一种智能照明控制装置和方法与流程

本发明涉及智能照明控制技术领域，尤其涉及一种智能照明控制装置和方法。

背景技术：

当前，智能照明系统正在国内外越来越多的被推广和采用，智能照明的主要目的首先是节能，其次是在节能的前提下，提供人性化服务。如白天采光良好的地方关闭灯具实现节能、深夜降低地下室照度实现节能、在地下室活动的高峰期（如，傍晚18-20点）提高照度。智能照明系统在节能的同时还可以延长灯具的寿命，有着良好的社会效益和经济效益。国内外的智能照明控制系统多采用利用计算机平台、现场控制器、智能灯具等方式实现。对于新建项目而言，具备从建设初期进行规划的条件，容易实现智能照明系统的部署。但是对于规模较大的老旧照明系统，如：使用多年的社区或社会地下室、地下停车场，重新部署智能照明系统，存在投资规模、改造周期及管理成本较高等诸多问题。采用计算机平台、现场控制器或智能灯具等常规解决方案的智能照明系统存在的主要问题具体如下：

1、需要进行灯具的回路精准化设计。智能照明要实现节能，就需要根据每个灯具的环境因素进行考量，如：靠近采光井的灯具需要编入白天关闭的群组，靠近出入口或主干道的灯具需要更小的灭灯间距，以保证照度。采用回路控制方式实现智能照明的系统，如采用plc、ddc、knx设备的系统需要根据这些灯具的实际情况进行灯具的回路精准和改造系统需要根据现场情况对灯具的回路调整或增加，需要进行补放管线、重新接线等工作，带来成本增加、施工安全和对改造区域造成不便影响等。

2、需要进行数据传输系统的建设。采用上位管理计算机、现场控制器进行控制的方式，需要上位管理机与现场plc、ddc、knx等控制设备进行数据传输，需要根据实际情况相应建设有线、无线或总线传输网络，需要进行相应的计算机网络设备、弱电管线敷设、网络系统调试与维护等工作，项目投资和运维费用较高。

3、采用智能灯具的系统灯具寿命不佳，维护成本高。采用节能灯具实现智能照明的系统，一般首先保证基本的照明需要，在此基础上通过安装具备人体感应功能的灯具来实现智能照明。在人员活动比较频繁的区域，智能灯具的工作时间和工作频度非常高，影响灯具的寿命，带来使用成本的上升，不利于降低整个系统的维护成本。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种智能照明控制装置和方法，可以克服现有技术在老旧照明系统升级为智能照明系统上的成本高、需要进行有针对性的回路改造施工等不足；也可以用于新项目以较低的成本实现由普通照明向智能照明的部署。系统的建设成本和维护成本低，部署快速便捷。本发明根据地下室照明系统的需求特点，利用智能照明控制器和现有的照明电气控制装置和简单的人工操作，无需部署管理计算机、建设计算机网络和对现有灯具的电气回路调整，即可实现智能照明功能。

为实现上述目的，本发明提供了一种智能照明控制装置，包括设置在管理层的多个管理计算机、设置在传输层的网关以及设置在现场控制层的多个智能照明控制器，所述管理计算机通过网关与智能照明控制器电气连接；所述智能照明控制器包括单片机和与单片机电气连接的参数拨码盘、外部寄存器、第一信号接收器、第二信号接收器和固态继电器，所述固态继电器与照明灯具、外部强电形成回路，所述第一信号接收器、第二信号接收器与遥控器无线通信，所述单片机、第一信号接收器、第二信号接收器连接电源电池，其中：

