专利名称：集中分布式混合结构家用照明系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种照明控制系统，特别是指一种家用照明控制系统。
背景技术：
传统的照明控制系统，其能量流和控制流合一，通过机械式开关控制照明线路。如要实现多点控制，则需要额外安装线路，布线工作量大、安全性差，且无法实现移动集中遥控。
目前还有一些小型的专用照明控制系统，各控制开关间通过总线和无线方式连接。但此类系统工作范围有限，系统不具有可扩展性；设备间信息交换均采用数字编码技术，存在实现技术复杂，抗干扰能力差，可靠性差的缺陷。
此外，还有一些附属楼宇自动化系统的照明控制系统，采用特定的协议，如Lonworks、BACnet、EIB等，这类系统功能丰富，规模庞大，安装调试复杂，必须由专业技术人员施工，而且价格昂贵。
发明内容
本发明的目的是提供一种集中分布式混合结构的家用照明系统。
集中分布式混合结构的家用照明系统由一个无线集中遥控器和最多9套主从分布式数字调光子系统两部分组成。每套主从分布式数字调光子系统包含一个主器和若干个子器，通常安装在同一个房间内。不同房间的主从分布式数字调光子系统由无线遥控器进行集中移动遥控。位于同一房间的主从分布式数字调光子系统，主器负责调光和对子器照明线路的开关控制；子器在多点就近控制各自照明线路的开关。调光子系统的数量(1至9)，调光子系统中子器的数量(0至8)，按需配置。主从分布式数字调光子系统亦可作为一个独立的系统单独运行。
无线遥控器采用433.92MHz工作频率(业余频段)，控制距离30m。遥控器由PT2262编码芯片对用户的按键进行编码，经发射电路发射。
主从分布式数字调光子系统包含一个主器和若干个子器，主器的设备地址由4位插针编码器硬件设置。主器和子器之间的信号传输采用不同的电平实现，实现技术简单，系统的可靠性大大提高；子器的电源由主器的子器驱动电路统一提供，不仅简化了子器的电路结构，降低了成本，而且提高了可靠性。
无线集中遥控器与主从分布式数字调光子系统之间引入对码功能，用户的遥控器按键操作经PT2262芯片编码后发射，解码则由主从分布式数字调光系统主器中的微处理器软件实现，因此主器的微处理器实现控制功能的同时，兼做解码和对码，省略了解码芯片PT2272以及外围电路，这种将功能集中实现的设计方法简化了电路结构，提高了设备的可靠性，同时有效的降低了成本。
图1是集中分布式混合结构家用照明系统结构图；图2是本发明的主器结构框图；图3是本发明的主器电压比较模块原理图；图4是本发明的主器调光模块电路原理图；图5是本发明的子器驱动接口模块电路原理图；图6是本发明的子器电路原理图；图7是主从分布式数字调光子系统主器和子器之间的电平通信原理图；图8是集中分布式混合结构家用照明系统软件流程图。
具体实施例方式
如图1所示，集中分布式混合结构家用照明系统由无线集中遥控器1和调光子系统两部分组成。每个调光子系统由主器(如图1的2)和子器(如图1的3)构成。主器可实现对子器多点开关控制，每个主器可按需要配置子器数目(本系统设计一个主器最多可驱动八个子器)。产品出厂时，遥控器与主从分布式调光子系统已作对码处理，即两者的特征码是一一对应的，共计6561种不同特征码。一旦不同用户间出现干扰(这种情况出现的概率是很低的)，维修人员按下主器上的对码按钮，用不同特征码的遥控器替换，仅需按下遥控器任一键。主器的接收电路截获新的特征码存入E2PROM；再按主器对码按钮退出对码状态，即进入正常工作状态。通过主器可实现对灯光(图1中5所示)的开关和调光操作，也可以驱动其他可以通过开关操作的家电(图1中4所示)。
如图2中所示，主器由微处理器、地址设定模块、电压比较模块、过零检测模块、调光模块、子器驱动接口模块、无线接收模块组成。电压比较模块通过信号线CM(具体有CM1、CM2、CM3三条)与微处理器M21相连；过零检测模块通过信号线ZERO与微处理器相连；调光模块通过信号线DIM与微处理器相连；子器驱动接口模块通过信号线SUB与微处理器相连；无线接收模块通过信号线WL与微处理器相连。主器通过连接线S1、S2与子器相连。
