СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ ОСВЕЩЕНИЯ
METHOD OF CONTROLLING LIGHTING SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу управления системой освещения. Изобретение также относится к системе освещения, обеспечивающей выполнение такого способа.
Предшествующий уровень техники
Беспроводное управление системами освещения все больше и больше заменяет проводное управление, например, уменьшая затраты на установку и ввод в эксплуатацию. Было разработано множество беспроводных технологий, включающих в себя, например, IEEE-802.15.4, Low-Power WiFi, WiFi, Bluetooth, EnOcean, Z-Wave и аналогичных технологий, которые в типичном варианте допускают связь ближнего действия.
Для управления в реальном времени беспроводной системой освещения желательно минимизировать задержку при переключении состояния узлов источников света системы освещения. Пример такой системы освещения раскрыт в US 2006/0154598, где группа узлов источников света радиосети выполнена с возможностью выборочно реагировать на широковещательные сообщения от контроллера системы освещения, таким образом, предоставляя уменьшенную задержку переключения узлов источников света.
Однако в крупномасштабных беспроводных системах освещения не все узлы источников света могут находиться в диапазоне связи с контроллером системы освещения.
В предпочтительном варианте, крупномасштабные системы освещения требуют, чтобы команды переключения состояния от контроллера к узлам источников света маршрутизировались также между различными узлами источников света, эффективно вводя различные задержки приема команд управления для различных узлов источников света. Вследствие различия в существе задержек приема визуальное восприятие переключения состояния, такое как включение или выключение ламп, неприятно в том, что не все узлы источников света переключают состояние в одно и то же время. Например, механизм CSMA/CA, используемый с 802.15.4 или WiFi для доступа к беспроводному каналу передачи пакетов, включает в себя случайную "выдержку времени", которая будет весьма вероятно различной на каждом узле, вызывая некоторые расхождения во времени/задержке. Кроме того, конфликты, различные маршруты или различные узлы с различной производительностью могут вызывать различные задержки.
Следовательно, существует необходимость в улучшенном способе, который обеспечивает управляемое переключение состояния в беспроводной системе освещения, фокусируясь на одновременном переключении состояния узлов освещения.
Сущность изобретения
Основной задачей настоящего изобретения является обеспечение способа управления переключением состояния в системе освещения. Эта и другие задачи решаются посредством способа управления системой освещения, в котором система освещения выполнена в виде сети, содержащей контроллер и множество рабочих узлов, выполненных с возможностью связи друг с другом. Способ содержит этапы синхронизации рабочих узлов с контроллером, определяя, из множества рабочих узлов, набор рабочих узлов, которые расположены в заданной рабочей области, и оценки задержки переключения состояния для набора рабочих узлов, расположенных в заданной рабочей области. Способ дополнительно содержит этапы передачи оцененной задержки переключения состояния и команды переключения состояния множеству рабочих узлов.
Настоящее. изобретение основано на понимании того, что каждый узел в сети, например, может быть синхронизирован на основе синхронизации времени множества узлов. Обобщая, упомянутая синхронизация времени обеспечивает множество рабочих узлов общим понятием времени, таким образом, допуская синхронизацию задачи, такой как, например, источники света, управляемые рабочими узлами. Другие устройства, блоки и т.д., которые являются управляемыми рабочими узлами, конечно, также возможны. Синхронизация времени, т.е. выравнивание времени между двумя узлами, может быть, например, достигнута посредством оценки смещения времени между двумя узлами и предоставления оценки разницы в скорости хода между двумя часовыми механизмами, принадлежащими двум узлам, соответственно. Разница в скорости подсчета используется, чтобы сохранять хорошую оценку текущего времени другого узла.