遥控器，实现在任意时刻对单个灯具进行编组，灯具编组同步启动后实现统一编组的灯具具有相同的开关时间；

单片机，实现灯具的编组信息处理和输入，将输入信号进行格式转换后存入外部寄存器中；

参数拨码盘，用于进行编组总数的设定和高峰期照明参数的设定，以适应不同管理者对智能照明管理上的需要；

管理计算机，保持智能照明控制器周期性的同步，用于整个系统统一定时复位，并消除各智能照明控制器运行时的累计误差。

进一步地，所述第一信号接收器、第二信号接收器分别为红外接收器和超声波接收器，分别接收遥控器发出的编组信号。

一种智能照明控制方法，包括以下步骤：

步骤1、系统安装前，对分布式智能照明管理设备内的微电脑定时器进行手工同步，误差范围为5秒；

步骤2、安装对分布式智能照明管理设备箱，并于照明配电线路进行整合，使得各照明回路的功率计灯具数量满足规范要求；

步骤3、根据现场对照明编组总数、照明高峰期的时间定义和高峰期时长，在拨码开关上进行数值设置；

步骤4、在每个受控灯具上安装智能照明控制器，接好线路后，按需求使用遥控器进行灯具的编组，由于控制器此时未进行初始化同步，灯具的状态由遥控器实时进行开关控制；

步骤5、全部灯具上智能照明控制器安装完毕后，对分布式智能照明管理设备加电；

步骤6、在系统重启前，对分布式智能照明管理设备的时间进行误差校准，整个系统在预定时间点对照明回路分成两部分，以10秒的间隔进行错时断电，实现全系统同步初始化；

步骤7、分布式智能照明管理设备按预定时间周期进行全系统同步初始化；

步骤8、运行过程中，使用遥控器对单灯进行管理，实现现场实施照明控制。

进一步地，所述遥控器使用红外及超声波双模方式对智能照明控制器进行数据分发和实时控制。

进一步地，所述遥控器使用频率参数对应输入数值，通过发射不同频率的红外线和超声波，通过单片机计算出对应的数值，且基准时钟不同。

进一步地，所述智能照明控制器接收到分组数据后，发送至数据寄存器，在下一周期初始化时调用，实现相同分组智能照明控制器的输出同步。

进一步地，所述遥控器将灯具对应的编组数据传送给智能照明控制器，智能照明控制器收到编组数据后，不立即执行，将数据发送至数据寄存器，在整个场地的灯具编组数据都发放完毕后，由管理计算机对智能照明控制器进行断电初始化。

进一步地，所述智能照明控制器断电复位后，首先进行初始化，读取数据寄存器的编组数据，然后按编组程序运行，相同编组的智能照明控制器运行相同的程序。

本发明的有益效果是：

本发明操作简单、设置简单、架构简单，实现了普通智能照明系统的控制功能，摆脱了对照明回路的依赖，调整更容易，更便利，还实现了现场的单灯管理。保持了整个系统较好的同步性。

本发明的最大特点是结构简单、部署简单、操作简单、经济性好、便于安装。本发明简化的红外遥控的技术方案、使用干扰源较少的超声波作为灯具现场控制方案，这些都有助于较好的降低设备成本；离线式的同步/初始化方案，控制在智能照明系统对时间精度允许的范围内10秒，可以不进行数据传输网络的建设，也可以很好的降低系统的造价；拨码开关可以降低程序的软件的体积，有利于选择更低成本的单片机。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是常规智能照明系统示意图。

图2是本发明系统示意图。

图3是本发明遥控器外观示意图。

图4是遥控器输出数据生成示意图。

图5是智能照明控制器布局图。

图6是单片机控制程序流程图。

图7是外部中断程序流程图。

具体实施方式

如图1-5所示，一种智能照明控制装置，包括设置在管理层的多个管理计算机、设置在传输层的网关以及设置在现场控制层的多个智能照明控制器，管理计算机通过网关与智能照明控制器电气连接；智能照明控制器包括单片机和与单片机电气连接的参数拨码盘、外部寄存器、第一信号接收器、第二信号接收器和固态继电器，固态继电器与照明灯具、外部强电形成回路，第一信号接收器、第二信号接收器与遥控器无线通信，单片机、第一信号接收器、第二信号接收器连接电源电池，其中：

