专利名称：照明设备、方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电气控制系统，并特定地涉及照明控制。
背景技术：
负责管理大型建筑例如工厂、仓库和办公室的电气控制系统存在的共同问题是能量损耗。希望在确保正常活动可以在极少或没有干扰的情况下进行时尽可能多地减少能量消耗。照明的有效控制是建筑管理者的共同目标。已做出基于在给定区域中人员或活动的存在来控制照明的各种尝试。在最简单实例中，人员在他们进入和离开的区域中手动地打开和关闭照明。这具有以下缺点正常活动可以由该过程中断并且这可能甚至引起安全危险，尤其是如果所讨论的人正在处理可能危险的材料，但必须放下和捡起该材料以便开灯和关灯。在例如以上所描述的状况下控制照明的众所周知的解决方案中，可能需要人激活导致灯开启并然后在预定时间之后自动关闭的时延开关，所述时间足以使人执行所需要的活动并离开照明区域。。这具有以下缺点如果人需要比预编程接通时间更多的时间，那么他们可能在没有光的情况下被留下，存在安全危险。如由Szuba在美国专利No. 5，220，250中所披露的另一共同途径是使用传感器基于检测人员是否存在来激活灯。该传感器可以是每个都由人员在特定区域中的移动所激活的数个类型(例如微波传感器、被动红外传感器或超声波传感器)中的一个类型。这些传感器可以附加到单独灯具或可以分离放置，以便检测移动并激活单独灯具，或以其他方式激活表示照明区域(例如仓库的一部分)的多个灯具。上述检测途径具有很多主要的缺陷。在其中每个灯具都由其自己的传感器控制的第一实例的情况下，问题是尽管是非常能量有效的，但被照明的区域对于正常的人类活动而言过小，并因此是不希望的。在其中传感器激活数个灯具的第二情况下，必需将灯具接入由传感器激活的区域。这种区域的划界是在初始安装和试运行期间确定的，并且不可以在一段时间之后有用地涉及在由人员从事的活动的边界中发生改变时照明的改变需要。例如，装配线的重定位会导致其将两个照明区重叠，使得不可能最优化照明系统的效率。在更近来的时间中，已具有使用如由Huizenga(美国专利No. 7，623，042)所教导的计算机化建筑管理系统在建筑中最优化照明的尝试。这种系统能够从放置在建筑中的传感器接收输入，并执行逻辑操作以便接通和断开设施，例如供暖和照明设施。在此情况下，系统具有以下缺点在灯具、传感器和控制单元之间提供逻辑连通性所需要的无线链路的成本过高。对于其中感测信息和电力控制经由线路提供的系统而言，与所述布线的安装相关联的成本非常高。在所有这种情况下，控制单元和分离的传感器的成本进一步增加了成本负担。进一步的缺点是与其他中央系统相同，灯具在试运行期间接入区域。这些区域正常地尽可能的大，因为这将布线成本和接口成本最小化。结果，将照明控制的粒度限于限制能量使用可以被最优化的范围的区域的大小。自动照明控制的一个非常普遍的缺陷是在活动停止时，并通常在进一步的延迟周期之后，灯具关闭。这对在附近工作的人员产生了非常混乱的效应。尽管可以良好地照明人正在其中工作的区域，但周围照明的突然改变会导致混乱和负面的安全或生产率效应。所需要的是用于比当前已知的设备、方法和系统更高效地且成本有效地照明所指定区域的改进的设备、方法和系统。
发明内容