图2中的电压比较模块的电路原理图如图3所示由比较器U31、U32、U33，二极管D31，电容C31，电阻R31、R32、R33、R34、R35、R36、R37、R38组成。连接到子器的信号线S1通过电阻R31与比较器U31、U32、U33的正输入端相连；比较器U31的负输入端与电阻R33相连，R33的另一端与电阻R32、二极管D31的负极、电阻R34相连；电阻R32得另一端与+36V电源相连；二极管D31的正端与地相连；电阻R34、R35、R36的一端连接在一起；电阻R35的另一端连接到比较器U32的负端；电阻R36的另一端与电阻R37、电阻R38连接在一起；电阻R37的另一端与比较器U33的负端相连；电阻R38的另一端接地。比较器U31、U32、U33的输出端分别连接到信号线CM1、CM2、CM3，信号线CM1、CM2、CM3与微处理器引脚相连。
图2中调光模块的具体实现见图4由电阻R41、R42、R43，双向可控硅BCR41，光耦U41，电容C41，电感L41组成。光耦U41输入端正端连接到信号线DIM与微处理器相连，负端与电阻R41相连，电阻R41的另一端与+5V电源相连；光耦输出端的一端与电阻R42相连，另一端与电阻R43、电容C41、双向可控硅的门极连接在一起。电阻R42与可控硅的终端1相连，电阻R43、电容C41的另一端和电感L41、可控硅的终端2连在一起。电感L41的另一端和R42的可控硅的终端1连接到灯具上。
图2中的子器驱动接口模块的电路原理图如图5所示由电阻R51、R52、R53，三极管Q51、Q52、Q53、二极管D51、D52、D53，电容C51、C52组成。电阻R51一端与+5V电源相连；另一端与三极管Q51基极一起连接到信号线SUB上，与微处理器连接；三极管Q51集电极与二极管D51的负极相连，三极管Q51的发射极接地；二极管D51的负极与二极管D52的负极、三极管Q52的基极、电阻R52连在一起；二极管D52负极接地；三极管Q52集电极与电阻R52另一端以及三极管Q53集电极、电阻R53连接在一起；电阻R53的另一端与电源+36V连接；三极管Q52的发射极与三极管Q53的基极相连；三极管发射极与电容C51、二极管D53正极连接；电容C51的另一端接地；二极管D53负极与电容C52相连，并引出信号线S1；电容C52另一端接地；信号线S2接地。
子器的电路原理如图6所示由三极管Q61、Q62，稳压管ZD61、ZD62、ZD63，电容C61，发光二极管LED61、LED62，二极管D61、D62、D63、D64、D65，按键开关SW61、SW62、SW63，桥式整流器DB61，电阻R61、R62、R63、R64、R65、R66、R67、R68组成。桥式整流器DB61的输入端与按键开关SW61并联后与信号线S1、S2相连，输出正端与电阻R61、R63、R64、R66、按键开关SW62、SW63的一端连接在一起。电阻R61与稳压管ZD61的负端相连，正端与电阻R62、电容C61、三极管Q61的基极连在一起。电阻R62的另一端与电容C61的另一端、三极管Q61的发射极、电阻R65的一端、三极管的发射极连接到一起后与桥式整流器DB61的输出负端相连。电阻R61与发光二极管LED61的正端相连，负端与二极管D61的负端一起连接到三极管Q61的集电极。二极管D61的正极与二极管D62的正极都连接到电阻R64的另一端。发光二极管正极与电阻R66相连，负极与三极管Q62的集电极、二极管D65的负极相连。按键开关SW62的另一端与二极管D63的正极、稳压管ZD62的负极相连；按键开关SW63的另一端与稳压管ZD63的负极、二极管D64的正极相连。稳压管ZD62、ZD63的负极与二极管D65的正极相连。电阻R67的一端与二极管D63的负极相连；电阻R68的一端与二极管的负极相连，电阻R67、R68的另一端和R65的另一端、二极管D62的负极、三极管Q62的基极连接到一起。
子器主要通过按键来改变信号线上的电平，信号线起到为子器供电和传输按键信号的双重作用。主器接收子器的按键信号后，相应地改变灯具状态。
主器的无线接收模块上设有对码按钮，出厂时处于弹出状态，即默认状态为工作状态，主器采用的微处理器87LPC764是一款高性价比的80C51改进MCU，增加了WDT、I2C、模拟比较器等功能。硬件设计中利用87LPC764的比较器输入端，将无线信号接到MCU比较器输入端，7个I/O用于主器的其他功能模块。遥控器的编码功能通过PT2262编码芯片实现，主器的解码功能由87LPC764软件完成，即87LPC764在实现主从分布式数字调光子系统控制功能的同时，兼作解码对码器(程序结构图如图8所示)，节省了传统设计方法中解码芯片PT2272以及外围电路，主从式数字调光子系统的地址由机械式4位插针编码器硬件设置，大大降低了用户的技术门槛。地址0作特殊处理，此时的主从分布式数字调光子系统与集中遥控器无关，即作为独立系统运行，使系统具有更大的灵活性。地址1-9，用于区分不同的主从分布式数字调光子系统；地址10-15保留，未定义。
