ИНТЕРАКТИВНАЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩАЯ СИСТЕМА ОСВЕЩЕНИЯ

Полезная модель относится к энергосберегающим системам освещения и может быть использована для освещения подъездов и коридоров жилых домов, внутренних помещений производственных, офисных и торговых зданий.
Известна система освещения (пат. РФ №2369990, опубл. 2009.10.10), включающая устройство управления, позволяющее с помощью центрального блока управления управлять включением и выключением осветительных приборов и предоставляющее возможность пользователю регулировать яркость освещения, а также содержащая децентрализованные устройства управления лампами, которые могут эксплуатироваться в различных режимах работы, при этом выбор и установка режима работы устройства управления лампами осуществляется центральным блоком управления. К недостаткам известной системы освещения относятся отсутствие энергосберегающих блоков управления и энергосберегающих алгоритмов работы, ее ограниченные функциональные возможности, связанные с отсутствием непрерывного мониторинга линий освещения и возможности оповещения о возникающих неисправностях, а также отсутствие автономного источника питания.
Наиболее близкой по своей технической сущности к заявляемому техническому решению является энерго- и ресурсосберегающая система освещения постоянного тока (пат РФ №80087 на полезную модель, опубл. 2009.01.20), включающая источник бесперебойного питания, в состав которого входят преобразователь напряжения сети переменного тока в напряжение сети постоянного тока и автономный источник питания, светильники, содержащие осветительный прибор, связанный с источником бесперебойного питания через преобразователь напряжения сети переменного тока в напряжение питания осветительного прибора, и схему управления упомянутым преобразователем напряжения, позволяющую регулировать мощность осветительного прибора и обеспечивающую энергосберегающий режим работы линии освещения, представляющей собой совокупность осветительных приборов, а также может включать модемы и микроконтроллер для обеспечения централизованного управления всеми светильниками системы освещения.
Недостатки известной системы освещения заключаются в отсутствии возможности управления интенсивностью освещения в автоматическом режиме, недостаточно высоком уровне энергосбережения, а также невозможности диагностирования неисправностей системы освещения и оповещения о них технического персонала.
Задачей полезной модели является создание высокоэкономичной интерактивной энергосберегающей системы освещения с автоматической регулировкой освещения, а также возможностью диагностирования неисправностей и оповещения о них технического персонала.
Технический результат полезной модели заключается в обеспечении возможности управления интенсивностью освещения в автоматическом режиме, возможности диагностирования неисправностей системы освещения и отправки соответствующих сообщений техническому персоналу при одновременном повышении уровня энергосбережения и увеличении срока службы осветительных приборов.
Указанный технический результат достигается интерактивной энергосберегающей системой освещения, включающей источник бесперебойного питания с преобразователем напряжения сети переменного тока в напряжение питания осветительных приборов, линию освещения в виде совокупности осветительных приборов и схему управления интенсивностью свечения осветительных приборов, а также микроконтроллер, в которой, в отличие от известной, схема управления интенсивностью свечения осветительных приборов выполнена общей для всей линии освещения и содержит размещенный между выходом источника бесперебойного питания и входом линии освещения микроконтроллер, снабженный аналого-цифровым преобразователем, к входу которого подключен фоторезистивный датчик, двумя универсальными синхронно-асинхронными приемопередатчиками и встроенным GSM/GPRS-модулем, связанным с одним из синхронно-асинхронных приемопередатчиков, а также блок управления микроконтроллером, выход которого подключен к входу микроконтроллера, при этом микроконтроллер связан с линией освещения посредством блока управления линией освещения и детектора характеристик линии освещения, обеспечивающего обратную связь линии освещения с аналого-цифровым преобразователем, при этом линия освещения включает полупроводниковые осветительные приборы.
Для обеспечения текстово-цифровой информации, отражающей работу линии освещения, предлагаемая система освещения содержит блок индикации, вход которого связан с выходом микроконтроллера.
Для сохранения характеристик работы линии освещения с последующей записью в память компьютера предлагаемая система освещения включает внешнюю память EEPROM, связанную через программно организованный внутренний буфер обмена с микроконтроллером, а также блок преобразования уровней сигнала протокола RS232 вход/выход которого подключен к выходу/входу одного из блоков универсального синхронно-асинхронного приемопередатчика.
Для обеспечения автоматического включения/отключения необходимых линий освещения при нахождении/отсутствия человека в помещении предлагаемая система освещения включает один или несколько датчиков движения, подключенных между детектором характеристик линий и линиями освещения. Возможна установка датчиков движения перед каждым осветительным прибором.