Дополнительным этапом в дополнение к механизму синхронизации времени является введение модификаций в лежащий в основе таймера характер подсчета в узлах с тем, чтобы удостовериться, что процесс подсчета таймера становится синхронизированным между различными узлами, в том смысле, что начало/окончание циклов таймера (где цикл таймера - это подсчет от начального значения до конечного значения, после которого счетчик таймера сбрасывается в начальное значение, и выдается сигнал прерывания) происходит в одно и то же время на различных узлах. Другими словами, этот дополнительный этап выполняется, чтобы гарантировать, что прерывания таймера происходят в один и тот же момент в различных узлах. Синхронизация прерываний таймеров в рабочей области является вариантом, чтобы одновременно запустить переключение состояния источников света посредством запуска команды, когда таймеры запускаются. Это может, например, быть достигнуто следующим способом:
первый узел делает моментальный снимок своего собственного счетчика и второй узел делает моментальный снимок своего собственного счетчика. Первый узел отправляет свой снимок второму узлу, позволяя второму узлу получать смещение между ним и первым узлом. Тем самым может быть выполнена корректировка с тем, чтобы позволять двум узлам заканчивать свои циклы подсчета одновременно. Отметим, что введенные модификации следят за изменениями, так что они могут быть компенсированы во время синхронизации времени (особенно при использовании временных меток времени узла, где временная метка - это значение локального времени узла в определенный момент).
Данный способ, среди других способов, для синхронизации времени и выравнивания прерываний таймеров множества узлов в сети описан в документе WO 2008/152554 A1, который полностью содержится в данном документе по ссылке. Однако также возможны другие способы синхронизации времени и выравнивания прерывания таймеров. Следует, однако, отметить, что этап синхронизации рабочих узлов с контроллером может быть необходим не каждый раз, когда выполняется способ настоящего изобретения, поскольку рабочие узлы могут оставаться синхронизированными по времени также в течение выключенного состояния.
Сеть может, например, содержать один контроллер и множество рабочих узлов или альтернативно множество контроллеров и множество рабочих узлов. Контроллер может, кроме того, быть соединен с одним или множеством узлов.
Соответственно, заданная рабочая область может, например, быть определена как физическая произвольная область, окружающая контроллер, например, одна или множество соединенных или несоединенных комнат. Рабочая область может также быть определена областью, покрывающей множество рабочих узлов, видимых пользователю системы. Кроме того, набор рабочих узлов, которые расположены в заданной рабочей области, может равняться множеству рабочих узлов в системе.
Преимущество изобретения заключается в том, что, например, визуальное впечатление от переключения состояния (когда, например, источники света являются управляемыми рабочими узлами), может быть, по существу, устранено, поскольку синхронизация времени и выравнивание прерывания таймеров вместе с оцененной задержкой переключения состояния позволяет множеству узлов или, по меньшей мере, набору узлов в заданной рабочей области, переключать состояние, по существу, в одно и то же время. Дополнительным преимуществом изобретения является то, что, по существу, одновременное переключение состояния будет уменьшать иногда слышимый эффект в такой системе освещения. Следует отметить, что ввиду множества контроллеров, контроллеры могут быть синхронизированы друг с другом или с уже синхронизированными узлами в сети.
В предпочтительном варианте осуществления, по меньшей мере, один из рабочих узлов может быть выполнен с возможностью управления переключением состояния, по меньшей мере, одного источника света. Дополнительно также контроллер может сам управлять одним или множеством источников света.
Переключение состояния может альтернативно сообщаться и распространяться узлам только один раз, задержка может быть жестко задана в узлах, или задержка может даже быть вычислена самим рабочим узлом. Кроме того, различные задержки переключения состояния могут быть связаны с различными заданными рабочими областями. Однако все задержки переключения состояния могут передаваться всем узлам, каждый индивидуальный узел приспосабливается, чтобы учитывать предназначенную ему задержку.
Кроме того, задержка переключения состояния может быть, по меньшей мере, одним из времени изменения состояния для каждого рабочего узла (например, из выключенного во включенное) и максимальной задержки связи между контроллером и набором рабочих узлов, расположенных в заданной рабочей области. Также, команда переключения состояния может содержать конкретную для рабочего узла переменную для создания заданного шаблона переключения состояния. Это позволит ввести заданной визуальные шаблоны, например, при включении и выключении источников света.
Также можно отметить, что максимальная задержка связи может быть оценкой, которая является точным окончательным сроком, или оценкой, которая учитывает компактность рабочего узла, заполненность узла или физическое размещение узла, оценка окончательно ограничивается задержкой переключения состояния, по меньшей мере, из одного из времени изменения состояния для каждого рабочего узла и максимальной задержки связи между контроллером и набором рабочих узлов, расположенных в заданной рабочей области.
