МНОГОЗОННЫЙ КОНТРОЛЛЕР ОСВЕЩЕНИЯ
MULTI-ZONE LIGHTING CONTROLLER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к контроллеру освещения для системы освещения, в частности в отношении к системе освещения, которая сконфигурирована с возможностью адаптивного управления там, где и в течение каких временных периодов система освещения излучает свет в пределах области активности, такой как офисное пространство. Изобретение также относится к соответствующему способу для управления системой освещения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В последнее время был сделан большой прогресс в увеличении яркости светодиодов (LED). Как результат, светодиоды LED стали достаточно яркими и недорогими, чтобы служить в качестве источника света в, например, системах освещения, таких как лампы с регулируемым цветом. Посредством смешивания различно окрашенных светодиодов LED может генерироваться любое количество цветов, например белый. Регулируемая система цветного освещения обычно конструируется посредством использования некоторого количества первичных цветов, и в одном примере, используются три первичных красный, зеленый и синий. Цвет сгенерированного света определяется светодиодами LED, которые используются, так же как соотношениями смешивания. Чтобы генерировать "белый", должны быть включены все три светодиода LED.
Посредством использования светодиодов LED возможно уменьшать потребление энергии, требование, которое находится вполне в соответствии с текущими тенденциями охраны окружающей среды. Для дополнительного уменьшения потребления энергии системы освещения возможно применять датчики света и блоки обнаружения присутствия, которые обнаруживают изменения в окружающем освещении и приближающихся людей, соответственно. Такие дополнения могут в свою очередь вести к уменьшению во времени, когда система освещения является активной, так же как к уменьшению интенсивности посредством принятия во внимание окружающего освещения.
Пример такой системы освещения раскрыт в US 2009/0310348 A1, где для освещения пространства обеспечивается множество разнесенных источников света, при этом каждый из источников света имеет множественные твердотельные устройства освещения, так же как средство для опознавания движения людей в пространстве по отношению к местоположениям источников света. В первом случае там, где обнаруживаются люди, обеспечивается свет, имеющий установленный уровень освещения и имеющий "хорошее качество", т.е. имеющий относительно высокий CRI. Наоборот, во втором случае там, где люди не обнаруживаются, обеспечивается свет, имеющий такой же установленный уровень освещения, но вместо этого имеющий "плохое качество", т.е. имеющий относительно низкий CRI. Посредством такой системы освещения возможно поддерживать установленный уровень освещения в пространстве, даже когда никакие люди не присутствуют, так же как оптимизировать эффективность света, излучаемого системой. Это делается возможным, так как, в общем, свет, имеющий относительно низкий CRI, является более энергетически эффективным, чем свет, имеющий относительно высокий CRI.
Однако даже хотя US 2009/0310348 A1, по меньшей мере, в некотором смысле уменьшает потребление энергии системы освещения, в этом случае посредством использования обнаружения людей в пространстве может быть желательным обеспечивать дополнительные улучшения, чтобы иметь возможность даже дополнительно уменьшать потребление энергии в пространстве.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно одному аспекту изобретения, цель, по меньшей мере, частично достигается посредством контроллера освещения, сконфигурированного с возможностью управлять системой освещения для излучения света, содержащего датчик изображения, сконфигурированный с возможностью захватывать изображение области активности, и блок управления, сконфигурированный с возможностью принимать изображение, чтобы обнаруживать движение в области активности и чтобы обеспечивать сигнал активации для включения источника света системы освещения, при этом блок управления дополнительно сконфигурирован, чтобы обеспечивать сигнал деактивации для выключения источника света после вычисленного временного периода, если никакое движение не обнаруживается в области активности, при этом вычисленный временной период основывается на вычисленном расстоянии между предварительно определенным положением в области активности и положением самого последнего обнаруженного движения в области активности.
Согласно изобретению возможно оптимизировать "время включения" источника света системы освещения посредством вычисления того, где в области активности обнаруживается движение. Это имеет преимущество в том, что возможно дополнительно уменьшать потребление энергии системы освещения, так как время, в течение которого источник света системы освещения поддерживается включенным, может минимизироваться, так как контроллер освещения "знает", где в области активности присутствует движение.
Предпочтительно, вычисленный временной период увеличивается, если вычисленное расстояние между предварительно определенным положением в области активности и положением самого последнего обнаруженного движения в области активности уменьшается. Иными словами, если, например, человек приближается к предварительно определенному положению в области активности, которое, например, может быть центром области активности, время, которое проходит перед тем, как свет включается, увеличивается. Соответственно, если человек садится за его рабочий стол, который предпочтительно может находиться в предварительно определенном положении в области активности, будет проходить длительное время перед тем, как будет необходимо снова осуществить обнаружение какого-либо движения перед тем, как выключить свет. Обратно, если человек покидает помещение и, таким образом, удаляется от предварительно определенного положения, чем дальше человек удаляется от предварительно определенного положения, тем более коротким будет время, проходящее перед тем, как выключить свет.
