一種總線型智能照明系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種總線型智能照明系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括光線采集模塊、人體熱釋電檢測模塊、照明調(diào)光模塊、系統(tǒng)控制模塊、和上位機(jī)監(jiān)測模塊。本發(fā)明還提供了一種總線型智能照明方法，該方法中規(guī)定智能照明系統(tǒng)工作在兩種模式下，即手動(dòng)模式和自動(dòng)模式。本發(fā)明通信速率高、開放性好、報(bào)文短、糾錯(cuò)能力強(qiáng)以及控制簡單、擴(kuò)展能力強(qiáng)、系統(tǒng)成本低的特點(diǎn)，適合推廣應(yīng)用。
【專利說明】一種總線型智能照明系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種智能照明系統(tǒng)，具體地說，涉及一種總線型智能照明系統(tǒng)及方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的控制方法是將被控制的設(shè)備用連線引入控制室，這樣不僅造成電力電纜鋪設(shè)過多，增加了投資成本，而且還大大增加了燈回路的輻射干擾，對空間電磁環(huán)境造成了污染。
[0003]智能照明控制系統(tǒng)為現(xiàn)代化建筑樓宇照明提供了新途徑-微機(jī)型燈光控制系統(tǒng)。它采用網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，使得照明燈的電力線路可以不再經(jīng)過控制室，而直接引入頂棚或馬道。這種控制方法不僅可以方便地控制燈光的亮度，還減少了電力線路及相應(yīng)設(shè)施投資，減少了燈回路的輻射干擾，而且可以使燈回路采用母線方式布線，線路規(guī)整，便于安裝維修。但在目前使用的微機(jī)型燈光控制系統(tǒng)中，由于網(wǎng)絡(luò)通信大多采用RS-232、RS-485、20mA電流環(huán)等通信方式，因而普遍存在通信距離短、數(shù)據(jù)傳輸速度慢、誤碼率高、可靠性差等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種通信速率高、開放性好、報(bào)文短、糾錯(cuò)能力強(qiáng)以及控制簡單、擴(kuò)展能力強(qiáng)、系統(tǒng)成本低的總線型智能照明系統(tǒng)。其技術(shù)方案如下:
[0005]一種總線型智能照明系統(tǒng)，包括光線采集模塊、人體熱釋電檢測模塊、照明調(diào)光模塊、系統(tǒng)控制模塊、和上位機(jī)監(jiān)測模塊:
[0006]所述光線采集模塊用于實(shí)現(xiàn)對燈源周圍環(huán)境光線的檢測，需分辨出環(huán)境光線的亮度等級；
[0007]所述人體熱釋電檢測模塊采用熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枺?br> [0008]所述照明調(diào)光模塊采用斬波式交流調(diào)壓電路，依靠改變控制脈沖的寬度實(shí)現(xiàn)對燈管亮度的調(diào)節(jié)，即所謂的PWM調(diào)光法，這種調(diào)光方法主要是利用調(diào)節(jié)交流調(diào)壓電路中的功率開關(guān)管的脈沖占空比來進(jìn)行調(diào)光的。
[0009]所述系統(tǒng)控制模塊包括主控單元、回路板和子板三層結(jié)構(gòu)，主控單元與回路板之間通信，利用CAN總線實(shí)現(xiàn)；
[0010]所述上位機(jī)監(jiān)測模塊用于實(shí)現(xiàn)對照明控制網(wǎng)絡(luò)中的各燈源的工作狀態(tài)的顯示，能夠通過該軟件控制照明網(wǎng)絡(luò)中各燈源的開啟和關(guān)閉，模擬手動(dòng)開關(guān)的工作狀態(tài)。
[0011]進(jìn)一步優(yōu)選，所述系統(tǒng)控制模塊中的回路板最大掛載255個(gè)子板，布線距離小于400m，通信波特率低于4800bps。
[0012]進(jìn)一步優(yōu)選，系統(tǒng)控制模塊包括主控單元、回路板和子板三層結(jié)構(gòu)，主控單元與回路板之間通信，利用CAN總線實(shí)現(xiàn)；回路板與子板之間通信，利用RS485總線實(shí)現(xiàn)；每個(gè)回路板通過子板最多控制255個(gè)燈源，采用PWM調(diào)光法，這種調(diào)光方法主要是利用調(diào)節(jié)交流調(diào)壓電路中的功率開關(guān)管的脈沖占空比來進(jìn)行調(diào)光的。人體熱釋電檢測模塊采用熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線，在熱釋電紅外傳感器必須配上菲涅爾透鏡。
