng)。
集中分布式混合結構的家用照明系統(tǒng)由一個無線集中遙控器和最多9套主從分布式數字調光子系統(tǒng)兩部分組成。每套主從分布式數字調光子系統(tǒng)包含一個主器和若干個子器，通常安裝在同一個房間內。不同房間的主從分布式數字調光子系統(tǒng)由無線遙控器進行集中移動遙控。位于同一房間的主從分布式數字調光子系統(tǒng)，主器負責調光和對子器照明線路的開關控制；子器在多點就近控制各自照明線路的開關。調光子系統(tǒng)的數量(1至9)，調光子系統(tǒng)中子器的數量(0至8)，按需配置。主從分布式數字調光子系統(tǒng)亦可作為一個獨立的系統(tǒng)單獨運行。
無線遙控器采用433.92MHz工作頻率(業(yè)余頻段)，控制距離30m。遙控器由PT2262編碼芯片對用戶的按鍵進行編碼，經發(fā)射電路發(fā)射。
主從分布式數字調光子系統(tǒng)包含一個主器和若干個子器，主器的設備地址由4位插針編碼器硬件設置。主器和子器之間的信號傳輸采用不同的電平實現(xiàn)，實現(xiàn)技術簡單，系統(tǒng)的可靠性大大提高；子器的電源由主器的子器驅動電路統(tǒng)一提供，不僅簡化了子器的電路結構，降低了成本，而且提高了可靠性。
無線集中遙控器與主從分布式數字調光子系統(tǒng)之間引入對碼功能，用戶的遙控器按鍵操作經PT2262芯片編碼后發(fā)射，解碼則由主從分布式數字調光系統(tǒng)主器中的微處理器軟件實現(xiàn)，因此主器的微處理器實現(xiàn)控制功能的同時，兼做解碼和對碼，省略了解碼芯片PT2272以及外圍電路，這種將功能集中實現(xiàn)的設計方法簡化了電路結構，提高了設備的可靠性，同時有效的降低了成本。


圖1是集中分布式混合結構家用照明系統(tǒng)結構圖；圖2是本發(fā)明的主器結構框圖；圖3是本發(fā)明的主器電壓比較模塊原理圖；圖4是本發(fā)明的主器調光模塊電路原理圖；圖5是本發(fā)明的子器驅動接口模塊電路原理圖；圖6是本發(fā)明的子器電路原理圖；圖7是主從分布式數字調光子系統(tǒng)主器和子器之間的電平通信原理圖；圖8是集中分布式混合結構家用照明系統(tǒng)軟件流程圖。
具體實施例方式
如圖1所示，集中分布式混合結構家用照明系統(tǒng)由無線集中遙控器1和調光子系統(tǒng)兩部分組成。每個調光子系統(tǒng)由主器(如圖1的2)和子器(如圖1的3)構成。主器可實現(xiàn)對子器多點開關控制，每個主器可按需要配置子器數目(本系統(tǒng)設計一個主器最多可驅動八個子器)。產品出廠時，遙控器與主從分布式調光子系統(tǒng)已作對碼處理，即兩者的特征碼是一一對應的，共計6561種不同特征碼。一旦不同用戶間出現(xiàn)干擾(這種情況出現(xiàn)的概率是很低的)，維修人員按下主器上的對碼按鈕，用不同特征碼的遙控器替換，僅需按下遙控器任一鍵。主器的接收電路截獲新的特征碼存入E2PROM；再按主器對碼按鈕退出對碼狀態(tài)，即進入正常工作狀態(tài)。通過主器可實現(xiàn)對燈光(圖1中5所示)的開關和調光操作，也可以驅動其他可以通過開關操作的家電(圖1中4所示)。
如圖2中所示，主器由微處理器、地址設定模塊、電壓比較模塊、過零檢測模塊、調光模塊、子器驅動接口模塊、無線接收模塊組成。電壓比較模塊通過信號線CM(具體有CM1、CM2、CM3三條)與微處理器M21相連；過零檢測模塊通過信號線ZERO與微處理器相連；調光模塊通過信號線DIM與微處理器相連；子器驅動接口模塊通過信號線SUB與微處理器相連；無線接收模塊通過信號線WL與微處理器相連。主器通過連接線S1、S2與子器相連。
