室内照明智能控制系统及控制方法与流程

本发明涉及一种室内照明控制系统，尤其涉及一种由室内光源系统和可控遮光系统相互配合实现的室内照明智能控制系统，同时也涉及相应的室内照明智能控制方法，属于智能家居技术领域。

背景技术：

当前，智能家居作为物联网在家庭中的典型应用，已经成为未来技术发展的主要潮流之一。室内照明智能控制系统作为智能家居系统的重要组成部分，也越来越受到人们的关注。目前，室内光照强度主要依赖室内人员手工控制、调整可控遮光系统(例如窗帘、百叶窗等)和室内光源系统(例如LED灯、白炽灯、日光灯等)来实现，即白天室外入射光线较强时，通过调整可控遮光系统来控制入射光以降低光照强度，当室外入射光线不能满足室内照明需要时，开启室内光源系统。但在实际生活中，由于太阳位置和光照强度随时间不断变化，且易受天气影响，要保持室内稳定的光照强度，需要频繁调整可控遮光系统和室内光源系统，仅仅依靠人工控制很难做到。而且，考虑到室外入射光线对较大室内空间的光照强度不均匀，以及室内不同区域的装饰和家具对光线的反射率不同等因素，要实现整个室内空间均匀采光的目标变得相对复杂，需要引入智能控制才能很好解决，而“人来灯亮，人走灯灭”的环保控制理念，也是当今智能家居的发展方向。

在专利号为ZL 201110056174.6的中国发明专利中，公开了一种室内照明强度控制方法和控制器。其中，该控制器包括通信模块，用于接收多个光照强度传感器采集的光照强度信息，以及将处理模块生成的光强控制信息发送给多个照明设备以实现对多个照明设备的光照强度进行控制；处理模块，与通信模块相连，用于接收通信模块发送的多个光照强度信息，根据光强控制算法和多个光照强度信息生成对多个照明设备的光强控制信息，并将光强控制信息发送至通信模块；控制模块，与通信模块和处理模块相连，用于控制通信模块和处理模块之间的信息交互。利用该技术方案，可以对多个照明设备进行控制、协调相互之间的关系、调整光照强度以满足室内照明需求。

另外，在申请号为201410215841.4的中国专利申请中，公开了一种室内照明控制系统和室内智能控制系统。其中，该室内照明控制系统包括：分控制器，通过无线通信方式与灯具组成自组织网络型的无线通信网络，用于与灯具进行通信；以及主控制器，通过有线通信方式与分控制器相连接，用于与分控制器进行通信。通过该技术方案，解决了现有技术中室内照明控制系统的组网形式单一而造成控制不稳定的问题，进而达到了对组网内的灯具控制稳定的效果。

技术实现要素：

本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种室内照明智能控制系统。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种用于上述室内照明智能控制系统的室内照明控制方法。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种室内照明智能控制系统，包括室内部分和室外部分，所述室外部分包括室外控制器和至少一个第一光照强度传感器，所述室内部分包括室内控制器、室内光源系统和可控遮光系统；

所述第一光照强度传感器感测室外的光照强度；所述室外控制器一方面与所述第一光照强度传感器连接以采样光照强度数据，另一方面与所述室内控制器连接以传送所述光照强度数据；

所述室内控制器连接所述室内光源系统和所述可控遮光系统，根据所述光照强度数据分别控制所述室内光源系统和所述可控遮光系统的工作方式。

其中较优地，所述工作方式包括单独使用所述室内光源系统控制照明；单独使用所述可控遮光系统控制照明以及混合使用所述室内光源系统、所述可控遮光系统控制照明。

其中较优地，进一步包括热释红外传感器，用于感测室内是否有人员活动。

其中较优地，当室内区域内有人员活动时，所述室内照明智能控制系统处于正常工作状态；当室内区域内没有人员活动时，所述室内控制器关闭所述室内光源系统，并向所述室外控制器发送待机信号，所述室外控制器进入待机状态，停止采样光照强度数据，直到再次收到所述热释红外传感器发送的激活信号为止。

