ИСТОЧНИК СВЕТА
LIGHT SOURCE

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к источнику света, который имеет множество световых элементов и систему управления, предназначенную для управления упомянутым множеством световых элементов.
Уровень техники
На Фиг.1 схематически показан обычный источник света. Он имеет множество световых элементов, таких как элементы системы цветопередачи «красный - зеленый - синий» (RGB), обозначенных позицией 107, то есть элемент, который генерирует красный цвет, элемент, который генерирует зеленый свет, и элемент, который генерирует синий цвет. В комбинации световые элементы 107 способны обеспечивать желаемый цвет излучаемого света. Чтобы получить желаемый цвет или символ, как правило, ограниченный в виде цветной точки, излучаемого света, источник 101 света включает в себя систему управления.
Основной частью системы управления является контроллер 103 источника элементов 107. Энергопотребление контроллера является относительно высоким, поскольку он сравним с (простым) компьютером, который постоянно включен.
В патенте США № 5544037 описан пример известного источника света, в котором световые элементы размещены в группах и снабжены адресами групп. С каждым источником света - для управления им - соединен управляющий приемник, а управляющий передатчик передает команды, адресованные с помощью адресов групп, в управляющие приемники.
Сущность изобретения
Задача данного изобретения состоит в том, чтобы разработать источник света, в котором система управления имеет сниженное энергопотребление.
Эта задача решается посредством источника света, соответствующего данному изобретению и охарактеризованному в п. 1 формулы изобретения.
Изобретение основано на понимании того, что распределенная сеть контроллеров является энергосберегающей по отношению к централизованной структуре.
Таким образом, в соответствии с одним аспектом данного изобретения предложен источник света, который имеет множество световых элементов и систему управления, предназначенную для управления упомянутым множеством световых элементов. Система управления содержит:
множество контроллеров световых элементов, каждый из которых соединен с соответствующим одним из упомянутых световых элементов и выполнен с возможностью получения данных светового элемента, и
интерфейс шины, который соединен с упомянутыми контроллерами световых элементов посредством шины источника света, причем упомянутый интерфейс шины выполнен с возможностью снабжения упомянутых контроллеров световых элементов общей командой, и при этом упомянутые контроллеры световых элементов выполнены с возможностью генерирования сигналов возбуждения световых элементов на основании общей команды и упомянутых данных световых элементов.
За счет децентрализации вычислительных возможностей структура интерфейса шины сводится к наиболее простой, которая не нуждается в проведении вычислений индивидуальных сигналов возбуждения для каждого светового элемента. Следовательно, можно значительно снизить требования по частоте. Кроме того, каждому индивидуальному контроллеру светового элемента нужно провести вычисления лишь для одного-единственного светового элемента, что также значительно проще по сравнению с центральным контроллером согласно известному уровню техники. Как правило, это также означает, что можно понизить напряжение питания контроллеров. Несмотря на увеличившееся количество контроллеров упомянутые изменения по сравнению с известным уровнем техники приводят к понижению суммарного энергопотребления. Следует отметить, что под термином «световой элемент» понимается одиночный источник света, который имеет место в обычной ситуации, а также группа источников света, которые возбуждаются одновременно, т.е. одним и тем же сигналом возбуждения.
Помимо этого, радикально уменьшается количество данных, передаваемых по шине источников света.
В соответствии с вариантом осуществления источника света, охарактеризованным в п. 2 формулы изобретения, шина источника света установлена в режим рассылки. Преимущество этого варианта осуществления заключается в том, что общая команда рассылается всем световым элементам за одну операцию. Например, это можно сравнить с индивидуальной адресацией согласно известному уровню техники, где частота команд должна была быть в N раз больше, чтобы передать команду во все N световых элементов внутри источника света. Кроме того, в известном источнике света шина известного источника света передает адреса и информацию сложных данных, а в соответствии с настоящим вариантом осуществления шина источника света передает только информацию простых данных.
В соответствии с вариантом осуществления источника света, охарактеризованным в п.4 формулы изобретения, контроллеры могут быть индивидуально отключаемыми. Например, это можно делать всякий раз, когда один или более цветов не используются. Это еще больше снижает энергопотребление.
В соответствии с вариантом осуществления источника света, охарактеризованным в п.5 формулы изобретения, из интерфейса шины в контроллеры световых элементов посылаются полные установочные параметры света. Это типичное и преимущественное применение распределенной структуры контроллеров в соответствии с этим изобретением. Например, настроечными параметрами света могут быть цветные точки, насыщение, оттенок и/или яркость.
В соответствии с вариантом осуществления источника света, охарактеризованным в п.6 формулы изобретения, каждый контроллер светового элемента имеет память данных светового элемента. Данные светового элемента можно сохранять заранее или получать из внешнего источника во время работы источника света.
В соответствии с вариантом осуществления источника света, охарактеризованным в п.7 формулы изобретения, в качестве простых средств получения некоторой степени выбора при посылке общих команд используются символьные метки. Вместе с тем, в зависимости от того, какого типа символьная метка включена в общую команду, может быть выбрано любое количество световых элементов - от варианта, в котором не выбирается ни один из них, до варианта, в котором выбираются все они.
В соответствии с вариантом осуществления источника света охарактеризованным в п.9 формулы изобретения, каждый контроллер светового элемента способен переопределять соответствующую символьную метку, если внутреннее состояние светового элемента изменяется.
Кроме того, в соответствии с данным изобретением предложен светильник, включающий в себя некоторое количество источников света, охарактеризованных в п.13 формулы изобретения. Содержащийся в светильнике контроллер светильника рассылает общие команды в интерфейсы шины источников света. В соответствии с вариантом осуществления светильника, охарактеризованным в п.14 формулы изобретения, контроллер светильника содержит преобразователь в эффект, причем этот преобразователь выполнен с возможностью приема данных варианта опыта использования и преобразования их, по меньшей мере, в один эффект, который, в свою очередь, воплощается в виде серий из одной или более общих команд. Данные варианта опыта использования относятся к варианту опыта использования, который пользователь светильника предположительно имеет в результате светоотдачи от источников света, такой как соответствующая мягкому вечернему свету, ночной темноте, яркому рабочему свету и т.д. Эффект связан с настроечными параметрами источников света, такими как затемнение, мигание, испускание конкретного цвета и т.д.
