АВТОМАТИЧЕСКИ ВКЛЮЧАЮЩАЯСЯ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩАЯ СИСТЕМА ОСВЕЩЕНИЯ
AUTOMATICALLY SWITCHING ON AND ENERGY-SAVING LIGHTING SYSTEM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится в общем к автоматически включающейся системе для сети светильников. Более конкретно, настоящее изобретение относится к сети светильников для автоматической системы освещения, штепсельной вилке для определения окружающих элементов к граничным светильникам в этой сети и к способу их использования.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
При установке профессионального освещения стоимость имеет основное значение. Тремя основными составляющими стоимости являются светильники, их установка и запуск и электроэнергия. Существует ряд способов, чтобы эти стоимости могли быть уменьшены. Например, могут быть использованы более дешевые светильники, которые в короткой перспективе уменьшат стоимость, но могут оказаться более дорогими, если их цена скажется на качестве, и светильники в системе надо будет преждевременно заменять. Другой возможностью является использование более эффективных светильников, что является хорошей идеей для уменьшения затрат на электроэнергию. Обычным выбором для минимизации требований к электроэнергии являются светодиоды и лампы в виде люминесцентных трубок. Однако еще меньше энергии использует светильник, который выключен. Светильники могут быть выключены, когда в комнате или в коридоре никого нет. Часто на потолке размещается датчик для детекции присутствия человека. Однако обычно это приводит к ʺсубоптимальному распределению светаʺ или к ʺсубоптимальному ослаблению светаʺ, потому что поле зрения этих датчиков ограничено. Например, датчик может пропустить присутствие человека, что приведет к выключению света, в то время как в комнате кто-то есть. Другим примером является то, что освещение во всей комнате или в коридоре включено, в то время как занятой является только ее часть. Кроме того, добавление датчика делает установку и включение более трудным и дорогим.
Таким образом, существует необходимость в создании решения освещения, экономичность которого основана на выключении светильников, при сохранении низких затрат на установку и ввод в эксплуатацию.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение имеет своей задачей усовершенствовать существующий уровень техники, решить вышеупомянутые проблемы и предложить улучшенный способ и устройство для экономии электроэнергии в автоматически включающихся световых системах. Эти и другие цели достигнуты посредством сети светильников для системы освещения, содержащей по меньшей мере два светильника и по меньшей мере один контроллер, при этом каждый светильник содержит источник света и по меньшей мере два коммуникационных порта, в которой коммуникационные порты имеют предопределенную конфигурацию и ориентацию, каждый коммуникационный порт выполнен с возможностью коммуникативного подсоединения к коммуникационному порту другого светильника в упомянутой сети в направлении ориентации этого порта, и в которой идентификация неиспользованных портов передается упомянутому по меньшей мере одному контроллеру.
Неиспользованные порты указывают, что сеть светильников не продолжается в направлении коммуникационного порта. Они могут указывать границы комнаты, например стены или окна, которые расположены рядом с той стороной светильника. Имеющиеся в сети светильники для определения своего светового выхода могут использовать эту информацию совместно с доступной из сети другой информацией. Например, все светильники, расположенные вблизи стен, могут включаться по детекции ʺобщего присутствияʺ или по общей активизации системы освещения в комнате для обеспечения высокого вертикального освещения стен, чтобы избежать ощущения темного пространства, в то время как светильники в центре комнаты могут включаться только по детекции ʺлокального присутствияʺ или ʺлокальной активностиʺ. Таким образом, реализована система освещения, которая экономит много электроэнергии.
Чтобы легко настроить ʺсетевую решеткуʺ для работы в сети светильников, коммуникационные порты каждого светильника, предпочтительно, расположены в по меньшей мере двух различных направлениях под разными углами в физической плоскости сети светильников. В одном варианте исполнения светильники содержат четыре коммуникационных порта, причем эти коммуникационные порты расположены по четырем различным направлениям под углами 90° относительно друг друга. Это дает возможность образовать прямоугольную решетку. В этом случае светильники легко скомпоновать в двухмерную решетку и объединить в коммуникативном соединении произвольное количество светильников. Каждый светильник может иметь соединение с другим светильником, например, на восток, запад, север и юг. Если сеть светильников покрывает весь потолок комнаты, причем светильники расположены равноудаленно друг от друга, то отсутствие коммуникативного соединения по конкретному коммуникационному порту будет указывать на наличие в этом конкретном месте и в этом конкретном направлении препятствия или границы сетевой решетки, например, на присутствие в этом конкретном направлении стенки. Если в решетке присутствует ʺдыркаʺ, то это, вероятно, колонна или ей подобный конструктивный элемент в здании. Управляющий этой системой контроллер может выбрать изменение освещения в областях вблизи мест, где были детектированы препятствия. В другом варианте исполнения светильники могут иметь три коммуникационных порта под 120° относительно друг друга для создания треугольной или шестиугольной решетки. В еще одном варианте исполнения светильники могут иметь два коммуникационных порта под углом в 180°, то есть по противоположным направлениям для создания прямолинейной решетки светильников.