[0013]一種總線型智能照明方法，包括以下步驟:在系統(tǒng)上電之后，系統(tǒng)完成工作模式配置之后進(jìn)行工作模式選擇，當(dāng)選擇手動(dòng)模式之后檢測是否有用戶操作，當(dāng)用戶在操作時(shí)檢測是否進(jìn)行模式切換，如果沒有進(jìn)行模式切換時(shí)給控制單元發(fā)出操作指令，控制單元接受到指令后進(jìn)行解析，解析后向特定回路板轉(zhuǎn)發(fā)，回路板接受指令后解析，之后向子板發(fā)出指令，子板接收到后解析并執(zhí)行相應(yīng)操作，完成一次操作；
[0014]當(dāng)選擇自動(dòng)模式之后主控板巡檢各個(gè)回路板和子板，判斷是否能正常工作，如果有故障并將故障信息上傳給PC，需要人為進(jìn)行維修，如果所有的回路板和子板能正常工作，同樣將狀態(tài)信息上傳，給控制單元發(fā)操作指令，進(jìn)入工作狀態(tài)。
[0015]進(jìn)一步優(yōu)選，每個(gè)工作環(huán)節(jié)都是閉環(huán)工作方式，實(shí)時(shí)給PC檢測模塊反饋回路板U2以及子板U3工作狀態(tài)，當(dāng)檢測回路板或者子板有故障時(shí)將信息上傳給PC，提醒人們進(jìn)行檢修維護(hù)；在正常工作狀態(tài)下人體熱釋電紅外傳感器檢測到信號的同時(shí)光線強(qiáng)度不滿足預(yù)設(shè)值時(shí)開啟燈源。
[0016]本發(fā)明的有益效果:每個(gè)回路板下面可掛255個(gè)子板，在安裝過程中不用再添加布線就可以直接掛載子板，降低建筑樓宇照明系統(tǒng)的投資成本，降低空間電磁環(huán)境的污染，降低了電力線路鋪設(shè)的復(fù)雜程度，提高照明系統(tǒng)的可靠性，為現(xiàn)代化建筑樓宇照明提供了新途徑-微機(jī)型燈光控制系統(tǒng)。它采用網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，使得照明燈的電力線路可以不再經(jīng)過控制室，而直接引入頂棚或馬道。這種控制方法不僅可以方便地控制燈光的亮度，還減少了電力線路及相應(yīng)設(shè)施投資，減少了燈回路的輻射干擾，而且可以使燈回路采用母線方式布線，線路規(guī)整，便于安裝維修。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明總線型智能照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0018]圖2為本發(fā)明總線型智能照明方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。
[0020]參照圖1，一種總線型智能照明系統(tǒng)，包括子板(圖1中U3單元)、回路板(圖1中U2單元)、控制板(圖1中Ul單元)、上位機(jī)監(jiān)測模塊和燈源(圖1中Wl單元):
[0021]子板(圖1中U3單元)實(shí)現(xiàn)對燈管周圍環(huán)境光線的采集和人體熱釋電的檢測，并通過采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)控制燈管的輸出亮度。實(shí)現(xiàn)原理:
[0022]因光敏電阻的阻值隨周圍環(huán)境光線的改變而發(fā)生變化，通過分壓電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)MCU能精確地判斷燈源周圍的環(huán)境光線，本設(shè)計(jì)擬采用光敏電阻檢測環(huán)境光線。
[0023]所述人體熱釋電檢測模塊采用熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?；熱釋電傳感器具有成本低、不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源、靈敏度高、可流動(dòng)安裝等特點(diǎn)。實(shí)際使用時(shí)，在熱釋電傳感器前需安裝菲涅爾透鏡，這樣可大大提高接收靈敏度，增加檢測距離及范圍。實(shí)驗(yàn)證明，熱釋電紅外傳感器若不加菲涅爾透鏡，則其檢測距離僅為2m左右；而配上菲涅爾透鏡后，其檢測距離可增加到IOm以上。
[0024]所述照明調(diào)光模塊:照明調(diào)光方法:調(diào)光按使用的控制方法可以分為模擬調(diào)光與數(shù)字調(diào)光兩大類。按控制范圍大小的實(shí)現(xiàn)方法又可以分為現(xiàn)場總線控制和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)調(diào)光控制兩大類。
