照明控制系统的制作方法

照明控制系统的制作方法
【专利摘要】一种控制系统(46)，控制至少第一(54)和第二(54)独立可控LED灯构件的操作。所述控制系统(46)包括多个电气部件可被安装于其上的框架构件(66)，以及至少一个输入端口(78)，用于接收电源(126)和能够发送指令信号到第一(54)和第二(54)LED灯构件中的至少一个的指令信号源中的至少一个。第一驱动器构件(96)被提供用于传导功率来输送经调节的DC功率到第一LED构件(54)。第一驱动器到框架连接器(483)可移动地耦合第一驱动器构件(490)到框架构件(66)。
【专利说明】照明控制系统
[0001]发明

【技术领域】
[0002]本发明涉及照明控制系统，且更具体地，涉及特别适用于DC电流驱动器照明系统(例如LED灯)的照明控制系统，。
[0003]发明背景
[0004]有几种类型的建筑照明系统在广泛使用。白炽灯照明系统目前被广泛使用。在白炽灯内AC电流流过真空灯泡内的灯丝。灯丝炽热并散发出光。
[0005]白炽灯灯泡在其烧热时也具有缺点，且当和荧光灯相比较时在功率使用上是低效的。因为固有的低效率，白炽灯泡都落入冷遇。
[0006]另一种流行的照明系统采用荧光灯系统。荧光灯系统采用气体填充的密封管。通过使电流通过气体，使该气体炽热，从而散发光。荧光灯，尽管很流行，也具有缺点。荧光灯引起健康和/或环境问题，因为荧光灯典型地含有剧毒的并造成环境危害的汞。
[0007]另一种困难是大多数荧光灯所发出的光是非常“冷”(红色)的光，这种光尽管能很好地照亮空间，但不包含白炽灯泡的温暖色调。进一步地，与白炽灯不同，荧光灯不能很好地适应提供可变光输出，例如可通过没有额外电路(其对灯泡的成本具有显著的影响)的调光器实现。
[0008]值得注意的是AC电流通常用于驱动存在于家庭和商业建筑的白炽灯和荧光灯。因为这些灯的流行，多数建筑物被设计为具有由电力公司输送到建筑物或构筑物的120伏AC电流。在美国，所输送的电流随后在构筑物中被分布为120伏AC电流(在某些情况下，240伏AC电流)。在建筑物内，120伏AC电流通过耦合到白炽灯或荧光灯泡的电线直接输送到室内，从而给灯泡供电。这种安排运作良好，因为白炽灯和荧光灯泡最好用这样的AC电流驱动，至少在美国。
[0009]除了如上所讨论的白炽灯和荧光灯泡，存在使用于某些应用场合的其它灯泡，例如汞蒸气灯泡、金属卤化物以及其它灯泡。这些灯泡也用交流电流驱动。
[0010]另一个日益流行的灯泡类型是“LED灯泡”，因为该光源主要包括发光二极管或LED。LED灯泡正在获得青睐，因为它们能够提供大量的光，并且通常具有相当长的寿命。不过，可能LED灯的最可取的特征是它们以非常低量的功耗提供大量的光，并且因此，非常高效，并且运作便宜，因为它们相比白炽灯或荧光灯泡需要少得多的功率。一些估计表明，即使以较高的初始采购成本，采购和运作LED灯的成本将显著低于白炽灯泡，并且和荧光灯泡差不多。
[0011]目前，存在能够被用于传统住房系统和建筑系统内的LED灯泡。例如,存在有可被螺纹接合到当前容纳白炽灯泡的那种类型螺纹灯泡插座的螺纹底座的LED灯泡。
[0012]当和多数白炽灯或荧光灯泡相比较，在LED灯灯泡操作方式上存在显著区别，因为LED灯泡往往是由DC电流来驱动，而非AC电流。为了适应这种情况，目前现有的LED灯泡往往不仅含有灯泡构件(其可以包括从一个到大量多个单独的LED灯泡)，也含有驱动器构件。所述驱动器被提供用于将交流转换为直流，以便灯泡可以通过直流供电。
[0013]使用这种含驱动器的LED灯泡的一个困难是它们更换很昂贵。因为当前“插入AC灯插座”型LED灯泡包括灯泡和基于芯片的驱动器，灯泡的价格反映的不仅是灯泡的成本也有驱动器的。 申请人:已经发现灯泡和驱动器常会具有不同的使用年限。然而，因为灯泡和驱动器被组合在一个不可分割的单元内，具有最短使用年限的元件的使用年限通常支配着该组合设备的寿命，因为，例如，当驱动器烧坏时，驱动器和灯泡必须作为一个单元来更换。一个额外的问题涉及到单元的灵活性，因为驱动器和灯泡被组合。
[0014]因此，本发明的一个目标是提供一种改善自当前已知设备的灯设备。
[0015]发明概述
[0016]根据本发明，一种控制系统被提供用于控制至少第一和第二独立可控的LED灯构件的操作。所述控制系统包括其上可安装多个电气部件的框架构件，以及用于接收电源和指令信号源中的至少一个的至少一个输入端口，该指令信号源能够发出指令信号给所述第一和第二 LED灯构件中的至少一个。第一驱动器构件被提供用于传导功率以输送经调节的DC功率给第一 LED构件。第一驱动器到框架连接器将所述第一驱动器构件可移除地耦合到框架构件。第二驱动器构件调节功率以输送经调节的DC功率到所述第二 LED构件，以及第二驱动器到框架连接器将所述第一驱动器器构件可移除地耦合到框架构件。第一外部输出端口被耦合到第一驱动器，以及第二外部输出端口耦合到第二驱动器。第一多通道导电体被耦合到第一外部输出端口以输送经调节的DC电流到第一 LED灯构件；以及第二多通道导电体输送经调节的DC电流到第二 LED灯构件。
[0017]本发明的一个特征是其包括DC电流输送系统，其中DC电流被输送到驱动器，且DC电流随后从所述驱动器传导到远离驱动器的灯泡和/或传感器。这种利用来自一路传导通过驱动器和灯泡系统的DC源的DC电流具有若干优点。一个优点是其使得布线更加简单且潜在地更廉价。因为低DC电流被传导，人们可以使用更便宜的导线并且通过避免由需要专门的电工来安装布线所强加的成本来使用更廉价的劳动力。许多建筑规范允许低电流DC导线由非专业人士安装于房屋内，这样电工不是必需的。
[0018]使用DC电流的另一个特征是DC电流不仅非常能够承载电功率，也能承载驱动器和远处灯泡之间的通信信号。这些通信信号可包括诸如与能够报告和感测灯泡附近区域内的状况的传感器的通信信号，并通过DC电路将该信息传达回来，既传到驱动器也从该驱动器传达到可能包括计算机电路和附带软件的中央控制单元。
[0019]本发明的另一个特征是所述驱动器与灯泡独立地更换，并且位于便于服务的位置而非在灯具内。这个特征提供了增强的可靠性、更低的成本、以及更佳的灵活性。
[0020]对于增强的成本效益，用户能够与灯泡独立地更换驱动器往往会延长系统的寿命，且导致更低的替换成本。因为驱动器和灯泡常具有不同的使用寿命，当驱动器和灯泡被耦合到一起时，驱动器和灯泡中任意一个的故障都会迫使用户更换驱动器和灯泡两者。在逻辑上，这样会将组合的驱动器和灯泡的使用期限降低为最短的使用寿命构件的使用寿命。不过，通过使得驱动器和灯泡分离，人们可以在灯泡在驱动器之前烧坏时更换灯泡，而不必被迫更换驱动器。反之亦然，因而降低更换成本。
[0021]此外，因为本发明允许单个驱动器控制多个灯泡，驱动器和灯泡的组合的前期采购成本具有低于先前技术(其中每个灯泡(或每个成组的一组灯泡)需要单独的驱动器)的潜力。
[0022]本发明的照明系统的另一个优势涉及灵活性。例如，因为无驱动器LED灯泡相比含驱动器LED灯泡更廉价，人们可以更便宜地更换灯泡。随着新的、更高效率发光技术被开发出来，它们可以被替换掉而无须更换驱动器构件。
[0023]本发明的另一个附加特征是可以使用5类线，其既安装廉价，且又不仅能够在驱动器和灯泡或传感器之间输送功率，也能在驱动器和传感器产品之间输送信息。此特征有助于降低照明导线的安装成本的优势，并且也使得照明导线不仅运送电流，也在驱动器和传感器产品或其它室内部件之间运送信号信息。
[0024]当查阅如下所示的附图和详细描述时，本发明的这些以及其它特征和优势对那些本领域的技术人员来说将变得显而易见，附图和详细描述代表由 申请人:目前所理解的本发明的实践的最佳模式。
[0025]附图的简要描述
[0026]图1为示出本发明的电气照明和控制系统的示意图；
[0027]图2为涉及图1的图例，其示出用于指示图1的各种连接器的代码；
[0028]图3-3D为可被用于与本发明连接的各种灯具装置和传感器选项的示意图；
[0029]图4为本发明的驱动器转换面板的示意图，其包括可替换的模块调光和转换方块，以太网控制和配置开关，以及允许线缆耦合到开关盒的多个端口或插头；
[0030]图5为照明接线箱的示意图，其包括一对照明配电模块66(LPD)和以太网上功率(power over Ethernet) (POE)模块；
[0031]图6为控制器的示意图，例如能够接收来自多个输入源118-126的输入并能够提供输出给多个输出源(例如驱动器模块90、驱动器方块112和灯具装置)的区域控制器66 ；
[0032]图7为包括模块202和配电单元(PDU)203的配电模块系统200，配电单元203具有含与该模块连接的连接器的底板204的示意图。配电模块200包括阐明照明度控制219 (位于通信总线214的下方)和故障保险控制电路(也是作为照明度控制219的组件的一部分)的模块化的两个配电模块系统架构之一 ；LED功率管理电路包括负载输出限制调整器电流207、电压输出调整器电流205、脉宽调制器(PWM)斩波器210，207、205、210、221 Vout (电压输出)传感器以及用于智能方块模块设计的通信总线214，在该设计中电流管理和脉宽调制器(PWM)调节在负载模块202内完成；