Сеть может быть беспроводной, проводной или их комбинацией. Беспроводная сеть может быть ячеистой сетью, необходимой для более крупных развернутых систем освещения, а проводная сеть может быть DALI-сетью. В случае беспроводной сети контроллер и рабочие узлы могут связываться друг с другом через одноинтервальные или многоинтервальные маршруты, в которых может быть множество маршрутов, ведущих от одного узла к другому. Способ настоящего изобретения является гибким, задержка переключения состояния может быть оценена, чтобы удовлетворять требованиям конкретной сети. Например, время изменения состояния имеет отношение к проводной сети, тогда как задержка связи, в дополнение к времени изменения состояния, имеет отношение к беспроводной сети. В комбинированной сети рабочие узлы, которые соединены проводом друг с другом, и рабочие узлы, которые беспроводным образом соединены друг с другом, могут предоставляться с различными задержками переключения состояния, тем не менее, переключая состояние одновременно.
В беспроводной сети задержка переключения состояния может альтернативно быть средней задержкой "из конца в конец", средней задержкой каждого интервала связи, максимальной или минимальной задержкой каждого интервала связи и т.д.
Также в беспроводной сети может быть возможным задавать рабочую область как покрывающую область, в которой множество рабочих узлов могут управляться с помощью заданного количества "пересылок команды связи" от контроллера к рабочему узлу и т.д.
Переключение состояния может быть запросом для "пробуждения" (например, включения) или выключения источника света, подключенного к рабочему узлу, при этом визуальный эффект пробуждения или выключения источников света может быть синхронизирован. Это может быть полезным, поскольку пользователь системы может воспринимать одновременное включение или выключение всех видимых источников света в противоположность включению источников света в различные моменты времени, создающему так называемый "эффект попкорна".
Что касается времени изменения состояния (например, времени пробуждения), оно может быть оценено на основе типов источника света в системе освещения, таких как LED, лампы дневного света и т.д.
Кроме того, команда переключения состояния может включать в себя информацию относительно управления, по меньшей мере, одним из ширины луча, цвета, направления луча, потускнения и интенсивности источника света. Таким образом, визуальный эффект источников света может регулироваться и дополнительно синхронизироваться в зависимости от типа источника света. Другие примеры переключений состояния могут быть основаны, например, на световых кривых, световых волнах или световых формах.
Кроме того, по меньшей мере, набор рабочих узлов, расположенных в заданной рабочей области, может быть адаптирован, чтобы учитывать задержку переключения состояния при выполнении команды переключения состояния. Рабочие узлы за пределами заданной области могут, следовательно, выполнять команду переключения состояния, когда (или альтернативно после) она принимается. Визуальный эффект переключения состояния, таким образом, может быть улучшен. Например, каждый источник света в заданной рабочей области, такой как комната, видимый пользователю, который включает систему освещения, может включаться с приемлемой задержкой от момента времени, когда пользователь включил систему, тогда как удаленные источники света, за пределами рабочей области, включаются асинхронным образом, незаметным для пользователя.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предоставляется система освещения, содержащая контроллер и множество рабочих узлов, приспособленных для связи с контроллером. Контроллер может дополнительно быть приспособлен, чтобы инициировать процедуру синхронизации для синхронизации множества рабочих узлов с контроллером, оценивать задержку переключения состояния для набора рабочих узлов, расположенных в заданной рабочей области, передавать максимальную задержку связи множеству рабочих. узлов и передавать команду переключения состояния множеству рабочих узлов.
Кроме того, по меньшей мере, один из рабочих узлов содержит схему управления для управления электрическим соединением между источником света и блоком электропитания. Дополнительно, по меньшей мере, один из рабочих узлов содержит средство управления осветительным свойством источника света, такое как, например, средство управления частотой, обеспечиваемой излучателем, для регулирования того, насколько быстро цвет источника света может изменяться.
Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидны при изучении прилагаемой формулы изобретения и последующего описания. Специалисты в данной области техники поймут, что различные признаки настоящего изобретения могут быть объединены, чтобы создавать варианты осуществления, отличные от описанных ниже, без отступления от рамок настоящего изобретения.
Краткое описание чертежей
Ниже, варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны подробно со ссылкой на сопровождающие, служащие примером, чертежи, на которых:
Фиг.1 изображает схему, иллюстрирующую пример системы освещения настоящего изобретения;
Фиг.2 изображает схему, иллюстрирующую пример системы освещения настоящего изобретения; и
Фиг.3 изображает блок-схему, иллюстрирующую пример способа настоящего изобретения.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Настоящее изобретение теперь будет описано более полно далее в данном документе со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых показаны предпочтительные в настоящее время варианты осуществления изобретения. Данное изобретение может, однако, быть осуществлено во многих других формах и не должно истолковываться как ограниченное вариантами осуществления, изложенными в данном документе; скорее, данные варианты осуществления предоставлены для полноты и завершенности и полностью передают рамки изобретения специалистам в данной области техники. Одинаковые ссылочные номера ссылаются на одинаковые элементы по всему описанию.
Обращаясь теперь к чертежам и к фиг.1, в частности, изображена система 100 освещения, иллюстрирующая приводимую в качестве примера систему, в которой способ настоящего изобретения может быть выполнен. Система 100 освещения содержит контроллер 1 и множество узлов 2, 3, 4 источников света, связанных вместе, чтобы формировать сеть. Для простоты объяснения, существует только один контроллер 1 и три рабочих узла 2, 3, 4 в системе 100 освещения. Контроллер 1 в данном случае такой, как обычный переключатель или пульт дистанционного управления для включения и выключения источника света соединен с узлами 2, 3, 4 источников света. В иллюстрированном примере узлы 2, 3, 4 источников света содержат галогенный источник 2 света, LED-блок 3 освещения, содержащий группу из множества LED, и блок 4 с лампой дневного света. Контроллер 1 беспроводным образом соединен с галогенным источником 2 света и LED-блоком 3, при этом он соединен по проводу с блоком 4 лампы дневного света. Проводное управление может быть основано на стандарте DALI, тогда как беспроводное управление может, например, быть основано на IEEE-802.15.4. Следует отметить, что контроллер 1 может обеспечить использование множества интерфейсов, основанных на различных технологиях связи, таким образом, предоставлять возможность такому контроллеру 1 связываться с различными узлами освещения, которые имеют различные технологии/интерфейсы связи. Также контроллер 1 может знать о различных типах узлов в сети, а также о местоположении различных типов узлов.
Контроллер 1 может содержать схему 11 управления, которая может быть запрограммирована, чтобы выполнять способ настоящего изобретения, и функции управления светом и пользовательский интерфейс 12, который разрешает пользователю инициировать переключение состояния узлов источников света системы 100 освещения, например, из включенного и выключенного состояния, потускнение или т.п., как обсуждалось выше. Пользовательский интерфейс 12 может включать в себя устройства пользовательского ввода, такие как кнопки и настраиваемые элементы управления, которые создают сигнал или напряжение, которое должно быть считано схемой 11 управления. Напряжение может быть цифровым сигналом, соответствующим цифровому состоянию с высоким и низким уровнем. Если напряжение существует в форме аналогового напряжения, может использоваться аналогово-цифровой преобразователь (A/D), чтобы преобразовывать напряжение в используемую цифровую форму. Выходной сигнал из A/D затем подается в схему 11 управления с помощью цифрового сигнала. Схема 11 управления может включать в себя микропроцессор, микроконтроллер, программируемый цифровой сигнальный процессор или другое программируемое устройство. Схема 11 управления может также, или взамен, включать в себя специализированную интегральную схему, программируемую вентильную матрицу, программируемую матричную логику, программируемое логическое устройство или цифровой сигнальный процессор. Когда схема 11 управления включает в себя программируемое устройство, такое как микропроцессор или микроконтроллер, упомянутые выше, процессор может дополнительно включать в себя машиноисполняемый код, который управляет работой программируемого устройства.