本发明提供了用于控制区域照明的设备、方法和系统。本发明的一个目的是仅在区域被占用时或在需要照明时的其他时间在该区域中提供照明，并控制所提供的照明。在一个方面中，本发明提供了一种设备，该设备由用于检测表示感兴趣活动的一个参数的变 化的一个传感器、一个受限范围信号发射装置、用于接收所发射信号的一个检测装置、一个控制器、以及一个光源构成。优选地，该感兴趣活动是人类存在。优选地，该传感器是一个运动检测装置。可替代地，该传感器可以检测辐射优选地，该光源是在本领域中已知由一个外壳、一个光源、一个电源、控制装置、以及其他元件例如光扩散器、计时器、传感器等构成的一个灯具。一个灯具可以包括用于感测多个参数的多个传感器。该信号发射装置可以发送并检测信号。该信号可以是被编码的。在另一方面中，本发明提供了一种随空间和时间推移选择性地对区域进行照明的方法。该方法包括以下步骤感测表示人类存在的一个参数的一个第一变化、照明一个第一区域、将照明状态从一个第一区域发射到至少一个第二区域、根据预定标准确定是否照明至少一个第二区域、以及根据该预定标准照明至少一个第二区域。优选地，感测步骤检测运动。可替代地，感测步骤可以检测热辐射、温度或另一感兴趣参数。该方法可以包括确定表示人类存在的一个参数的一个第二变化的步骤。该方法可以包括确定是否根据预定标准停止照明的步骤。该方法可以包括做出导致一些区域被照明并且一些区域不被照明的多个确定的步骤。优选地，确定步骤由一个控制器执行。优选地，该控制器包括被编程以便执行确定步骤的一个微处理器。优选地，感测步骤由一个信号检测装置执行。优选地，发射步骤由红外广播执行。该方法可以包括用电光源照明该区域。优选地，该光源是灯具。发射步骤可以包括发射信号。优选地，信号是被编码的。可以根据一个分类方案将该信号编码分类。该分类方案可以包括至少一个分类类别或等级。优选地，该分类方案由多个类别或等级构成。一个类别可以由多个控制器所发射的信号的一个层次关系来定义。最优选地，该层次关系与接收控制器相关联。最优选地，该层次关系由多个等级构成。本发明包括一个用于为某些区域提供照明的照明系统，其中该系统由多个光源构成，该多个光源由与其通信的一个控制器或多个控制器独立地可操作和可控制。
图I根据本发明示出了一种在照明系统中排列的光源系统，其示作多个灯具。图2示出了照明系统的框图，该框图示出了基本部件及其之间的关系。
图3示出了用于限制照明系统的光源之间通信范围以便限制邻接灯具之间的范围的优选实施方案。图4示出了发光二极管在照明系统内的投影面积和红外传感器的视场的重叠区。图5示出了描述在照明系统中的每个光源中实施的算法的流程图。
具体实施例方式本发明包括一种用于控制照明系统的照明的方法和系统，其中本发明由用于检测参数的至少一个传感器、通信装置、接收所述广播通信的检测装置、控制器和光源构成。优选地，通信装置发射和/或接收受限范围信号。优选地，光源由在照明的领域中已知的灯具构成。然而，可以使用其他光源。在此所描述的优选实施方案包括是灯具的光源，但将理解任意合适的光源可以并入本发明的实施方案。优选地，传感器是运动检测传感器。然而，可 以使用其他指示器例如辐射传感器。优选地，运动检测装置检测人类的运动。通信装置发射并接收信号。优选地，信号被分类或编码。优选地，该分类包括多个类别。优选地，该类别命名一系列等级。优选地，该等级表示由接收控制器用于比较的数值级别。在各方面中，本发明可以提供定位到其中具有感兴趣活动或邻接感兴趣活动的区域的照明，取决于在该区域中所预期活动的性质。在与灯具相关联的运动检测装置检测到活动的存在时，其提供输入到控制器的信号。由于该输入信号的激活，因此控制器可以提供输出信号以便激活灯具内的光源。所激活光源因此为正在从事活动的人提供照明。同样，响应于输入信号，控制器可以激活短距通信装置以便广播信号。优选地，将该信号编码为一级广播信号。本发明包括光源的多种组合，每个组合都可以或可以不包括控制器。例如，可以由一个共同控制器控制两个光源以便按需要并在需要时照明较大区域。相似地，可以由单个控制器控制多个光源。本发明的实施方案包括与多个控制器一起配置并控制以便按希望控制特定区域的照明的多个光源。该光源不需要是相同的，而可以是多种光源类型的组合。该信号可以由并入灯具或与附近灯具正在控制通信的通信装置接收，该灯具中的每个都将因此根据已编程控制器接通该灯具的光源，并发射编码为二级广播信号的信号。