В соответствии с вариантом осуществления источника света, охарактеризованным в п.16 формулы изобретения, контроллер светильника также имеет интерпретатор символьных меток, действующий аналогично интерпретатору символьных меток в интерфейсе шины источников света.
Кроме того, в соответствии с данным изобретением предложена система светильников, охарактеризованная в п.17 формулы изобретения. Система светильников содержит несколько светильников и контроллер системы, который соединен со светильниками. Контроллер системы посылает выходные данные, касающиеся упомянутого варианта опыта использования, в контроллеры светильников.
В соответствии с вариантом осуществления системы светильников, охарактеризованным в п.18 формулы изобретения, выходные данные представляют собой индивидуальные команды, основанные на опыте использования, которые адресованы выбранным индивидуальным светильникам. Адресация на этом уровне не приводит к значительному энергопотреблению и оказывается выгодной, когда имеются светильники, которые должны быть настроены по-разному. Однако с другой стороны, в еще одном варианте осуществления, охарактеризованном в п.19 формулы изобретения, выходные данные рассылаются в светильники, что является эффективным путем посылки одной и той же команды в несколько светильников одновременно.
В соответствии с вариантом осуществления системы светильников, охарактеризованным в п.20 формулы изобретения, контроллер системы снабжен генератором символьных меток, который генерирует символьные метки, обрабатываемые в системе, упомянутой выше.
В общем, особенностью изобретения является контроллер для осветительной системы. Схема приема команд предназначена для приема сообщений о командах освещения. Формат сообщений включает в себя значение метки и значение инструкции. Значение метки задает физический атрибут осветительного устройства, которому направлено сообщение. Значение инструкции задает действие, выполняемое осветительным устройством, которому направлено сообщение. Схема приема команд имеет схему сравнения меток, предназначенную для обнаружения сообщений, значение метки которых соответствует осветительному устройству. Схема управления осветительными устройствами предназначена для принятия значения инструкции сообщения с обнаруженным соответствующим значением метки и выдачи - в ответ на это - значения инструкции для управления световыми элементами осветительного устройства.
В общем, во втором аспекте особенностью изобретения является контроллер для осветительной системы. Схема приема команд предназначена для приема сообщений о командах освещения. Формат сообщений включает в себя значение инструкции, задающее эмоциональный опыт человека, приобретаемый посредством осветительного устройства, которому направлено сообщение. Схема управления осветительными устройствами предназначена для принятия значения инструкции сообщения с обнаруженным соответствующим значением метки и преобразования - в ответ на это - эмоционального опыта в конкретные значения уровня для управления световыми элементами осветительного устройства.
Конкретные варианты осуществления изобретения могут включать в себя один или более следующих признаков. По меньшей мере, некоторые из контроллеров световых элементов могут включать в себя память данных светового элемента, содержащую хранимые калибровочные данные для светового элемента. Сообщения можно выдавать в режиме рассылки. Для хранения данных калибровки, связанных со световыми элементами, может быть предназначена схема памяти, а для генерирования сигналов возбуждения световых элементов на основании калибровочных данных может быть предназначена схема управления световыми элементами. Атрибутом, предназначаемым посредством метки, может быть местоположение осветительного устройства или характеристика осветительного устройства. Осветительное устройство может быть снабжено метками нескольких разных типов. Световые элементы могут быть твердотельными световыми элементами или светоизлучающими диодами (СИДами). Контроллеры световых элементов могут быть индивидуально переключаемыми между включенным и отключенным состояниями. Инструкции могут включать в себя настроечные параметры цветов. Контроллеры световых элементов могут включать в себя контрольные устройства состояния, способные переопределять упомянутую, по меньшей мере, одну символьную метку, если внутреннее состояние светового элемента изменяется. Помимо назначения меток контроллер может иметь адрес, а команды можно выдавать в контроллер по соответствующей команде. Контроллер может быть контроллером светильника, контроллером помещения или контроллером здания.
Эти и другие аспекты, признаки и преимущества изобретения будут очевидны из вариантов осуществления, описываемых ниже, и разъяснены со ссылками на него.
Краткое описание чертежей
Теперь будет приведено пояснение изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, при этом:
на Фиг.1 представлена принципиальная схема известного источника света;
на Фиг.2 представлена блок-схема варианта осуществления источника света в соответствии с данным изобретением;
на Фиг.3 представлена блок-схема варианта осуществления системы светильников в соответствии с данным изобретением;
на Фиг.4 представлена блок-схема варианта осуществления системы светильников;
на Фиг.5 представлена блок-схема части светильника в системе светильников согласно Фиг.4;
на Фиг.6 представлена блок-схема возможной осветительной системы здания;
на Фиг.7 представлена блок-схема варианта осуществления системы светильников;
на Фиг.8 представлена блок-схема части контроллера светильника согласно Фиг.7;
на Фиг.9 представлена блок-схема варианта осуществления системы светильников;
на Фиг.10 представлена блок-схема варианта осуществления светильника.
Подробное описание изобретения
Обращаясь к Фиг.2 отмечаем, что источник 201 света в одном варианте осуществления содержит световые элементы 207, блоки 205 возбуждения световых элементов и систему управления, предназначенную для управления световыми элементами. Система управления содержит интерфейс шины (ИШ), обозначенный позицией 203, который соединен посредством шины 209 источника света с несколькими контроллерами световых элементов (КСЭ), обозначенными позицией 213. Контроллеры 213 используются для того, чтобы заставить источник 201 света излучать свет желаемого характера, например, применительно к цвету и интенсивности. Шина источника света установлена в режим рассылки, и это означает, что выходной сигнал из интерфейса 203 шины посылается во все контроллеры 213 световых элементов одновременно.
Каждый контроллер 213 светового элемента соединен с блоком 205 возбуждения светового элемента 207. В иллюстрируемом варианте осуществления имеются несколько световых элементов 207 каждого из трех разных цветов, а именно красного (R), зеленого (G) и синего (B), а на Фиг.2 показан один световой элемент каждого цвета. Например, световые элементы 207 представляют собой СИДы, но объем притязаний этого изобретения включает в себя любой твердотельный световой (ТТС) элемент. Кроме того, изобретение применимо к обычным источникам света (термолюминесцентным (ТЛ), мощным газоразрядным (МГР) и т.д.) и гибридам, имеющим управляемые световые элементы. Каждый контроллер 213 светового элемента имеет память 214, в которой хранятся данные светового элемента, такие как максимальная длина волны, поток и характер изменения температуры, для светового элемента 207. Данные светового элемента заранее сохранены в памяти 214, а их источником являются накапливаемые данные СИДов и данные, формируемые СИДами. Кроме того, возможно обновление хранимых данных светового элемента посредством входа 215 внешних данных, а память может быть незаполненной сначала и загружаемой данными световых элементов при первой необходимости. В качестве альтернативного варианта осуществления вместо получения данных светового элемента из памяти 214 контроллер 213 светового элемента получает данные светового элемента непосредственно из другого источника, находящегося либо снаружи основного источника света, либо внутри него.