[0033]图8为示出模块220和具有底板224的配电单元(I3DU) 223的第二系统架构系统218的示意图。在此架构中负载模块220的PWM(功率宽度调制)输出被直接从PDU底板电路226和电压输出电流229控制，并且只有电流或电压控制电路228被包含于负载模块220内，从底板I3DU 224处理器为每个附连的负载模块220发送电流或电压调整信号；并且也示出输出端子216到LED灯具以及输入端子217 ；
[0034]图9为示出模块234和具有底板240的配电单元(PDU) 238的备选配置系统230的示意图，其中除了端子233、配电单元(TOU)底板之外，到前往LED灯具的现场电线的引线端子232被直接定位于负载模块234上，以便在使用5/6/7类线时提供便利；以及也示出包括电压输出调整器235和安装于底板上的主脉宽调制器的电流，以及安装于模块234上的DC-DC模块电流239 ；
[0035]图10为现有技术的LED灯具的示意图；
[0036]图11为本发明的LED灯具的示意图；
[0037]图12为本发明的LED灯具的备选实施例的示意图；
[0038]图13为可用于本发明的典型、现有5类电缆的示意、局部剖视图；
[0039]图14为根据本发明的教导构造的示例性配电模块的示意图；
[0040]图15为示出本发明的平台的示意图；
[0041]图16为包括本发明的智能接口块的端口连接器到设备连接器的示意图；
[0042]图17为本发明的模块化平台的备选实施例的示意图；
[0043]图18为本发明的恒流LED驱动器的示意图；
[0044]图19为具有本发明的通信总线连接的恒流LED驱动器的示意图；
[0045]图20为本发明的恒压LED驱动器的示意图；
[0046]图21为能够根据电源电压进行调整的自调整光功率输出构件的示意图；
[0047]图22为能够根据电源电压进行调整的自调整光功率输出构件第一备选实施例的示意图；以及
[0048]图23为能够根据电源电压进行调整的自调整光功率输出构件第二备选实施例的示意图。
[0049]详细描述
[0050]在本发明中，照明系统包括由直流(DC)供电的灯泡构件。所述DC驱动灯泡较佳地是LED类型灯泡。
[0051]驱动器远离灯泡，且较佳地位于集中化或区域化的驱动器中心。通过集中化，可以假想中央驱动器库，其控制特定的建筑物或空间内所有的各种照明系统。通过区域化，可以涉及驱动器组或群的集合，其会控制一组灯或类似物。例如，可能有控制厨房或房屋的第一层内的所有照明的区域驱动器群，和控制一个卧室内的所有照明灯具的第二区域群。
[0052]提供一种控制机构，其控制输送到驱动器和灯泡的功率，并且附加地执行通信功能使得通信可发生于驱动器、灯泡、和/或置于驱动器(其可邻近灯泡放置)远程的传感器之间。
[0053]在本发明的另一实施例中，提供一种电气系统，用于住宅或商业建筑。所述系统包括AC或DC输入的至少一种。AC输入可包括到负载中心的正规、公共事业输送的AC电流，例如建筑内的断路器阵列。DC输入可包括DC电流发生源，例如太阳能电池板、外部电池、直流发电机、风力或任何其它DC电流源。
[0054]DC电流也通过照明保护子面板被馈送到断路器或负荷中心内。从负载中心出来的电流被驱动到充电控制器。充电控制器基本包括具有在AC电路中转换AC电流为DC电流的能力的充电器。充电控制器随后输出其电流到电池存储阵列，该阵列较佳地包括48伏电池存储阵列。48伏电池存储为较佳的，因为较高电压的电池允许电流能够通过较细的导线传导较长的距离。
[0055]来自电池存储的输出被馈送到DC断路器。DC断路器提供一种形式的短路保护，且位于在其中它们能履行其预期功能的位置。应当指出的是DC电流被输送自电池存储且从电池到达系统内所有其它的下游点。
[0056]电流随后被输送到中央或区域化的驱动模块集合。驱动模块可包括两个基本组件。第一组件为“大脑组件”，其包括软件、固件、电路或它们的一些组合，其处理电流并控制电流以执行特定功能。“大脑控制器”的下游是提供各种控制功能的功率控制器。控制器/驱动器模块的下游为灯泡或传感器。
[0057]附加的模块类型提供多种扩展能力，包括:通信总线扩展，输入传感器，输出继电器，温控器，安全，设备感测与控制，泵电机控制，电能监测和断路器控制。
[0058]重要的是要注意，在控制器和灯泡和/或传感器之间的配线优选为二类或其他适当的DC导线，如通常用于以太网网络的5类(Cat 5)电缆。由于其特殊性质，大多数建筑规范允许5类电缆由没有任何电工证的人安装。此外，控制器驱动器的输出和灯泡的输入可用5类插头插座附接，所以可以使用5类插头。5类连接器也被称为RJ45或以太网连接器。
[0059]现在转到图1，设备10的示意图被示出。设备10既包括DC输入12系统也包括AC输入14系统。在如图所示的设备10中，DC输入12包括多个太阳能电池板16。当然，其它DC输入可以采用，例如电池38或风能产生的能量。太阳能电池板16将它们的电流馈送到照明保护子面板20中。照明保护子面板20保护电路的其余部分免受雷击和其它能损坏电路的冲击电流。照明保护子面板20随后引导DC电流进入负载中心24，其较佳地包括DC断路器系统或类似系统。由于来自太阳能电池板的电流负载，所采用的导体19、21、23是能够在屋内传导120V或240V AC电流的那种类型的重负荷电线导体。
[0060]现在转到图2，所示图例说明设备10中所采用的导体的类型。其应注意的是，为特定连接所选择的导体类型在很大程度上依赖于该导体所传导的电流量。
[0061]AC输入系统包括基于正常公共事业的输入线26,其通过电表30馈送电力。电表30被设计用于净计量，因为有可能太阳能电池板16可以输送超额供应的电力给设备10，从而使得电力被输送并出售“回馈给电网”，以抵销从电网“购买”的电量。AC输入电力也被引导到负载中心24，其包括电路断路器面板或类似物。
[0062]来自负载中心24的电流被引导通过导体25进入充电控制器34。充电控制器34具有两个主要用途。一个用途是冲击保护。如此，充电控制器34有助于确保在不存在显著的尖峰或类似危险产物的条件下，流出自负载中心24的电流通过导体37被输送到电池阵列38 (其为充电控制器34的下游)。
[0063]充电控制器34的第二个功能是作为变压器，用于将公共事业输送的AC电流转换为用于给电池38充电的DC电流。来自充电控制器34的电流随后被弓丨导到电池阵列38，其较佳地包括48伏电池阵列38。电池阵列38被提供用于存储电力，并输送基于DC的电力给照明电路。电池存储阵列38应被设计成输送平稳、完美的电流给系统中的下游部件来确保没有尖峰或可能损害下游组件的其它不规则或产物。可采用适当的滤波器来帮助这种平稳的电流输送。
[0064]电池38将其输出电流输送到一个DC断路器42或DC断路器42阵列内。DC断路器42承担冲击保护功能。例如，DC断路器42可能具有一个输入(类似于断路器)、或更可能的多个输出，其中一个输出被引导到这里所示的电力分配模块系统的每一个，如第一 46、第二 48以及第三50配电模块，这些系统用于最终输送电功率给电气LED灯具，或其它设备，例如连接到系统的传感器。
[0065]在附图中，模块系统46、48、50被示出为包括“区域模块系统”，其中特定建筑物或构筑物具有多个模块系统46-50。每个模块系统46-50可管理构筑物上特定区域内的特定的一组灯。如上所讨论的，中央模块系统可被用于控制房屋内所有的各类灯，而非被用于图I内所示系统内的区域模块系统46-50。
[0066]优选地，模块系统46-50仅以DC电流工作，且能够往来灯54输送充足的DC电流(图1)来使灯54执行其预定的功能，同时还使用户能够使用数据通信线缆58，例如5类电缆，而不是重负荷电缆。
[0067]5类线缆58不仅包括配电能力，也包括信息通信能力。在这方面，应当指出附图(图1)中所示的三个模块系统46、48、50通过LAN 62彼此连通地耦合到一起。
[0068]现在转到图6，控制器模块46被以更详细细节示出。控制器模块46包括几个部件。最高级别元件是控制器66，其也在图4和5中示出。控制器66包括电路，且包括能够接收传感器输入的小型计算机。控制器66包括既能够接收传感器输入也能够提供指令输出的电路。控制器66可以是软件驱动或可替换地，可以是硬件或固件驱动。
[0069]控制器66包括多个输入端口，包括第一 70、第二 72、第三74、第四76、第五78输入端口，用于从各种输入源86接收和交互数据。控制器66也包括多个输出端口。在如图6所示的实施例中，输出端口包括第一输出端口 80和第二输出端口 82。输出端口 80、82主要被设置用于从控制器66向第一 88和第二 99配电模块提供功率和通信。
[0070]控制器66与多个配电模块(如88、90)通信。控制器66实际为处理器，其潜在地可具有与人们可在当前生产的PDA、平板或智能手机中所见的处理能力类似水平的处理能力。控制器66提供用于操作系统的控制算法。因此，控制器66能够被编程，并执行程序，以提供适当的输出。这个输出例如被提供给配电模块88、90。
[0071]每个配电模块88、90典型地包括一系列处理芯片(未示出)，处理芯片能够执行功能，诸如调节馈送到驱动方块94的功率，例如脉宽调制功率调节。功率调节器包括电容和电感。可用于配电模块88、90的另一种芯片是脉宽调制芯片。脉宽调制芯片提供脉宽调制协调给多个方块94和/或光源54，使得脉冲启动时间可以错开。优选地，脉宽调制芯片可操作于I和24通道之间的某处，以提供信息给I个到24方块94和/或设备54之间。
