专利名称：具有光通信功能的led照明系统的制作方法
具有光通信功能的LED照明系统本发明总体上涉及可以由专用控制单元控制和操作的照明系统。更具体地，本发 明涉及其光源的照明参数可以例如由外部第三方设备通过专用控制设备进行设置的照明 系统。在现有技术中公知，通过使用数字协议例如已经建立的DALI (数字可寻址照明接 口)、DMX (数字多路复用)或者DSI (数字信号接口)协议来控制复杂照明系统的参数如调光。DMX是通常用于控制舞台照明和效果的通信协议。为了控制不同照明单元的照明 参数，给定的中央控制器通过DMX通信总线连接到要控制的所有单元。DALI协议以及DSI协议通常用于控制楼宇中的照明。这种数字通信协议尤其适合 于包括位于例如楼宇或者楼宇的一部分之内的多个分布式照明资源的大规模网络。经绞线总线连接到网络的每一个光源的DALI控制器对DALI网络进行中央控制。 这样，中央控制器不是直接连接到光源，而是经各自的DALI设备连接到光源，所述各自的 DALI设备能够与DALI控制器通信并且根据中央DALI控制器的指示来操作各自的光源。用于操作光源的中央控制器的指示通过双向绞线总线传送到分布式DALI设备， 使得中央DALI控制器可以设置每一个光源的状态并且也查询所述状态。如果此类数字协议很适合于大规模网络，那么事实上它们不太适合于包括例如只 有几个光源的小型网络，因为它要求安装用于在中央控制器和单元之间进行通信的绞线总 线。此类中央控制系统的另一个缺点是在发送指示之前，需要在总线上给每一个照明单元 分配唯一地址，这可能引起混乱并且耗时。TridonicAtco GmbH & Co. KG 的未公布的专利申请DE 10 2006 046 489. 3针对这
些问题提出了第一解决方案用于操作气体放电灯的电子镇流器可以彼此通信而无需任何 绞线总线。因此，在工作时，第一电子镇流器能够调制由气体放电灯发出的光。这种调制允许 将信息从第一电子镇流器传送到第二电子镇流器，第二电子镇流器利用光电检测器接收已 调制的信号。然后，第二电子镇流器必须解调所接收的信号以获得第一电子镇流器发送的 原始信息。可以从一个电子镇流器传送到另一个电子镇流器的信息涉及第一气体放电灯发 出的光的强度或者频率。然而，此通信系统只限于气体放电灯以及它们的电子镇流器。而且，此通信系统不 能在照明单元的小型网络之内传播信息。因此，本发明的目的是解决上述限制和问题，并且改善光源的控制。本发明的目的 尤其是改善可以处于光通信状态内的几个光源的控制。总体而言通过“利用光来驱动光源”来实现此目的，即通过经由也可以用于照明的 光来传送参数而实现光源的控制。传送可以是双向的，即可以提供“主”光源和“从”光源 (通过主光源的光进行控制)之间的传播和反向传播通道。根据所提出的方案，第一或者主光源被控制为某一操作参数或者设置，该操作参数或设置可以涉及例如光源的强度、光谱、颜色等等。然后，通过调制第一光源发出的光，该 设置可以传播到至少一个其它光源，使得设置有光电传感器的所述至少一个其它光源(也 称为从光源)可以检测第一或者主光源的设置。然后，可以使从光源的操作参数(即，强度、 颜色、光谱等)适应于第一或者主光源的操作参数。注意，所述至少一个其它光源也可以直接检测第一光源的光特征，或者解调编码 于从第一光源发出的光中的数字或模拟信息。因此，通过控制主光源，能够以期望的方式来操作主光源以及一个或者几个从光 源。因此，在从光源的光电传感器能够接收主光源发出的光或者信号的情况下，从光源直接 地(即光学连接地)连接到主光源，或者在所述光电传感器只能够接收经一个或者更多个 从光源转发的主光源的光或者信号的情况下，从光源间接地连接到主光源。