Связь между светильниками в сети светильников в соответствии с настоящим изобретением, реализованная посредством упомянутых коммуникационных портов, предпочтительно, включает в себя связь одного и того же уровня. Это особенно полезно в таких вариантах исполнения настоящего изобретения, в которых каждый светильник имеет контроллер. Каждый светильник может дополнительно содержать датчик детекции присутствия, датчик дневного света, звуковой датчик и/или датчик перемещения. Когда каждый светильник содержит контроллер, управление системой освещения может выполняться либо одним из контроллеров, либо оно может быть распределено в сети по контроллерам. Связь одного и того же уровня между светильниками может создать ситуацию, когда каждый светильник потенциально имеет информацию о каждом из остальных светильниках в сети. Поскольку соответствующие расположения светильников известны, то при условии, что известны и размер, и вид сетевой решетки, каждый светильник может получать информацию о детекции присутствия в помещении и о расстоянии от ʺместоположения детекцииʺ до светильника. Если это расстояние велико, то контроллер этого светильника может не осуществлять автоматическое увеличение света, и только если он расположен около стены, при условии, что расстояние от местоположения детекции до светильника мало, контроллер может автоматически увеличить свет без дополнительного рассмотрения. Таким образом осуществляется экономия электроэнергии, притом что присутствующему в комнате человеку обеспечиваются хорошие ʺлокальныеʺ световые условия и хорошие световые условия для ориентации, например, посредством освещения расположенных рядом стен и колонн. Датчик присутствия для детекции присутствия может использовать различную технику, как например, в случае с инфракрасным датчиком, который чувствует тепло человека, датчиком перемещения, звуковым датчиком и т.д. Кроме того, светильник может также иметь встроенный датчик дневного света для регулировки уровня снижения света в соответствии с количеством дневного света.
Источник света, встроенный в светильники в соответствии с настоящим изобретением, может быть светодиодом, флуоресцентной трубкой, лазером, полевым эмиссионным дисплеем или накальным источником света. Тип источника света может быть выбран на основании требуемого эффекта или требуемых профилей освещения построенной системы освещения. Особенно подходящими являются светодиоды, поскольку их легко встраивать в небольшие конструкции, они являются высокоэффективными по энергии и их легко ослаблять и/или включать и выключать.
В соответствии с еще одним вариантом исполнения настоящего изобретения источник света может содержать световой пучок адаптивной формы. Возможность адаптировать форму светового пучка может быть достигнута выбором подгруппы кластера светодиодов, имеющей линзы или отражатели, которые направляют испущенный свет по различным направлениям. Альтернативно, источник света может иметь единственную линзу или отражатель и содержать светодиодные кластеры, встроенные в различных местах относительно оптической оси этой линзы или отражателя. Преимущество настоящего изобретения еще более очевидно при использовании источников света с управлением формой адаптивного светового пучка. Если светильник расположен около стены, далеко от находящегося в комнате человека, то светильник может использовать признак управления адаптивного светового пучка лишь для того, чтобы освещать стену, а не создавать излишнее окружающее освещение, когда свет не является полезным для какого-либо. Если светильник расположен около окна, то этот светильник может быть настроен на то, чтобы никогда не использовать световой пучок в направлении окна во избежание потери света в этом направлении и чтобы не беспокоить или не ʺзагрязнятьʺ внешнее окружение прямым светом.