[0072]人们可能会在配电模块88、90中发现的第三种类型的芯片是用于调整由方块94产生的电流电平的数字电位器。再一种类型的芯片为模拟到数字输入，其用于检测信息(诸如由可被置于灯泡54附近的温度传感器93感测到的温度)或感测方块94内的其它内部条件。
[0073]来自配电模块88、90的电信号连同电功率随后被驱动到驱动器方块94。从驱动器方块94，功率随后被供应给灯54。
[0074]一个控制器66能够驱动多个配电模块88、90。这些多个配电模块可包括如，250个配电模块。每个配电模块88、90典型地能够应对I个到24个分配方块94。这些分配方块94可管控一个特定LED灯的动作，或一 “组” LED灯。在这方面，应注意的是LED组装可包括含于单个外壳内的多个(例如15)独立LED灯泡来形成被画成一个单元的单个“组件”。
[0075]在如图6所不的实施例中，第一配电模块88被不为对包括第一 96、第二 98、第三100和第四102驱动模块的四个驱动模块(方块)供电并与之通信。第二配电模块90被示为也对包括第一 106、第二 108、第三110和第四112驱动模块的四个驱动模块(方块)供电并与之通信。驱动方块96-112被提供用于确保配电模块88、90的输出适合于由方块驱动的特定设备、灯等。驱动器88、90包括从电池取得功率并发送功率到LED的电子设备。它们将来自电池的电压放大或降低到适于特定LED的正确水平，且也控制可以输送的电流量。驱动器也可包括耦合到用户接口的电子设备来允许用户控制对LED的操作。驱动器具有来自电池DC电源的正极和负极输入和到达LED的正极和负极输出。
[0076]为特定应用选择的LED驱动器应与电源和驱动器90、94所驱动的LED都配合良好。例如，5瓦LED灯将与30瓦灯需要不同类型的输出。此外，通过电路的选择，驱动器方块96-112可包括诸如放大器或调压器以提供比馈送到输入端相对更大的输出量。
[0077]在这方面，关于LED电路的操作的进一步信息可收集自各种参考来源，包括，最方便地，维基百科。
[0078]如最佳示于图6中，将会注意到的是示出了控制不同数量的灯的各种驱动器方块94。例如，驱动器方块102、110和112各自控制一对灯54a。在实践中，每对灯可代表一组两个或更多灯，或替换地，可包括几组灯。
[0079]驱动器方块96和100被示为控制单个灯54b，或单个灯组；驱动器方块98被示为控制三个灯组54c ;以及驱动器模块106被示为控制五个灯组54d。
[0080]如上所述，由特定驱动器方块所控制的灯54或灯组的数量是可变的，取决于用户的需求与愿望。通常，每个驱动器方块94通常能够控制I个到24个不同的灯，或灯组。如本文所用，“灯组”用来表示被连接在一起的多个独立灯泡，以便从单个、公共源驱动功率和它们的通信信号。
[0081]此外，多个输入设备86可被附加到控制器66来管控控制器66的动作。这些输入设备88可包括诸如使得人们可打开或关闭灯54的开关以及使得灯和控制器向更复杂的方向发展的键盘。进一步，更复杂的输入设备如iPad、iPhone、智能手机、PDA和计算机也可理论上通过输入端口 70-78被耦合到控制器66。通过这些计算机和类似计算机的输入设备86，用户可编程各种功能到控制器66，其随后可通过配电模块88、90和驱动器方块96-112通信到灯54，来使得灯54执行用户所期望的功能。
[0082]馈送到控制器的附加输入类型包括传感器输入，例如传感器99。传感器99输入包括从传感器接收到的输入，传感器通常被置于建筑物内接近灯的区域。这些传感器99可包括诸如运动传感器、光传感器、温度传感器、接近传感器，声音传感器和相机传感器。
[0083]在图6中，多个不同的输入设备86被不为f禹合到用于将输入设备86 f禹合到控制器66的相应输入端口 70-78。图6中所不的特定的输入设备包括第一输入设备118,其可说明性地作为使得用户可以打开或关闭电灯的开关。第二输入设备120较佳地包括高度复杂的编程输入设备，例如IPad、PDA、智能手机或允许用户将各种不同类型的指令编程到控制器66的计算机。
[0084]第三种输入设备122被示为较佳地是简单指示命令编程设备，例如键盘，用户可通过键盘编程有限的指令到设备，或提供“锁定/解锁”命令给他的控制器，使得控制器可被锁定以避免来自未授权源的指令输入，并且也可被“打开”来允许授权人士插入指令到设备中。
[0085]第四种输入设备124被示为第一传感器，其可包括传感器如运动传感器、光传感器、温度传感器、接近传感器、声音传感器和/或相机传感器之类的传感器。第五种输入设备126也是类似于传感器124的传感器，但较佳地是提供来自不同位置的信息的传感器，或替换地，提供不同类型的输入的传感器，例如传感器124作为运动传感器来提供关于传感器附近区域内的运动的信息，而传感器126可以是相机传感器。
[0086]现在转到图7，示出配电模块200的示意图。配电模块200包括模块202和具有底板204的配电单元203。底板204具有模块202所连接的连接器。配电模块200包括两个配电模块系统架构(其帮助演示照明度控制219的模块化)中的一个。照明度控制219位于通信总线214之下。故障保险控制电路也是充当照明度控制219的组件的一部分。LED功率管理电路包括负载输出限制调整器207、电压输出调整器电路205、脉宽调制器(PWM)斩波器210，也被提供为负载模块的一部分。这些部件也同电压输出传感器221和通信总线214 —起包含于负载模块中。负载模块202包括智能方块模块设计,其中电路管理和脉冲开关调制调光在负载模块202内实现。
[0087]第二系统架构218见于图8。与图7所示的配电单元203相比，图8具有在负载模块220内的较少组件，以及位于背板224上的较多组件。
[0088]配电单元223包括在背板224内的模块220。在这种架构中，直接从配电单元背板电路218以及电压输出(Vout)电路229控制负载模块220的功率宽度调制输出。只有电流或电压控制电路228被包含于负载模块220中，其中从背板224处理器对每个附连的负载模块220发送电流或电压调整信号。此外，图8示出输出端子216的存在，连接器可被连接到输出端子以便将配电单元203的输出连接到LED灯具。进一步，输出端子217被示出。
[0089]也将被注意到的是，输出端子209和输入端子211也在如图7所示的设备203上被提供。
[0090]图9示出备选配置系统230的示意图，其包括模块234和配电单元238。配电单元238包括背板240，其中到前往LED的现场电线的引线端子232被直接定位于负载模块234上。此外，输出端子233被装载于背板240上,如输入端子241 —样。
[0091]使用两个不同的输出端子给单元增加了额外的便利，以提供另一种类型的插孔(jack)，该插孔可用于与通常所用5类、6类或7类线的接线和插孔不同的接线和插孔。
[0092]图9也示出电压输出适配器235和主脉宽调制电路236，以及输入端子241。输入端子241和主脉宽调制电路236也被安装于背板240上。所述电路进一步包括安装于模块234上的DC-DC模块239。
[0093]尽管示出五个传感器耦合到控制器，可提供更多数量的输入设备，或在这方面，可提供更少数量的输入设备。此外，图6所示的输入设备的特定“混合”仅用作说明并且可以依据系统用户的特定需求和目标而大范围变动和改变。
[0094]从宽泛的角度，本发明的传感器控制系统使得用户可以实现三种重要的功能。第一功能涉及用于照明控制系统的自动化配置，其可包括检测自然照明和人工照明用于光获得应用的方法。通过这个功能，使用光水平传感器阵列，以及被编程为检测由人工灯光和自然光源影响的邻近区域的人工灯光控制。这些传感器帮助创建照明条件的虚拟地图，如受光源影响的。这样创建的灯光地图被用于控制自动光获得，当环境光可用时通过降低不必要的照明来帮助使得照明更加高效。
[0095]例如，位于LED灯处或附近的遥感器99可代表可通过5类线或其它在控制器内通过灯54的线缆进行通信的一个或多个传感器。如此，连接器，例如传感器99和驱动器102之间的5类连接器线缆123 ；以及发送功率到灯54并从传感器129传递通信信号到驱动器100的共用5类线缆125，连通连接器131、133(其可包括插头和插座连接器或5类线缆)使传感器99、129与配电模块88和控制器66连通，这样由传感器99、129传递到控制器66的信息可由控制器66操作以控制灯54的操作。
[0096]此外，LED灯54可以以由系统控制的高频条件独立地闪烁。在打开、关闭循环中检测光水平，以检测灯和传感控制器接口附近的光水平。控制器，例如控制器66，可被编程来获悉哪些灯位于任意特定的光传感器的附近，并且理解各种灯和各种传感器设备之间的关系。这些关系可随后被用于使得用户通过程序和算法的方式来配置光操作，该程序和算法基于来自包括其它传感器和环境数据的系统的各种输入配置灯54的操作。实际的感测求值和指令编程可由控制器66执行或在输入设备上执行，例如耦合到控制器66的智能手机或PC 120。