无论如何，在控 制周期结束时，通过它们各自的光电传感器直接或间接光学地连接到主光源的所有光源将 具有相同的表现。优选地，光通信处于人眼可见的光谱之内。优选地，调频高于人的视觉的分辨率。根据本发明的一个方面，提出了一种LED(即发光二极管)光源系统，该LED光源 系统包括主光源和从光源。每个光源包括至少一个LED以及用于操作所述LED的控制单元。 从光源设置有用于检测从主光源发出的光的光电传感器。从光源的控制单元连接到光电传 感器并且设计为根据从主光源发出的光设置从光源的操作参数。因此，在通过调制主光源发出的光的强度、相位、颜色等来编码操作参数的情况 下，从光源可以设置有用于解调来自主光源的光的装置。优选地，LED光源包括设计为检测已调制光信号的光电传感器。控制单元可以包 括用于解调光电传感器检测的已调制光信号的装置。根据本发明的另一个方面，提出了一种用于照明和数据传送的LED(即发光二极 管)系统。所述LED系统包括第一 LED光源和第二 LED光源，第一 LED光源包含至少一个 LED以及用于操作所述LED的控制单元，第二 LED光源包含至少一个LED、用于操作所述LED 的控制单元、以及光电传感器。第一 LED光源的控制单元设计为通过调制LED发出的光来 无线传送数据。光电传感器可以设计为检测第一 LED光源的LED发出的光信号，并且控制单元可 以设计为解调由光电传感器检测的光信号，以获得由所述第一 LED光源无线传送的数据。可以使用模拟调制、调频或调幅、或者脉冲调制方法来传送数据。根据本发明的另一个方面，提出了一种照明系统。该照明系统包括多个光单元，每 个光单元包含光电传感器、光源和控制单元，该控制单元适于操作光源并且调制光源发出 的光以传送数据。光单元根据环路拓扑来布置。每个光单元可以无线连接到至少在前光单元和在后光单元，光单元能够经其光电 传感器从所述在前光单元接收已调制数据，并且经其光源将已调制数据发送到在后光单元。每个光单元的控制单元可以设计为解调从在前光单元接收的已调制数据或信号。称为主光单元的光单元能够适于通过调制由其光源发出的光来传送数据，然后所 述数据在称为从光单元的其余光单元中自动传送，接收所述数据的每个从光单元经其光单 元将所述数据自动地转发到环路的在后光单元。
主光单元储存所传送的数据并且等待环路的最末从光单元对所述数据的接收，该 接收表示在整个环路上成功地传播数据。优选地，如果在给定的时间段之后，主光单元没有从环路的最末从光单元接收到 数据，则主光单元重新传送数据。根据本发明的另一个方面，提出了一种包括多个光单元的照明系统。每个光单元 包含光电传感器、光源和控制单元，该控制单元适于操作光源并且调制光源发出的光以传 送数据。由给定的光单元传送的数据在其余光单元中传播。根据本发明的另一个方面，提出了一种用于照明系统的通信方法，该照明系统包 括根据环路拓扑布置的多个光单元，每个光单元具有光电传感器、光源和控制单元，该控制 单元适于操作各自的光源并且调制光源发出的光以传送数据。在第一步骤中，所述多个光 单元中称为主光单元的一个光单元经其光源无线传送数据。在下一个步骤中，所述数据在 称为从光单元的环路的其余光单元中自动传送。根据下面实施例的详细描述并且结合附图，本发明的上述结构以及其它结构、特 征和优点将变得更清楚。详细描述以及附图仅仅是用于说明本发明，而不是限制由权利要 求书限定的本发明的范围。