由于接收到该二级信号，因此用于还没有接收一级信号的附近灯具的控制器可以接通该灯具的光源并可以导致三级信号的发射，等等。可以将控制光源例如灯具的控制器编程以便仅响应于信号发射的有限范围的信号等级并以特定发射顺序响应，因此限制了响应于活动检测事件由感兴趣活动激活的照明的区域。例如，与灯具通信的控制器(该控制器被编程以便响应于分类为一级和二级信号的信号)可以被编程以便响应于一级信号仅发射更高级信号。如果由用于灯具的控制器接收二级信号，那么其将不广播信号作为响应。这具有强制照明边界限于接收二级广播信号的灯具的效果。由于每个发射器具有有限范围，因此是一级或二级信号的发射等级与广播信号的有限距离范围的组合将距与光源相关联的原运动检测装置的距离自然地限于距原感兴趣活动的最远已激活光源。可以将每个灯具编程以便在接收到运动信号、一级信号、二级信号等等中的任意信号时发射某个亮度级。例如，系统可以简单地由运动级信号和一级信号构成。在此情况下系统将仅难以响应于运动信号或来自邻近灯具的信号。无论特定灯具直接邻接“运动”模式的灯具或距感测该运动灯具任意距离，都仅接收并发射一级信号。在此情况下，优选地将等级设定在1，其中灯具在接收到对象存在信号或I级信号时发射I级信号。
该方法还可以包括在所接收信号终止之后，照明停留在一个等级或随后降低的等级的可编程停顿时间。根据以上描述，显然可以通过用对每一个灯具将对其进行响应发射信号等级的限制以及用于信号等级中的每一个的可编程行为，将用于每个灯具的控制器编程，来控制所照明区域的范围。例如，其中灯具仅响应于一级信号的系统将小于其中将灯具编程以便响应于直到二、三、四级等等的信号的其他相似系统。现在参见图I描述本发明的示例性实施方案。由第一灯具(2)中的第一传感器检测到对象(I)的存在。与所述第一灯具(2)中的所述第一传感器通信的控制器将该第一灯具的光源接通，并发射由附近二级灯具(4和5)中的检测装置检测的一级广播信号(3)。将理解检测装置可以是用于所发射信号的任意普遍可用的接收器。与第二、第三或更附近灯具(4和5)相关联的控制器将该灯具的光源接通，并发射由其他附近灯具(7和8)并由起 源或第一灯具(2)检测的二级信号出)。将该起源或第一灯具编程以便在其已发射较低等级信号时不响应该信号。在已检测到二级广播信号￠)的灯具(7和8)中的控制器将这些灯具的光源接通。由于已将所有灯具编程以便仅基于接收一级信号来发射信号，因此灯具7和8不广播信号，所以没有更多的灯具被激活。将理解具有以上所描述方法的步骤的许多可能的变体。在以上方法的变体中，可以将灯具编程，以便若该灯具还没有发射较低或相等等级的信号，则无关于所接收信号数值等级而发射下一级信号。例如，灯具可以初始地是空闲的，在一段时间没有接收信号。如果其接收N级信号(其中N是任意整数)，则其将发射N+1级信号。该行为允许形成可以具有优点的交替光图案。例如，灯具可以如下响应于信号。如果灯具是空闲的(在一段时间没有接收信号)并且第一所接收信号是N级(其中N是I或2)，则控制器接通该灯具的光源到全亮度，并且灯具发射N+1级信号。如果灯具是空闲的并且第一所接收信号是M级(其中M是3或4)，那么该灯具可以接通其光源到半亮度并发射M+1级信号。信号等级随距离增加，并在不限于发射器通信距离内所有灯具的情况下发射。可以将一些灯具的控制器编程以便响应于任意级信号。如果希望每当任意人在一般区域中任意位置的时候照明通道、入口和出口走廊、紧急进入点等，提供安全照明以及其中活动正在发生的区域的有效定位照明，那么这是有利的。用于灯具的控制器最方便地并入该灯具。然而，将理解不并入灯具的控制器可以从其隔开，但与其通信。进一步地，控制器可以按系统尺寸和需要被照明的区域的需要来控制多于一个灯具。