其中较优地，所述室内照明智能控制系统进一步包括至少一个第二光照强度传感器，所述第二光照强度传感器位于室内房间天花板或墙壁上以感测室内的光照强度。

其中较优地，无线收发器、所述室外控制器和所述第一光照强度传感器并联，并由光伏电源供电。

其中较优地，所述无线收发器只在处于激活状态、室外光照强度大于预定阈值并且光照强度较上一次发射的数值变化足够大时，才发送光照强度数据到所述室内控制器。

其中较优地，所述室外控制器定期采样光照强度数据，仅当采样的数据与所述室外控制器中存储的数据之差大于预定阈值时，将该光照强度数据存储于所述室外控制器中取代存储的原数据，并将该光照强度数据发送至所述室内控制器。

其中较优地，在室内的不同区域分别安装多个光照强度传感器和热释红外传感器，配合分区控制的室内光源系统以及可控遮光系统，以实现各个室内子区域的单独控制。

一种室内照明智能控制方法，用在上述的室内照明智能控制系统中，包括如下步骤：

通过热释红外传感器感测室内是否有人员活动，如果无人则待机，如果有人则激活室内照明智能控制系统；

所述室内照明智能控制系统激活后，由室内控制器定时采样光照强度数据：当室外控制器发送的光照强度数据低于第一设定值T1时，室内照明通过调节室内光源系统实现，可控遮光系统关闭；当室外控制器发送的光照强度数据高于第一设定值T1而低于第二设定值T2时，可控遮光系统打开，并通过开启和调整室内光源系统辅助照明；当室外控制器发送的光照强度数据高于第二设定值T2时，关闭室内光源系统，通过控制可控遮光系统的打开程度实现光照强度控制。

其中较优地，当收到激活信号后，室外控制器定时采样光照强度数据：当采样的光照强度低于第一设定值T1时，可控遮光系统关闭，此时室外控制器仅需将首次采样到低于T1的值发送到室内控制器，此后如果信号一直低于T1则无需再次发送信号；当光照强度高于T1时，将该采样信号与室外控制器存储的采样信号进行对比，如果变化未超过阈值则下一采样周期继续采样，如果变化超出阈值则将新采样值存入室外控制器的存储器中以替代原有采样值，并向室内控制器发送该采样值；在室外控制器收到室内控制器发送的待机信号前，重复以上过程。

其中较优地，所述室内照明智能控制系统进行初始化时，

首先，在只采用室外光照明并完全开启可控遮光系统时，分别采样不同光照强度时室内外光照强度传感器数值，建立室内外光照强度的函数关系，并记录室内照明智能控制系统所需要的预设光照强度下的光照强度传感器读数；

然后，在完全使用室内光源系统采光的条件下，分别采样室内光源系统在不同功率下光照强度传感器的数值，建立光源功率和光照强度传感器读数的函数关系，并记录室内照明智能控制系统所需要的预设光照强度下的光照强度传感器读数。

本发明所提供的室内照明智能控制系统通过室内光源系统和可控遮光系统的有机结合，实现了室内光照强度的自动控制，可广泛应用于家庭、学校、办公室、厂房等室内场所的光照强度自动调节。该室内照明智能控制系统智能、环保、健康，有利于改善办公和居住舒适度。

附图说明

图1是本发明实施例中，室内照明智能控制系统的整体空间配置图；

图2A是本发明实施例中，室内照明智能控制系统的室外部分的结构示意图；

图2B是本发明实施例中，室内照明智能控制系统的室外部分的前视图；

图2C是本发明实施例中，室内照明智能控制系统的室外部分的后视图；

图3是本发明实施例中，室内照明智能控制系统的室内部分的结构示意图；

图4是本发明实施例中，室内照明智能控制系统的初始化过程流程图；

图5A是本发明实施例中，室内照明智能控制系统在工作状态下室内部分的工作流程图；

图5B是本发明实施例中，室内照明智能控制系统在工作状态下室外部分的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案展开详细具体的说明。

本发明所提供的室内照明智能控制系统是一个由光照强度传感器、室内控制器、无线收发器、室内光源系统、可控遮光系统、热释红外传感器等组件组成的控制系统。该控制系统通过室内光源系统和可控遮光系统的相互配合，实现室内光照强度的智能调节，进而实现室内采光均衡稳定、隐私保护、节能环保等功能。