Информация, которую может передавать каждый коммуникационный порт, может быть одной из группы: детекция присутствия человека рядом со светильником, уменьшение уровня света светильника, идентификация неиспользованных коммуникационных портов, информация об оборудовании, введенном в каждый коммуникационный порт, и информация, полученная от другого светильника в сети. Каждый светильник, по существу, выполнен с возможностью совместного использования всей информации, которую он имеет сам и которую имеет его окружение, и передачи информации, полученной от соседних светильников, вместе с идентификацией и относительным местоположением этого светильника. Тип передаваемой в сеть информации может зависеть от расстояния. Например, информация от детекции присутствия человека может быть передана по всей сети для обеспечения возможности осуществления общих световых эффектов и включения ʺориентирующегоʺ света по стенам, колоннам и т.п., в то время как информация о положении окна или двери может быть передана не более чем находящимся далее в сети нескольким светильникам.
В соответствии со следующим объектом изобретения предложена штепсельная вилка, которая выполнена с возможностью быть введенной в неиспользованные коммуникационные порты светильника в сети светильников, причем упомянутая штепсельная вилка выполнена с возможностью индикации контроллеру в упомянутой сети, что коммуникационный порт является неиспользованным для связи с другим светильником. Информация от этой штепсельной вилки может содержать информацию относительно окружающего пространства светильника в направлении и ориентации коммуникационного порта, в который она вставлена, причем, упомянутая информация является адаптированной, чтобы быть переданной в упомянутый контроллер. Эта информация может сохраняться, например, в предварительно сконфигурированной запоминающей части штепсельной вилки, к которой контроллер может иметь доступ. Функционирование этой штепсельной вилки может быть обеспечено различными средствами, такими как один или несколько выключателей, например, расположенными рядом с коммуникационным портом поворотными дисковыми переключателями, расположенными в коммуникационном порту или рядом с ним закорачивающими штырями и т.д. Информация, передаваемая штепсельной вилкой, дополнительно, может представлять собой следующую информацию: идентификация окна, стены, двери (возможно, включая информацию об ее оптических свойствах, таких как плотная, прозрачная или полупрозрачная), колонны, стола, подиума, белого или черного щита, проекционного экрана, монитора или дисплея.
Как говорилось выше, светильник может управляться на основании информации, заключенной в штепсельной вилке, выключателе и т.д. Если около одного или большего количества светильников указано наличие белого или черного щита, проекционного экрана или чего-либо подобного, система освещения, когда она используется в режиме презентации, может создать такой профиль освещения, при котором светильники, близкие к ʺпрезентационной поверхностиʺ, являются ослабленными по крайней мере в направлении ʺпрезентационной поверхностиʺ, если эти светильники позволяют производить адаптивное управление формой светового пучка.
Изобретение дополнительно относится к способу использования автоматического включения сети светильников в соответствии с вышеприведенным описанием, при этом данный способ включает в себя следующие этапы: идентификация неиспользованных коммуникационных портов, передача информации о неиспользованных портах по меньшей мере одному контроллеру и управление по меньшей мере одним контроллером в функции полученной информации о неиспользованных портах. Штепсельная вилка может быть вставлена в по меньшей мере один из неиспользованных коммуникационных портов для обеспечения информации об окружении этого неиспользованного коммуникационного порта, а этап управления по меньшей мере одним светильником дополнительно является функцией информации, обеспеченной посредством штепсельной вилки. В предпочтительном варианте исполнения каждый светильник в сети управляется как часть этого способа.
Описанные выше признаки светильников, сети или органов управления имеют место также в виде соответствующих этапов способа и могут, например, включать в себя получение и/или использование информации от одного или более датчиков (например, полученная от датчика присутствия индикация присутствия, индикация звука, перемещения или индикация того, что датчиком ничего не детектировано), совместное использование информации, полученной от соседних светильников, с другими светильниками в сети и т.д. Преимущества, в том виде, как они описаны выше в отношении признаков оборудования, конечно же, относятся и к соответствующим этапам способа.