最有利地，本发明的设备优选地包括在与灯具相关联的发射和检测装置之间的短距无线信号通信。在无线发射的情况下，发射和检测装置可以是能够经由有限距离发射信号的任意装置。用于短距通信的普通装置包括红外链路、超声链路、低功率无线电链路等。然而，本发明的范畴还包括在被硬连线的检测装置之间的信号发射。本发明包括在灯具上调制主光源的装置。例如，本领域的普通技术人员已知如果荧光灯管由可以迅速响应于其亮度设定电路的合适设计的驱动器电路驱动，则非常有可能的是调制该荧光灯管的光输出。现在提供优选实施方案的描述。参见图2，本发明优选地实施为由一个外壳构成的一个灯具(31)，该外壳含有优选地是一个荧光灯管(32)的一个光源，该光源与一个电子镇流器(32a) —起在多个可选择光度级正确地驱动该荧光灯管，一个控制器(3)、基于被动红外技术的一个运动检测器(34)、用于检测环境光等级的一个第一光电检测器(35)、能够检测在近红外区中的辐射以便接收红外通信信号的一个第二光电检测器(36)、以及一个发光二极管(37)，其主波长在近红外区中以便发射红外通信信号。所述控制器控制所述电子镇流器按需要基于环境光、所检测运动、入射红外通信和时间根据在图5中描述的算法的步骤来调整所述光源的光度。因此，所述控制器从第一和第二光电检测器以及运动检测器取得输入信号，并提供输出以便控制所述电子镇流器并驱动所述发光二极管。参见图2，在控制线(39)上到电子镇流器(32a)的该控制信号优选地是由控制器所提供的一个模拟电压，尽管可以采用数个控制信号样式中的任意一种，例如模拟电压、电流循环、数字脉宽调制信号、脉冲位置调制和串行数据通信。
参见图3，现在描述涉及限制红外通信的范围的本发明的方面。在优选实施方案中，通过使用物理孔径来限制灯具之间的通信范围。在物理孔径的一个实施方案中，相关形状的掩模(13)可以限制由红外发光二极管(11)所提供的照明的区域。在另一实施方案中，相关形状的掩模(14)可以限制红外光电二极管(12)的视场。将理解可以使用孔径的其他实施方案。图4示出了与发射灯具(22)相关联的发光二极管的投影区(25)和与接收灯具
(23)相关联的视场(26)的重叠区(20)。因此可见接收灯具(23)可以从发射灯具(22)接收红外发射，而更远灯具(24)不可以。该方法优选地包括用于设定基线值以便在特定系统中动态地控制灯具的操作的校准过程。在校准过程的第一步中，校准计时器开始一个校准周期。在校准周期期满时，发射已编码的“校准”信号。从表面例如地板或其他反射面所反射的校准信号被感测到。所接收的功率等级表示表面的反射率，该反射率对于照明系统的最优操作而言是重要的。优选地，所感测的功率等级被测量，并与表示在邻接或附近灯具之间发射信号所需要的充足但不过多的功率的阈值级比较。根据系统需要，可以调整功率等级以便仅向一个或多个邻接灯具发射信号，或可以为范围调整功率等级以便包括一个或多个附近灯具和一个或多个邻接灯具。然后可以基于所接收的功率等级相对于阈值选择所发射信号的功率输出。可以将计时器重发送，并且一个单元然后在新功率等级发射。优选地，该过程周期性重复，以便为照明区内的表面的反射率的变化动态地调整。参见图5，如下描述在每个光源中的算法的示例性实现方式。图5的流程图示出了由涉及多个状态的数个步骤构成的方法，该多个状态例如待机(Standby) (41)和存在对象(SubjectPresent) (43),以及定义用于从一个状态转换到另一状态的离开标准和进入标准的数个转换，例如是进入状态Standby (41)的转换的tStandby (57),以及是进入状态 SubjectPresent (43)的转换的 tSub jectPresent (42)。每个状态仅具有一个进入转换，并潜在地具有多个离开转换。每个状态还具有数字状态变量，定义在该状态中的光输出级的照明(Illumination) (61)、定义若有计时器则该计时器紧接着进入给定状态开始递减计数的计时器(Timer) (62)、以及Transmit信号等级(63),其定义若有信号广播则当在给定状态时向外发送到邻近光源的信号广播等级。这些状态变量都可以或可以不由用户可配置，或可以是固定值。