图1是该室内照明智能控制系统的整体空间配置示例图。在图1所示的实施例中，该控制系统分为室外部分1，用于感测室外光照强度并将信号发送至室内控制器5；和室内部分，用于实现室内光源系统和可控遮光系统的自动控制。两部分之间通过有线或无线通信方式进行连接。其中，室内部分进一步包括位于天花板处，集成了光照传感器(例如光敏二极管等)和热释红外传感器的传感设备2、室内光源系统3、可控遮光系统4、室内控制器5。在本发明的不同实施例中，室外部分1优选嵌入室外墙壁或玻璃幕墙上以保持建筑物的整体美观。可控遮光系统4可由百叶窗或遮光布式的窗帘实现，并采用自动控制方式或手工机械方式渐变地调整室外的入射光线。室内控制器5负责整个室内照明智能控制系统的整体控制，其自带控制面板和无线接收器可实现手动调节和遥控调节。

图2A是本发明实施例中，室内照明智能控制系统的室外部分的结构示意图。其中，无线收发器21、室外控制器22和光照强度传感器23并联，并由光伏电源24供电。室外控制器22与无线收发器21和光照强度传感器23之间可进行通信，从而实现信号采集和设备控制。无线收发器21用于与室内照明智能控制系统的室内部分进行通信。光伏电源24由光伏电池板及蓄电池组成。考虑到房间的密闭性要求，有线供电和信号传输将对房间密闭性造成一定破坏，也会对建筑物美观性造成破坏，因此本发明中优选采用蓄电池实现无线收发器21、室外控制器22和光照强度传感器23的稳定供电，同时使用光伏电池板给蓄电池充电，并用室外控制器22控制无线收发器21与室内控制器5进行无线通信，从而使室外部分成为能够独立运转的子系统。

图2B是本发明实施例中，室内照明智能控制系统的室外部分的前视图，其包括光伏电源24和光照强度传感器23。在本发明的一个实施例中，两者处于同一平面，且外观颜色可保持与建筑物的外表面颜色一致。室外部分可以通过外置的支架固定于室外窗户附近，以测量室外光照强度。优选地，将其嵌入建筑物外墙表面或玻璃幕墙，以保持建筑物的外观美观。

图2C是本发明实施例中，室内照明智能控制系统的室外部分的后视图，其包括壳体26、无线收发器21、室外控制器22和固定支架27。该室外部分通过四个固定支架27固定在建筑外墙上，安装位置应尽量保证与室内部分的通信畅通，并且光照强度与对应房间的窗户相同。室外部分由光伏电源24供电，其中光伏电池板在光照良好的白天对蓄电池充电，以满足室内照明智能控制系统长期稳定的供电需求。由于室外部分可能位于非朝阳方向，导致光伏电源24产生的电能较少，无法满足频繁无线通信的电能消耗要求。因此当接收到来自室内控制器5的待机指令时、室外光照强度无明显变化时或室外光照强度不满足发送要求时，将不通过无线收发器21向室内控制器5发送无线信号，以节约电能。

在本发明的一个实施例中，为尽量减少对蓄电池的电力消耗，仅当接收到室内控制器5发送的激活信号后，室外控制器22才激活工作，工作时，室外控制器22可以设定为以1s、2s、5s、10s等时间间隔采样光照强度传感器数值，且仅当采样的数值与室外控制器22中存储的数值之差大于预定阈值时，将该数据存储于室外控制器22中取代存储的原数值，并将该数据通过无线收发器21发送至室内控制器5。

图3是本发明实施例中，室内照明智能控制系统的室内部分的结构示意图。该室内部分包括室内控制器5、室内光源系统3、可控遮光系统4、控制面板51、无线收发器52、光照强度传感器61、热释红外传感器62。其中，控制面板51、无线收发器52可以设置在室内控制器5上。光照强度传感器61、热释红外传感器62可以分开放置，也可以集成在图1中的传感设备2中。