圖2中的電壓比較模塊的電路原理圖如圖3所示由比較器U31、U32、U33，二極管D31，電容C31，電阻R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37、R38組成。連接到子器的信號線S1通過電阻R31與比較器U31、U32、U33的正輸入端相連；比較器U31的負輸入端與電阻R33相連，R33的另一端與電阻R32、二極管D31的負極、電阻R34相連；電阻R32得另一端與+36V電源相連；二極管D31的正端與地相連；電阻R34、R35、R36的一端連接在一起；電阻R35的另一端連接到比較器U32的負端；電阻R36的另一端與電阻R37、電阻R38連接在一起；電阻R37的另一端與比較器U33的負端相連；電阻R38的另一端接地。比較器U31、U32、U33的輸出端分別連接到信號線CM1、CM2、CM3，信號線CM1、CM2、CM3與微處理器引腳相連。
圖2中調光模塊的具體實現(xiàn)見圖4由電阻R41、R42、R43，雙向可控硅BCR41，光耦U41，電容C41，電感L41組成。光耦U41輸入端正端連接到信號線DIM與微處理器相連，負端與電阻R41相連，電阻R41的另一端與+5V電源相連；光耦輸出端的一端與電阻R42相連，另一端與電阻R43、電容C41、雙向可控硅的門極連接在一起。電阻R42與可控硅的終端1相連，電阻R43、電容C41的另一端和電感L41、可控硅的終端2連在一起。電感L41的另一端和R42的可控硅的終端1連接到燈具上。
圖2中的子器驅動接口模塊的電路原理圖如圖5所示由電阻R51、R52、R53，三極管Q51、Q52、Q53、二極管D51、D52、D53，電容C51、C52組成。電阻R51一端與+5V電源相連；另一端與三極管Q51基極一起連接到信號線SUB上，與微處理器連接；三極管Q51集電極與二極管D51的負極相連，三極管Q51的發(fā)射極接地；二極管D51的負極與二極管D52的負極、三極管Q52的基極、電阻R52連在一起；二極管D52負極接地；三極管Q52集電極與電阻R52另一端以及三極管Q53集電極、電阻R53連接在一起；電阻R53的另一端與電源+36V連接；三極管Q52的發(fā)射極與三極管Q53的基極相連；三極管發(fā)射極與電容C51、二極管D53正極連接；電容C51的另一端接地；二極管D53負極與電容C52相連，并引出信號線S1；電容C52另一端接地；信號線S2接地。
子器的電路原理如圖6所示由三極管Q61、Q62，穩(wěn)壓管ZD61、ZD62、ZD63，電容C61，發(fā)光二極管LED61、LED62，二極管D61、D62、D63、D64、D65，按鍵開關SW61、SW62、SW63，橋式整流器DB61，電阻R61、R62、R63、R64、R65、R66、R67、R68組成。橋式整流器DB61的輸入端與按鍵開關SW61并聯(lián)后與信號線S1、S2相連，輸出正端與電阻R61、R63、R64、R66、按鍵開關SW62、SW63的一端連接在一起。電阻R61與穩(wěn)壓管ZD61的負端相連，正端與電阻R62、電容C61、三極管Q61的基極連在一起。電阻R62的另一端與電容C61的另一端、三極管Q61的發(fā)射極、電阻R65的一端、三極管的發(fā)射極連接到一起后與橋式整流器DB61的輸出負端相連。電阻R61與發(fā)光二極管LED61的正端相連，負端與二極管D61的負端一起連接到三極管Q61的集電極。二極管D61的正極與二極管D62的正極都連接到電阻R64的另一端。發(fā)光二極管正極與電阻R66相連，負極與三極管Q62的集電極、二極管D65的負極相連。按鍵開關SW62的另一端與二極管D63的正極、穩(wěn)壓管ZD62的負極相連；按鍵開關SW63的另一端與穩(wěn)壓管ZD63的負極、二極管D64的正極相連。穩(wěn)壓管ZD62、ZD63的負極與二極管D65的正極相連。電阻R67的一端與二極管D63的負極相連；電阻R68的一端與二極管的負極相連，電阻R67、R68的另一端和R65的另一端、二極管D62的負極、三極管Q62的基極連接到一起。