Следует отметить, что вычисленное расстояние между предварительно определенным положением в области активности и положением самого последнего обнаруженного движения в области активности может содержать распределение расстояний. Это может соответственно делать возможным обеспечение "нечетких" областей активности, которые необязательно являются полностью круглыми или квадратными, но скорее являются оптимизированными для, например, офисного пространства, где используется контроллер освещения. Также это позволяет определять части области активности, имеющие разные правила для вычисления временного периода перед тем, как свет выключается.
В предпочтительном варианте осуществления контроллер освещения дополнительно содержит пассивный инфракрасный датчик (например, интегрированный в основывающийся на PIR блок обнаружения движения), соединенный с блоком управления. Посредством также оснащения контроллера освещения пассивным инфракрасным датчиком возможно конфигурировать контроллер освещения, чтобы захватывать только изображения, например, посредством только избирательного активирования датчика изображения, если пассивный инфракрасный датчик обнаруживает изменение в измеренном инфракрасном световом излучении. Использование такого подхода имеет преимущества в том, что контроллер освещения может быть сделан очень энергетически эффективным, так как датчик изображения активируется, только когда пассивный инфракрасный датчик обнаруживает фактическое движение в области активности. Как должен понимать специалист в данной области техники, пассивный инфракрасный датчик, в общем, обеспечивает только "цифровой сигнал включения/выключения", когда обнаруживается движение, тогда как датчик движения может обеспечивать более детальное представление (например, пикселизированное) области активности.
Соответственно, в одном варианте осуществления область активности содержит множество индивидуальных зон активности, при этом каждая имеет предварительно определенное положение в ней. Таким образом, посредством использования (по меньшей мере, слегка) более высокого разрешения датчика изображения в сравнении с пассивным инфракрасным датчиком, движение в каждой из индивидуальных зон активности может обнаруживаться и использоваться для управления возможным множеством источников света для каждой из индивидуальных зон активности. Это соответственно обеспечивает возможность использовать одиночный контроллер освещения для управления освещением в пространстве, таком как офисная область, где множество людей перемещаются с места на место и работают отдельно друг от друга в индивидуальных зонах активности.
Предпочтительно, множество индивидуальных зон активности и соответствующий набор правил для определения вычисленного временного периода для каждой из множества индивидуальных зон активности определяются в течение периода обучения. В качестве примера, каждое из предварительно определенных положений в каждой из индивидуальных зон активности может определяться посредством включения/выключения источников света в той зоне. Дополнительно, когда датчик изображения включается, активность в течение предварительно определенного временного периода (например, 10 секунд) может собираться во временной карте активности, возможно являющейся индивидуальной для каждого источника света/зоны.
Контроллер освещения может обеспечиваться как отдельный блок, но также может быть встроенным в источник света системы освещения или содержаться в розетке источника света. Также, чтобы достигать высокой энергетической эффективности источник света предпочтительно выбирается из группы, содержащей светодиоды (LED), органические светодиоды (OLED), полимерные светодиоды (PLED), неорганические LED, холодные катодные люминесцентные лампы (CCFL), горячие катодные люминесцентные лампы (HCFL), плазменные лампы. Как упомянуто выше по тексту, светодиоды LED имеют намного более высокую энергетическую эффективность по сравнению со стандартными лампочками света, которые, в общем, в лучшем случае обеспечивают приблизительно 6% от используемой ими электрической мощности в форме света. Специалист должен принять во внимание, что конечно возможно использовать стандартный источник света ламп накаливания, такой как аргоновый, криптоновый и/или ксеноновый источник света. Даже в более предпочтительном варианте осуществления источник света может, например, содержать комбинацию, по меньшей мере, некоторых из светодиодов LED красного, зеленого, синего, желтого, пурпурного и голубого цветов света для создания смешанного цветного освещения. Однако также возможно использовать один или множество белых светодиодов LED. Дополнительные комбинации также возможны.