室内光源系统3和可控遮光系统4既可以由室内控制器5实现自动控制，也可以实现手动调节，以防系统出现故障时无法调节光照强度。当需要实现室内照明的分区控制时，可在不同区域安装多个光照强度传感器61和热释红外传感器62，配合可分区控制的室内光源系统3以及各个窗户之间互相独立的可控遮光系统4以实现各个子区域的单独控制，以便在较大室内空间实现更好的光照平衡，并在人员离开对应的子区域时自动关闭该子区域光源以实现节能。无线收发器52用于接收来自室外控制器22发送的室外光照强度信号，并向室外控制器22发送控制指令。室内控制器5可以通过无线信号(例如红外、ZigBee、WiFi、蓝牙等)与手机、电脑等智能设备相连，以构成智能家居或智能办公的一部分。

在室内部分中，各个功能模块之间可通过有线或无线通信相互连接，并由室内控制器5实现整体控制。室内控制器5由普通电源或电池供电，且室内控制器自身带有无线收发器，用于接收来自室外控制器发送的信号并向室外控制器发送控制信号。室内控制器5通过有线或无线的方式接收光照强度传感器61和热释红外传感器62传送的信号，并向室内光源系统3和可控遮光系统4发送控制信号。在本发明的一个实施例中，一个或多个热释红外传感器62位于房间天花板或墙壁上，用以感测室内是否有人员活动，仅当有人员活动时才激活整个室内照明智能控制系统以实现室内光照强度的智能调节，否则关闭室内光源系统3并使整个室内照明智能控制系统处于待机状态，从而实现节能环保。

室内光源系统3可以由普通电源供电，并受室内控制器5控制，当室内区域光照强度不足时开启，当亮度需要改变时由室内光源系统3控制以实现线性平滑改变，防止出现阶跃变化以避免刺激眼睛。可控遮光系统(优选为百叶窗式窗帘)由电动马达驱动，室内普通电源供电，受室内控制器5控制，实现白天调节外部光线进入和夜晚保护室内隐私的功能。可控遮光系统4的室内一侧以折射率较高的浅色材料覆盖，当夜晚关闭时，可将室内光源系统3光线反射回室内以实现节能。此外可控遮光系统4应具有机械调整装置，以实现在断电情况下的手动控制。

在本发明的一个实施例中，整个室内照明智能控制系统可以预设办公、休息、多媒体播放等多种光照强度档位，通过控制面板或遥控装置选择不同档位以满足不同需求。此外，整个室内照明智能控制系统允许用户通过控制面板或遥控装置自定义不同的光照强度档位，并将信息存储于室内控制器5中，以满足用户的多样化需求。同时，还可允许通过控制面板、遥控装置或机械装置实现室内光源系统3和可控遮光系统4的手动开关和调节，以满足特殊情况下的需要。例如，当需要通过窗户观察室外情况时可手动控制可控遮光系统4打开，或需要临时改变室内照明时可手动调亮室内光源系统3或增加室外入射光线。

在本发明的另一个实施例中，一个或多个光照强度传感器61位于房间天花板或墙壁上用于感测室内环境光强度。为实现厂房、办公室等大空间光照强度的均匀性，可将光照强度传感器61应与室内光源系统3相配合使用，即每个光源或每个区域的光源与一个位于该区域的光照强度传感器相配合，以根据不同区域的光照条件实现智能分区控制。为防止光照强度传感器61被办公家具或人员等遮挡，优选地将其置于室内天花板上，且所处位置应避免被室内光源系统3直接照射以确保所检测到的光线为环境光线，而非光源直射光线。由于不同颜色和材料的家具和室内装饰对光线的反射率不同，因此在工作时光照强度传感器61检测的环境光强度不能真实反映工作平台的光照强度，需要初始化以建立检测的环境光照强度和实际工作平台光照强度之间的关系，从而实现准确的光照强度控制。