子器主要通過按鍵來改變信號線上的電平，信號線起到為子器供電和傳輸按鍵信號的雙重作用。主器接收子器的按鍵信號后，相應地改變燈具狀態(tài)。
主器的無線接收模塊上設有對碼按鈕，出廠時處于彈出狀態(tài)，即默認狀態(tài)為工作狀態(tài)，主器采用的微處理器87LPC764是一款高性價比的80C51改進MCU，增加了WDT、I2C、模擬比較器等功能。硬件設計中利用87LPC764的比較器輸入端，將無線信號接到MCU比較器輸入端，7個I/O用于主器的其他功能模塊。遙控器的編碼功能通過PT2262編碼芯片實現(xiàn)，主器的解碼功能由87LPC764軟件完成，即87LPC764在實現(xiàn)主從分布式數字調光子系統(tǒng)控制功能的同時，兼作解碼對碼器(程序結構圖如圖8所示)，節(jié)省了傳統(tǒng)設計方法中解碼芯片PT2272以及外圍電路，主從式數字調光子系統(tǒng)的地址由機械式4位插針編碼器硬件設置，大大降低了用戶的技術門檻。地址0作特殊處理，此時的主從分布式數字調光子系統(tǒng)與集中遙控器無關，即作為獨立系統(tǒng)運行，使系統(tǒng)具有更大的靈活性。地址1-9，用于區(qū)分不同的主從分布式數字調光子系統(tǒng)；地址10-15保留，未定義。
圖7是主從分布式數字調光子系統(tǒng)中主器和子器之間的通信電平變化示意圖。在燈滅的狀態(tài)下，驅動電路給子器提供27V的電壓，導通子器LED；當用戶對子器按鍵進行開燈操作時(0V)，驅動電平會被拉低并鉗制住，由按鍵掃描電路進行檢測，以獲得用戶指令并送入單片機進行處理，燈亮，同時驅動電壓從27V變?yōu)?3V，子器LED滅。當進行關燈操作時(4.7V)，驅動電平會被穩(wěn)壓管鉗制住并由掃描電路進行檢測，燈滅，驅動電平恢復到27V，子器LED亮。
圖8是集中分布式混合結構家用照明系統(tǒng)軟件流程圖系統(tǒng)軟件設計采用模塊化的方法，將軟件劃分成功能不同的幾個模塊，分別完成獨立的功能，模塊和主程序以及模塊之間通過傳遞參數來聯(lián)系。程序各模塊主要包括主程序；無線信號接收；鍵盤掃描；參數設置；調光、狀態(tài)保存等中斷服務程序。主程序主要包括初始化，對碼程序。分布式主從調光器基本上都將調光控制功能以及其他一些擴展功能讓單片機通過軟件來完成，通過模塊化的軟件設計，結構更嚴謹、功能更完善。在用戶操作按鍵后或者接收到無線信號以后，系統(tǒng)即時檢測到并作出判斷，根據用戶指令進行參數設置，然后通過中斷服務程序中具體完成控制任務。在長時間沒有收到用戶操作指令的時候，為了降低功耗，可以用休眠指令將單片機送入休眠狀態(tài)，并由中斷(包括按鍵中斷和掉電中斷)喚醒。由于使用可控硅調光是依據調相的原理，參照市電220v的正弦波曲線，在不同的相位角導通可控硅實現(xiàn)調節(jié)白熾燈功率(調壓)即調光的作用。但相同相移在正弦波曲線上的功率面積是不同的，單片機通過改變調光觸發(fā)信號相對正弦曲線相角和功率的“占空比”來調節(jié)調光信號的幅度，一共產生256級的調光幅度。由于人眼在低照度情況下的敏感性要比在高照度情況下的敏感性要強，對數形式輸出的光強看起來卻像是線性的，因此實際的光強與數字輸入之間的關系應當呈對數變化而非線性關系。
權利要求
