专利名称：一种智能照明系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种智能照明系统及其控制方法。
背景技术：
传统的照明系统由于没有使用光线传感器对日光照度进行检测和利用，存在着严重的电力资源浪费现象。此外，还存在着控制流与220V能量流合一，安全性低，装配后变动性和可扩展性很小，不支持复杂场景设置功能的缺点。
目前市场上的专用照明控制系统，C-Bus和Dynet系统具有代表性。C-Bus照明系统的主要功能集中在灯具的开关控制和场景设置上，在灯具的调光方面有所欠缺。Dynet系统的调光执行器比较完备，但是由于功能丰富，规模庞大，安装调试复杂。
此外，还有一些附属楼宇自动化系统的照明控制系统，如Lonworks、BACnet、EIB等，这类照明系统必须由专业技术人员在智能楼宇内施工安装，而且价格昂贵。
发明内容
本发明的目的是提供一种可寻址自动数字调光，安装简易，成本较低的智能照明系统及其控制方法。
本发明的智能照明系统包括一个主控制器，1～64个从控制器和与从控制器相连的灯具，主控制器通过总线与从控制器相连；所说的主控制器包括第一微控制器、主控制器指令发送模块、主控制器信号接收模块、第一电源转换模块、第一时钟和中断模块、用于输入待发送指令值的第一用户面板和LED显示模块，其中，第一电源转换模块、第一时钟和中断模块及第一用户面板与第一微控制器相连，LED显示模块与第一微控制器及第一用户面板相连，主控制器指令发送模块的输入端接第一微控制器，主控制器指令发送模块的输出端接总线，主控制器信号接收模块的输出端接第一微控制器，主控制器信号接收模块的输入端接总线；所说的从控制器模块包括第二微控制器、第二时钟和中断模块、用于设定从控制器地址的第二用户面板、从控制器发送模块、从控制器接收模块、第二电源转换模块、A/D转换模块、光线传感器、D/A转换模块和PWM比较输出模块，其中，第二时钟和中断模块、第二用户面板、第二电源转换模块、A/D转换模块和D/A转换模块与第二微控制器相连，光线传感器与A/D转换模块相连，PWM比较输出模块的输入端与D/A转换模块相连，PWM比较输出模块的输出端与灯具相连，从控制器发送模块的输入端接第二微控制器，从控制器发送模块的输出端与总线相连，从控制器接收模块的输入端接总线，从控制器接收模块的输出端接第二微控制器。
智能照明系统的控制方法是主控制器发送包括地址和调光等级信息的主控制指令到总线上，与主控制指令地址相同的从控制器根据调光等级要求对灯具调光，并发送地址反馈指令到总线，主控制器接收从控制器的地址反馈指令，对调光操作是否成功执行进行判断。
本发明控制方法中，对于主控制器和从控制器指令的编码格式采用曼彻斯特码，总线通信频率为1200bit/s，并以半双工方式传输，双线电压差分驱动，双线间电压差大于9.5V时表示“高”电平，双线间电压差小于6.5V时表示“低”电平。
本发明控制方法中，主控制器发送的主控制指令为由1bit起始位、8bit地址位、8bit调光值位和2bit停止位组成的19bit数据帧，其中8bit地址位划分为物理地址、组地址和广播地址三种地址模式，8bit调光值位对应256个对数调光等级。
本发明控制方法中，从控制器发送的地址反馈指令为由1bit起始位，8bit地址位和2bit停止位组成的11bit数据帧，其中8bit地址位划分为物理地址、组地址和广播地址三种地址模式。
本发明的有益效果在于可对被控灯具进行自动寻址，使用反馈机制确保指令的有效执行，具有自动和手动两种调光模式，支持照明场景设置功能，结构简单，安装方便，成本低廉。本发明适合于家庭、公共场所和现代化大厦使用。
图1是智能照明系统的构成框图；图2是主控制器的构成框图；图3是从控制器的构成框图；图4是主控制器指令发送模块和主控制器信号接收模块的电路图；图5是从控制器指令发送模块和从控制器信号接收模块的电路图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明作进一步详细描述。
参照图1、图2、图3，本发明的智能照明系统包括一个主控制器1，1～64个从控制器2和与从控制器相连的灯具3，主控制器1通过总线与从控制器2相连；所说的主控制器1包括第一微控制器4、主控制器指令发送模块5、主控制器信号接收模块6、第一电源转换模块7、第一时钟和中断模块8、用于输入待发送指令值的第一用户面板9和LED显示模块11，其中，第一电源转换模块7、第一时钟和中断模块8及第一用户面板9与第一微控制器4相连，LED显示模块11与第一微控制器4及第一用户面板9相连，主控制器指令发送模块5的输入端接第一微控制器4，主控制器指令发送模块5的输出端接总线，主控制器信号接收模块6的输出端接第一微控制器4，主控制器信号接收模块6的输入端接总线；所说的从控制器模块包括第二微控制器12、第二时钟和中断模块13、用于设定从控制器地址的第二用户面板14、从控制器发送模块15、从控制器接收模块16、第二电源转换模块17、A/D转换模块18、光线传感器19、D/A转换模块20和PWM比较输出模块21，其中，第二时钟和中断模块13、第二用户面板14、第二电源转换模块17、A/D转换模块18和D/A转换模块20与第二微控制器12相连，光线传感器19与A/D转换模块18相连，PWM比较输出模块21的输入端与D/A转换模块20相连，PWM比较输出模块21的输出端与灯具3相连，灯具3可以是卤素灯或外接调光镇流器的荧光灯。