Предлагаемая интерактивная энергосберегающая система освещения схематично изображена на чертеже.
Предлагаемая система освещения содержит источник бесперебойного питания 1, подключаемый к сети переменного тока, схему управления 2 функционированием осветительных приборов, представляющую собой микроконтроллерную управляющую схему, а также линию освещения 3, включающую осветительные приборы.
Источник бесперебойного питания 1 включает сетевой преобразователь 4, вход которого подключен к сети переменного тока напряжением 220 В через однофазный электрический счетчик, а выход к основному выпрямителю 5, выход которого подключен к входу стабилизатора напряжения 6. Для обеспечения бесперебойного питания выход стабилизатора напряжения 6 подключен к входу блока резервного питания 7, выходы которого подключены к аккумуляторной батарее 8 и преобразователю постоянного напряжения 9. Выход стабилизатора напряжения 6 подключен к блоку 10 управления линией освещения, входящему в состав микроконтроллерной схемы управления 2, а выход преобразователя постоянного напряжения 9 подключен к сетевому входу микроконтроллерной управляющей схемы 2.
Микроконтроллерная управляющая схема 2 включает микроконтроллер 11, снабженный блоком 12 аналого-цифрового преобразования (АЦП) и двумя универсальными синхронно-асинхронными приемопередатчиками (УСАПП 1 - блок 13 и УСАПП 2 - блок 14), а также блок управления 15, выход которого подключен к входу порта микроконтроллера 11.
Кроме того, микроконтроллерная схема управления 2 включает блок индикации 16, вход которого подключен к выходу порта микроконтроллера 11, а также блок 17 преобразования уровней сигнала протокола RS232 вход/выход которого подключен к выходу/входу блока 13 УСАПП 1.
В состав микроконтроллерной схемы управления 2 входят GSM/GPRS-модуль 18, вход/выход которого подключен к выходу/входу блока 14 УСАПП 2; блок 10 управления линиями освещения, вход которого подключен к выходу порта микроконтроллера 11, а выход - к входу детектора характеристик линий 19, при этом выход последнего подключен к блоку 12 АЦП, а также последовательно или параллельно, или последовательно-параллельно подключен к входу датчиков движения 20 (20а, 20в, 20с, 20n), связанных с линией освещения 3. Датчики движения 20 могут быть выполнены в виде инфракрасных, радиочастотных, ультразвуковых либо звуковых датчиков. Возможна установка датчиков движения перед каждым осветительным прибором. Возможно также подключение линий освещения без датчиков движения.
Выход датчиков движения 20 подключен к входу линии освещения 3, включающей совокупность полупроводниковых осветительных приборов 21 (21a, 21в, 21n), соединенных между собой последовательно, параллельно либо последовательно-параллельно.
В качестве полупроводниковых осветительных приборов предлагаемая система освещения содержит полупроводниковые источники белого свечения на основе InGaN с достигнутой эффективностью светоотдачи 100-180 Лм/Вт и цветовой температурой 6000-8000 К, эффективность которых в 2,5-4,5 раза выше, чем у современных люминесцентных ламп. Использование указанных полупроводниковых источников света позволят снизить энергопотребление на освещение на 60-78% по сравнению с люминесцентными лампами.
К входу блока 12 АЦП подключен выход фоторезистивного датчика 22.
Устройство работает следующим образом.
При подключении источника бесперебойного питания 1 через однофазный электрический счетчик к сети переменного тока на микроконтроллерную управляющую схему 2 поступает напряжение питания от преобразователя постоянного напряжения 9, после чего микроконтроллер 11 начинает генерировать импульсные сигналы с частотой 0,1-1000 кГц и напряжением 5 В, поступающие на блок 10 управления линией освещения 3.
Источник бесперебойного питания 1, включающий блок резервного питания 7, обеспечивает непрерывность освещения (до 24 часов) при сбоях в электроснабжении. При этом исключается временное отключение или изменение интенсивности свечения осветительных приборов в результате перепадов напряжения или полного его отключения в основной сети.
В результате прохождения указанного импульсного сигнала через блок 10 его выходное напряжение возрастает до 27 В. После этого сигнал проходит через детектор 19 характеристик линии освещения, затем через датчик движения 20 (при его наличии в системе освещения) и поступает на осветительные приборы 21 линии освещения 3.
В процессе работы предлагаемой интерактивной энергосберегающей системы освещения микроконтроллерная управляющая схема 2 посредством встроенного АЦП 12 постоянно опрашивает фоторезистивный датчик 22, а также детектор характеристик линий 19. В результате чего при изменении входного напряжения, поступающего на АЦП 12 от фоторезистивного датчика 22, изменяется скважность генерируемого сигнала, поступающего на блок 10 управления линиями освещения, и тем самым обеспечивается плавное изменение интенсивности освещения осветительных приборов, входящих в линию освещения.