1.一種集中分布式混合結構的家用照明系統(tǒng)，其特征在于，它具有無線遙控器和多個主從分布式數字調光子系統(tǒng)，主從分布式數字調光子系統(tǒng)具有主器，主器分別與子器、燈具、其它執(zhí)行器相接，主器具有微處理器，微處理器分別與地址設定模塊、電壓比較模塊、過零檢測模塊、調光模塊、子器驅動接口模塊、無線接收模塊相接。
2.根據權利要求1所述的一種集中分布式混合結構的家用照明系統(tǒng)，其特征在于所述的主器的電壓比較模塊由第一比較器U31、第二比較器U32、第三比較器U33，第一穩(wěn)壓管D31，第一電容C31，第一電阻R31、第二電阻R32、第三電阻R33、第四電阻R34、第五電阻R35、第六電阻R36、第七電阻R37、第八電阻R38組成；連接到子器的信號線S1通過第一電阻R31與第一比較器U31、第二比較器U32、第三比較器U33的正輸入端相連；第一比較器U31的負輸入端與第三電阻R33相連，第三電阻R33的另一端與第二電阻R32、第一穩(wěn)壓管D31的負極、第四電阻R34相連；第二電阻R32得另一端與+36V電源相連；第一穩(wěn)壓管D31的正端與地相連；第四電阻R34、第五電阻R35、第六電阻R36的一端連接在一起；第五電阻R35的另一端連接到第二比較器U32的負端；第六電阻R36的另一端與第七電阻R37、第八電阻R38連接在一起；第七電阻R37的另一端與第三比較器U33的負端相連；第八電阻R38的另一端接地；第一比較器U31、第二比較器U32、第三比較器U33的輸出端分別連接到信號線CM1、CM2、CM3，信號線CM1、CM2、CM3與微處理器引腳相連；主器和子器之間的信號傳輸采用不同的電平實現(xiàn)。
3.根據權利要求1所述的一種集中分布式混合結構的家用照明系統(tǒng)，其特征在于所述的主器的調光模塊由第九電阻R41、第十電阻R42、第十一電阻R43，雙向可控硅BCR41，光耦U41，第一電容C41，電感L41組成；光耦U41輸入端正端連接到信號線DIM與微處理器相連，負端與第九電阻R41相連，第九電阻R41的另一端與+5V電源相連；光耦輸出端的一端與第十電阻R42相連，另一端與第十一電阻R43、第一電容C41、雙向可控硅的門極連接在一起；第十電阻R42與可控硅的終端1相連，第十一電阻R43、第一電容C41的另一端和電感L41、可控硅的終端2連在一起；電感L41的另一端和第十R42的可控硅的終端1連接到燈具上。
4.根據權利要求1所述的一種集中分布式混合結構的家用照明系統(tǒng)，其特征在于所述的主器的子器驅動接口模塊由第十二電阻R51、第十三電阻R52、第十四電阻R53，第一三極管Q51、第二三極管Q52、第三三極管Q53、第一二極管D51、第二二極管D52、第三二極管D53，第二電容C51、第三C52組成。第十二電阻R51一端與+5V電源相連；另一端與第一三極管Q51基極一起連接到信號線SUB上，與微處理器連接；第一三極管Q51集電極與第一二極管D51的負極相連，第一三極管Q51的發(fā)射極接地；第一二極管D51的負極與第二二極管D52的負極、第二三極管Q52的基極、第十三電阻R52連在一起；第二二極管D52負極接地；第二三極管Q52集電極與第十三電阻R52另一端以及第三三極管Q53集電極、第十四電阻R53連接在一起；第十四電阻R53的另一端與電源+36V連接；第二三極管Q52的發(fā)射極與第三三極管Q53的基極相連；第三三極管Q53的發(fā)射極與第二電容C51、第三二極管D53正極連接；第二電容C51的另一端接地；第三二極管D53負極與第三電容C52相連，并引出信號線S1；第三電容C52另一端接地；信號線S2接地；子器的電源由主器的子器驅動電路統(tǒng)一提供。