Контроллер 1 содержит передатчик/приемник 13 для связи, посредством антенны 15, беспроводным способом соединенные узлами 2, 3 источников света. Кроме того, контроллер 1 содержит DALI-драйвер (DALI - наименование фирмы) 14 для связи с проводным узлом 4 источника света. Различные узлы 2, 3, 4 источников света могут типично иметь различное время изменения состояния при переключении; например, галогенный источник света и лампа дневного света имеют относительно медленное время запуска по сравнению с LED-блоком.
В иллюстрированном примере узел 2 галогенного источника света содержит драйвер 5, внешний по отношению к фактическому источнику света тогда, как драйвер 6 LED-блока 3 является интегрированным. Альтернативно, средство возбуждения может быть функционально связано с более чем одним узлом 2, 3, 4 источника света. Различные средства возбуждения и необязательного управления могут рассматриваться в данном документе без отступления от основных рамок и природы настоящего открытия.
Касательно связи, существует два интервала передачи команды между контроллером 1 и LED-блоком 3, и только один интервал между контроллером 1 и галогенным источником 2 света, иллюстрированные стрелками, интервалы передачи команды вызывают задержку связи. Проводная связь, однако, за исключением индивидуального времени изменения состояния при переключении таких рабочих узлов, не вызывает задержку связи подобным образом.
Другая иллюстрация примерной системы 200 освещения изображена на фиг.2. Система 200 освещения содержит контроллер 20, такой как переключатель света для инициирования переключения состояния источников света, и множество рабочих узлов (21-27), здесь узлы источников света беспроводным образом соединены в беспроводную сеть. Здесь сеть является ячеистой сетью, которая требуется в более крупных развернутых системах освещения, например, в оранжереях или в областях применения промышленной автоматики. В иллюстрированном примере рабочие узлы находятся в пределах определенного расстояния от контроллера 20, принадлежащего рабочей области 30. Здесь рабочая область 30 определяется комнатой, в которой размещается контроллер 20, рабочие узлы в комнате видны пользователю системы 200 освещения, например, при включении или выключении света или изменении любого другого, осветительного свойства, как обсуждалось выше. Альтернативно, рабочая область 30 может, например, быть определена приемлемой задержкой времени для включения света, после того как пользователь нажимает на переключатель контроллера 20, например, после 100-200 миллисекунд. В других вариантах осуществления заданная рабочая область 30 может включать в себя все доступные узлы 21-27 источников света системы 200 освещения, или альтернативно система 200 освещения может быть разделена на несколько рабочих областей.
В ячеистой сети один интервал связи между контроллером и окружающими узлами источников света может, например, занимать около 5 миллисекунд, в то время как каждый дополнительный интервал требует, например, около 8 миллисекунд вследствие процесса приема пакетов данных. Следовательно, с такой оценкой и предполагая, что промежуток около 50 миллисекунд между событиями может не быть видимым пользователю, может происходить около 5-6 интервалов связи прежде, чем пользователь заметит различия во времени в переключении состояния узлов источников света. Принимая во внимание дополнительные факторы, оценкой фактически могут быть только 2-3 интервала связи прежде, чем пользователь заметит эффект попкорна, например, при включении или выключении света. В качестве примера, в крупномасштабных системах освещения, которые могут содержать несколько сотен узлов источников света, число интервалов связи может быть гораздо большим, чем 2-3, и, следовательно, вести к визуально нежелательному эффекту во время переключения состояния источников света.
Для работы системы освещения, фиг.3 описывается вместе с фиг.2, при этом фиг.3 изображает этапы способа управления системой 200 освещения. Первоначально, узлы 21-27 источников света находятся в выключенном состоянии. В момент Т0 времени пользователь щелкает переключателем света, инициируя изменение состояния узлов источников света из выключенного во включенное. На первом этапе 301 узлы источников света синхронизируются по времени согласно способу временной синхронизации и выравнивания прерывания таймеров. Альтернативно, узлы источников света остаются синхронизированными также в выключенном состоянии. Синхронизация времени и выравнивание прерывания таймеров могут поддерживаться независимо от того факта, что может быть или может не быть передана команда, и может также выполняться относительно любого узла в сети, например, не только контроллера 20.