Преимущество источника 201 света в соответствии с этим изобретением заключается в том, что поскольку функция управления распределена, а шина 209 источника света работает в режиме рассылки, источник света является легко масштабируемым. Иными словами, можно без затруднений добавлять световые элементы без необходимости перепрограммирования любого интерфейса 203 шины и т.п. Как станет ясно из нижеследующего, масштабируемость оказывается еще акцентированнее на более высоком уровне, например, в случае светильника, имеющего несколько источников света или осветительной системы, имеющей несколько светильников. Таким образом, осветительная система оказывается преимущественно модульной.
Управление источником света работает следующим образом. Интерфейс 203 шины рассылает общую команду, в типичном случае включающую в себя полные настроечные параметры света для световых элементом 207, в контроллеры 213 световых элементов. Каждый контроллер 213 светового элемента обладает способностью вычислять конкретные данные сигнала возбуждения для светового элемента 207, с которым этот контроллер соединен. Таким образом, на основании общей команды, которую световые элементы принимают по шине 209 световых элементов, и данных светового элемента, которые считываются из памяти 214, каждый контроллер 213 светового элемента затем определяет индивидуальные сигналы возбуждения для конкретного светового элемента, с которым этот контроллер соединен, и прикладывает сигналы возбуждения к блоку 205 возбуждения светового элемента. Блок 205 возбуждения светового элемента затем соответственным образом задает ток возбуждения для светового элемента 207. Более конкретно, как известно специалисту в данной области техники, для преобразования настроечных параметров света в модулированные токи возбуждения, которые подаются в световые элементы 207, предпочтительно применяется матричное счисление. Способ возбуждения световых элементов 207, т.е. модуляции их токов возбуждения, может быть любым известным или будущим способом, таким как широтно-импульсная модуляция, т.е. ШИМ, амплитудная модуляция (АМ), частотная модуляция (ЧМ), кодоимпульсная модуляция (КИМ) и т.д., токов возбуждения.
Поскольку интерфейс 203 шины является «немым», т.е. не нуждающимся в вычислительных возможностях для проведения вычислений, его конструкция может быть довольно простой. Кроме того, он используется только для команд вещания, а это означает, что он не нуждается ни в каких возможностях адресации. «Интеллект» контроллера переместился в каждый индивидуальный контроллер 213 светового элемента, с которым он соединен. Вместе с тем, поскольку каждому контроллеру 213 светового элемента нужно обслужить лишь один-единственный световой элемент, с которым он непосредственно соединен, требования к его работоспособности значительно снижены по сравнению с требованиями к работоспособности контроллера 103 известного источника света. Что касается, например, интерфейса 203 шины, то он имеет дело с более низким уровнем напряжения, чем контроллер 103 известного источника света, например с напряжением питания 1,5 В вместо 2,5 В. Контроллеры 213 световых элементов также можно запитывать напряжением 1,5 В. Следует отметить, что это просто неограничительный пример практического воплощения. Кроме того, требуются значительно меньшие скорости передачи по шине или частоты синхронизации, чем в известном источнике света, и можно уменьшить ширину (разрядность) шины в битах, что также снижает энергопотребление и сложность конструкции.
Вся осветительная система состоит из многих источников света и может считаться структурированной на нескольких уровнях. Рассмотрим источник света в качестве конкретного уровня. Тогда на более высоком уровне имеется светильник, содержащий множество источников света, а на еще более высоком уровне имеется система светильников, содержащая множество светильников, как показано на Фиг.3 и 4. Уровень системы светильников, как правило, является уровнем помещения или даже уровнем здания.
Таким образом, в одном варианте осуществления системы светильников, показанном на Фиг.3, система 301 светильников содержит контроллер помещения или контроллер здания, обозначенный позицией 302, который соединен посредством системной шины 304 с несколькими светильниками 303, 313. Более конкретно, контроллер 302 помещения соединен с контроллером 305, 315 светильника, имеющимся у каждого светильника 303, 313. Каждый контроллер 305, 315 светильника, в свою очередь, соединен посредством шины 311, 321 светильника с интерфейсами шин множества источников 307, 317 света. Источники 307, 317 света имеют такую же конструкцию, как описанная выше. Контроллеры 305, 315 светильников выполнены с возможностью рассылки общих команд в источники 307, 317 света, которые обрабатывают общие команды так, как описано выше. На Фиг.2 также показан пунктирными линиями и обозначен позицией 211 контроллер светильника, который соединен с интерфейсом 203 шины. В свою очередь, каждый светильник 305, 315 принимает входные данные из контроллера 302 помещения. Входные данные представлены в весьма абстрактной форме, называемой данными варианта опыта использования или командами варианта опыта использования. Примеры вариантов опыта использования приведены выше в связи с кратким изложением существа изобретения, а еще некоторые из них включают в себя соответствующие «холодной воде», «романтической обстановке», «вечеринке» и т.д. Например, при описании опыта использования полезен известный протокол amBX (варианта опыта использования, соответствующего освещению в естественных условиях) от фирмы Philips, описанный в журнале amBIENT, издаваемом фирмой Philips. На верхнем уровне контроллер 302 помещения имеет интерфейс пользователя, посредством которого пользователь системы светильников выбирает варианты опыта использования, как описано выше, из списка имеющихся вариантов опыта. В альтернативном или дополнительном варианте, контроллер 303 помещения запрограммирован так, что пользователь имеет возможность определять персональные варианты опыта использования. По выбору, интерфейс пользователя также имеет беспроводной вход. По получении входного сигнала из контролера 302 помещения каждый контроллер 305, 315 светильника преобразует команду варианта опыта использования в некоторый эффект посредством преобразователя 309, 319 в эффект. Для обеспечения этой функции контроллер 305, 315 светильника поддерживает заранее сохраненные данные преобразования в своей памяти. В результате контроллер 309, 319 светильника посылает одну общую команду или серию общих команд в источники 307, 317 света. Это означает, что эффект реализуется в форме полных настроечных параметров света, а для того чтобы воплотить этот эффект, могут потребоваться несколько разных настроечных параметров света, выбранных своевременно. Например, вариант опыта использования может потребовать повторяющегося сдвига между разными цветами, который проводится до тех пор, пока контроллер 302 помещения не пришлет команду воплотить другой вариант опыта использования.