在状态之间的一系列转换的以下实例用作在如图I中所示出的照明系统内作用的从单光源视角的关于可以怎样实施在图5中所示出的算法的步骤的解释。从Standby (41)开始,光源可以进入三个状态中的任意状态Sub jectPresent (42)、等级I激活(Levell Active) (49)或等级2激活(Level2Active) (54),取决于这三个转换参数的状态，感测(58)、接收信号登记(59)、以及计时器状态出0)。例如，如果感测到对象，那么正在感测的参数将变为“SubjectPresent”，并且将满足转换tSub jectPresent (42)，并且光源将进入状态SubjectPresent (43)。在此情况下,光源将其Illumination等级配置成存在照度(PresenceLux) ￠1)。由于对象存在，因此在此状态下将不启动计时器(62)，并且转换将不发生直到对象变为不存在。在所述SubjectPresent状态下，将向邻近光源发射I级信号(63)。当正在感测的参数变为“不存在”时，转换tPresentLuxDwell(44)将变得有效，并且状态将改变成存在照度停顿(PresentLuxDwell) (45)。该状态分类为相似于等级I停顿(LevlDwell) (51)和等级2停顿(Lev2Dwell) (56)的停顿或计时器状态。在所述PresentLuxDwell状态下,来自先前状态的照度等级保持，并且计时器Tpl (62)开始递减计数，在其期满时将发起转换tLowLuxDwell (46)，并且状态将改变成低照度停顿(LowLuxDwell) (47)。紧接着进入该状态,Illumination等级将被设定成低照度(LowLux), 并且计时器将开始从TII递减计数。紧接着计时器期满，并且在没有来自邻近光源的任意信号的情况下，转换tStandby (57)将变得有效，并且状态将改变成Standby (41)，并且相关联状态变量将适当改变。如果在此状态下，则接收I级的接收信号，并且在没有对象的正在感测存在的情况下，转换tLevellActive将变得有效，并且状态将改变成LevellActive (49)。该转换可以从通过直线即状态PresentLuxDwell (45)、LowLuxDwell (47)、等级I停顿(LevlDwell) (51)、Level2Active (54)、以及 Lev2Dwell (56)附加到其的状态中的任意状态进入。相似地，可以在前述状态中的任意状态加上状态LevellActive(49)中由tSub jectPresent (42)转换进入较高层次状态 Sub jectPresent (43)。相似地，较低等级状态LeVe12ActiVe(54)可以由数个状态进入，但受到将感测对象(58)的存在或接收I级信号优先化的层次规则，如在转换tLevellActive (48)中所示出。以上说明书描述了在包括系统的网络内的光源中的任意一个的行为。在系统级，各种光源将在数个状态中的任意一个，取决于对象存在检测器的状态。如果检测到感兴趣状态，那么接收信号等级是不相关的，然而如果检测到不存在，那么光源处于的状态取决于从邻近光源接收的信号的最高优先级。在图5中所示出的算法限于二级信号，但相同方法可以应用于未限制数目的等级。进一步地，存在数个预配置参数，但具有预配置参数的多个变体，其中一些可以是固定的，或可以修改算法从而使得该参数实际上被设计成在系统之外。