[0097]可由本发明执行的第二种功能涉及使系统能够学习人类占用检测，用于预测性照明控制和能源管理。例如，多数运动传感器可感测人类的存在，并且打开或关闭灯，依赖于是否检测到人类的存在。在这种情况下，置于位于控制器66远程的建筑占用区域中的传感器99和129可以是运动检测传感器。该功能当前是可通过从各种来源(例如通用电气)可获得的运动检测传感器来实现的。
[0098]不过，本发明把这种常见的运动传感器的功能至少更进一步，通过使照明系统能从人类与传感器的交互进行学习以便基于系统已经学到的内容来做预测以确定居住于该特定建筑的人类将如何行动。学习行为的示例是从所有楼上走廊的灯都关掉的情景开始。通过经验，系统可学到在走廊中检测到人的存在通常表明该特定的人将从走廊走到楼上的一间房间。因此，由传感器对人类在走廊中的运动的检测将首先打开走廊中的灯，并随后传递信号给系统的“大脑”，例如控制器66。控制器66，通过基于过往经验的适当编程可随后使系统打开与走廊相连的房间中一个或几个内的灯，使得当用户进入特定房间的时候，灯已经为其打开。
[0099]在这个假设的例子中进一步，时间延迟可能存在于灯被打开以及检测到有人在房间之一中出现之间。例如，如果系统检测到有人在房间A中出现，房间A中的灯会保持打开。不过，如果系统打开房间A和B中的灯而置于房间A和B中的运动传感器仅检测到运动，且此后房间A出现人，控制器66可发送信号给房间B中的灯来关闭，而发送信号给房间A中的灯来保持点亮。较佳地，定时电路被采用以提供合适的时间段来应对其移动被检测到的人要决定接下来进入哪个房间，以及进入那个房间。类似地，用户进入浴室的事实可引起系统关闭每个卧室的灯，因为浴室往往是用户的终端目的地。
[0100]在这样的功能中，传感器网络应用神经网络算法预测占用模式和住户的运动来在人的潜在路径之前控制照明。训练和学习通过经由控制垫、智能手机接口、无线触摸板接口、计算机接口、音频检测器、相机检测器，运动传感器、以及蓝牙设备检测的用户反馈，由系统实现，以训练系统学习并预测住户的行为、他们的好恶，。
[0101]例如，运动检测器可检测特定住户随时间的特定移动来预测该住户将去往哪里。不过，用户也能够输入各种偏好。例如，如果建筑物被害怕黑暗的儿童占用，用户可选择对系统编程以便在走廊中检测到特定用户(或任意用户)会引起所有房间中的所有灯都被点亮。相比之下，在所有其它人都已经休息之后才上床的家庭“夜猫子”，可执行到系统中的手动输入，使得检测到他在走廊中出现仅打开他的特定卧室内的灯，以便在其它卧室中睡觉的人不会被本发明打开的灯惊醒。
[0102]用户通过接口可编程“请勿打扰”功能。例如，如果用户上床休息，他可使用接口，例如智能手机、蓝牙设备、iPad、开关等等，来告知系统把其设置为在他特定房间中的“请勿打扰”模式。因此，检测到其它用户的存在将不会引起用户的特定房间中的灯被打开，由于该请勿打扰指示器。此外，用户可决定设置请勿打扰功能以便由检测器检测到动作的存在不会打开房间中的灯。此类设置可由用户在上床休息时使用，以避免家庭狗或猫的移动打开灯并因此惊醒用户。
[0103]“保持”特征使系统在由该控制板或虚拟接口控制的区域内维持在当前选定的照明度。保持设置可将光输出或整体环境水平维持在所期望的水平。临时保持模式维持该保持设置预定的时间段，或基于各种传感器条件维持可调节的时间段。
[0104]此外，系统可被设计成区分人类的移动以及宠物和其它动物的移动，通常基于尺寸或运动习惯等。系统可学习确定人类(为其将打开和关闭灯)以及宠物和动物(对其系统将不会启动任何对任意灯的打开或关闭)之间的区别。
[0105]本发明实现的第三种可用功能是为低功率DC照明电子设备提供不间断模式DC配电监控系统，无需AC电源。如图1所示，馈送模块设备46-50并最终到照明设备54的功率由电池38提供。
[0106]电池38典型地将足够给系统供电给定时段而不必由额外电力输入对电池充电的储存容量。由于电池38基于本地,而非基于电力输入,例如依赖于光的太阳能电池板16或依赖于来自电网的功率的AC电源系统，来自电池38的功率可被使用不管是否外部DC电源正在操作和/或不管是否AC电网正常工作。
[0107]可以依据所用电池38的尺寸编程不间断模式DC配电系统，来运行房屋内的大量设备和灯54，或工作于“节能模式”，从而通过将操作的设备减少到只有那些关键设备，电能将持续较长时间。
[0108]在这方面，用于照明和家用电子产品的功率和控制可使用可被嵌入在众多的OEM设备中的标准接口模块设备，OEM设备包括电子产品及LED照明。设备10也能准许此系统来允许多个配置或DC灯具的混合。在这样的功能中，DC/AC模块转换DC功率，以取代传统的120伏AC或240伏AC-DC功率适配器。较佳地，模块被设计为能够检测功率设备的功率需求并报告能量需求。减载也可通过负载接口来控制。
[0109]如上所述，使用DC配电的另一个优势是其允许建筑物如家庭内大量的照明和电子设备由基于DC、使用以太网类型线缆的基于低功率的系统来操作，而非当前所用的标准电源端口。
[0110]本发明的进一步特征是系统可集成需求管理功能到程序中。需求管理功能帮助平衡电气负载，帮助减少系统和部件的低效。可由设备10实现的需求管理调整的一个示例是当传感器(如，99)检测到没人在特定房间中时或传感器99可检测到在特定空间中存在外部光来提供足够的环境光使得不需要由LED 54提供额外的光时，灯54可被关闭。
[0111]另一个可被编程到本发明中的特征是电池保护特征，其调整操作参数来最大化电池36的寿命。例如，传感器可被用来感测电池容量的水平。当电池容量水平降低且未处于迅速补充的位置，系统可被编程为引起建筑物内的“节电”来减少照明或关闭一定的照明，使得电池38将能够在更长时间段内提供功率，或希望提供功率足够长时间直到电池的电荷水平增加，这样灯一直未被完全关闭。执行此电池保护编程可通过允许电池依靠例如由太阳能电池板16提供的“免费能量”来给电池充电，而非依靠从公共事业所有的AC电网购买的能源，来帮助降低能源成本。
[0112]该编程可被执行，以便不仅处理电网不能为系统供应电能的情况，也能处理人们希望避免使用来自电网的功率的情况。例如，如果一个人希望通过基本上依靠太阳能来降低功耗，他可将电池保护系统/部件编程为在太阳能不够恢复电池的时间减少从电池汲取的功率，这样电池可为灯供电足够长的时间段，来允许太阳能开始产生电力来为电池提供功率，从而避免需要从电网汲取功率。
[0113]本发明的另一个特征是可提供能够监视系统内各种部件健康的传感器和编程。在那些人们可能希望监视其健康的部件中包括照明设备、传感器、驱动器方块、配电模块和控制器。
[0114]要做到这一点，系统10可监视经常指示部件故障的参数。这样的参数包括过度的温度、系统(诸如传感器)的故障、以及与系统通信的部件的故障。
[0115]配电单元66和驱动器模块94中的故障保险模式允许在主处理器62和配电模块之间通信故障的情况下，所连接的控制键盘和/或计算设备直接控制附连到配电单元的驱动器模块94。此外，输入物件的一些可以是非接触物件。例如，非接触式接近开关可被用作用户输入设备来打开灯开关或以其它方式控制由控制器和照明设备提供的各种功能。理想情况下，传感器(如，99、129)应被结合到照明灯具中。如上所述的这种类型的灯具可有多个供应商提供。较佳地，本发明的设备结合标准接口设计，以便在各种部件和传感器之间具有更多的选择和兼容性。
[0116]键盘接口采用选择键和手指运动的组合以许多直观的方式来进行对照明度的选择和调整。例如，接口可采用触摸屏类型的显示器，允许人通过在控制界面上快速地将手指滑上或滑下来分别打开或关闭灯。在界面上两个手指一起扫过将调暗灯，展开手指提升灯所发出的光的水平。轻击界面的上半部分打开灯。轻击下半部分将其关闭。保持并按压在界面的顶部将提升照明度；而持住界面的底部将调暗灯。在触摸板上向左或向右挥扫将递增或递减哪个照明区域被控制。
[0117]如上所述，方块应包括5类线插孔(插座)，因为5类线缆是当前被认为用于从方块到各种灯具传递功率的最好的媒介物之一。然而，方块也应包括备选插孔，以便其它类型的插孔可被接收，其耦合到用于从方块传导电流到照明系统的其它类型的导线以及用除了5类线和5类插孔之外的导线类型或插孔类型能更好服务的部件。
[0118]在备选实施例中，DC电源如太阳能电池、发电机、外部电池等可直接输送功率到充电控制器，用于馈送电流直接到电池中，不通过负载中心。这样的系统在其中AC输入不能即时可用的系统中特别有用，例如人们可能在汽车中发现的便携式系统，或处于与电网隔离的荒野位置。
[0119]模块化的负载模块或驱动器模块也可用其它扩展模块替代，来延长数据通信总线，增加传感器输入模块，或增加继电器或其它输入模块，用于包括空间温度控制、安全、和/或其它对其它电子产品和电器的监视和控制的目的。对这些设备的控制通过顶层控制处理器或通过扩展模块内的本地处理来实现。
[0120]在此所附的附录A，是LUMEN CACHE-品牌设计的副本和由 申请人:编写的实施指南。此设计和实施指南帮助给出根据本发明的部件、设备的配置以及系统的进一步示例。此设计和实施指南被完全结合于此，并作为本专利申请的一部分。
[0121]在此所附的证据B是示出其外形和尺寸的最优选的配电模块的示范说明。证据A和B被完全结合于此专利申请中并作为本专利申请的一部分。