В альтернативном варианте осуществления системы 301 светильников системная шина установлена в режим адресации, а не в режим рассылки. То есть контроллер 302 помещения использует адреса индивидуальных светильников для посылки команд вариантов опыта использования в один или более выбранных светильников 305, 315.
Кроме того, изобретение предусматривает использование меток, как будет пояснено ниже со ссылками на Фиг.4 и 5. В системе 401 светильников, где применяются символьные метки, контроллер 402 помещения посылает команды вариантов опыта использования, которые помечены символьной меткой или множеством символьных меток. Символьная метка действует как описатель команды. К одной команде можно присоединить несколько символьных меток. Кроме того, на одну и ту же символьную метку могут реагировать несколько контроллеров 405, 415 светильников, которые соединены с системной шиной 404. Возможными альтернативами также являются использование специальной символьной метки, которая вызывает реакцию всех контроллеров 405, 415, и использование специальной символьной метки, которая не вызывает реакции ни одного из контроллеров 405, 415. Последнее оказывается полезным в диагностических целях. Каждый контроллер 405, 415 светильника имеет интерпретатор 406, 416 символьных меток (ИСМ), который выполнен с возможностью интерпретации символьных меток и проверки того, имеет ли контроллер 405, 415 светильника соответствующую активную символьную метку. Если ответ является утвердительным, то команда варианта опыта использования принимается и обрабатывается. Когда контроллер 405, 415 светильника в результате команды варианта опыта использования посылает одну или более общих команд в источники 407, 417 света светильника 403, 413 по шине 411, 421 светильника, эти общие команды также включают в себя символьную метку. Интерфейс шины каждого источника 407, 417 света включает в себя интерпретатор 408, 418 меток, который интерпретирует каждую общую команду так же, как интерпретатор меток контроллера 405, 415 светильника.
Вариант осуществления интерпретатора 501 меток содержит множество активных символьных меток 505 - АСМ1, АСМ2, …, ACMn, которые хранятся в памяти контроллера светильника. Символьная метка поступающей команды принимается в интерпретаторе 501 меток по шине 511 меток и подается в некоторое количество элементов 507 сравнения, при этом каждая ячейка памяти хранит одну метку или остается не заполненной, а зарезервированной для символьной метки, которая может быть активной или неактивной. Каждый из элементов 507 сравнения выдает логическую единицу или логический нуль в логический элемент 510 ИЛИ, который содержится в блоке 509 компараторов, в конъюнкции с элементами 507 сравнения. Если возникает любое совпадение между принимаемой символьной меткой и хранимой активной символьной меткой или метками 505, то логический элемент 505 ИЛИ выдает логическую единицу через разрешающее соединение 515 в интерпретатор 503 команд, который вследствие этого оказывается включенным и интерпретирует команду, принимаемую по шине 513 команд. Посредством использования символьных меток можно устанавливать шины в режим рассылки, а связь при этом все равно устанавливается избирательная.
Обращаясь к Фиг.6, предположим в качестве примера приложения, что один контроллер 302 или 402 здания или помещения, как описано выше, используется в качестве контроллера 603 здания для управления осветительной системой 601 всего здания, имеющего несколько помещений 605, 607, 609. Тогда в каждом помещении осветительная подсистема, состоящая из контроллеров 605a, 607a, 609a помещений, соединена с контроллером 603 здания, и, по меньшей мере, одного светильника 605b,c; 607b; 609b,c,d, соединенного с контроллером 605a, 607a, 609a помещения соответственно, как пояснялось выше. Контроллер 603 здания используется для ввода данных, которые являются общими для всей системы, причем упомянутые данные, если это уместно, распределяются в контроллеры 605a, 607a, 609a помещений. По выбору, данные индивидуальных помещений также вводятся через контроллер 603 здания, а затем распределяются в подходящий контроллер 605a, 607a или 609a помещения.
Далее, предположим, что используется вариант осуществления, в котором применяются символьные метки, и что в систему запрограммированы персональные настроечные параметры. Кроме того, в этом примере используется беспроводной, предпочтительно радио-, вход контроллеров 605a, 607a, 609a помещений. Когда человек, имеющий персональные данные, хранимые в осветительной системе 601, попадает в помещение 605, его (ее) идентификатор (ИД), хранимый в блоке беспроводной связи, посылается беспроводным способом на беспроводной вход контроллера 605а помещения. Сигнал ИД устанавливает или активирует персональную символьную метку человека в интерпретаторах символьных меток осветительной системы 601 помещений. Контроллер 603 здания затем рассылает персональные настроечные параметры света с присоединенной к ним символьной меткой человека. Символьной метке соответствует только то помещение 605, в котором сейчас находится человек. Контроллеры светильников, имеющиеся у светильников 605а, 605b и т.д., заставляют источники света излучать свет в соответствии с персональными настроечными параметрами света. Когда человек покидает помещение 605, его или ее персональная символьная метка удаляется из интерпретаторов символьных меток осветительной системы помещения, имеющейся в этом конкретном помещении. В результате персонально предпочтительные настроечные параметры света «следуют» за человеком по всему зданию и при этом центральному контроллеру, такому как контроллер 603 здания, не нужно знать, где на самом деле находится человек. Следовательно, установка и удаление ИД и соответствующей символьной метки являются локальными операциями, связанными с помещениями.
Предпочтительные настроечные параметры света могут быть связаны с настроением человека, например романтическим, с возрастом, например возможен более яркий свет для компенсации ухудшившегося зрения, с деятельностью, например, особенности освещения могут быть непосредственно связаны с событиями и средами, возникающими в процессе игры, когда человек играет в игру на пульте, и т.д.