Согласно другому аспекту изобретения обеспечивается способ для управления системой освещения с использованием контроллера освещения, при этом контроллер освещения содержит датчик изображения и блок управления, при этом способ содержит этапы захвата изображения области активности, обнаружения движения в области активности, обеспечения сигнала активации для включения источника света системы освещения, вычисления расстояния между предварительно определенным положением в области активности и положением самого последнего обнаруженного движения в области активности и обеспечения сигнала деактивации для выключения источника света после вычисленного временного периода, если никакое движение не обнаруживается в области активности, при этом вычисленный временной период основывается на вычисленном расстоянии. Этот аспект изобретения обеспечивает аналогичные преимущества, как описывалось выше по тексту в отношении к предыдущим аспектам изобретения.
Как описывалось выше по тексту, контроллер освещения может дополнительно содержать пассивный инфракрасный датчик. Соответственно, также здесь возможно захватывать изображение, только если пассивный инфракрасный датчик обнаруживает изменение в измеренном инфракрасном световом излучении.
Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными при изучении прилагаемой формулы изобретения и последующего описания. Специалист должен понимать, что разные признаки настоящего изобретения могут комбинироваться, чтобы создавать варианты осуществления, другие, нежели те, которые описаны в последующем, без отхода от объема настоящего изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Различные аспекты изобретения, включающие в себя его конкретные признаки и преимущества, будут легко поняты из последующего подробного описания и сопровождающих чертежей, на которых:
Фиг.1 иллюстрирует концептуальную систему освещения согласно в настоящее время предпочтительному варианту осуществления изобретения, размещенную в иллюстративном многозонном офисном пространстве;
Фиг.2 иллюстрирует подробный вид контроллера освещения; и
Фиг.3 иллюстрирует блок-схему последовательности операций для работы способа изобретения для управления системой освещения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Настоящее изобретение описывается более подробно ниже по тексту со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых показаны в настоящее время предпочтительные варианты осуществления изобретения. Это изобретение может, однако, осуществляться во многих разных формах и не должно толковаться как ограниченное вариантами осуществления, изложенными в данном документе; вместо этого эти варианты осуществления обеспечиваются для полноты и завершенности и вполне выражают объем изобретения квалифицированному адресату. Всюду сходные ссылочные позиции указывают на сходные элементы.
Ссылаясь теперь на чертежи и Фиг.1 и 2 параллельно, изображена система 100 освещения согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. В иллюстративном варианте осуществления система 100 освещения содержит контроллер 102 освещения, расположенный, например, в потолке офисного пространства, содержащего множество рабочих столов и предназначенного для использования множеством человек. Система 100 освещения дополнительно содержит множество источников 104, 106, 108 и 110 света, также расположенных в потолке офисного пространства, и каждый расположен, чтобы обеспечивать подходящую величину окружающего/целевого освещения в соответствующей индивидуальной зоны 112, 114,116 и 118 активности. То есть в проиллюстрированном варианте осуществления одиночная индивидуальная зона активности имеет назначенный источник света для обеспечения там освещения. Конечно, возможны другие варианты осуществления и находятся в рамках объема изобретения, такие как множественные источники света, связанные с одиночной зоной активности, или источник света, связанный с двумя зонами активности.
Как описывалось выше по тексту, источники 104, 106, 108 и 110 света могут, например, выбираться из группы, содержащей светодиоды (LED), органические светодиоды (OLED), полимерные светодиоды (PLED), неорганические LED. Для излучения белого света может использоваться светодиод LED, излучающий белый свет, также как множество светодиодов LED, имеющих разные цвета, вместе производящих белый свет, или, например, покрытый люминофором синий LED, вырабатывающий, по существу, белый свет.
Каждый из источников 104, 106, 108 и 110 света являются индивидуально управляемыми посредством контроллера 102 освещения, в зависимости от индивидуального перемещения в каждой из зон 112, 114, 116 и 118 активности. Для обеспечения такой функциональности управления контроллер 102 освещения содержит блок 200 управления, соединенный с датчиком 202 изображения, например, в форме датчика CMOS низкого разрешения (например, VGA). Контроллер 102 освещения дополнительно содержит основывающийся на PIR блок 204 обнаружения движения, включающий в себя пассивный инфракрасный датчик, так же как схему 206 связи для обеспечения возможности связи с и управления источниками 104, 106, 108 и 110 света. Схема 206 связи может, например, быть соединенной с проводным 208 и/или беспроводным 210 (например, антенной) средством связи, например, обеспечивающим возможность связи с использованием стандартов связи стандартного управления освещением, таких как DALI, DMX, ACM и т.д.
Блок 200 управления может включать в себя микропроцессор, микроконтроллер, программируемый цифровой сигнальный процессор или другое программируемое устройство. Блок 200 управления может в дополнение, или вместо этого, включать в себя специализированную интегральную схему, программируемую вентильную матрицу, программируемую логическую матрицу, программируемое логическое устройство или цифровой сигнальный процессор. Там, где блок 200 управления включает в себя программируемое устройство, такое как микропроцессор или микроконтроллер, упомянутый выше по тексту, процессор может дополнительно включать в себя исполняемый компьютером код, который управляет работой программируемого устройства.