图1示出根据本发明第一实施例的照明系统；图2示出本发明的替换实施例；以及图3示出根据本发明第一实施例的照明系统。图1示出根据本发明实施例的LED(发光二极管)系统12。LED系统12包括多个LED光源1、6、10、11，优选地每个LED光源包含LED或者一 组LED 4、9。优选地，不同的LED光源1、6、10、11包括相同类型和相同数目的LED 4、9，使 得它们可以产生相似的光。根据替换的实施例，可以用诸如一个或者多个白炽灯、激光器、如荧光灯的气体放 电灯等的替换光源来代替LED。每个LED光源1、6进一步包括控制单元3、8，控制单元3、8通过向各LED 4、9供给 可变电流来控制和操作各LED。优选地，控制单元3、8以微控制器为主要部分。如果LED光源1、6包含一个以上的LED，则控制单元3、8能够独立地操作不同的 LED。具体地，控制单元可以对不同类型或者不同颜色的LED进行控制。通过适当地操作不 同LED，LED光源1、6可以发出具有可变颜色、温度或者光谱的光。因此，控制单元3、8适于设置或者修改发出的光的参数，例如颜色、温度、光谱强度。优选地，每个LED光源1，6包括用于感测或者检测LED光源1、6周围的光的光电 传感器2、7。光电传感器2、7是现有技术中已知的器件，并且可以例如以光敏电阻器或者光电 二极管为主要部分。光电传感器2、7收集或者检测的信息传送到控制单元3，控制单元用该信息来操 作光源(例如LED)4、9。光电传感器2、7例如可以用来检测相关的LED 4、9的强度，以将发 射强度调节到需要的水平。在一个例子中，“从”光源设计成分析从“主”光源发出的光，以“复制”主光源的特征(强度、颜色等)。通过分析由从光源的光电传感器接收的光和/或通过调制例如主光源 的颜色或者强度来对信息进行编码，可以直接获得该信息。因此，可以将每个控制单元3、8设计为根据已知的模拟或者数字调制方案来调制 LED 4、9发出的光，以传送任何类型的数据。该传送以光学方式实现，例如在可见光谱中实 现。本发明提出，第一 LED光源1产生承载有用信号的已调制光信号，并且第二 LED光 源6检测和解调所述已调制光信号。在操作中，第一 LED光源1可以进行照明，同时可以传送有用数据。第二 LED光源6的光电传感器7定向为使得它适于接收第一 LED光源1发出的光。 因此在操作中，第二 LED光源6能够利用LED 9进行照明，并且经光电传感器7和控制单元 8的解调能力接收有用数据。因此，本发明的照明系统12也是形式为简单无线总线系统的通信系统。信息或者 数据能够借助于光源4、9的优选非常短的和优选不可见的光调制来传送。根据本发明的实施例，每个控制单元3、8在照明系统12中是可寻址的。这意味着 解调的数据包含有用数据以及对应于数据接收方的地址。控制单元3、8中仅具有对应于包 括在发出的数据中的地址的地址的控制单元接受附有地址的有用数据。控制单元3、8中的 另一个控制单元忽略所述有用数据。图1示出包含优选小型光源13的光笔或者遥控器5，能够用不同频率或者突发来 调制所述小型光源13。优选地，可以利用对应于LED光源1、6、10、11中使用的调制的调制 方式来调制由光笔5的光源13发出的光。光笔5可以发出任何颜色的光。优选地，光笔5以可见光谱发光使得使用光笔5 的操作者能够控制发光方向即光笔5所指的方向。根据本发明，操作者通过将由光笔5发出的光指向称为主光源的LED光源1的光 电传感器2，并且通过产生承载有例如照明系统12的新参数的已调制光信号，可以修改照 明系统12的操作。然后，主光源的控制单元3解调传送的光信号，推断出照明系统12的新参数，例如 新颜色、温度、强度、光谱等。于是，主光源根据新参数操作它的LED 4，同时将上述的新参数传送到称为从光源 的相邻LED光源6、10、11。优选地，从光源转而将新参数转发到不能接收主光源的已调制光 信号的其它从光源。为了传送新参数，优选地，主光源或者从光源将发出的光的强度改变成短脉冲或 者高频，使得人眼不能够察觉到调制。