Обращаясь к Фиг.7, отмечаем, что здесь показаны осветительная сеть и контроллер в системе светильников, где для указания этих светильников 100, 102, которые реагируют на управляющие сообщения, применяются метки. Центральный контроллер 110, например контроллер для светильников 100, 102 в помещении, посылает сообщения 122, которые помечены одной или более символьными метками 124. Каждая символьная метка 124 действует как описатель сообщения 122, так что каждый контроллер 130, 132 светильника, соединенный с сетью 120, распознает символьные метки 124, которые совпадают с символьными метками, хранимыми в памяти 140, 142 контроллеров 130, 132. Значения символьных меток могут соответствовать местоположению и/или осветительным возможностям конкретного светильника, а конкретные сообщения 122 могут быть направлены во все светильники в помещении, которые соответствуют этим меткам. Например, значения меток могут быть присвоены для задания северной стороны и южной стороны помещения, а также того, может ли светильник излучать свет с изменяемыми цветовыми температурами белого цвета, и возможна выдача сообщения для повышения цветовой температуры на северной стороне помещения. Те светильники, которые соответствуют заданным меткам, реагируют надлежащим образом.
Светильник может быть выполнен с контроллером 130, 132 светильника, соединенным посредством шины 150, 152 светильника с несколькими контроллерами 160, 162, 164, 166 световых элементов. Контроллерами 160, 162, 164, 166 световых элементов могут управлять светоотдачей источников 180, 182, 184, 186 света с целью излучения света желательной природы, например цвета и интенсивности. Световые элементы 180, 182, 184, 186 могут быть элементами разных цветов, например красного (R), зеленого (G) и синего (B). Каждый контроллер 160, 162, 164, 166 светового элемента может быть соединен с блоком 170, 172, 174, 176 возбуждения для соответствующего светового элемента 180, 182, 184, 186 или набора световых элементов. В общем случае световые элементы, соединенные с одним блоком 170, 172, 174, 176 возбуждения и контроллером 160, 162, 164, 166 светового элемента, могут быть элементами одного и того же цвета. Команды, выдаваемые из контроллера более высокого уровня в контроллер более низкого уровня, например из центрального контроллера 110 в контроллер 130 светильника или из контроллера 130 светильника в контроллеры 160, 162, 164 световых элементов, может представлять собой очень высокого уровня описания «вариантов опыта использования», которые пользователь светильника хочет испытать в результате светоотдачи из источников света, например это могут быть варианты, соответствующие мягкому вечернему свету, ночной темноте, яркому рабочему свету, «холодной воде», «романтической обстановке», «вечеринке» и т.д. Контроллер более низкого уровня может преобразовывать описательную команду высокого уровня в команды уровня, которые возбуждают световые элементы 180, 182, 184.
Центральный контроллер 110 может быть микропроцессором с возможностями ввода и вывода, которые позволяют пользователю определять надлежащие метки и команды для использования в помещении или здании, и этот микропроцессор позволяет присваивать метки конкретным светильникам 100, 102.
Осветительная сеть 120 может быть любой обычной или специализированной по приложению структурой, например структурой шины RS-232, RS-422, RS-485, XlO, DALI или MCSl00, описанной в патенте EP 0482680 "Programmable illumination system" («Программируемая осветительная система») или DMX-512 (см. DMX512/1990 «Стандарт передачи цифровых данных для затемнителей и контроллеров», разработанный United States Institute for Theater Technology, Inc.). В общем случае могут оказаться предпочтительными воплощения физического слоя, в типичном случае используемые для локальных сетей или аналогичных коммуникаций протяженностью в десятки-сотни метров. Патент EP 0482680 и описания для различных известных упоминаемых здесь протоколов приводятся для справок.
Сообщения 122 можно передавать по системной шине 120 в режиме рассылки, так что сообщения из центрального контроллера 110 доступны всем контроллерам 130, 132 светильников одновременно.
Формат для сообщений 122 может принимать любую форму, которая достигает желаемого конечного результата. В некоторых случаях сообщения 122 могут быть упакованы в пакетах стандарта DMX-512. В других случаях может быть определена форма специализированных по приложению пакетов, определяемая заголовком пакета, набором меток 124 и одним или более значениями 126 команд.
Значения 124 меток могут предоставляться фирмами-изготовителями компонентов осветительной системы, например, при этом метка связана с возможностями конкретного светильника, или могут определяться индивидуальным пользователем, например, при этом метка связана с местом установки светильника.
В соответствии с вариантом осуществления источника света, охарактеризованным в п.9 формулы изобретения, каждый контроллер светового элемента выполнен с возможностью переопределения соответствующей символьной метки, если внутреннее состояние светового элемента изменяется.
Форматы помеченных сообщений могут допускать простую масштабируемость осветительной сети, поскольку форматы помеченных сообщений могут допускать распределение функций управления по всем компонентам и могут позволять системной шине 120 работать в режиме рассылки. Масштабируемость может возникать потому, что может упроститься добавление световых элементов без необходимости перепрограммирования любого центрального контроллера и т.д. Масштабируемость может улучшаться и на более низком, и на более высоком сетевых уровнях, таких как светильник, имеющий несколько источников света, или осветительная система, имеющая несколько светильников.
Формы значений 126 команд могут быть представлены конечной точкой, соответствующей абсолютному значению, либо приращением. Например, возможны такие варианты, как «вернуться к текущему условию А», «вернуться к заранее заданному условию В», «сделать ярче», «сделать темнее», «более интенсивный красный», «более интенсивный синий», «большее насыщение», «меньшее насыщение», «вернуться к белому по умолчанию» и т.д. Другие значения 126 команд могут относиться к вариантам опыта использования, рассмотренным выше. Например, для описания опыта использования может оказаться полезным известный протокол amBX от фирмы Philips. Другие значения 126 команд могут относиться к настроечным параметрам источников света, таким как затемнение, мигание, излучение конкретного цвета и т.д.
Каждый контроллер 130, 132 светильника воспринимает метки 124 сообщений 122 по шине 120 и проводит проверку, чтобы посмотреть, должен ли реагировать его светильник 100, 102. Например, контроллер 130, 132 светильника может иметь память 140, 142 меток, которая хранит метки, на которые должен реагировать светильник 100, 102. Если метки совпадают, то сообщение 122 принимается и обрабатывается.