[0122]为了理解驱动器94，重要的是要理解驱动器主要是作为过滤器，其摄入未调节的电力并发出“经调节的电力”给LED 54。驱动器94不具有电源，它也不是开关源。不过，开关可被加到驱动器94上来控制其操作。
[0123]现有技术的灯具150被示于图10内，包括具有AC电源输入接口的外壳152，在此显示为插头154。AC电源输入接口 154也可以是电线，但在任何情况下，作为AC功率向灯具150输送所通过的点。现有技术的灯具150也包括LED灯泡156。如上所述，LED灯泡156可以是单个灯泡，或可以是一组灯泡，这依赖于用户的偏好。
[0124]驱动器160被提供用于确保输送到LED的电流首先从AC电流转化为DC电流，且其次，电流被提供并适当地调节用于LED的接收和使用。如上所述，此现有技术的灯具工作正常，但具有缺陷，因其要求驱动器和LED160、156作为同一单元的一部分，这会增加灯具150的成本，以及使更换灯泡更加昂贵且限制了设计的灵活性。
[0125]现在转到图11，本发明的灯具164被示出。本发明的灯具164大体类似于如图10所示的灯具，因其包括外壳166和可包括一组LED 172或单个LED灯泡的LED 172。第一显著差别涉及用于电力的输入源。在现有技术的灯具150中，AC功率被输送到灯具150内的驱动器160。在灯具164中，DC电流通过来自非灯具164的一部分的位于远处的驱动器174的5类线缆输送到灯具164。
[0126]尽管用于非5类线缆的线缆的插头可被使用，RJ45插头168是用于提供必要的电流给LED 172的一个媒介物。出于这个原因，RJ45插头插座168被形成为灯具的一部分。RJ45插头插座是典型的使用5类线缆的插头插座。导线在RJ45插头灯具168和LED灯172之间延伸来从RJ45插头插座168传导电流到LED 172。具有端部RJ45177插头的5类导线176被插入到RJ45插座168上或附连到灯具164本身，以提供从RJ45插头插座168向LED传导的DC电流。RJ45插头可从多种来源获得，包括加利福尼亚州洛杉矶的贝尔金(Belkin)
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[0127]在图11所示的设备162中，驱动器174不是灯具164的一部分。相反，如上所讨论的，模块化驱动器174被连接在区域控制单元(如，66)，或可能，连接在用于控制可能是建筑物内多个或所有的LED灯具的主控制单元。电力通过位于远程区域单元的驱动器174来传导，其中驱动器174为LED 156调节DC电力。经调节的电力随后通过5类线缆176传导到LED灯具164的插头插座168，其中该电力被用来点亮LED 172。
[0128]通过按如上所述创建灯具164，人们节省了在每个LED灯具164中更换驱动器的时间、麻烦、头痛和费用。相反，灯具164可被制成不需要驱动器174，因为更便宜、更易于安装或易于更换的驱动器174可被安装于区域控制单元。
[0129]此外，通过从位于灯具164的远程控制模块的驱动器174传导经调节的DC电流，布线176承载更少的电力。由于被输送的电力为低安培DC电力，所输送的电力被视为“不受管制的电力”。此电力被视为“不受管制”因为要求一定的导线规格以及要求线缆由有执照的电工安装的正常建筑法规规定不适用于由线缆176输送到灯具的低功率DC电流。通过仅承载不受管制的电量，布线提供了更少的火灾隐患和风险，并且此外，通常安装更便宜因为当前的证书要求不要求熟练的电工在设施中安装5类布线，因为传导于5类线缆中的低电流电平。这与通常承载足够的电流和电压以致要求建筑物内的布线由熟练的电工来安装的传统AC功率形成对比。
[0130]接下来关注图12，其示出本发明的备选实施例照明系统180。所述本发明的备选实施例包括配电模块182，配电模块182包括功率输入源181，用于提供功率给保险丝盒184。驱动器不包含在配电模块182上。5类线缆186从位于远程的配电模块输送功率到灯具188。所述灯具自身包括能够有选择地引导电力到三个驱动器191、192和193中的一个或多个的开关190。三个驱动器191、192、和193的每一个被提供用来控制电力分别地流动到LED灯泡194、195、196。如同上述灯具，灯泡194、195，以及196可代表单个灯泡或备选地，一起操作的一组LED。
[0131]与外壳188 —起示出的配置背后的目的是提供独立可控的三个不同LED 194,195以及196。这样的灯具在LED 194、195、和196为具有不同输出特性的LED时尤其有用。
[0132]如图12所示的实施例188在当灯具188意在产生不同颜色的光时尤其有用。因为大多数光谱颜色可通过红、绿和蓝光的组合来产生，图12所示的灯具188能够通过利用红光194、绿光195和黄光196来生成许多颜色的光。通过改变灯194、195、196是否打开和通过改变灯泡194、195、196的光输出的强度，人们能够变化来自外壳188的组合输出。因为LED为可调光的，且因为驱动器191、192和193，随同开关190，能够不仅打开和关闭灯，还使得灯可调光，人们可利用类似于188的灯具来创建许多不同颜色以使用户实现不同的效果。
[0133]不仅RGB颜色方案可被使用，也可用RGBW，其为四LED阵列，其中颜色红、绿、蓝以及白被采用。另外，其它色彩方案等是可用的，主要受可接受的LED类型的可用性以及用户的想象力支配。另一种LED安排可以是两LED阵列，其中第一 LED为“冷白”而所采用的第二 LED为“暖白”，使得例如，用户可调整灯具的LED输出以便具有类似于白炽灯泡所产生的温暖(偏红色)光输出，或替换地，类似于由荧光灯泡所产生的冷(偏蓝色)白光。
[0134]如图12所示，DC电压被提供给配电模块182。导入的电压穿过置于配电模块182上原本人们可能放置驱动器的相同位置处的保险丝和通信盒184。保险丝盒184的基本功能是确保稳压功率在配电模块182和灯具188之间传输。这种稳压功率优于非稳压功率，因为其通过避免不希望的电力尖峰往往会增加设备的安全，而且从“法规强制”的角度，帮助确保被输送到灯具中的电力是符合法规指南，如允许人们使用诸如5类线缆来给房屋布线而不必持有电工证的2级指南。
[0135]从保险丝盒184出来的电流通过5类线缆186传递到灯具188。在灯具188中，开关190控制至少一个或多个驱动器191、192和193的操作。在所示的附图中，三个驱动器191、192和193被示出。第一驱动器191被提供用于提供经调节的、恒流输出给第一 LED194。第二驱动器192被提供用于提供恒流输出给第二 LED 195。第三驱动器193被提供用于提供经调节的、恒流输出给第三LED 196以确保输送到LED 196的电力是恒流功率。随着功率沿着5类线缆输送，数据也在灯具188的部件和配电模块182之间传输，优选为双向的。
[0136]在优选实施例中，配电模块182和灯具188之间的线缆186是多股的电缆。多股电缆的示例是5类线缆。5类线缆包括八股线。为了确保足够的功率被传输到灯具，功率在5类线缆186内的四股24-22规格导线上传输。
[0137]5类线缆内的两股附加的导线被用于传送数据，最后的两股导线被用于发送经调节和规整的12V功率。在配电模块182和开关190之间传送的数据为由开关190使用以确定三个驱动器191、192、193的哪个“打开”来允许驱动器191、192、193传导功率给相应的LED 194、195、196 的数据。
[0138]数据线对同时被用于读取热敏电阻197，热敏电阻为基于温度的变化改变阻值的电阻。热敏电阻197被置于灯具上的位置来测量LED阵列194、195、196的温度。所测得的温度可被驱动模块191、192、193使用来在温度超过了可调阈值设定点的情况下降低输出水平。
[0139]现在转到图14，本发明的系统250被示出，其包括配电模块52，以及三个不同的输出组件，包括外部开关的LED设备264,内部开关和驱动的LED设备268,用于操作设备(如窗帘或百叶窗开启设备272)的电机274。此外,输入设备(例如开关253)被提供用于输入信息到配电模块252以分配给外部设备，例如LED阵列264、268和电机阵列272。
[0140]存在从配电模块252引出的四组外部线缆。
[0141]这些外部线缆包括通过RJ45插孔耦合到插头阵列257的第一组线缆260，插头阵列耦合到或电气连接到配电模块252。第二组线缆258通过插头257连接到配电模块；第三组线缆260通过插头261耦合到配电模块252以及第四线缆262通过第四插头264耦合到配电模块252。
[0142]如上所述的插头和线缆最佳示于图13。图13示出示例性5类线缆288。
[0143]插头(或插座)构件290被置于线缆288的末端。所述插头或插座被称为RJ45插孔，且在以太网连接中很常用。在线缆中有四对导线，包括第一对导线300，第二对导线302，第三对导线304以及第四对导线306。塑料护罩296将导线包在内部以保护他们免受伤害和短路。