遥控器，实现在任意时刻对单个灯具进行编组，灯具编组同步启动后实现统一编组的灯具具有相同的开关时间；

单片机，实现灯具的编组信息处理和输入，将输入信号进行格式转换后存入外部寄存器中；

参数拨码盘，用于进行编组总数的设定和高峰期照明参数的设定，以适应不同管理者对智能照明管理上的需要；

管理计算机，保持智能照明控制器周期性的同步，用于整个系统统一定时复位，并消除各智能照明控制器运行时的累计误差。

其中，第一信号接收器、第二信号接收器分别为红外接收器和超声波接收器，分别接收遥控器发出的编组信号。

所述遥控器包括电源模块、频率转换模块、红外发射模块、超声波发射模块以及时钟电路；所述频率转换模块输入端连接有编组按钮，其输出端连接所述红外发射模块的输入端，所述红外发射模块的输出端连接有第一滤波模块；所述时钟电路与超声波发射模块均与频率转换模块电连接，所述频率转换模块还连接有开关灯按钮；所述频率转换模块、红外发射模块、超声波发射模块以及时钟电路均与电源模块连接。所述编组按钮设置有四个，所述开关灯按钮为关灯按钮和开灯按钮。

本发明还提供一种智能照明控制方法，包括以下步骤：

步骤1、系统安装前，对分布式智能照明管理设备内的微电脑定时器进行手工同步，误差范围为5秒；

步骤2、安装对分布式智能照明管理设备箱，并于照明配电线路进行整合，使得各照明回路的功率计灯具数量满足规范要求；

步骤3、根据现场对照明编组总数、照明高峰期的时间定义和高峰期时长，在拨码开关上进行数值设置；

步骤4、在每个受控灯具上安装智能照明控制器，接好线路后，按需求使用遥控器进行灯具的编组，由于控制器此时未进行初始化同步，灯具的状态由遥控器实时进行开关控制；

步骤5、全部灯具上智能照明控制器安装完毕后，对分布式智能照明管理设备加电；

步骤6、在系统重启前，对分布式智能照明管理设备的时间进行误差校准，整个系统在预定时间点对照明回路分成两部分，以10秒的间隔进行错时断电，实现全系统同步初始化；

步骤7、分布式智能照明管理设备按预定时间周期进行全系统同步初始化；

步骤8、运行过程中，使用遥控器对单灯进行管理，实现现场实施照明控制。

其中，遥控器使用红外及超声波双模方式对智能照明控制器进行数据分发和实时控制。

如图4所示，遥控器使用频率参数对应输入数值，通过发射不同频率的红外线和超声波，通过单片机计算出对应的数值，且基准时钟不同。

1、按钮“编组1-编组4”对应的输出频率约为:100:80:50:30。具体频率可以根据时钟电路调整。

2、接受端接收红外信号后，出发单片机外部中断2，由单片机进行频率判断，根据频率计算出对应的编组，将编组数值发外部寄存器。

3、开灯按钮与关灯按钮的输出频率约为100:50。

智能照明控制器接收到分组数据后，发送至数据寄存器，在下一周期初始化时调用，实现相同分组智能照明控制器的输出同步。遥控器将灯具对应的编组数据传送给智能照明控制器，智能照明控制器收到编组数据后，不立即执行，将数据发送至数据寄存器，在整个场地的灯具编组数据都发放完毕后，由管理计算机对智能照明控制器进行断电初始化。智能照明控制器断电复位后，首先进行初始化，读取数据寄存器的编组数据，然后按编组程序运行，相同编组的智能照明控制器运行相同的程序。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

智能照明的原理是：智能照明系统的实质是根据环境状况编制照明需求和照明方案，根据照明方案对灯具进行编组，相同编组的灯具具有相同的开启时间。从延长灯具寿命的角度考虑，灯具最好是处于周期性迭代工作，在一个较长的时间周期内，每盏灯具开启时间基本相同。如果能实现实时灯具人工开/关则是最好的智能照明调度功能。

本发明采用的原理是：首先对各灯具的智能照明控制器通过遥控器进行编组，相同编组的智能照明控制器具有相同的控制程序，灯具编组时不进行智能照明控制器间的同步，在全部智能照明控制器编组完成后，在同一时刻统一进行系统初始化，初始化后所有智能照明控制器按程序工作，实现智能照明功能。由于本系统采用离线式架构，为保证编组同步工作无较大的偏离，系统定时进行周期性初始化，以消除各灯具开关时间上的累积误差。采用可靠的、独立于智能照明控制器的分布式上位管理设备，使系统周期性初始化的时间略小于整个系统程序的最大运行时间，避免出现时间溢出防止出现整个系统全部关闭的现象，可靠性高。