Обращаясь к Фиг.8, отмечаем, что детектор меток контроллера 130 светильника может включать в себя множество активных символьных меток АСМ1, АСМ2, …, ACMn, хранимых в памяти 140 меток. Символьная метка 124 поступающего сообщения 122 может приниматься контроллером 130 светильника и подаваться в компараторы 507 по одному для каждой ячейки памяти 140 меток и может быть активной или неактивной. В альтернативном варианте программное обеспечение контроллера 130 светильника может проводить цикл последовательно по памяти 140 меток для сравнения каждой метки с принимаемой символьной меткой. Каждый из компараторов 507 выдает логическую единицу или логический нуль в логический элемент 510 ИЛИ. Если любая принимаемая символьная метка 124 совпадает с любой меткой в памяти 140 меток, то логический элемент 510 ИЛИ выдает логическую единицу в интерпретатор 503 сообщений, который таким образом включается и интерпретирует принимаемую команду 126 из сообщения 122. Использование символьных меток позволяет избирательно принимать сообщения 122 и входящие в их состав команды 126, даже если по шине происходит рассылка всех сообщений.
Обращаясь снова к Фиг.7, отмечаем, что в зависимости от значений 124 меток в сообщении 122 возможна ситуация, в которой на сообщение не воздействует ни один из светильников, воздействуют все они или какие-то из них. В некоторых случаях специальное значение символьной метки может предписывать реагирование всем контроллерам 130, 132 светильников. А другое специальное значение символьной метки может предписывать всем контроллерам 130, 132 светильников отсутствие реакции. Последнее может быть полезно для диагностических целей.
В некоторых случаях контроллер 130, 132 может быть «молчащим» контроллером, единственная функция которого состоит в том, чтобы идентифицировать сообщение 122, на которое должен реагировать снабженный контроллером светильник 100, 122, и пропускать это сообщение в контроллеры 160, 162, 164, 166 световых элементов для того, чтобы они на этом основании могли действовать и осуществлять интерпретацию в полном объеме. В таких случаях контроллер 130, 132 светильника слабо реагирует или вообще не реагирует при координировании светоотдачи световых элементов 180, 182, 184, 186 или при определении уровней для конкретных световых элементов 180, 182, 184, 186; вернее, результаты этого вычисления заносятся в контроллеры 160, 162, 164, 166 световых элементов.
В других случаях контроллер 130 светильника может быть «интеллектуальным». Например, контроллер 130 светильника может отвечать за интерпретацию сообщений 122 и преобразование их в абсолютные уровни света для световых элементов 180, 182, 184.
Шина 150, 152 светильника может представлять собой любую структуру шины, полезную для этой цели. Например, для уменьшения количества проводников, используемых с целью взаимного соединения различных контроллеров, могут оказаться выгодными шины мультиплексированных данных, показанные на Фиг.7 патента США № 5420482 (Phares и др.) под названием «Управляемая осветительная система» (“Controlled Lighting System”). Недорогая структура шины согласно патенту США № 5420482 (Phares и др.) может вносить наведенные помехи, но они в типичных осветительных приложениях могут быть безвредными. Другие структуры шин могут иметь разный набор альтернатив и быть одинаково пригодными.
Вся осветительная система в целом может иметь много источников света, и ее можно считать структурированной на нескольких уровнях. Например, взаимосвязь между контроллером 130 светильника и контроллером 160, 162, 164 его светового элемента может быть рассмотрена аналогично взаимосвязи между центральным контроллером 110 и контроллерами 132, 130 светильников. Аналогичным образом, все здание в целом может иметь контроллер, который инструктирует контроллеры для конкретных помещений. Эта аналогия может позволить использование сходных методов на разных уровнях.
В ситуациях, где применяется многоуровневая аналогия, сообщения по шине 150, 152 светильника могут быть аналогичны сообщениям, направляемым по системной шине 120, только применительно к «концепциям» более высокого уровня, а не к абсолютным уровням освещения. Это могло бы иметь место в случае, если контроллеры 130, 132 светильников являются «молчащими», а вычислительные возможности делегируются контроллерам 160, 162, 164, 166 световых элементов. В этих случаях сообщения из контроллера 130, 132 могут рассылаться по шине 150, 152 светильника одновременно во все контроллеры 160, 162, 164, 166 световых элементов. В некоторых случаях сообщения, идущие по шине 150, 152 светильника, могут быть помечены аналогично сообщениям 122, а индивидуальные контроллеры 160, 162, 164, 166 световых элементов могут иметь компараторы меток, вследствие чего они реагируют на сообщения на основании меток.
В других случаях сообщения по шине 150, 152 светильника могут включать в себя сообщения других типов, например, абсолютные уровни освещения, выдаваемые световыми элементами 180, 182, 184, 186, например так, как это рассмотрено в патенте США № 5420482.
В некоторых случаях передача команд освещения в форме общих команд, направляемых в функционально специализированные светильники, может уменьшить количество данных, передаваемых по системной шине 120 и шинам 150, 152 светильников.
Контроллеры 160, 162, 164, 166 световых элементов могут принимать сообщения, рассылаемые контроллером 130, 132 светильника. Эти рассылаемые сообщения могут быть общими командами, как правило, влекущими за собой изменение, или явно обозначающими настроечные параметры цвета, для световых элементов 180, 182, 184, 186. Каждый контроллер 160, 162, 164, 166 могут затем вычислить конкретные данные сигнала возбуждения для соответствующего этому контроллеру светового элемента 180, 182, 184, 186. Таким образом, на основании общих команд, которые контроллеры 160, 162, 164, 166 световых элементов принимают по шине 150, 152 светильника, каждый контроллер 160, 162, 164, 166 светового элемента может затем определить сигналы возбуждения для конкретного светового элемента, с которым этот контролер соединен, и определяет сигналы возбуждения для соответствующего ему блока 170, 172, 174, 176 возбуждения светового элемента. Затем блок 170, 172, 174, 176 возбуждения светового элемента подает ток в соответствующий световой элемент 180, 182, 184, 186 соответственно.
Каждый контроллер 160, 162, 164, 166 осветительного элемента может иметь память, в которой хранятся калибровочные данные, такие как максимальная длина волны, поток и характер изменения температуры, для соответствующего светового элемента 180, 182, 184, 186. Калибровочные данные можно сохранять в памяти 214 на основе накапливаемых данных СИДов и данных, формируемых СИДами, или могут быть заданы пользователем, например как срок службы и утраченная яркость. Сигналы возбуждения, вычисляемые контроллерами 160, 162, 164, 166, можно регулировать на основании данных этого вычисления.