在已接收一个或者几个新参数之后，主光源和从光源相应地作出反应，例如，如果 新参数修改了发出的光的强度，则使强度减弱。如果新参数定义了新颜色并且如果光源包 括RGB LED，则可以改变LED产生的颜色。图1示出了信号/数据如何从主光源1传播到不同的从光源6、10、11，图2示出了 本发明的另一方面，即信号自从光源6、10、11到主光源1的反向传播。图2所示的照明系统20具有环路拓扑。由光笔5控制的光源是主光源1，其如上 所述检测施加到照明系统20的新参数。所述参数被转发到不同的从光源6、10、11，并且随后，环路中的最末从光源11将参数发送回到主光源1。环路拓扑确保了照明系统20的每个光源将接收到新参数。在替换实施例中，在环路上传送的信息也可以涉及到照明系统20内的LED4、9的 状态。接收关于新参数(强度、颜色等)的信息的光源相应地将所接收的信息连同关于它 自己的LED 4、9的状态的附加信息一起转发。因此，在环路的末端，主光源1获得照明系统 20的每个光源1、6、10、11的状态。在使用环路拓扑的照明系统20中，也很容易地检查新参数是否已经应用于整个 照明系统20。从最末从光源11接收包含新参数的信息的主光源1可以断定已经利用新参 数更新了整个照明系统20。图3示出本发明的基于环路拓扑的替换实施例，其中，主光源1经数据总线32例 如DALI总线连接到中央控制器31。主光源1可以从光笔5或者中央控制器31交替地接收数据或者新参数。此外，所 述主光源1甚至可以将例如关于系统30的状态或者关于从光源的状态的信息传送到中央 控制器31。单个光源的故障由任意一个光电传感器检测，并且可以通过使所有其它光源以持 续的循环序列方式闪烁短的时间段来可视化，或者在图3的系统30中，可以通知给中央控 制器31 ο如果没有定义照明网络的拓扑，则LED光源1、6、10、11优选地被编程为通过调频 和/或调幅来发送所接收的信息或参数，使得人眼不能察觉到调制对照明的影响。调频和 /或调幅的正面效果是可以避免散射光或环境光的干扰影响。优选地，在第一或最初突发之后并在第二或最后突发之前，由光源发送信息或参 数，其中，突发可以由一系列脉冲或者一系列不同的强度和/或频率来表征。因此，相邻光 源应当接收第一和第二突发，以使所接收的信息或参数有效。在所述相邻光源仅接收第一或者第二突发的情况下，其将在错误模式中进行切 换。如果光源的光电传感器检测到附近的照明没有对应于其内在参数，那么该光源激活错 误模式。处于错误模式的光源可以发送例如错误突发形式的错误消息到周围的光源，周围 的光源重发新信息或者新参数作为响应。
权利要求
1.一种LED系统(1)，包括至少第一 LED (4)光源和第二 LED光源，每个光源设置有用于操作所述LED (4)的控制单元(3)，至少第二 LED光源设置有光电传感器，其中，第一 LED光源设置为光学地传送数据到第二 LED光源，和其中，所述第一 LED光源的控制单元根据从所述第二 LED光源发出的光，设置所述第一 LED光源的操作参数。
2.如权利要求1所述的LED系统，其中，第二LED光源的控制单元(3)包括用于解调由 光电传感器( 检测的已调制光信号的装置。
3.如权利要求1所述的LED系统，其中，所述LED系统用于照明和数据传送。
4.如权利要求1所述的LED系统，其中，所述第一LED光源包括至少一个LED (4)以及 用于操作所述LED (4)的控制单元(3)。
5.如权利要求1所述的LED系统，其中，所述第二LED光源(6)包括至少一个LED (9)、 用于操作所述LED (9)的控制单元(8)、以及光电传感器(7)。
6.如权利要求4和5所述的LED系统，其中，第一LED光源(1)的控制单元(3)设计为 通过调制LED(4)发出的光来无线传送数据。