本发明使用时，首先使用遥控器将灯具对应的编组数据传送给智能照明控制器，智能照明控制器收到编组数据后，不立即执行，将数据发送至数据寄存器，在整个场地的灯具编组数据都发放完毕后，由上位照明控制管理器对照明电路进行断电初始化（一般在周期为6天或一周的16：00左右）。智能照明控制器断电复位后，单片机进行初始化，读取数据寄存器的编组数据和拨码盘的信息，然后按编组程序运行，相同编组的智能照明控制器运行相同的程序，从而实现统一的智能照明控制的目的。遥控器采用红外及超声波两种方式，红外方式通过不同频率对应不同编码，由单片机计算后发外部寄存器；超声波方式也通过两种频率对应灯具的开关，红外及超声波信号在智能照明控制器接收后，对应单片机的外部中断输入，实现数据的即时处理，实时完成编组信息的设置和实时灯具控制。由于遥控器的红外频率和超声波频率可以根据时钟频率进行调整，可以根据时间情况选择频率具有较好的抗干扰能力。综上所述，系统通过分布式智能照明管理设备、智能照明控制器和遥控器遥控器的组合应用实现本方法和装置的功能。

本发明由分布式智能照明管理设备、手持式智能照明灯具配置装置（遥控器）和智能照明控制器组成。

a、分布式智能照明管理设备的主要功能是：定时（可实现周期为0-7天，每天同一时间）信号输出、开/关照明回路，由微电脑定时器、时间继电器、交流接触器和箱体组成，箱体尺寸根据现场照明配电箱的情况而定。分布式智能照明管理设备的输入及输出线路安装在照明配电箱与照明回路断路器之间。

b、智能照明遥控器的主要功能是：对智能照明控制器进行编组信息的发送及现场灯具的实时开关控制。常见的智能照明系统由于需要满足使用区域的照度要求，智能照明的节能措施多为灯具隔盏分组或隔2盏分组，也就是编组的数量多在2-3组之间，偶尔需要增加一个编组进行机动调整。因此，作为编组工具的遥控控制器将编组数定为4组，可以满足95%以上智能照明系统管理要求。由于较少的编组需求，从经济性上优化系统本方案采用了红外分频方式，用4种频率的红外线对应各编组码。这种方法可以解决其他红外线装置照射智能照明控制器带来的误输入问题，也可以对输入有较好的容错冗余度，保证使用简单的方法实现准确的输入。遥控器的灯具开关功能采用超声波发送给智能照明控制器，控制器接收到超声波信号后，直接调用外部中断程序，根据超声发射信号的频率（部署超声波本身频率）对应灯具的开/关状态。

c、智能照明控制器的主要功能是：接收遥控器的红外信号和超声波信号后转激活单片机的外部中断，使智能照明控制器上单片机即时处理，将输入红外信号进行格式转换后存入外部寄存器中；根据超声波的波特率进行灯具的开关操作。使用遥控器对智能照明控制器进行编组后，在下次照明回路断电智能照明控制器复位后，单片机初始化时读取外部寄存器的编组数据和拨码盘的设置，按上述预设数据运行程序，控制固态继电器的控制极，实现灯具的智能控制。智能照明控制器由电源部分、电池、单片机、外部数据寄存器、红外接收器、超声波接收器、状态灯及输入输出端子排组成。

本发明适用于老旧系统的改造及新系统建设。主要安装工程量集中在灯具上安装智能照明控制器，无需进行电气回路改造，电气管线的建设，费用少，便于施工和安装。同时，简单的结构和操作方式，无需进行专门培训，一般物业管理人员稍经培训即可操作使用，使用成本和维护成本低。具体如下：

本发明系统部署的以单体/单件期间施工为主，涉及面小，改造速度快。

本发明无需特殊技能的人才，简单培训即可操作使用实现智能照明管理。

本发明采用已有的灯具的照明回路供电，设备功耗低。

本系统整体同步时，可以实现按实际回路的错时初始化，避免出现整个照明系统全部关闭的情况。

本发明遥控器成功分组完成后，有状态灯显示分组数据输入成功。

本发明采用离线同步方法，不必进行常见智能照明系统的数据传输部分的建设，节省投资费用。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。