В некоторых случаях светильник 100 может иметь датчики, которые обнаруживают уровни освещения, или может принимать данные уровней освещения из датчиков, находящихся в помещении. Данные из таких датчиков можно использовать при вычислении сигналов привода как обратную связь для гарантии действительного получения желаемой светоотдачи. Дополнительные примеры этого будут пояснены ниже посредством дальнейших вариантов осуществления, приводимых со ссылками на Фиг.9 и 10.
За счет децентрализации вычислительных возможностей контроллер 130, 132 светильника можно избавить от необходимости вычислять индивидуальные сигналы привода для каждого светового элемента. Кроме того, каждому индивидуальному контроллеру 160, 162, 164, 166 светового элемента может потребоваться вычислить значения для одного-единственного светового элемента или блока возбуждения, с которым этот контроллер непосредственно соединен, и это снижает требования к рабочим характеристикам, предъявляемые к контроллерам световых элементов. Вследствие этого контроллер 130, 132 светильника и контроллеры 160, 162, 164, 166 световых элементов могут работать на меньшей частоте и при меньшем напряжении. Кроме того, индивидуальные контроллеры можно выключать, например, всякий раз, когда один или более цветов не используются. И, наконец, посылка сообщений в режиме рассылки во все контроллеры с описателями меток, а не наличие необходимости посылки индивидуальных сообщений в каждый контроллер с явными адресами, может уменьшить количество передаваемых сообщений, понизить требования к скорости передачи по шине и к возбуждению, а также снизить перегрузку, обуславливаемую адресацией, что, в свою очередь, может снизить требуемые частоты синхронизации для контроллеров. Хотя количество контроллеров может быть увеличено, снижение частот синхронизации, напряжения и времени включения может обеспечить снижение суммарного энергопотребления.
В некоторых случаях сообщения можно посылать в режиме, предусматривающем использование адресации конкретных контроллеров, вместо режима рассылки. В таких случаях сообщения могут быть «вариантами опыта использования» или другими неуровневыми командами, как обсуждалось выше.
Блоки 170 172, 174, 176 возбуждения могут подавать и регулировать ток в световые элементы 180, 182, 184, 186 любым обычным способом, включая любые цифроаналоговые преобразователи, при этом выходной сигнал напряжения и/или тока изменяется с изменением входных сигналов возбуждения из контроллеров 160, 162, 164, 166 световых элементов, например сигналы широтно-импульсной модуляции (ШИМ), разрядно-угловой модуляции, частотно-модулированное регулирование мощности и т.д.
Световые элементы 180, 182, 184, 186 могут быть, например, СИДами, лампами накаливания, флуоресцентными лампами и т.д. В некоторых случаях возможно возбуждение нескольких элементов одним-единственным блоком возбуждения, например, вследствие того, что СИДы синего цвета в настоящее время менее эффективны, чем СИДы зеленого цвета, а СИДы зеленого цвета менее эффективны, чем СИДы красного цвета, и тогда для достижения привлекательного баланса белого светильник 100 может включать в себя два СИДа красного цвета, четыре СИДа зеленого цвета и шесть СИДов синего цвета.
Программирование системы можно осуществлять посредством интерфейса пользователя к центральному контроллеру 110. Пользователь системы светильников может реализовать по желанию варианты опыта использования из списка доступных вариантов опыта использования. В альтернативном или дополнительном варианте контроллер помещения можно запрограммировать так, что пользователь получит возможность определять персональные варианты опыта использования. По получении входного сигнала из центрального контроллера 110 программное обеспечение в контроллере 130, 132 светильника может преобразовывать команду варианта опыта использования в эффект более низкого уровня или данные освещения, а также посылать исходную команду варианта опыта использования, эффект или данные освещения в контроллеры 160, 162, 164, 166 световых элементов. Некоторые эффекты можно реализовать в форме настроечных параметров цвета или настроечных параметров нескольких разных цветов, что продолжается до тех пор, пока центральный контроллер 110 не пришлет команду другого варианта опыта использования. В рамках объема притязаний изобретения возможны многие модификации и альтернативные варианты осуществления.
Суммируя их, отмечаем, что предложен контроллер для осветительной системы, который содержит схему приема команд, предназначенную для приема сообщений о командах освещения, причем формат сообщений включает в себя значение метки и значение инструкции, при этом значение метки задает физический атрибут осветительного устройства, которому направлено сообщение, а значение инструкции задает действие, предпринимаемое осветительным устройством, которому направлено сообщение, а схема приема команд имеет схему сравнения меток, предназначенную для обнаружения сообщений, значение метки которых соответствует осветительному устройству. При этом схема управления осветительными устройствами предназначена для принятия значения инструкции сообщения с обнаруженным соответствующим значением метки и выдачи в ответ на это значения инструкции для управления световыми элементами осветительного устройства.
Этот контроллер может дополнительно включать в себя схему приема команд, предназначенную для приема сообщений о командах освещения, причем формат сообщений включает в себя значение инструкции, задающее эмоциональный опыт человека, приобретаемый посредством осветительного устройства, которому направлено сообщение. При этом схема управления осветительными устройствами предназначена для принятия значения инструкции сообщения с обнаруженным соответствующим значением метки и преобразования в ответ на это эмоционального опыта в конкретные значения уровня для управления световыми элементами осветительного устройства.
Кроме того, контроллер может содержать память данных светового элемента, содержащую хранимые калибровочные данные для светового элемента, схему памяти, предназначенную для хранения калибровочных данных, связанных со световыми элементами, при этом схема управления световыми элементами предназначена также для генерирования сигналов возбуждения световых элементов на основании калибровочных данных.
Теперь последуют несколько дополнительных общих описаний символьных меток. Символьные метки сообщаются в результате конкретного события. Символьные метки являются наиболее полезными для получения серийных или последовательных изменений, таких как усиление блеклости (выцветание) при переходе от настроечных параметров цвета к другим с предъявлением требования минимальной расчетной мощности ко всем блокам за исключением индивидуальных контроллеров световых элементов. Несколькими дополнительными примерами символьных меток, которые можно использовать, являются символьные метки, отображающие или вызывающие: коррелированную цветовую температуру белого цвета; максимальную светоотдачу в люменах; постепенную настройку цвета; затемнение; способность к быстрому или медленному динамическому освещению; расположение светильников в помещении и тип источника света. Существует некоторый диапазон возможных способов активации и деактивации символьных меток - от применения физических переключателей, приводимых в действие вручную, например микропереключателей в корпусе с двухрядным расположением выводов, до применения функций, реализуемых программным обеспечением.