Изменение входного напряжения на линии освещения, поступающего от детектора характеристик линий 19, обеспечивает отключение/включение указанных линий.
Изменение упомянутого входного напряжения может возникнуть, в частности, в результате короткого замыкания, обрыва одной или нескольких линий освещения, выхода из строя одного или нескольких осветительных приборов, подключения дополнительной нагрузки. В случае наступления одного или нескольких указанных событий микроконтроллер 11 формирует соответствующее сообщение и передает его через блок 13 (УСАПП 1) на GSM/GPRS-модуль 18, который, в свою очередь, передает сформированное сообщение обслуживающему техническому персоналу, например, в виде автоматически отправляемого на мобильный телефон SMS-сообщения или сообщения на персональный компьютер (на чертеже не показаны) либо приводит в действие светозвуковую сигнализацию, оповещающую о случившемся. Наличие GSM/GPRS-модуля позволяет осуществлять мгновенную диагностику системы и отправлять тревожные сообщения техническому персоналу (электрику, охране, технику и т.п.) также в случае противоправных действий третьих лиц (обрыв провода, подключение дополнительной нагрузки).
При обнаружении выхода из строя любого осветительного прибора в линии (при этом не происходит отключения других приборов) либо других неисправностей осуществляется корректировка входных напряжений.
После устранения неисправностей осуществляется автоматическое включение линий освещения.
Автоматическое включение/отключение, а также изменение интенсивности освещения в зависимости от естественного освещения, поступающего через окна помещения, обеспечивает экономию электроэнергии и увеличение срока службы осветительных приборов до 50%.
Микроконтроллерная управляющая схема 2 посредством блока управления 15 обеспечивает корректировку режима работы линии освещения 21 путем увеличения или снижения скважности генерируемого сигнала. Таким образом, в отличие от известной системы освещения, в которой интенсивность свечения осветительных приборов изменяется в зависимости потребляемой мощности (силы тока), в предлагаемой системе освещения указанная интенсивность свечения определяется скважностью генерируемого сигнала, при этом обеспечивается меньший перегрев полупроводниковых кристаллов осветительных приборов и увеличение срока их службы.
Входящие в состав линии освещения полупроводниковые осветительные приборы меняют интенсивность свечения («мерцают») с частотой от 0,1 до 1000 кГц. Указанная частота «мерцания» безопасна для зрения человека, при этом человеческий глаз не в состоянии заметить изменение интенсивности свечения. Затраченная электроэнергия практически полностью переходит в световую с высоким коэффициентом полезного действия при отсутствии потерь на тепловое превращение.
Блок управления 15 также служит для присвоения каждой линии освещения индивидуального адреса, поскольку предлагаемая система освещения может включать от 1 до 16 линий освещения.
Итак, благодаря наличию встроенных в микроконтроллер GSM/GPRS-модуля 18 и АЦП с подключенным к нему фоторезистивным датчиком микроконтроллерная управляющая схема 2 позволяет осуществлять управление интенсивностью освещения в автоматическом режиме в зависимости от естественного освещения.
Вся информация, касающаяся характеристик работы линий освещения (потребляемый ток, напряжение питания, адрес линий, неисправность линии и характеристика неисправности), отображается в текстово-цифровом виде при помощи блока индикации 16 микроконтроллерной управляющей схемы 2.
Все характеристики работы линии освещения непрерывно сохраняются в журнале событий внешней памяти EEPROM (блок 23). Вся сохраненная информация передается от внешней памяти EEPROM в программно организованный внутренний буфер обмена блока 14 (УСАПП 2), встроенного в микроконтроллер, после чего передаваемые данные посредством блока 17 преобразования уровней сигнала протокола RS232 передаются на персональный компьютер. При необходимости вся информация может быть сохранена в памяти персонального компьютера.
Датчики движения 20, подключаемые между детектором характеристик линий освещения 19 и линией освещения 3, обеспечивают автоматическое включение/отключение линии освещения при нахождении (отсутствии) человека в помещении. В качестве датчиков движения могут служить датчики инфракрасного излучения, радиочастотные, ультразвуковые или звуковые датчики.
Таким образом, в итоге предлагаемая энергосберегающая интерактивная система освещения позволяет сэкономить от 90 до 98% электроэнергии, то есть на 40-48% больше, чем известная система освещения, при этом срок службы полупроводниковых ламп может составлять от 11,5 до 25 лет, что также является существенной экономией.