图4是本发明实施例中，室内照明智能控制系统的上述初始化过程流程图。由于光照强度传感器61所感测到的光照强度数据并非工作平台的实际光照强度，因此不能直接根据传感器读数调节光照强度，需要建立传感器读数和工作平台光照强度之间的关系。室内控制器5可以提供自定义的档位设置功能，在首次应用前进行初始化，以便预设所需的光照强度档位。如图4所示，分别获得单独使用室外入射光采光和单独使用室内光源采光情况下，满足工作平台光照强度的光照强度传感器读数与室外光照传感器和光源功率之间的函数关系。首先，在只采用室外光照明并完全开启可控遮光系统时，分别采样不同光照强度时室内外光照强度传感器数值，建立室内外光照强度的函数关系，并记录室内照明智能控制系统所需要的预设光照强度下的光照强度传感器61的读数。然后，在完全使用室内光源系统3采光的条件下(例如在夜间)，分别采样室内光源系统3在不同功率下光照强度传感器61的数值，建立光源功率和光照强度传感器61读数的函数关系，并记录室内照明智能控制系统所需要的预设光照强度下的光照强度传感器61的读数。

在本发明的一个实施例中，假设通过采样的数据得到的室内外光照传感器函数关系、室内光源功率和光照强度传感器读数之间的关系为近似线性关系，则可用如下方法建立控制函数：

仅用室外光线采光时，采样光照强度传感器读数为R_O1、R_O2、…，对应的光照强度传感器61读数为R_I1、R_I2、…，则可获得室内外传感器函数关系为R_I＝α₁R_O，并记录工作台光照强度舒适时的光照强度传感器61读数D₁。仅用室内光源采光时，光源功率为P₁、P₂…，对应的光照强度传感器61读数为R_I1、R_I2、…，可获得室内光源功率和光照强度传感器读数之间的函数关系为R_I＝α₂P，并记录工作台光照强度舒适时的光照强度传感器61读数D₂。初始化结束后可知，当在室外光线充足时仅需要通过调整可控遮光系统4使光照强度传感器61读数保持D₁，或夜间完全依赖室内光源时，仅需通过调整光源功率使光照强度传感器61读数保持D₂，即可使工作台照明稳定在较为舒适的状态。当室外光线不足，需要室外光照和室内光源相配合时，根据光照强度传感器读数R_O可知室外入射光对应的光照强度传感器61读数为α₁R_O，与工作平台适宜的光照强度之差为(D₁-α₁R_O),该部分由室内光源补充，根据比例关系换算后为由此可知此时室内光源系统3应调整功率为：

$P=\frac{D_1-{\mathrm{\α}}_1{R}_O}{D_1}\frac{D_2}{{\mathrm{\α}}_2}$

即此时光照强度传感器61数值应保持为

对于较大室内空间的分区光照控制，也可采用上述方法对控制系统进行分区初始化，建立智能光照控制的函数关系。需要说明的是，本发明实施例所提供的控制函数并不限于以上所述的线性函数关系，还可以是其他更复杂的控制函数关系。

图5A是本发明实施例中，室内照明智能控制系统在工作状态下室内部分的工作流程图。首先，启动整个室内照明智能控制系统，启动后通过热释红外传感器62感测室内是否有人员活动，如果无人存在则系统待机，等待热释红外传感器62的信号。当热释红外传感器62感测到有人员存在时激活室内照明智能控制系统，室内控制器5定时采样光照强度传感器61信号，并通过无线收发器向室外发送激活信号。当室外控制器22发送来的光照强度数据低于第一设定值T1时(T1为完全关闭可控遮光系统4的阈值，此时室外光照强度很低处于黄昏、黑夜或严重阴天等情况)，室内照明将完全通过调节室内光源系统3实现，且为保护室内人员活动的隐私此时应完全关闭可控遮光系统4，增加室内光线反射，节约电能。当室外发送来的光照强度数据高于T1而低于第二设定值T2时(T2为开启室内光源系统3的阈值，此时仅靠室外光线不能满足室内光照强度要求)，可控遮光系统4完全打开，并通过开启和调整室内光源系统3辅助照明。当室外发送来的光照强度数据高于T2时，此时仅靠室外入射光线即可满足室内光照要求，通过控制可控遮光系统4的打开程度调节入射光线，实现光照强度控制。作为失效保护，当窗户被其它物体遮挡时，也会根据光照强度传感器61数值启动室内光照系统。在收到新的室内外光照强度变化的信号前，室内照明智能控制系统保持调整后的状态。当热释红外传感器62感测到区域内没有人员后，则室内控制器5完全关闭室内光源系统3，并通过无线收发器向室外控制器22发送待机信号，然后室外控制器22也进入待机状态，停止采样室外的光照强度数据，直到再次收到热释红外传感器62发送的激活信号为止。