[0144]回到图14，第一外部设备264包括外部开关的LED阵列，其中所述设备包括被提供用于控制驱动器265 (其被提供用来控制LED 267的操作)的操作的开关266。外部开关的LED阵列264在许多方面类似于如图12所示和上面所讨论的设备。5类线缆，例如5类线缆288，包括四对绞拧在一起的导线，通过其功率或数据可在配电模块252和驱动设备264之间输送。因为LED和驱动器的功率要求， 申请人:已发现当两对308、310绞拧电线被用于给驱动器265和LED 267供电时设备的操作被最佳服务。包括保险丝的盒316被置于配电模块中来确保经稳压的平稳功率通过插头257和5类线缆的外部导线来输送。第三对导线312用于输送数据到开关266，以告诉开关266如何操作驱动器265且因而，操作灯267。第四对导线314用于提供功率给开关以操作开关。
[0145]RJ ? 5 ΚΙΑ/ΠΑ
目_备注
*J|脚 568?颜色
2 mIpd电源-1键盘/传感器电源(或增加DC+)
P数据A/传感器RS485数据/热敏电阻(或增加DC-)
[0146]
|5I1FS ilFl?+
N数据B/传感器RS485数据/热敏电阻(或增加DC-)
|7S3S LED 电源-0-60V DC, Iax 1201/Gnd
|8SIJiD 电源-O-6OV DC, Max 12Of/Gnd
[0147]表I
[0148]内部驱动LED 268也包括第一和第二对导线320、322用于提供功率来操作LED灯269。驱动器328被置于配电模块上，因为把它放在那里比放置于灯具中更便利且更低成本，诸如用远程开关和驱动LED 264执行。
[0149]第三和第四对导线324、326未示出为具有任何指定目的。不过，导线324、326的一对或两对可被耦合到第二驱动器(未示出)和第二远程驱动LED (未示出)。另外，第三和第四对导线324、326可被耦合到一个或两个开关或传感器用于从远程放置的传感器或开关接收信息。
[0150]电机设备272被提供用于操作一些需要电机来驱动的部件。电机驱动装置的示例为覆盖窗口的一组百叶窗或窗帘。另外，其它各种电机驱动的物件可由5类线缆耦合到配电模块252。特定的电机阵列272包括电机274(包括输出轴278)，用于转动设备，诸如需要转动或移动的输入轴或齿轮箱。第一和第二对导线336、338被提供用于给电机供电。保险丝盒321被提供用于调节功率，并避免电机272烧坏。
[0151]第四线缆262被引导到开关253。和其它三种外部设备相比，开关253提供信息到配电模块252。尽管单个线262被示为从开关被引导到插头263，将理解的是，出于方便，5类线缆将可能被使用。
[0152]进入开关盒332的第一线可被提供用于传送数据到开关盒，而第二线348可被提供用于为开关253提供功率。开关253也可具有输出349来从开关253传送信息到由开关输入管控其操作的配电模块252内的适当的其它构件。
[0153]当人们操作除了 LED灯之外的电控装置时，与图16的设备180结合使用的相同的通用协议也可被采用。例如，如图14中最佳示出的，设备和其配电模块252被用于控制电动百叶窗系统272的操作，以及一对LED阵列264、268。电动百叶窗系统包括电机274，其提供动力给输出轴278以打开和关闭百叶窗(未示出)，或按照需要提高和降低百叶窗。除了电机272，电机控制单元280被提供，其与电机通信，告知电机274何时打开和关闭，以及需要电机274执行哪些动作。
[0154]电压进入配电模块252并被引导到保险丝盒321。从保险丝盒321出来的电流是经调节的电流。此经调节的电流随之被输送到电机272，为电机272提供功率以按照电机控制280指挥来运动。当使用5类线缆时，由于导线较小，(通常24规格)两对导线336、338应被用来从保险丝盒321承载电流到电机。
[0155]额外的导线对340被用于承载可控制电机274的开关280的数据。外部电机控制(未示出)可经由导线对340发送数据到开关280来打开或关闭电机，从而控制百叶窗的操作。
[0156]如上所提到的，在8-线5类线缆256中存在还没有被指派任何目的导线对324。此附加的导线对可被用于在配电模块252或一些其它的控制与特定的远端设备之间传送数据。例如，光传感器可被耦合到LED灯，来检测在LED灯处存在光或不存在光。
[0157]由光测定传感器(未示出)测定的这个信息可被用于诸如确定LED 269是否功能正常的用途，或备选地，可被用作用于以响应于外面变黑而打开灯269的黑暗检测传感器。备选地，传感器(例如运动传感器)可被置于灯269附近，数据在配电模块252和运动控制传感器(未示出)之间传送，使得运动控制传感器能够感测运动的存在，并通过控制系统，响应于此感知到的运动使灯打开。
[0158]配电模块上的功率和数据的分配
[0159]配电模块包括用于使得配电模块上的部件能分配功率、数据或其它材料或信息到配电模块上的其它部件的通信通道等等，并且也包括输出部件。
[0160]配电模块的分配部分包括一个或多个模块化开关，其可附连到配电模块上的插孔或插头到R45插孔。功率或数据被传导至开关模块。开关模块的输出可连接到多个不同通道之一。在最优选的实施例中，16通道输出方案被采用。16通道输出包括16个输出端口。输出端口功能上通过在开关的输出和16个输出跳线接头(header jumper)之间使用桥来限定配电模块内16个不同的信息路径，跳线接头较佳地沿着模块所插入的R45插孔设置。
[0161]用户可选择连接桥的特定通道。例如，如果用户连接16个选择输出接头的通道五，可为通道五形成在开关的输出和16个任选输入接头的输入引脚之间延伸的桥。
[0162]通道五将被置于与一个或多个驱动器的连通关系。驱动器也可由R45插孔附连到配电模块。此外，16选择针脚接头被置于毗邻耦合到RJ45插孔的驱动器。桥随之被使用来连接涉及16选择通道的特定通道的引脚之一，以将合适的引脚与驱动器耦合。继续上述示例，如果一个人期望具有如上所述耦合到“通道五的输入”的特定开关，其将期望耦合所述驱动器来桥接通道五的输出。
[0163]不止一个驱动器可被耦合到通道五(或任意其它期望的通道)。例如试想一下，三个不同的驱动器被耦合到通道五的输出。如果这种情况发生，被输入到耦合到通道五的输入的开关中的功率或数据将随后被分配到与通道五的输出相连的三个驱动器的每一个。驱动器将随后接收通过通道五发送的信息或功率，使得驱动器可以适当调节功率或数据，来提供恒流输出，或适当的数据输出。
[0164]来自驱动器的输出的功率和/或数据将随后被通信地耦合到输出端口，例如5类插孔输出端口。合适的传输线缆，例如5类线缆，随后将来自配电模块的输出插孔的功率或信号传输到达需要被供电的设备，例如灯具、传感器、运动检测器、或者用于百叶窗的电机，只是举几个例子。因此，当一个人决定传输功率或数据到耦合到通道五的开关时，例如通过打开灯开关，对灯开关的打开将引起功率被传输到开关。功率从开关被分配到连接到通道五的三个模块并最终从接收面板输出的驱动器到达耦合到与通道五耦合的三个驱动器的输出的三个LED。
[0165]如上所讨论的，5类线缆的八线(四个线对)排列使不同的信息流能在上行开关或控制构件(例如键盘)和下游输出设备(例如灯或传感器)之间输运。例如，在如上所讨论的情况中，其中灯有传感器，数据可在传感器、驱动器之间传输，回到开关并随后最终回到将接收由传感器感测到的关于条件的信息的控制构件。在如上所描述的多色灯(如，264)中，耦合到驱动器的灯开关装置将接收电力来给三个LED阵列供电。此外，驱动器接收信息，使得控制所述三个LED的操作的灯具内的开关接收适当的信息来适当地控制三个LED。
[0166]现在请关注证据C，其被附于此并作为本专利申请的一部分，因如下所阐述的材料可参照证据C得到最佳理解。
[0167]为了更好地理解本发明，总结并描述一些用于本发明的基本部件是有益的，这些设备在此所附的证据C中有更详细的描述，并该证据C通过结合于此而作为本专利申请的一部分。
[0168]系统的基本部件是配电模块。配电模块连接多达16个盒设备(puck device)到RJ45连接端口。所述盒设备可以是例如LED升压盒、降压盒、开关盒、智能SIB盒等等的物件。扩展端口允许每个通道多达48只灯。典型地，配电模块将包括16个通道。
[0169]功率管理模块向多达六个配电模块提供过电流保护。功率管理模块也监视配电模块到电池的能耗。功率管理模块主要用于包括AC供电功能的设备。
[0170]智能开关盒为用于本申请中的设备，其通过配电模块端口 5类连接读取输入信号并产生LED控制通道信号。每个智能开关盒可控制多达48个LED盒。开关类型包括正常打开、正常关闭、暂时打开、暂时关闭以及可变调光器。具有相同ID的开关盒作为三路和多路开关工作。此外，开关盒可通过微脑(min1-brain)、ImPucks、或主脑控制器来控制。多个LED可以串联连接高达45伏的总压降。串联中的每个LED—定是相同的电流。这样，人们应选择LED盒来匹配LED灯电流额定值。
[0171]ImPuck也被称作微脑。ImPuck使得能从任意启用网络的设备对本发明的系统进行因特网通信控制，这些设备例如智能手机、个人计算机或甚至第三方控制系统。全两路数据交换允许从任意有因特网连接的地方查看并控制灯。其它应用可被内置到电气MP中，机会无限。