Следует дополнительно отметить, что контроллер 102 освещения может питаться от батареи (не показан) для обеспечения возможности гибкого размещения в пространстве. Однако, например, в случае, когда контроллер 102 освещения располагается, чтобы обеспечивать возможность для проводного 208 управления источниками 104, 106, 108 и 110 света, контроллер 102 освещения может, конечно, питаться с использованием проводного 208 средства связи. Конечно, другие конфигурации являются возможными и находятся в рамках объема изобретения.
В течение работы контроллера освещения и со ссылкой также на Фиг.3 контроллер 102 освещения первоначально, S1, компонуется в "фазе обучения", где определяется соответствующая индивидуальная зона 112, 114, 116 и 118 активности в области активности, например офисном пространстве. Это может, например, делаться посредством получения множества изображений с использованием датчика 202 изображения, из которых локальная активность в офисном пространстве обнаруживается посредством алгоритма обнаружения движения. В качестве примера, возможно обеспечивать возможность для блока 200 управления сохранять последнее полученное изображение и затем вычитать его из следующего полученного изображения, чтобы получать "карту активности" для офисного пространства. Карта активности может затем преобразовываться в двоичную форму с использованием локально адаптивного порога, чтобы уменьшать зависимость от изменения освещения в офисном пространстве и вследствие возможного шума от датчика 202 изображения. После этого карта активности может масштабироваться с понижением до подходящего разрешения (например, 32×32 пикселей), чтобы дополнительно уменьшать сложность вычисления.
Карта активности для всего офисного пространства в этом случае не содержит какой-либо специальной для зон информации. Вместо этого специальная для зон активность может извлекаться из карты активности посредством специальных для зон масок активности для каждой из индивидуальных зон 112, 114, 116 и 118 активности и возможных предварительно определенных положений в каждой из индивидуальных зон 112, 114, 116 и 118 активности, например, которые являются центром каждой из индивидуальных зон 112, 114, 116 и 118 активности. Так как свет в индивидуальных зонах 112, 114, 116 и 118 активности обеспечивается посредством соответствующих источников 104, 106, 108 и 110 света, маска чувствительности предпочтительно покрывает индивидуальную зону и возможный путь (пути) к входу (входам) офисного пространства. Следует отметить, что конечно может быть возможным заменять индивидуальные маски активности на одну одиночную абстрактную карту активности, покрывающую все офисное пространство. Однако, если в офисном пространстве определено множество индивидуальных зон 112, 114, 116 и 118 активности, является все еще необходимым определять предварительно определенные "центральные" положения для каждой из индивидуальных зон 112, 114, 116 и 118 активности.
Следует отметить, что фаза обучения, S1, которая как указано выше по тексту может быть автоматической, конечно, возможно также может включать в себя некоторое взаимодействие с пользователем, таким образом, обеспечивая возможность ей становиться с ручным управлением и/или с полуручным управлением с использованием, например, пульта дистанционного управления (не показан). Пульт дистанционного управления может, таким образом, быть соединен с блоком 200 управления, предпочтительно посредством беспроводного соединения, хотя, например, возможно смонтированный на стене пользовательский интерфейс, имеющий проводные соединения с блоком 200 управления. Альтернативно или в дополнение, индивидуальные зоны 112, 114, 116 и 118 активности также могут предварительно программироваться для конкретной геометрии помещения.
Следуя за фазой обучения, S1, контроллер 102 освещения проходит в фазу управления, где осуществляется управление светом, обеспечиваемым в каждой из индивидуальной зоны 112, 114, 116 и 118 активности. Соответственно, на этапе S2 основывающийся на PIR блок 204 обнаружения движения обнаруживает изменение в измеренном инфракрасном свете, излучаемом в офисном пространстве. Так как основывающийся на PIR блок 204 обнаружения движения является в своей основе нечувствительным к изменению условий освещения и отбрасыванию теней извне офисного пространства, например, через возможное окно офисного пространства, он может устойчиво обнаруживать присутствие людей в офисном пространстве. Однако основывающийся на PIR блок 204 обнаружения движения вряд ли может определять местоположение человека в офисном пространстве и поэтому используется для активации датчика 202 изображения. Последнее может использоваться для определения заполнения индивидуальных зон 112, 114, 116 и 118 активности в офисном пространстве.