Специалист в данной области техники поймет, что вышеописанные сетевые соединения, предпочтительно, соединения одного и того же уровня, могут быть выполнены либо посредством проводов, либо посредством направленных беспроводных трансиверов,  либо вставленных в коммуникационный порт (порты), либо установленных непосредственно на печатной плате светильника.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Вышеупомянутые цели, а также дополнительные цели, признаки и преимущества настоящего изобретения будут более полно понятны со ссылками на нижеследующее иллюстративное и неограничивающее подробное описание предпочтительных вариантов исполнения настоящего изобретения, рассмотренного вместе с сопроводительными чертежами, где
фиг. 1 представляет собой схему светильника в соответствии с настоящим изобретением;
фиг. 2 представляет собой иллюстративное изображение того, каким образом ряд светильников может быть подсоединен к сети в соответствии с одним вариантом исполнения настоящего изобретения;
фиг. 3 представляет собой схему комнаты, оснащенной системой освещения сети в соответствии с одним вариантом исполнения настоящего изобретения;
фиг. 4 представляет собой схему коридора, оснащенного системой освещения сети в соответствии с одним вариантом исполнения настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее будут описаны варианты исполнения изобретения. Все светильники в соответствии с этими вариантами исполнения имеют один датчик на светильник и оснащены соединениями одного и того же уровня с одним или большим количеством соседних светильников, что позволяет добиться хорошего светового распределения, экономии электроэнергии и автоматического включения сети светильников.
Функциональная схема светильника в соответствии с одним вариантом исполнения изобретения показана на фиг. 1. Светильник содержит, предпочтительно, расположенные по бокам светильника 1 коммуникационные порты 12, 3, 6, 9 для соединения с соседними светильниками в соответствующих направлениях 12, 3, 6, 9. Это позволяет ей осуществлять простое и ʺинтуитивноеʺ автоматическое включение. Светильник 1, дополнительно, имеет вход 2 электроэнергии, источник света с соответствующей оптикой 4, датчик 5 и блок 7 управления. Порты связи 12, 3, 6, 9 соединяются со стороны блока 7 управления. Схема по фиг. 1 показывает четыре коммуникационных порта, ориентированных в направлениях, которые, можно представить, соответствуют направлениям на север, восток, юг и запад. Светильник, изображенный на фиг. 1, интуитивно мог бы быть использован для создания прямоугольной или ортогональной сети светильников.
На фиг. 2 показан пример сети светильников. В этой системе освещения уровень уменьшения силы света конкретного светильника может быть определен посредством его собственного датчика, то есть детектором 5 присутствия, а также сигналами присутствия и/или уровнями уменьшения силы света соседних светильников.
Фиг. 3 показывает пример того, каким образом светильники в соответствии с настоящим изобретением могут быть расположены в квадратной комнате, имеющей стены 8, два окна 10, две двери 11 и  на одной из стен зону 14 демонстрационного дисплея. Такое расположение типично, например, для лекционной аудитории. Штепсельные вилки 20, 21, 24, 28 указывают разрыв сети светильников в соответствующем направлении и представляют собой препятствие, которое рассматриваемый светильник имеет в этом направлении, то есть, например, стену 8, дверь 11, окно 10, или демонстрационную зону 14 для проектора, или белый экран, или что-либо подобное.
Фиг. 4 показывает пример того, каким образом могут быть расположены в коридоре светильники в соответствии с другим вариантом исполнения настоящего изобретения. Этот коридор имеет дверь 11 в каждом конце, дверь 11 с одной стороны в середине коридора и демонстрационную зону 14, например установленный на одной стороне стен коридора телевизионный дисплей. Штепсельные вилки 21, 24, 28 могут указывать какое-то препятствие, куда в направлении коммуникационного порта, в который вставляется эта вилка, смотрит светильник. Поэтому штепсельная вилка в соответствии с настоящим изобретением может нести информацию об окружающем пространстве на той стороне светильника, где включена штепсельная вилка. Если таким препятствием является стена 8, дверь 11 или телевизионный дисплей 14, то штепсельные вилки 21, 24, 28 указывают на блок управления.
Теперь на нескольких примерах будет описано функционирование системы освещения по настоящему изобретению.
В своем наиболее простейшем виде задействованный коммуникационный порт означает, что комната продолжается в этом направлении, в то время как незадействованный коммуникационный порт может означать, что в соответствующем направлении находится граница комнаты. Таким образом светильники в центре комнаты могут быть отличены от светильников, близких к стенам, без каких-либо усилий по установке или включению.