从控制器发送模块15的输入端接第二微控制器12，从控制器发送模块15的输出端与总线相连，从控制器接收模块16的输入端接总线，从控制器接收模块16的输出端接第二微控制器12。
通常，在主控制器的第一微控制器4上连接RS485/232接口10，以便于通过接口进行软件升级、用户配置和系统扩展。上述的第一、第二微控制器可选用AT89S52单片机。从控制器中的A/D转换可选用ICL7135芯片，D/A转换可选用DAC0832芯片，PWM比较输出模块可选用芯片SG3524。
智能照明系统的控制方法如下第一用户面板通过16位拨盘选择被调灯具的地址和调光值，或使用自动按键选择预先设定的场景和调光值，主控制器的微控制器读取用户设置的地址和调光值，把它转换为频率为1200bit/s，由1bit起始位、8bit地址位、8bit调光值和2bit停止位组成的主控指令帧，发送到主控制器指令发送模块。主控制器指令发送模块将主控指令帧转换为以双线压差大于9.5V表示高电平，对应数据“1”；以双线压差小于6.5V表示低电平，对应数据“0”的电压信号，并发送到总线上。从控制器中的从控制器接收模块接收总线上的指令信号，从控制器接收模块将以双线压差表示的电压信号转换为单线电压信号送入第二微控制器，第二微控制器对接收到的指令进行地址比较，如果与第二用户面板设置的地址相同，则执行调光操作。当用户选择手动调光模式时，由第二微控制器将读取到的数字调光值转换为模拟电压值(D/A转换)，然后进行PWM比较，输出高频PWM调光脉冲到灯具，改变灯具的开关时间，获得不同的灯具亮度。当用户选择自动调光模式时，由光线传感器检测房间内的当前光线照度，光线传感器输出以5V基准信号表示的电压值，通过A/D转换模块，转换为以数字量表示的当前照度值并送入第二微控制器。第二微控制器将自动设定的调光值和当前光线值进行对比，输出需要增加的调光值到D/A转换和PWM模块对灯具进行调光，以保证灯具保持在自动设定的照度值上。从控制器完成调光操作后，通过从控制器发送模块将由1bit起始位，8bit地址位和2bit停止位组成的地址反馈指令发送到总线上。主控制器接收模块收到来自从控制器的地址反馈指令，确认一次通信结束、调光动作被成功执行；如果主控制器未收到地址反馈指令，则判定调光失败，主控制器将重新发送一次主控指令。
从控制器指令和主控制器指令的频率和差分电压规格相同。为了实现物理层纠错，主控制器指令和从控制器地址反馈指令均采用了曼彻斯特编码。
主控制器指令发送模块和主控制器信号接收模块如图4所示，它包括反向芯片U3、比较芯片U4和三个三极管Q1、Q2、Q3。这里，反向芯片U3为74HC04，比较芯片U4为LM7221，U3的管脚3连接第一微控制器的指令发送端，管脚2连接第一微控制器的信号接收端。从第一微控制器来的待发送信号，先经过U3反向，从2/Y端输出，经过三极管Q1、Q2和Q3共同组成的接口电路，得到以差分电压表示的信号输出到总线。当第一微控制器输出低电平时，三极管Q1的基极为5V高电平，Q1导通，Q3截止，总线电压大于9.5V；当第一微控制器输出高电平时，三极管Q1的基极为0V低电平，Q1截止，Q3导通，总线电压小于6.5V。总线电压信号经过LMC7221比较器，得到以5V为“1”，0V为“0”的电压信号，经反向器由U1的2/Y脚送入微控制器的I/O接收端口。
从控制器指令发送模块和从控制器信号接收模块如图5所示，它包括第一光耦U5、第二光耦U6和三个反向器U7、U8、U9，第一反向器U7的输入端与第一光耦U5的输出端相连，第二反向器U8的输出端与第二光耦U6的输入端相连，第二反向器U8的输入端与第三反向器U9的输出端相连。这里，第一光耦U5为SFH6206，第二光耦U6为PVA1354，反向器U7、U8、U9分别采用了74HC04芯片。总线和第二微控制器之间通过第一光耦U5和第二光耦U6隔离，实现电平转换，当总线上有大于9.5V的电压信号时，第一光耦U5导通，在反向器U7的输出端产生5V的高电平信号。当发送信号到总线上时，若反向器U9的输入端为高电平，U6截至，在总线上输出压差大于9.5V的电压信号；若反向器U9的输入端为低电平，第二光耦U6导通，总线处于短路状态，输出压差0V的电压信号。