图7是主从分布式数字调光子系统中主器和子器之间的通信电平变化示意图。在灯灭的状态下，驱动电路给子器提供27V的电压，导通子器LED；当用户对子器按键进行开灯操作时(0V)，驱动电平会被拉低并钳制住，由按键扫描电路进行检测，以获得用户指令并送入单片机进行处理，灯亮，同时驱动电压从27V变为13V，子器LED灭。当进行关灯操作时(4.7V)，驱动电平会被稳压管钳制住并由扫描电路进行检测，灯灭，驱动电平恢复到27V，子器LED亮。
图8是集中分布式混合结构家用照明系统软件流程图系统软件设计采用模块化的方法，将软件划分成功能不同的几个模块，分别完成独立的功能，模块和主程序以及模块之间通过传递参数来联系。程序各模块主要包括主程序；无线信号接收；键盘扫描；参数设置；调光、状态保存等中断服务程序。主程序主要包括初始化，对码程序。分布式主从调光器基本上都将调光控制功能以及其他一些扩展功能让单片机通过软件来完成，通过模块化的软件设计，结构更严谨、功能更完善。在用户操作按键后或者接收到无线信号以后，系统即时检测到并作出判断，根据用户指令进行参数设置，然后通过中断服务程序中具体完成控制任务。在长时间没有收到用户操作指令的时候，为了降低功耗，可以用休眠指令将单片机送入休眠状态，并由中断(包括按键中断和掉电中断)唤醒。由于使用可控硅调光是依据调相的原理，参照市电220v的正弦波曲线，在不同的相位角导通可控硅实现调节白炽灯功率(调压)即调光的作用。但相同相移在正弦波曲线上的功率面积是不同的，单片机通过改变调光触发信号相对正弦曲线相角和功率的“占空比”来调节调光信号的幅度，一共产生256级的调光幅度。由于人眼在低照度情况下的敏感性要比在高照度情况下的敏感性要强，对数形式输出的光强看起来却像是线性的，因此实际的光强与数字输入之间的关系应当呈对数变化而非线性关系。
权利要求
1.一种集中分布式混合结构的家用照明系统，其特征在于，它具有无线遥控器和多个主从分布式数字调光子系统，主从分布式数字调光子系统具有主器，主器分别与子器、灯具、其它执行器相接，主器具有微处理器，微处理器分别与地址设定模块、电压比较模块、过零检测模块、调光模块、子器驱动接口模块、无线接收模块相接。
2.根据权利要求1所述的一种集中分布式混合结构的家用照明系统，其特征在于所述的主器的电压比较模块由第一比较器U31、第二比较器U32、第三比较器U33，第一稳压管D31，第一电容C31，第一电阻R31、第二电阻R32、第三电阻R33、第四电阻R34、第五电阻R35、第六电阻R36、第七电阻R37、第八电阻R38组成；连接到子器的信号线S1通过第一电阻R31与第一比较器U31、第二比较器U32、第三比较器U33的正输入端相连；第一比较器U31的负输入端与第三电阻R33相连，第三电阻R33的另一端与第二电阻R32、第一稳压管D31的负极、第四电阻R34相连；第二电阻R32得另一端与+36V电源相连；第一稳压管D31的正端与地相连；第四电阻R34、第五电阻R35、第六电阻R36的一端连接在一起；第五电阻R35的另一端连接到第二比较器U32的负端；第六电阻R36的另一端与第七电阻R37、第八电阻R38连接在一起；第七电阻R37的另一端与第三比较器U33的负端相连；第八电阻R38的另一端接地；第一比较器U31、第二比较器U32、第三比较器U33的输出端分别连接到信号线CM1、CM2、CM3，信号线CM1、CM2、CM3与微处理器引脚相连；主器和子器之间的信号传输采用不同的电平实现。
3.根据权利要求1所述的一种集中分布式混合结构的家用照明系统，其特征在于所述的主器的调光模块由第九电阻R41、第十电阻R42、第十一电阻R43，双向可控硅BCR41，光耦U41，第一电容C41，电感L41组成；光耦U41输入端正端连接到信号线DIM与微处理器相连，负端与第九电阻R41相连，第九电阻R41的另一端与+5V电源相连；光耦输出端的一端与第十电阻R42相连，另一端与第十一电阻R43、第一电容C41、双向可控硅的门极连接在一起；第十电阻R42与可控硅的终端1相连，第十一电阻R43、第一电容C41的另一端和电感L41、可控硅的终端2连在一起；电感L41的另一端和第十R42的可控硅的终端1连接到灯具上。