[0172]除非另有说明，根据本发明生产的LED灯具仅包括LED发光体和外壳。发光体可有各种尺寸、颜色和设计。出于如上所讨论的原因，驱动器不必是LED灯具的一部分，因为驱动器通常被置于区域或主配电模块，其通过从配电模块到LED的5类线缆发送的功率和数据来远程控制LED。
[0173]理解本发明的一些架构方面也很重要。
[0174]本发明提供平台，其提供主功率、数据/信令和稳压的12伏功率给多个RJ45端口的每一个。从这些端口，功率和信令可被输送到各种设备，如上所讨论的。因为端口插座可有插入的许多模块化设备，本发明可提供许多给附连到端口的LED灯和附件供电的方法。
[0175]智能接口块是连接器构件，其使得人们能够在LED和灯具之间提供连接。本发明的智能接口块简化在5类线的现场端对引脚的处理。更先进的智能接口块可利用数据/信令引脚或有由12伏DC稳压KP+和KP-引脚供电的现场电子设备。
[0176]另一种选择是提供直接向端口插座并向外向智能接口块供电。智能接口块随后具有全2安培或40瓦的功率并可按需要提供照明、调光控制以及可选的数据通信。智能接口块LED+/-并使用开关盒或其它通道控制端口盒来控制和调节驱动器。多个灯具可串联放置。简单地合计横跨LED的电压降，确保总电压低于42伏特。
[0177]恒压盒将电源直接提供给端口内的LED+/-引脚，且由端口插座的通道引脚控制。恒压盒只需要两个导体用于LED操作。不过，只用两根导线，会损失传感器能力、LED温度、反馈等等。适配器可在前往现场设备前转换端口 RJ45为面板内的两个导体。多个灯具可被并联，通过简单地累加每个灯具的电流且保持总电流低于2安培，或以其它方式使用外接升压器和相关的导线来处理功率。
[0178]控制弓I脚恒压盒像恒压盒一样直接将电源提供给LED+/-引脚，但电源在配电模块端口处不被中断用于像恒压盒一样调光和开/关。相反，控制引脚恒压盒通过附加导线(引脚3且可选地引脚6)发送控制信号。这样可以使功率宽度调制LED信号线短以便低EMR,且允许许多LED阵列组合更容易通过UL测试。它也允许更高电流的LED阵列，因为所述电流仅在LED阵列内的LED控制器和智能接口块之间。
[0179]DMX/DALI+电源智能盒将电源直接提供给LED+/-引脚，像控制引脚恒压盒一样，但使用DMX/DALI或Lumencache端口协议(LPP)来与相连的灯具单向或双向通信。LED功率可在智能接口块处从外部电源(或通过来自电源管理模块的重规格导线)本地获得。
[0180]DMX是用于数字通信网络的标准，且通常用于控制舞台照明和效果。它最初是作为控制灯调光器的标准化方法，在DMX之前采用各种不兼容的专有协议。目前，它是用于链接控制器和调光器、以及更先进的装置和特效设备(如雾机和移动灯)的基本方法，并且已经扩展到非剧场内部使用和架构照明用途。DMX也可作为DMX 512。
[0181]DALI是用于照明的数字控制的开放标准。DALI是已被一些制造商在其产品中采用的协议。
[0182]DALI网络包括在一个或多个照明设备中的控制器，例如具有DALI接口的电器、镇流器和调光器。控制器可通过双向数据交换的方式监视和控制每个灯。DALI协议允许设备被单独寻址，因为它也结合了组和场景消息来同时寻址多个设备。每个照明设备在0-63的数字范围中被赋予唯一的静态地址，使得有可能在独立系统中达到64个设备。或者，DALI可通过DALI网关被用作子系统来寻址多于64个设备。数据在控制器和设备之间通过异步、半双工串行通信协议在两个线差分总线上以每秒1200位的固定数据传输速率传输。关于DALI的更多信息可在www.dal1-ag.0rg找到。
[0183]基础:LED发光体(灯芯片)需要恒流电源来操作而不损坏二极管。这种驱动器(例如，328)可被置于距离灯具(例如，269) —定的距离所以本发明的设备将它们放置于集中和易于接近的照明面板中。标准的5类或6类导线被用于从驱动器(例如，269)发送LED功率到LED阵列(典型是I个LED，但可是一串多达20个LED，直到达到最大电压降)。其它配置也可用于高功率或色彩变化LED灯(例如，267)、电动窗帘(例如，268)，以及风扇。
[0184]由于LED的极低功率要求，仅需要5类线缆中的两对导线传输足够的电功率来给LED供电。用5类线缆中的另两对导线，本发明提供指令/控制数据通信和稳压功率给连接到5类导线的设备。这些设备包括诸如传感器、键盘、指示器、开关等等。来自面板的每个5类线缆可包括数据、传感器/键盘功率、以及来自驱动器的LED功率或来自大型DC电源的融合功率(fused power) ?智能接口块(SIB)简化灯具安装。
[0185]所有电子部件使用内部的DC电源，所以本发明典型地包括一个大型AC/DC电源转换器，其也给电池充电。由于电池的缓冲，来自公用电网的AC电源的中断不影响系统的运行，直到电池水平低于预置点。此电池缓冲也保护系统免受电网输送的功率的下降、冲击和变化。
[0186]布线:配电模块连接现场5类布线从现场设备(例如，灯、开关、键盘、传感器等)回到5类线缆所连接的16个端口。5类端口是RJ45插孔且5类是典型地按标准TIA-568B配置(白/橙，引脚I)布线。现场设备可具有RJ45末端或便利的免工具连接器。导线适配器可将端口 5类线连到其它导线类型。
[0187]依赖于连接到端口的现场设备的类型，特定的盒被连接到匹配的16盒端口。例如，如果开关被连接到与端口一连接的导线，开关盒将被插入盒端口 114针连接器。开关盒在现场读取开关，并产生开/关或调光通道信号。在每个配电模块上有16个通道，其在每个盒端口处共享。跳线选择器选择盒端口在哪个通道上传送或接收。
[0188]驱动器盒将产生稳压电源到现场内所连接的LED阵列。驱动器盒监听它们选择的通道信号(即，来自开关盒)，如由跳线所选择的，并打开/关闭或调光它们附连的LED。
[0189]多达48个驱动器盒可监听同一通道并且被单个开关盒指挥。16个通道被延伸到位于每个配电模块的顶部或底部的配电模块扩展总线。连接配电模块扩展总线线缆将允许附加的配电模块端口监听相同的16个通道。在任意点，扩展总线可通过省略扩展线缆被分开，并且新的16个通道可用于开始下一个配电模块。
[0190]LC总线允许在智能盒和通过通信总线端口连接的任意顶层控制接口之间通信。所有的LC总线设备应被连接以允许相互之间的通信。这包括配电模块、功率管理模块、以及主脑模块。微脑模块连接到配电模块和功率管理模块端口。
[0191]ID配置:每个LC总线支持高达65000个设备ID。ID应被分配给每个智能设备，例如开关盒。当两个或更多开关盒具有相同的ID，他们将都如一个一样一起动作。脑接口可迅速地分配ID或ID可通过手动模式分配。
[0192]控制:脑模块提供自动化和接口到其它控制系统。微脑提供RS232和IP接口到LC总线，且被典型地用于将本发明的设备对接到其它控制系统，例如Savant、Crestron,(:011廿014、拟1、1?1'1、41?、此外还有智能仪表通1以及所包括的简单浏览器界面。ImPuck添加ElectricImp云接入和IP连接。
[0193]主脑模块允许多于一个LC总线通过主脑以太网端口连接到更大的网络中。这允许用分布式自动化和控制处理来创建超大规模的网络，以确保足够的通信速度得以维持。
[0194]使用控件的行为层来最优化大型网络中的系统是非常有用的。此特征分配该进程，所以整个系统更加容错且“智能”。
[0195]首先转到图15，本发明的高度模块化网格平台400的连接性被示出。主功率通过主功率线410进入系统，并穿过12伏DC稳压器402，以及端口插座404。端口插座404与多路复用器/选择器406连通。端口插座404也连接到端口连接器408。端口连接器408使得电流从那里穿过。电流的几个通道可从那里通过，包括12伏稳压功率、开关稳压功率和端口通信总线信息。
[0196]端口 432到设备连接器434在此称为智能接口块430。如图16所示，智能接口块430包括端口连接器432和设备连接器434。设备连接器连接到并使用12伏稳压功率、开关稳压功率和端口通信总线。
[0197]端口插座404(图15)可支持在标准化的接头中的盒的许多配置。多数插座盒将转换或调节主功率输入410。
[0198]此外，多数插座盒将横跨多路复用器选择器406的复用通道引脚发送或接收模拟、数字或串行数据信号。进一步，多数插座盒将横跨端口连接器408发送或接收模拟、数字、或串行数据。端口通信总线引脚409为典型的RJ45连接器或用于5类、6类或7类导线的标准化连接器。不过，他们也可以是RJ45110分线盒(punchdown) 66、螺栓端子、或扣钮固定块(snap retaining block)。
[0199]可选地，到灯409的数据通信总线可被用于向端口 408上的设备查询关于它们的能力、要求、以及运行读数的信息。这包括电压和电流要求、色级和输出、型号、操作运行时间(以水平百分比)、以及用于灯泡的全局唯一 ID。
[0200]此数据由置于端口插座404内的盒使用来改变端口插座404和到现场设备408的端口之间的引脚的每一个的电气功能。这产生了系统，其自动地配置电气输出条件来匹配现场设备并使得本发明的剩余功能能被执行。
[0201]微电网平台448的另一个实施例示于图17。平台448的实施例仅传送主功率450和主数据总线452到端口插座454。稳压功率456随后可选地在连接到端口插座454的模块化端口盒设备中广生。