权利要求
1.一种智能照明系统，其特征是包括一个主控制器(1)，1～64个从控制器(2)和与从控制器相连的灯具(3)，主控制器(1)通过总线与从控制器(2)相连；所说的主控制器(1)包括第一微控制器(4)、主控制器指令发送模块(5)、主控制器信号接收模块(6)、第一电源转换模块(7)、第一时钟和中断模块(8)、用于输入待发送指令值的第一用户面板(9)和LED显示模块(11)，其中，第一电源转换模块(7)、第一时钟和中断模块(8)及第一用户面板(9)与第一微控制器(4)相连，LED显示模块(11)与第一微控制器(4)及第一用户面板(9)相连，主控制器指令发送模块(5)的输入端接第一微控制器(4)，主控制器指令发送模块(5)的输出端接总线，主控制器信号接收模块(6)的输出端接第一微控制器(4)，主控制器信号接收模块(6)的输入端接总线；所说的从控制器模块包括第二微控制器(12)、第二时钟和中断模块(13)、用于设定从控制器地址的第二用户面板(14)、从控制器发送模块(15)、从控制器接收模块(16)、第二电源转换模块(17)、A/D转换模块(18)、光线传感器(19)、D/A转换模块(20)和PWM比较输出模块(21)，其中，第二时钟和中断模块(13)、第二用户面板(14)、第二电源转换模块(17)、A/D转换模块(18)和D/A转换模块(20)与第二微控制器(12)相连，光线传感器(19)与A/D转换模块(18)相连，PWM比较输出模块(21)的输入端与D/A转换模块(20)相连，PWM比较输出模块(21)的输出端与灯具(3)相连，从控制器发送模块(15)的输入端接第二微控制器(12)，从控制器发送模块(15)的输出端与总线相连，从控制器接收模块(16)的输入端接总线，从控制器接收模块(16)的输出端接第二微控制器(12)。
2.根据权利要求1所述的智能照明系统，其特征是灯具(3)为卤素灯或外接调光镇流器的荧光灯。
3.根据权利要求1所述的智能照明系统，其特征是主控制器的第一微控制器(4)连接有RS485/232接口(10)。
4.根据权利要求1所述的智能照明系统，其特征是主控制器指令发送模块和主控制器信号接收模块包括反向芯片(U3)、比较芯片(U4)和三个三极管(Q1)、(Q2)和(Q3)。
5.根据权利要求1所述的智能照明系统，其特征是从控制器指令发送模块和从控制器信号接收模块包括第一光耦(U5)、第二光耦(U6)和三个反向器(U7)、(U8)、(U9)，第一反向器(U7)的输入端与第一光耦(U5)的输出端相连，第二反向器(U8)的输出端与第二光耦(U6)的输入端相连，第二反向器(U8)的输入端与第三反向器(U9)的输出端相连。
6.根据权利要求1所述的智能照明系统的控制方法，其特征是主控制器发送包括地址和调光等级信息的主控制指令到总线上，与主控制指令地址相同的从控制器根据调光等级要求对灯具调光，并发送地址反馈指令到总线，主控制器接收从控制器的地址反馈指令，对调光操作是否成功执行进行判断。
7.根据权利要求6所述的智能照明系统的控制方法，其特征是主控制器和从控制器指令的编码格式为曼彻斯特码，总线通信频率为1200bit/s，并以半双工方式传输，双线电压差分驱动，双线间电压差大于9.5V时表示“高”电平，双线间电压差小于6.5V时表示“低”电平。
8.根据权利要求6所述的智能照明系统的控制方法，其特征是主控制器(1)发送的主控制指令为由1bit起始位、8bit地址位、8bit调光值位和2bit停止位组成的19bit数据帧，其中8bit地址位划分为物理地址、组地址和广播地址三种地址模式，8bit调光值位对应256个对数调光等级。
9.根据权利要求6所述的智能照明系统的控制方法，其特征是从控制器(2)发送的地址反馈指令为由1bit起始位，8bit地址位和2bit停止位组成的11bit数据帧，其中8bit地址位划分为物理地址、组地址和广播地址三种地址模式。
全文摘要
本发明公开的智能照明系统包括一个主控制器，1～64个从控制器和与从控制器相连的灯具，主控制器通过总线与从控制器相连。其控制方法是由主控制器发送包括地址和调光等级信息的主控制指令到总线上，与主控制指令地址相同的从控制器根据调光等级要求对灯具调光，并发送地址反馈指令到总线，主控制器接收从控制器的地址反馈指令，对调光操作是否成功执行进行判断。本发明可对被控灯具进行自动寻址，使用反馈机制确保指令的有效执行，具有自动和手动两种调光模式，支持照明场景设置功能，结构简单，安装方便，成本低廉。适合于家庭、公共场所和现代化大厦使用。
文档编号G05B19/418GK1874640SQ20061005191
公开日2006年12月6日 申请日期2006年6月9日 优先权日2006年6月9日
发明者吴巍, 傅炜钢, 吴明光 申请人:浙江大学