Обращаясь теперь к Фиг.9, отмечаем, что в дополнительном варианте осуществления осветительной системы, содержащей несколько светильников 900, 902, и т.д., каждый светильник 900, 902 обладает функциональными возможностями обратной связи и/или прямой связи, которые используются для повышения качества света, генерируемого светильником 900, 902. Для простоты далее будет приведено описание лишь одного из светильников. Светильник 900 содержит контроллер 910 светильника и, по меньшей мере, один источник 915 света. Между прочим, в дополнение к системе управления такой источник включает в себя интерфейс 900 шины, шину 925 источника света, а также контроллеры 930 световых элементов, блоки 940 возбуждения и световые элементы 950, как и в вариантах осуществления, описанных выше, причем каждый источник 915 света, а более конкретно - его система управления, в соответствии с этим вариантом осуществления содержит интерфейс датчиков (ИФ ДАТЧИКОВ), обозначенный позицией 960, для обнаружения свойств световых элементов 950. Типичными свойствами являются температура, которая эквивалентна интенсивности или потоку, и оптические свойства, такие как цветная точка, и другие свойства, связанные с цветовым содержанием светоотдачи. В этом варианте осуществления интерфейс 960 датчиков содержит датчик 970 температуры, который измеряет температуру световых элементов 950, и датчик 980 цвета, который измеряет цветовое содержание светоотдачи, например, путем измерения цветной точки. Интерфейс 960 датчиков выдает сигнал интерфейса датчиков в шину 925 источника света, а этот сигнал интерфейса датчиков содержит данные, касающиеся температуры, и данные, касающиеся цветового содержания. Датчик 970 температуры и датчик 980 цветового содержания измеряют суммарные значения, т.е. значения суммы индивидуальных вкладов световых элементов 950. Сигнал интерфейса датчика рассылается по шине 925 источника света во все контроллеры 930 световых элементов. Каждый контроллер 930 светового элемента наделен вычислительными возможностями, включая алгоритмы извлечения, предназначенные для извлечения вклада, генерируемого конкретным световым элементом 950, которым он управляет, из сигнала интерфейса датчиков. Кроме того, каждый контроллер 930 светового элемента содержит алгоритмы обратной связи или прямой связи, которые позволяют контроллеру 930 светового элемента вычислять поправку, необходимую световому элементу 950 для поддержания требуемой уставки, которая, в свою очередь, связана с требуемым вариантом опыта использования, как описано ранее. Алгоритмы для управление цветом, как правило, обуславливают матричные вычисления, которые требуют информации обо всех цветах в системе. Чтобы каждый контроллер 930 светового элемента имел возможность проводить такие вычисления, необходимо знать оптические свойства других световых элементов 950 в дополнение к свойствам, связанным со световым элементом 950, которым этот контроллер управляет. Тогда оказывается полезным сигнал интерфейса датчиков, отображающий комбинированную светоотдачу всех световых элементов.
Чтобы иметь возможность извлечения информации о своем собственном световом элементе 950, каждый контроллер 930 светового элемента, который управляет светоотдачей одиночного цвета, может, например, иметь информацию о том, какие другие одиночные цвета представлены в суммарном выходном свете. Например, если данные цветового содержания отображают цветную точку суммарного светового выходного сигнала, то лишь одна особая комбинация одиночных цветов может создать эту цветную точку при их смешивании.
В качестве альтернативы вычислительные возможности предоставляются в интерфейсе 920 шины. Таким образом, в этом альтернативном варианте осуществления сигнал интерфейса датчиков принимается интерфейсом 920 шины, который проводит вычисления и рассылает результаты в индивидуальные контроллеры световых элементов, которые используют упомянутые результаты непосредственно для регулирования световых элементов 950.
Обращаясь к Фиг.10, отмечаем, что светильник 1000 содержит один или более источников 1015 света. Каждый источник 1015 света содержит те же части, что и источник света, только что описанный со ссылками на Фиг.9, т.е. интерфейс 1020 шины, контроллеры 1030 световых элементов, блоки 1040 возбуждения, световые элементы 1050 и интерфейс 1060 датчиков, который включает в себя датчик 1070 температуры и датчик 1080 цвета. Кроме того, он содержит синхрогенератор 1090, т.е. генератор, который генерирует сигнал синхронизации. Синхрогенератор 1090 соединен со всеми контроллерами 1030 световых элементов и с интерфейсом 1060 датчиков для синхронизации их операций. Эта синхронизация полезна, по меньшей мере, тогда, когда световые элементы 1030 возбуждаются посредством широтно-импульсно-модулированных (ШИМ) сигналов возбуждения, а датчик 1070 температуры интерфейса 1060 датчиков обнаруживает поток. Тогда измерение потока необходимо синхронизировать с коэффициентом заполнения при ШИМ.
Выше описаны варианты осуществления источника света, а также светильника и системы светильников, в которых применяется этот источник света, соответствующие данному изобретению и охарактеризованные в прилагаемой формуле изобретения. Их следует рассматривать просто как неограничительные примеры. Как будет очевидно для специалиста, в рамках объема притязаний изобретения возможны многочисленные модификации и альтернативные варианты осуществления.
Например, следует понять, что каждый источник света может быть снабжен управлением с обратной связью для световых элементов, как известно специалисту в данной области техники, чтобы гарантировать, что желаемая светоотдача получается на самом деле. Вместе с тем, поскольку это не является основной частью изобретения, такое управление с обратной связью подробнее описано не будет.
Таким образом, как пояснялось посредством вышеизложенных вариантов осуществления, выгодно децентрализовать контроллер источника света, чтобы сделать как можно точнее заключительные вычисления с целью задания сигналов возбуждения световых элементов для индивидуальных световых элементов. Следует отметить, что в целях этой заявки, а в частности, применительно к пунктам формулы изобретения, слово «содержащий(ая)» не исключает другие элементы или этапы, а также, что признак единственного числа не исключает множество, что само по себе будет очевидно для специалистов в данной области техники.