4.根据权利要求1所述的一种集中分布式混合结构的家用照明系统，其特征在于所述的主器的子器驱动接口模块由第十二电阻R51、第十三电阻R52、第十四电阻R53，第一三极管Q51、第二三极管Q52、第三三极管Q53、第一二极管D51、第二二极管D52、第三二极管D53，第二电容C51、第三C52组成。第十二电阻R51一端与+5V电源相连；另一端与第一三极管Q51基极一起连接到信号线SUB上，与微处理器连接；第一三极管Q51集电极与第一二极管D51的负极相连，第一三极管Q51的发射极接地；第一二极管D51的负极与第二二极管D52的负极、第二三极管Q52的基极、第十三电阻R52连在一起；第二二极管D52负极接地；第二三极管Q52集电极与第十三电阻R52另一端以及第三三极管Q53集电极、第十四电阻R53连接在一起；第十四电阻R53的另一端与电源+36V连接；第二三极管Q52的发射极与第三三极管Q53的基极相连；第三三极管Q53的发射极与第二电容C51、第三二极管D53正极连接；第二电容C51的另一端接地；第三二极管D53负极与第三电容C52相连，并引出信号线S1；第三电容C52另一端接地；信号线S2接地；子器的电源由主器的子器驱动电路统一提供。
5.根据权利要求1所述的一种集中分布式混合结构的家用照明系统，其特征在于所述的子器由第四三极管Q61、第五三极管Q62，第二稳压管ZD61、第三稳压管ZD62、第四稳压管ZD63，第四电容C61，第一发光二极管LED61、第二发光二极管LED62，第四二极管D61、第五二极管D62、第六二极管D63、第七二极管D64、第八二极管D65，第一按键开关SW61、第二按键开关SW62、第三按键开关SW63，桥式整流器DB61，第十五电阻R61、第十六电阻R62、第十七电阻R63、第十八电阻R64、第十九电阻R65、第二十电阻R66、第二十一电阻R67、第二十二电阻R68组成。桥式整流器DB61的输入端与第一按键开关SW61并联后与信号线S1、S2相连，输出正端与电阻第十五电阻R61、第十七电阻R63、第十八电阻R64、第二十电阻R66、第二按键开关SW62、第三按键开关SW63的一端连接在一起；第十五电阻R61与第二稳压管ZD61的负端相连，正端与第十六电阻R62、第四电容C61、第四三极管Q61的基极连在一起；第十六电阻R62的另一端与第四电容C61的另一端、第四三极管Q61的发射极、第十九电阻R65的一端、第五三极管Q62的发射极连接到一起后与桥式整流器DB61的输出负端相连；第十五电阻R61与第一发光二极管LED61的正端相连，负端与第四二极管D61的负端一起连接到第四三极管Q61的集电极。第四二极管D61的正极与第五二极管D62的正极都连接到第十八电阻R64的另一端；第二发光二极管LED62的正极与第二十电阻R66相连，负极与第五三极管Q62的集电极、第八二极管D65的负极相连；第二按键开关SW62的另一端与第六二极管D63的正极、第三稳压管ZD62的负极相连；第三按键开关SW63的另一端与第四稳压管ZD63的负极、第七二极管D64的正极相连；第三稳压管ZD62、第四ZD63的负极与第八二极管D65的正极相连；第二十一电阻R67的一端与第六二极管D63的负极相连；第二十二电阻R68的一端与第七二极管D64的负极相连，第二十一电阻R67、第二十二电阻R68的另一端和第十九电阻R65的另一端、第五二极管D62的负极、第五三极管Q62的基极连接到一起。
6.根据权利要求1所述的一种集中分布式混合结构的家用照明系统，其特征在于所述的无线遥控器与主器之间具有对码功能。
7.根据权利要求6所述的一种集中分布式混合结构的家用照明系统，其特征在于所述的对码功能实现方法为无线遥控器内置编码芯片，而相应的对码解码功能由主从分布式数字调光子系统中的主器MCU实现，无线通信工作频率为433.92MHz。
8.根据权利要求1所述的一种集中分布式混合结构的家用照明系统，其特征在于所述的主从分布式数字调光子系统的地址由机械式4位插针编码器硬件设置。
全文摘要
本发明公开了一种集中分布式混合结构的家用照明系统。它具有无线遥控器和多个主从分布式数字调光子系统，主从分布式数字调光子系统具有主器，主器分别与子器、灯具、其它执行器相接，主器具有微处理器，微处理器分别与地址设定模块、电压比较模块、过零检测模块、调光模块、子器驱动接口模块、无线接收模块相接。本发明不仅能在家庭内集中移动遥控，而且可以对每套主从分布式数字调光子系统实行本地多点操作，成本低廉，操作灵活方便，系统可扩展性、可靠性和易用性良好。
文档编号H05B37/02GK1770940SQ20051006092
公开日2006年5月10日 申请日期2005年9月28日 优先权日2005年9月28日
发明者吴明光, 张岳军, 郭锐, 杨丕楠 申请人:浙江大学