图5A是本发明实施例中，室内照明智能控制系统在工作状态下室外部分的工作流程图。室外部分开启后处于待机状态，等待接收室内控制器5发送的激活信号。当收到激活信号后，室外控制器22开始定时采样光照强度传感器的信号。当采样的光照强度低于阈值T1时，此时室内的可控遮光系统4将完全关闭，室内照明完全依赖于光照强度传感器61和室内光源系统3的配合，因此室外控制器22无需不断向室内控制器5发送光照强度信号，仅需首次采样到低于T1的值发送到室内控制器5，此后如果信号一直低于T1将无需再次发送信号。当光照强度高于T1时，将该采样信号与室外控制器22存储的采样信号进行对比，如果变化未超过阈值则下一采样周期继续采样，如果变化超出阈值则将新采样值存入室外控制器22的存储器中以替代原有采样值，并向室内控制器5发送该采样值。在室外控制器22收到室内控制器5发送的待机信号前，一直重复以上过程。

综上所述，本发明提供了一种室内照明智能控制系统，包括室内光源系统3，用于室内光照不足时提供补充照明；可控遮光系统4，用于控制从室外进入室内的光照强度和保护室内隐私；热释红外传感器，用于感测室内是否有人员活动；一个或多个光照强度传感器，用于感测室内或室外的光照强度；室外控制器22，用于定时采样和记录光照强度传感器信号，并将符合发送条件的信号通过无线收发器发送至室内控制器5；室内控制器5，该控制器为整个室内照明智能控制系统的主控制器，具有基本的逻辑运算、数值运算、数据存储等功能，用于采样和记录光照强度传感器61的信号，并接收室外控制器22发送的无线信号，判断、计算和控制各功能模块的工作状态，以使室内光照强度达到所要求的水平；室外电源系统，采用蓄电池与光伏电池板相结合的方式实现对光照强度传感器、室外控制器和无线收发器的长期稳定供电；室内电源系统，可采用民用电源或电池供电方式，以实现对光照强度传感器61和室内控制器5的长期稳定供电。

在本发明的实施例中，上述室内控制器5和室外控制器22可以由单片机实现，室内光源系统3可以由LED光源实现。当前，用于自动控制系统的主流单片机已经发展到32位、主频超过300MHz，与单片机配套的嵌入式系统开发也已经相当成熟。节能、环保、易于数字控制的LED光源也成为未来发展方向。这些技术的发展都为本发明所提供的室内照明智能控制系统的广泛应用提供了基础。通过合理的硬件搭配和软件开发，实现复杂的室内光照智能控制，提高办公和家居环境的舒适程度，必然得到广泛应用。

上述室内照明智能控制系统，在正常使用过程中根据室外光照条件分为单独使用室内光源系统控制照明、单独使用可控遮光系统控制照明以及混合使用室内光源系统、可控遮光系统控制照明的三种工作方式。室内控制器将根据室内、外光照强度传感器的读数判断采用哪种工作方式，以便调整可控遮光系统4，利用室外入射光满足室内光照，仅当室外入射光无法满足需要时才启用室内光源系统3辅助照明。当夜晚或室外光照强度低于某一预设阈值时，将完全关闭可控遮光系统4，以保护室内隐私。

另一方面，上述室内照明智能控制系统配置多个光照强度传感器，以对多个窗口和室内不同区域的光照强度进行精确测量，并配合可分区控制的室内光源系统3和可控遮光系统4，实现室内照明的分区控制。利用安装在室内部分的热释红外传感器，仅当所在区域内有人员活动时，才激活上述室内照明智能控制系统，当人员离开时，室内控制器5将关闭光源并停止采样室内光照强度，室外控制器22将停止采样室外光照强度和发送信号。

本发明所提供的室内照明智能控制系统通过室内光源系统和可控遮光系统的有机结合，实现了室内光照强度的自动控制，可广泛应用于家庭、学校、办公室、厂房等室内场所的光照强度自动调节。该室内照明智能控制系统智能、环保、健康，有利于改善办公和居住舒适度。

上面对本发明所提供的室内照明智能控制系统及控制方法进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。