7.如权利要求5[3]所述的LED系统(12)，其中，光电传感器(7)设计为检测第一LED 光源⑴的LED(4)发出的光信号，并且控制单元⑶设计为解调由光电传感器(7)检测的 光信号，以获得由所述第一 LED光源(1)无线传送的数据。
8.如权利要求6或7所述的LED系统(12)，其中，使用模拟调制来传送数据。
9.如权利要求6至8中任一项所述的LED系统(12)，其中，使用调频或者调幅来传送 数据。
10.如权利要求3、4、6、7中任一项所述的LED系统(12)，其中，使用脉冲调制方法来传送数据。
11.如权利要求1所述的LED系统(1)，其中，所述LED系统包括照明系统(20)，所述照 明系统00)包含多个光单元(1，6，10，11)，每个光单元(1，6，10，11)具有光电传感器(2， 7)、光源(4，9)和控制单元(3，8)，所述控制单元(3，8)适于操作光源(4，9)并且调制光源 (4,9)发出的光以传送数据，其中，光单元(1，6，10，11)根据环路拓扑来布置。
12.如权利要求11所述的LED系统(1)，其中，每个光单元(1)无线连接到至少在前光 单元(11)和在后光单元(6)，光单元⑴能够经其光电传感器(2)从所述在前光单元(11) 接收已调制数据，并且经其光源(4)将已调制数据发送到在后光单元(6)。
13.如权利要求11或12所述的LED系统(1)，其中，每个光单元⑴的控制单元(3) 设计为解调从在前光单元(11)接收的已调制数据或者信号。
14.如权利要求11至13中任一项所述的LED系统(1)，其中，称为主光单元的光单元 适于通过调制由其光源发出的光来传送数据，然后所述数据在称为从光单元的其余光单元 中自动传送，接收所述数据的每个从光单元经其光单元将所述数据自动地转发到环路的在 后光单元。
15.如权利要求14所述的LED系统(1)，其中，主光单元储存所传送的数据并且等待环 路的最末从光单元对所述数据的接收，该接收表示在整个环路上成功地传播数据。
16.如权利要求15所述的LED系统(1)，其中，如果在给定的时间段之后，主光单元没 有从环路的最末从光单元接收到数据，则主光单元重新传送数据。
17.如权利要求11所述的LED系统(1)，包括多个光单元(1，6，10，11)，每个光单元(1， 6，10，11)具有光电传感器(2，7)、光源(4,9)和控制单元(3，8)，所述控制单元(3,8)适于 操作光源(4，9)并且调制光源(4，9)发出的光以传送数据，其中，由给定光单元传送的数据 在其余光单元中传播。
18.一种用于照明系统的通信方法，所述照明系统包括根据环路拓扑布置的多个光单 元(1，6，10，11)，每个光单元(1,6,10,11)具有光电传感器(2，7)、光源(4,9)和控制单元 (3，8)，所述控制单元(3，8)适于操作各自的光源G，9)并且调制光源G，9)发出的光以传 送数据，所述方法包括下述步骤所述多个光单元中称为主光单元的一个光单元经其光源无线传送数据，和所述数据在称为从光单元的环路的其余光单元中自动传送。
全文摘要
一种照明系统(20)，包括多个光单元(1，6，10，11)，每个光单元(1，6，10，11)包括光电传感器(2，7)、光源(4，9)和控制单元(3，8)，控制单元(3，8)适于操作光源(4，9)并且调制光源(4，9)发出的光以传送数据，其中光单元(1，6，10，11)根据环路拓扑来布置。
文档编号H05B37/02GK102090148SQ200980103347
公开日2011年6月8日 申请日期2009年1月28日 优先权日2008年1月31日
发明者汉斯·霍斯西普夫 申请人:莱登照明詹纳斯多夫股份公司