[0025]本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，采用斬波式交流調(diào)壓電路，依靠改變控制脈沖的寬度實(shí)現(xiàn)對燈管亮度的調(diào)節(jié)，即所謂的PWM調(diào)光法，這種調(diào)光方法主要是利用調(diào)節(jié)交流調(diào)壓電路中的功率開關(guān)管的脈沖占空比來進(jìn)行調(diào)光的。斬波式交流調(diào)壓電路，針對于阻性負(fù)載，在經(jīng)行調(diào)壓控制時(shí)輸入功率因數(shù)接近1，電路的工作效率高，能最大限度的降低系統(tǒng)功耗。且調(diào)節(jié)輸出的交流電，只含有控制脈沖頻率整數(shù)倍的高次諧波，這樣能有效降低濾波器的負(fù)擔(dān)，從而減小濾波器的設(shè)計(jì)難度和體積。
[0026]回路板(圖1中U2單元)即系統(tǒng)的回路控制板，其內(nèi)部是由Freescale公司出品的高性能8位單片機(jī)MC9S08DZ60構(gòu)成的回路控制模塊，主要承擔(dān)的任務(wù)是通過RS485總線接收來自子板中U3的數(shù)據(jù)，對子板信息進(jìn)行解析處理后，將處理結(jié)構(gòu)重新按CAN協(xié)議打包發(fā)送給系統(tǒng)主控單元Ul。
[0027]控制板(圖1中Ul單元)即系統(tǒng)主控單元，其內(nèi)部是由Freescale公司出品的高性能16位單片機(jī)MC9S12XS128為核心構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集處理單元，具有CAN總線通信功能，主要承擔(dān)兩方面的任務(wù):1、處理來自各個(gè)回路板U2的信息，并將處理結(jié)果通過CAN總線上傳給PC機(jī)，PC機(jī)監(jiān)測軟件能直觀的將運(yùn)算結(jié)構(gòu)顯示給用戶，以便用戶查詢訪問；2、主控單元能夠接收用戶通過PC機(jī)監(jiān)測軟件下發(fā)的控制指令，并將控制指令解析處理，最后將處理完的信息發(fā)送給特定的回路板U2。
[0028]上位機(jī)軟件檢測模塊(圖1中PC單元)，直觀的將運(yùn)算結(jié)構(gòu)顯示給用戶，以便用戶查詢訪問；用戶通過PC機(jī)監(jiān)測軟件下發(fā)的控制指令。
[0029]所述系統(tǒng)控制模塊包括主控單元、回路板和子板三層結(jié)構(gòu)，主控單元與回路板之間通信，利用CAN總線實(shí)現(xiàn)；回路板與子板之間通信，利用RS485總線實(shí)現(xiàn)；換言之，每個(gè)回路板可以控制255個(gè)燈源。這種結(jié)構(gòu)，有利于系統(tǒng)的進(jìn)一步擴(kuò)展。
[0030]本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，，采用Freescale公司生產(chǎn)的MC9S12單片機(jī)作為主控單元的控制核心，。而相對于主控單元，回路板和子板的需求量較大，本設(shè)計(jì)中為節(jié)省開發(fā)成本和提高系統(tǒng)的可靠性，擬采用STC12C2052作為回路板和子板的控制核心芯片。
[0031]所述上位機(jī)監(jiān)測模塊用于實(shí)現(xiàn)對照明控制網(wǎng)絡(luò)中的各燈源的工作狀態(tài)的顯示，能夠通過該軟件控制照明網(wǎng)絡(luò)中各燈源的開啟和關(guān)閉，模擬手動(dòng)開關(guān)的工作狀態(tài)。
[0032]圖1為總線型智能照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，圖1中Ul單元為系統(tǒng)主控單元，其內(nèi)部是由Freescale公司出品的高性能16位單片機(jī)MC9S12XS128為核心構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集處理單元，具有CAN總線通信功能，主要承擔(dān)兩方面的任務(wù):1、處理來自各個(gè)回路板U2的信息，并將處理結(jié)果通過CAN總線上傳給PC機(jī)，PC機(jī)監(jiān)測軟件能直觀的將運(yùn)算結(jié)構(gòu)顯示給用戶，以便用戶查詢訪問；2、主控單元能夠接收用戶通過PC機(jī)監(jiān)測軟件下發(fā)的控制指令，并將控制指令解析處理，最后將處理完的信息發(fā)送給特定的回路板U2。圖1中U2單元為系統(tǒng)的回路控制板，其內(nèi)部是由Freescale公司出品的高性能8位單片機(jī)MC9S08DZ60構(gòu)成的回路控制模塊，主要承擔(dān)兩方面的任務(wù):1、通過RS485總線接收來自子板中U3的數(shù)據(jù)，對子板信息進(jìn)行解析處理后，將處理結(jié)構(gòu)重新按CAN協(xié)議打包發(fā)送給系統(tǒng)主控單元Ul。