Снова датчик 202 изображения располагается, чтобы получать, этап S3, множество изображений офисного пространства, масштабировать изображения с понижением и выполнять обнаружение движения, чтобы обнаруживать, где, этап S4, обнаружено движение в офисном пространстве. После этого, этап S5, блок 200 управления вычисляет расстояние между предварительно определенным положением в каждой из индивидуальных зон 112, 114, 116 и 118 активности и положением, где было обнаружено движение в офисном пространстве. Расстояние может содержать распределение расстояний и также может фильтроваться с использованием, например, основанного на времени усредняющего фильтра для обработки флуктуаций в изменении обнаруженных расстояний.
Также посредством вычисления изменения в расстоянии между предварительно определенным положением в индивидуальной зоне (зонах) 112, 114, 116 и 118 активности и тем, где движение обнаружено, может быть возможным определять направление движения, этапа S6, т.е. перемещается ли человек в направлении к или от предварительно определенного положения. С использованием этой информации возможно адаптивно управлять, этап S7, источниками 104, 106, 108 и 110 света, чтобы регулировать время, когда свет включается в (каждой из) конкретной индивидуальной зоне (зонах) 112, 114, 116 и 118 активности. В раскрытом варианте осуществления "время пребывания во включенном состоянии", определяющее продолжительность, в течение которой источник (источники) 104, 106, 108 и 110 света включен, когда никакого движения не обнаруживается, уменьшается, когда человек покидает (удаляется от) предварительно определенное положение, и увеличивается, когда человек приближается к предварительно определенному положению. Соответственно, возможно увеличивать эффективность системы 100 освещения, так как время между моментом, когда человек покидает офисное пространство, и моментом, когда свет выключается, может поддерживаться на минимуме. Обратно, когда человек остается близко или в предварительно определенном положении, время пребывания во включенном состоянии поддерживается длительным для обеспечения устойчивости для системы 100 освещения, так чтобы свет, по существу, не выключался по ошибке. Следует, конечно, отметить, что, когда движение снова обнаруживается, время пребывания во включенном состоянии, если свет уже включен, будет снова установлено на соответствующее значение на основе того, где движение снова обнаружено.
Дополнительно возможно обеспечивать возможность определения вычисленных расстояний в каждой из индивидуальной зоны 112, 114, 116 и 118 активности, чтобы они были связаны друг с другом, для обеспечения возможности дополнительной устойчивости системы освещения. Например, если одна из индивидуальных зон 112 активности является близкой к входу в офисное пространство, могут применяться конкретные правила, принимающие во внимание то, в каких состояниях находятся источники 106, 108 и 110 света других индивидуальных зон 114, 116 и 118 активности. Также обнаруженное движение, "перемещающееся" из одной из индивидуальных зон 112, 114, 116 и 118 активности в направлении к другой из индивидуальных зон 112, 114, 116 и 118 активности, может использоваться для управления временем пребывания во включенном состоянии в каждой из двух зон, где движение обнаруживается.
Даже хотя изобретение было описано со ссылкой на его конкретные иллюстративные варианты осуществления, многие разные изменения, модификации и подобное будут очевидны для специалистов в данной области техники. Специалисты в данной области техники могут понимать и осуществлять на практике изменения раскрытых вариантов осуществления заявленного изобретения из изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения признак "содержащий" не исключает другие элементы или этапы, и использование формы единственного числа не исключает множественность. Одиночный процессор или другой блок может исполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Простой факт, что некоторые меры излагаются во взаимно разных зависимых пунктах формулы изобретения, не показывает, что комбинация этих мер не может использоваться для преимущества.
Таким образом, в итоге настоящее изобретение относится к контроллеру (102) освещения, сконфигурированному с возможностью управлять системой освещения (100) для излучения света, содержащему датчик (202) изображения, сконфигурированный с возможностью захватывать изображение области активности, и блок (200) управления, сконфигурированный с возможностью принимать изображение, чтобы обнаруживать движение в области активности и чтобы обеспечивать сигнал активации для включения источника (104, 106, 108, 110) света системы (100) освещения, при этом блок (200) управления дополнительно сконфигурирован, чтобы обеспечивать сигнал деактивации для выключения источника (104, 106, 108, 110) света после вычисленного временного периода, если никакое движение не обнаруживается в области активности, при этом вычисленный временной период основывается на вычисленном расстоянии между предварительно определенным положением в области активности и положением самого последнего обнаруженного движения в области активности.
Настоящее изобретение обеспечивает преимущества по отношению, например, к оптимизированному "времени включенного состояния" источника света системы освещения, тем самым обеспечивая улучшение по отношению к потреблению полной энергии системы освещения.