5.根據權利要求1所述的一種集中分布式混合結構的家用照明系統(tǒng)，其特征在于所述的子器由第四三極管Q61、第五三極管Q62，第二穩(wěn)壓管ZD61、第三穩(wěn)壓管ZD62、第四穩(wěn)壓管ZD63，第四電容C61，第一發(fā)光二極管LED61、第二發(fā)光二極管LED62，第四二極管D61、第五二極管D62、第六二極管D63、第七二極管D64、第八二極管D65，第一按鍵開關SW61、第二按鍵開關SW62、第三按鍵開關SW63，橋式整流器DB61，第十五電阻R61、第十六電阻R62、第十七電阻R63、第十八電阻R64、第十九電阻R65、第二十電阻R66、第二十一電阻R67、第二十二電阻R68組成。橋式整流器DB61的輸入端與第一按鍵開關SW61并聯(lián)后與信號線S1、S2相連，輸出正端與電阻第十五電阻R61、第十七電阻R63、第十八電阻R64、第二十電阻R66、第二按鍵開關SW62、第三按鍵開關SW63的一端連接在一起；第十五電阻R61與第二穩(wěn)壓管ZD61的負端相連，正端與第十六電阻R62、第四電容C61、第四三極管Q61的基極連在一起；第十六電阻R62的另一端與第四電容C61的另一端、第四三極管Q61的發(fā)射極、第十九電阻R65的一端、第五三極管Q62的發(fā)射極連接到一起后與橋式整流器DB61的輸出負端相連；第十五電阻R61與第一發(fā)光二極管LED61的正端相連，負端與第四二極管D61的負端一起連接到第四三極管Q61的集電極。第四二極管D61的正極與第五二極管D62的正極都連接到第十八電阻R64的另一端；第二發(fā)光二極管LED62的正極與第二十電阻R66相連，負極與第五三極管Q62的集電極、第八二極管D65的負極相連；第二按鍵開關SW62的另一端與第六二極管D63的正極、第三穩(wěn)壓管ZD62的負極相連；第三按鍵開關SW63的另一端與第四穩(wěn)壓管ZD63的負極、第七二極管D64的正極相連；第三穩(wěn)壓管ZD62、第四ZD63的負極與第八二極管D65的正極相連；第二十一電阻R67的一端與第六二極管D63的負極相連；第二十二電阻R68的一端與第七二極管D64的負極相連，第二十一電阻R67、第二十二電阻R68的另一端和第十九電阻R65的另一端、第五二極管D62的負極、第五三極管Q62的基極連接到一起。
6.根據權利要求1所述的一種集中分布式混合結構的家用照明系統(tǒng)，其特征在于所述的無線遙控器與主器之間具有對碼功能。
7.根據權利要求6所述的一種集中分布式混合結構的家用照明系統(tǒng)，其特征在于所述的對碼功能實現(xiàn)方法為無線遙控器內置編碼芯片，而相應的對碼解碼功能由主從分布式數字調光子系統(tǒng)中的主器MCU實現(xiàn)，無線通信工作頻率為433.92MHz。
8.根據權利要求1所述的一種集中分布式混合結構的家用照明系統(tǒng)，其特征在于所述的主從分布式數字調光子系統(tǒng)的地址由機械式4位插針編碼器硬件設置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種集中分布式混合結構的家用照明系統(tǒng)。它具有無線遙控器和多個主從分布式數字調光子系統(tǒng)，主從分布式數字調光子系統(tǒng)具有主器，主器分別與子器、燈具、其它執(zhí)行器相接，主器具有微處理器，微處理器分別與地址設定模塊、電壓比較模塊、過零檢測模塊、調光模塊、子器驅動接口模塊、無線接收模塊相接。本發(fā)明不僅能在家庭內集中移動遙控，而且可以對每套主從分布式數字調光子系統(tǒng)實行本地多點操作，成本低廉，操作靈活方便，系統(tǒng)可擴展性、可靠性和易用性良好。
文檔編號H05B37/02GK1770940SQ20051006092
公開日2006年5月10日 申請日期2005年9月28日 優(yōu)先權日2005年9月28日
發(fā)明者吳明光, 張岳軍, 郭銳, 楊丕楠 申請人:浙江大學