圖1中U3單元為系統(tǒng)子板，其內(nèi)部是由單片機(jī)、人體熱釋電傳感器和光敏元件構(gòu)成的智能控制開關(guān)，主要承擔(dān)兩方面的任務(wù):1、能夠采集子板所處環(huán)境的人體熱釋電信號和環(huán)境光線信號；2、控制交流母線的通斷，從而完成對照明設(shè)備Wl的開啟或熄滅；3、能夠通過RS485總線與回路板實(shí)現(xiàn)信息的交互。所述系統(tǒng)控制模塊中的回路板最大掛載255個(gè)子板。采用圖1所示系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的擴(kuò)展?？刂瓢迮c回路板間數(shù)據(jù)交換通過CAN總線實(shí)現(xiàn)，能夠有效提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送速率。系統(tǒng)控制指令下傳、狀態(tài)數(shù)據(jù)上傳都通過CAN總線和RS485總線實(shí)現(xiàn)，能極大的降低通信的誤碼率，從而提高系統(tǒng)的可靠性。
[0033]一種總線型智能照明方法，包括以下步驟:該方法中規(guī)定智能照明系統(tǒng)工作在兩種模式下，即手動(dòng)模式和自動(dòng)模式。其工作流程和步驟如圖2總線型智能照明方法流程圖所示。當(dāng)系統(tǒng)工作在手動(dòng)是，系統(tǒng)時(shí)鐘等待用戶指令的觸發(fā)，一旦有用戶指令介入系統(tǒng)，系統(tǒng)首先判斷是否特權(quán)指令(工作模式切換屬特權(quán)指令)，如果是系統(tǒng)將在監(jiān)測軟件上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)工作模式的切換，如果不是監(jiān)測軟件將會(huì)將指令信息進(jìn)行打包經(jīng)CAN總線發(fā)送給系統(tǒng)控制板U1，系統(tǒng)控制板對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并轉(zhuǎn)發(fā)給特定的回路板U2，回路板將接收到的數(shù)據(jù)解析，并轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的子板U3 ;子板U3接收到來自回路板的數(shù)據(jù)后，對數(shù)據(jù)解析，獲取指令詳情，并根據(jù)指令對照明設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)的操作或上傳環(huán)境狀態(tài)信息(包括人體熱釋電數(shù)據(jù)、光線強(qiáng)度數(shù)據(jù))。當(dāng)系統(tǒng)工作在自動(dòng)模式時(shí)，系統(tǒng)控制板向各個(gè)回路板下發(fā)廣播指令，要求每個(gè)回路板上傳其回路中各個(gè)子板的狀態(tài)信息。如果回路中各個(gè)子板工作狀態(tài)正常，這是系統(tǒng)控制板會(huì)將各個(gè)子板的狀態(tài)信息上傳給監(jiān)測軟件，監(jiān)測軟件接收到上傳數(shù)據(jù)后會(huì)對當(dāng)前顯示頁面進(jìn)行刷新，以便用戶實(shí)時(shí)觀察照明設(shè)備的運(yùn)行；如果回路中某個(gè)子板發(fā)生了故障，該子板所在的回路板將控制CAN總線，及時(shí)將故障信息上傳給系統(tǒng)控制板，系統(tǒng)控制板再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給監(jiān)測軟件，當(dāng)監(jiān)測軟件接收到故障信息后，將及時(shí)刷新頁面，并在上位機(jī)發(fā)出報(bào)警信息，提醒用戶。在上述的工作過程中，子板控制照明設(shè)備的開啟和關(guān)閉處在智能工作模式下，只有當(dāng)子板所處環(huán)境中有人介入，且環(huán)境光線強(qiáng)度低于系統(tǒng)配置參數(shù)時(shí)，照明設(shè)計(jì)才會(huì)開啟，否則照明設(shè)備關(guān)閉。一旦照明設(shè)備開啟，子板將實(shí)時(shí)檢測所處環(huán)境的光線強(qiáng)度和是否有人介入，并根據(jù)檢測數(shù)據(jù)，通過PWM方式調(diào)節(jié)照明設(shè)備的亮度，從而實(shí)現(xiàn)智能化的控制。在整個(gè)工作過程中，用戶指令也可以介入，除非是特權(quán)指令(模式切換指令)，否則系統(tǒng)一概不執(zhí)行。當(dāng)遇到特權(quán)指令時(shí)，系統(tǒng)在監(jiān)控軟件上完成工作模式的切換。