[0202]此外，平台448包括端口连接器和多路复用器选择器460，其通常类似于它们的模拟部件415。此外，来自端口连接器的输出包括12伏稳压功率462、开关稳压功率464、以及端口通信总线466信号。
[0203]图18示出具有可选的温度反馈(其通过热敏电阻482提供)的恒流LED驱动器478。串行数字数据仍可同时与来自热敏电阻482的模拟温度读数通过端口通信总线引脚480来传递。到LED 488的输出486基于来自多路复用器选择器引脚490的信号被打开和关闭。恒流LED驱动器也包括端口盒483所耦合到的端口插座485。恒流LED驱动器电路491包括电路491内的脉宽调制电路，来允许驱动器492影响从LED输出486接收功率的LED 488的调光。
[0204]现转到图19，示出具有通信总线连接系统496的恒流LED驱动器。系统486允许驱动器模块500通过数据总线502来控制且跨数据总线502任选地报告状态和条件回到合适的接收方。它可任选地读取或写入到多路复用器/选择器引脚508。除此之外，具有通信总线连接系统496的恒流LED驱动器通常类似于系统478，因其包括端口盒510和盒插座512，主功率输入线518，向LED 516供电的主输出514，以及温度传感器热敏电阻517，其可提供涉及热敏电阻附近的温度的数据到驱动器。较佳地，所述热敏电阻被置于接近LED功率灯，这样它可以向回报告灯附近区域的温度。
[0205]进一步地，恒流LED驱动器电路500可包括脉宽调制控制，用于使得LED 516能够被驱动器调光。
[0206]恒压LED驱动器系统522被示于图20。所述恒压LED驱动器系统522包括耦合到盒526的端口插座524。主功率入口线528被提供用于输送电源到电路，例如保险丝或断路器536以及置于端口盒526上的开关设备538。多路复用器530也被提供，以及传导功率到LED 534的主功率出口线532。
[0207]系统522的这种配置传递主功率输入528到LED功率引脚532，且通过一些过流保护设备最终到达LED 534，过流保护设备典型地包括保险丝或断路器536。向LED 534的输出也通过开关设备538被打开或关闭。开关设备538基于来自多路复用器/选择器536的信号，致动LED 534的打开或关闭。
[0208]电路系统522也包括具有脉宽调制的驱动器来允许LED 534通过电路来调光，如果用户期望这样的话。
[0209]现转到图21，自调整灯功率输出调整电路被提供，其中调整可基于供应电压发生。
[0210]由这两个电路所产生的特征是产生控制回路，其读取主功率电平低和高平均极值，并产生对脉宽调制占空比百分比的调整曲线。可选地，调整曲线也被提供给电流控制输出，来自动地维持恒定的光输出，不管输入电压波动。
[0211]图22示出自调整光功率输出调整电路的第一备选实施例配置542，其中电压测量设备548被置于LED驱动器盒550的内部。驱动器盒将来自通道选择器554的传入PWM信号(见552)与内部调整相组合550。
[0212]图24示出通过一些过流保护设备传送主功率输入572到LED功率出口 575引脚的备选实施例配置，过流保护设备典型地是保险丝或断路器576，类似恒压盒但却通过盒通信引脚579为现场连接设备发送控制信号来执行调光。向LED的输出被基于来自端口通信的控制信号打开/关闭。端口通信引脚可通过来自主数据总线由信号放大器584提供的控制信号，通过中继多路复用器/选择器引脚582来控制。
[0213]已经参考特定实施例详细描述了本发明，可以理解的是本发明不限于本文所述的特定实施例，而是，许多其它发明落入本文所附的权利要求的范围和精神。
【权利要求】
1.一种控制系统(46)，用于控制至少第一(54)和第二(54)独立可控LED灯构件的操作，所述控制系统包括: a.框架构件(66)，多个电气部件能够安装于其上； b.至少一个输入端口(78)，用于接收电源(126)和指令信号源(120)的至少一个，所述指令信号源能够发送指令信号给第一和第二(54) LED灯构件的至少一个； c.第一驱动器构件(96)，用于调节功率以输送经调节的DC功率给所述第一LED构件(54)； d.第一驱动器到框架连接器(483)，用于可移除地耦合所述第一驱动器构件(492)到所述框架构件(66)； e.第二驱动器构件(96)，用于调节功率以输送经调节的DC功率给输送第二LED构件(54)； f.第二驱动器到框架连接器(483)，用于可移除地耦合输送第二驱动器构件(98)到所述框架构件(66)； g.耦合到所述第一驱动器(96)的第一外部输出端口； h.耦合到所述第二驱动器(98)的第二外部输出端口； 1.耦合到所述第一外部输出端口的第一多通道导电体(123)，用于传导经调节的DC电流到所述第一 LED灯构件(54)；以及 j.第二多通道导电体(123)，用于传导经调节的DC电流到所述第二 LED灯构件(54)。
2.如权利要求1所述的控制系统，进一步包括插座(70)，用于接收耦合到所述电源和指令信号源的至少一个的插头。
3.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述第一LED灯构件(54b)在输出和电流汲取上与第二 LED灯构件(54c)不同，且所述第一驱动器构件(96)被配置成调节功率以提供适于所述第一 LED构件(546)的输出和电流汲取的经调节DC电流，以及所述第二驱动器构件(98)被配置成提供与所述第一驱动器构件(54b)不同并且适于所述第二 LED灯构件(54c)的经调节DC电流。
4.如权利要求3所述的控制系统，其特征在于，第一和第二驱动器构件(96、98)各自包括脉宽调制电路(552)，所述脉宽调制电路(552)用于允许第一和第二 LED灯构件是可控地调光的，以提供改变的光输出。
5.如权利要求3所述的控制系统，进一步包括被定位用于感测在所述第一LED构件的影响下的区域内的条件的第一传感器(129)，其中所述第一传感器通信地耦合到所述第一多通道导电体(125)，用于发送涉及所感测到的条件的信号给所述第一驱动器(100)。
6.如权利要求5所述的控制系统，其特征在于，第一传感器(125)是从包括温度传感器、运动传感器、光传感器、重量传感器、时间传感器、压力传感器、光输入传感器、光色传感器、语音、相机、音频传感器、距离传感器、功率监视传感器、振动传感器、接近传感器、数据传感器、以及标识标记传感器的组中选择的。
7.如权利要求6所述的控制系统，进一步包括数据处理器(126)，用于处理由所述第一传感器(129)感测到的信息，且用于发送指令来调整所述第一 LED灯构件(54)的操作参数。
8.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述指令信号源包括耦合到至少一个输入源(126)的数据处理器，所述指令信号源具有用于允许用户输入指令到所述指令信号源的输入设备。
9.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述指令信号源从包括计算机、电话、PDA和键盘的组中选择。
10.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述框架连接器包括端口插座(524)，至少两个电气部件可被耦合到所述端口插座，用于促进所述部件之间的通信。
11.如权利要求10所述的控制系统，其特征在于，驱动器(472)被耦合到端口插座(485)，且所述端口插座(485)与电源(450)和多路复用器(490)通信，来提供多通道输出到所述第一 LED灯构件(54)，引导稳压DC功率(462)的第一通道和开关稳压功率(464)的第二通道。
12.如权利要求10所述的控制系统，进一步包括通信地耦合到所述端口插座(512)的远程传感器(517)和通信地耦合到所述端口插座(512)的数据总线(502)。
13.如权利要求12所述的控制系统，进一步包括耦合到数据总线的处理器，所述处理器用于接收由所述传感器(517)提供的信息，处理由所述传感器提供的信息，以及发送信号到驱动器(500)来改变驱动器的输出从而改变所述第一 LED灯构件(516)的输出。
14.如权利要求1所述的控制系统，进一步包括数据总线(502)、功率总线、以及具有至少两个通信通道的多路复用器(508)。
15.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，驱动器(500)包括恒流驱动器，用于提供恒流给所述第一 LED灯构件(516)。
16.如权利要求15所述的控制系统，进一步包括数据总线(502)和通信地耦合到所述恒流驱动器的传感器。
17.如权利要求15所述的控制系统，进一步包括断路器(536)和耦合到所述第一驱动器的开关设备(538)。
【文档编号】B60Q1/00GK104136273SQ201280069555
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2012年12月12日 优先权日:2011年12月12日
【发明者】D·考波恩 申请人:流明存储器股份有限公司