相似地，在示例性实施方案中详述了数个转换，然而这些转换中的一些可以实际上取决于算法的各种实施方式来改变。例如，从状态LevellDwell到状态Level2active的转换可以保持IlluminationLevelllux,即使为状态Level2active、等级2照度(Level21ux)所指定的照度可以不同于等级I照度(Levelllux)。照度级的每个转换可以包括在照度级之间的预配置或固定的斜坡时间，以便最小化由于照度级迅速改变的对象的不适。照明参数还可以是从光源输出的光的固定或绝对量，或使得实施为例如利用测量环境光的控制系统的日光-调光系统的区域中全部光达到所需要照明的点需要的光的量，并控制 光输出以便使得全部组合的自然和人工光达到所希望等级。
权利要求
1.用于控制照明的设备，该设备由以下元件构成 至少两个光源； 用于检测一个感兴趣参数的至少一个传感器； 用于操作所述光源的至少一个控制器； 用于发射信号的至少一个发射器；以及 用于接收所发射信号的至少一个检测装置。
2.根据权利要求I所述的设备，其中与一个第一控制器通信的一个第一发射器向与一个第二控制器通信的一个检测装置发射信号。
3.根据权利要求I所述的设备，其中所述信号是无线信号。
4.根据权利要求I所述的设备，其中一个控制器包括可编程以便将所述所发射信号分类到一个等级的一个微处理器。
5.根据权利要求2所述的设备，其中一个控制器包括可编程以便根据所述等级独立地操作所述光源的一个微处理器。
6.根据权利要求I或权利要求2中任意一项所述的设备，其中该光源是灯具。
7.根据权利要求I所述的设备，其中该感兴趣参数表示人类存在。
8.根据权利要求I所述的设备，其中该传感器检测运动。
9.根据权利要求I所述的设备，其中一个发射器发射有限范围信号。
10.一种用于控制多个光源的运行的系统，所述系统由以下元件构成 至少两个光源； 用于检测一个感兴趣参数的至少一个传感器； 用于操作所述光源的至少一个控制器； 用于发射信号的至少一个发射器；以及 用于接收所发射信号的至少一个检测装置； 其中所述至少两个光源由至少一个控制器独立地可控制。
11.根据权利要求10所述的系统，其中一个控制器被编程用于从多个发射器接收多个所发射信号。
12.—种控制多个光源的方法，该方法包括以下步骤 (a)在Iv弟一感兴趣区域中感测活动的存在； (b)确定所述活动是否符合一个阈值； (C)照明所述第一感兴趣区域； (d)发射所述第一区域的照明状态； (e)将所述照明的等级分类； (f)接收所述第一区域的所述第一照明状态的所述发射； (g)确定所述第一照明状态的状态是否符合一个预定等级；以及 (h)根据所述第一区域的状态确定，照明一个第二区域。
13.根据权利要求12所述的方法，其中一个区域的照明独立于另一区域的照明。
全文摘要
本发明提供了用于遍及其中不需要均匀且恒定照明的区域控制照明的设备和方法。本发明包括一个或多个光源例如灯具，其状态由响应于用来检测一个感兴趣信号的一个传感器的一个控制器控制。优选地，该传感器检测一个对象移动通过受控制照明的区域的运动。每个独立控制器可以接收并发射表示一个或多个附近光源的状态的信号，以便检测并控制与其正在控制通信的光源的照明状态。由该控制器确定优选地由一个已编程微处理器执行。在控制器之间的通信可以是无线的。在控制器之间通信的信号可以是分层的以便确定是否需要一个响应和该响应可以是什么。
文档编号H05B37/02GK102948260SQ201180028639
公开日2013年2月27日 申请日期2011年4月21日 优先权日2010年4月26日
发明者丹尼尔·约翰·比肖普, 杰弗里·肯尼思·安德鲁斯 申请人:有机反应股份有限公司