[0034]CAN總線波特率采用1Mbps，RS485總線波特率采用4800bps。
[0035]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見地得到的技術(shù)方案的簡單變化或等效替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種總線型智能照明系統(tǒng)，其特征在于，包括光線采集模塊、人體熱釋電檢測模塊、照明調(diào)光模塊、系統(tǒng)控制模塊、和上位機(jī)監(jiān)測模塊: 所述光線采集模塊用于實(shí)現(xiàn)對燈源周圍環(huán)境光線的檢測，需分辨出環(huán)境光線的亮度等級； 所述人體熱釋電檢測模塊采用熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枺? 所述照明調(diào)光模塊采用斬波式交流調(diào)壓電路，依靠改變控制脈沖的寬度實(shí)現(xiàn)對燈管亮度的調(diào)節(jié)，主要是利用調(diào)節(jié)交流調(diào)壓電路中的功率開關(guān)管的脈沖占空比來進(jìn)行調(diào)光的； 所述系統(tǒng)控制模塊包括主控單元、回路板和子板三層結(jié)構(gòu)，主控單元與回路板之間通信，利用CAN總線實(shí)現(xiàn)； 所述上位機(jī)監(jiān)測模塊用于實(shí)現(xiàn)對照明控制網(wǎng)絡(luò)中的各燈源的工作狀態(tài)的顯示，能夠通過該軟件控制照明網(wǎng)絡(luò)中各燈源的開啟和關(guān)閉，模擬手動(dòng)開關(guān)的工作狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總線型智能照明系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)控制模塊中的回路板最大掛載255個(gè)子板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總線型智能照明系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)控制模塊包括主控單元、回路板和子板三層結(jié)構(gòu)，主控單元與回路板之間通信，利用CAN總線實(shí)現(xiàn)；回路板與子板之間通信，利用RS485總線實(shí)現(xiàn)；每個(gè)回路板控制255個(gè)燈源，采用PWM調(diào)光法，利用調(diào)節(jié)交流調(diào)壓電路中的功率開關(guān)管的脈沖占空比來進(jìn)行調(diào)光，人體熱釋電檢測模塊采用熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線，在熱釋電紅外傳感器必須配上菲涅爾透鏡。
4.一種總線型智能照明方法，其特征在于，包括以下步驟:在系統(tǒng)上電之后，系統(tǒng)完成工作模式配置之后進(jìn)行工作模式選擇，當(dāng)選擇手動(dòng)模式之后檢測是否有用戶操作，當(dāng)用戶在操作時(shí)檢測是否進(jìn)行模式切換，如果沒有進(jìn)行模式切換時(shí)給控制單元發(fā)出操作指令，控制單元接受到指令后進(jìn)行解析，解析后向特定回路板轉(zhuǎn)發(fā)，回路板接受指令后解析，之后向子板發(fā)出指令，子板接收到后解析并執(zhí)行相應(yīng)操作，完成一次操作； 當(dāng)選擇自動(dòng)模式之后主控板巡檢各個(gè)回路板和子板，判斷是否能正常工作，如果有故障并將故障信息上傳給PC，需要人為進(jìn)行維修，如果所有的回路板和子板能正常工作，同樣將狀態(tài)信息上傳，給控制單元發(fā)操作指令，進(jìn)入工作狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的總線型智能照明方法，其特征在于，每個(gè)工作環(huán)節(jié)都是閉環(huán)工作方式，實(shí)時(shí)給PC檢測模塊反饋回路板U2以及子板U3工作狀態(tài)，當(dāng)檢測回路板或者子板有故障時(shí)將信息上傳給PC，提醒人們進(jìn)行檢修維護(hù)；在正常工作狀態(tài)下人體熱釋電紅外傳感器檢測到信號的同時(shí)光線強(qiáng)度不滿足預(yù)設(shè)值時(shí)開啟燈源。
【文檔編號】H05B37/02GK103781246SQ201410016984
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】齊曉龍, 李高清, 張藝馨, 趙智財(cái) 申請人:隴東學(xué)院