На этапе 302 контроллер 20 определяет, существуют ли узлы источников света в заданной рабочей области 30, следовательно, существуют ли узлы источников освещения в комнате 20, в которой размещается контроллер 20. В иллюстрированном примере три узла 21-23 источников света находятся в этой области 30. Однако, если узлы источников освещения не существуют в заданной области, способ переходит к этапу 305, на котором команда переключения состояния передается узлам источников света.
Далее, на этапе 303, контроллер 20 оценивает задержку переключения состояния для рабочих узлов 21-23, расположенных в рабочей области 30. Здесь, максимальная задержка связи основывается на числе интервалов связи между контроллером и узлами источников света. Индивидуальное время перехода между состояниями для каждого узла источника света не учитывается, поскольку узлы источников света имеют одинаковый тип. Здесь задержка n определяется узлом источника света с наивысшим числом интервалов связи от контроллера 20, которым является узел 23 источника света, размещенный в трех интервалах передачи команды от контроллера 20 в иллюстрированном примере.
На следующем этапе 304 оцененная задержка n переключения состояния передается узлам 21-23 источников света в заданной рабочей области 30 посредством контроллера 20. Альтернативно, все узлы 21-27 источников света принимают задержку n, хотя только узлы источников света в заданной рабочей области 30 учитывают задержку.
На последующем этапе 305, или одновременно с этапом 304 передачи задержки n переключения состояния, команда переключения состояния из выключенного во включенное передается каждому из рабочих узлов, посредством которой каждый из узлов источников света в заданной области 30 включается одновременно после оцененной, задержки, в момент Т0+n. Если узлы источников света являются источниками света различного типа, в алгоритм вводится дополнительная задержка, позволяющая источникам света включаться синхронно, даже если они по природе имеют различное время запуска (например, различное время перехода из одного состояния в другое). Удаленные узлы 24-27 источников света, однако, за пределами заданной области 30 включаются, когда они принимают команду переключения состояния, таким образом, возможно создавая эффект попкорна, когда они делают это, что, однако, возможно остается незамеченным пользователем.
В альтернативном варианте осуществления, в котором все узлы источников света включены в заданную рабочую область, все источники света включаются в момент Т0+n, таким образом, возможно создавая необходимость повторного определения n. В другом варианте осуществления, в котором существуют узлы источников света с проводным соединением с контроллером в рабочей области, эти узлы могут либо принимать команду, требующую от них переключить состояние в момент Т0+n времени, либо принимать команду в момент Т0+n времени, приказывающую им немедленно переключить состояние, поскольку не существует задержки связи при использовании проводного управления. Тем не менее, индивидуальное время перехода из одного состояния в другое также уместно для узлов, соединенных по проводу.
Специалист в данной области техники поймет, что настоящее изобретение не ограничивается предпочтительными вариантами осуществления. Например, даже если, главным образом, описывается переключение состояния из выключенного во включенное, способ может быть применен к другим переключениям состояния системы освещения, например, из включенного в выключенное, потускнение, изменение цвета или скорость изменения цвета; индивидуальное время перехода из одного состояния в другое может ссылаться, например, на время полной остановки, и может быть несколько заданных рабочих областей.
Эти и другие очевидные модификации должны рассматриваться в рамках настоящего изобретения, которые определяются прилагаемой формулой изобретения. Следует отметить, что вышеуказанные варианты осуществления иллюстрируют, а не ограничивают изобретение, и специалисты в данной области техники должны иметь возможность проектировать множество альтернативных вариантов осуществления без отступления от области применения прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения все номера ссылок, помещенные в круглые скобки, не должны рассматриваться как ограничивающие формулу изобретения. Слово "содержащий" не исключает наличия элементов или этапов, отличных от перечисленных в формуле изобретения. Единственное число элементов не исключает наличия множества таких элементов. Дополнительно один блок может выполнять функции нескольких средств, перечисленных в формуле изобретения. Также этапы способа могут выполняться в любом другом порядке. Дополнительно любой рабочий узел может быть выполнен с возможностью принимать на себя роль задатчика времени и эталона для выравнивания прерывания таймеров.