Более подробная информация относительно типа границы комнаты, например об окне, двери, стены и т.д., может быть обеспечена вставкой в неиспользованные коммуникационные порты штепсельных вилок 20, 21, 24, 28, которые закорачивают соответствующие штыри или соединяют некоторые штыри с определенными величинами полного сопротивления, которые могут быть детектированы контроллером. То есть штепсельная вилка, когда она вставлена в неиспользованный коммуникационный порт, будет давать предопределенную информацию относительно окружающего пространства на стороне светильника, соответствующего конкретной штепсельной вилке. При установке системы освещения должна быть вставлена правильная штепсельная вилка  в соответствии с местоположением этого конкретного светильника. Другой возможностью было бы установить добавочно рядом с каждым коммуникационным портом светильника селекторный переключатель для выбора и идентификации различных типов границ или препятствий.
Информация о границах или препятствиях может быть использована для повышения качества светового устройства и/или схемы ослабления освещения того пространства. Например, светлота пространства определяется главным образом ʺвертикальнымʺ освещением (освещением стен) и в меньшей степени  ʺгоризонтальнымʺ освещением. Для того чтобы поддерживать ʺоткрытый видʺ пространства, предпочтительно не уменьшать силу света светильников, расположенных рядом со стеной. Комбинирование этого с ʺдетекцией локального присутствияʺ могло бы привести к возможному сценарию со светильниками в центре комнаты, реагирующими на ʺлокальное присутствиеʺ, то есть увеличивающими свет только тогда и там, когда и где присутствуют люди, и с расположением вблизи стен 8 светильников, реагирующих на ʺобщее (повсеместное) присутствиеʺ, так чтобы они включались, когда в комнате кто-то присутствует, независимо от его/ее местонахождения в этой комнате или от расстояния до светильника. С другой стороны, сильное освещение стен в соответствии с нормами определенно не требуется, и дополнительно экономия электроэнергии могла бы быть увеличена установкой светильников 1 вблизи стен 8 при более низком уровне света, при лишь таком освещения стен 8, чтобы они были видны. Для светильников 1 вблизи стен 10 большая часть света в направлении окна 10, уходя наружу, является ʺпотеряннойʺ. В этом случае такой светильник предпочтительно поддерживать на низком уровне света, до тех пор, пока не будет детектировано ʺлокальное присутствиеʺ человека, и уровень света светильника не будет увеличен. В другом сценарии уменьшения света светильники 1, расположенные вблизи дверей 11, могут быть использованы для освещения входов/выходов, например, в случае экстренной ситуации. Светильники вблизи таких препятствий, как колонны, могут управляться, как если бы колонна было стеной 8, или  если бы колонну надо было как можно сильнее спрятать, то когда находящимся в комнате людям не обязательно видеть колонну, свет светильников рядом с колонной могли бы быть уменьшен как можно сильнее. Для светильников, расположенных вблизи области 14 демонстрационного дисплея, такого как проекционный экран в лекционной аудитории или телевизор, сила света могла бы быть адаптирована, например уменьшена для оптимизации качества презентации.
Настоящее изобретение особенно важно для светильников 1 с управлением светового пучка. Светильники, особенно на основе светодиодов, позволяют производить легкое управление формой и/или направлением светового луча посредством раздельного управления группами светодиодов внутри светильника. Например, для генерации заданного пучка света в конкретном направлении может быть использована специальная группа светодиодов внутри светильника,; а для генерации разных световых пучков в различных направлениях могут быть использованы расположенные внутри светильника разные группы светодиодов. Такие светильники на основе светодиодов, пригодные для целей общего освещения, на рынке присутствуют. Они позволяют реализовывать новые функциональные назначения, называемые также ʺцифровым освещениемʺ. Различные группы светодиодов внутри светильника вместо одного блока управления могут управляться раздельными блоками управления. Включением и выключением групп светодиодов могут включаться и выключаться световые пучки в различных направлениях, а также регулироваться обусловленный этим светильником эффект общего освещения. Например, расположением многочисленных светодиодов позади большой линзы можно как угодно изменять направление получающегося светового пучка включением различных светодиодов, расположенных в разных положениях позади этой линзы, например при использовании их в передних автомобильных фарах. Светильник с адаптируемым световым пучком особенно полезен в настоящем приложении для экономии электроэнергии.
В качестве иллюстративного приложения, в том случае, когда данным светильником 1 в комнате ʺлокально детектированоʺ присутствие человека, светильник может увеличить свет той части своего пучка, которая светит непосредственно вниз в направлении детектированного человека. Соседние светильники могут использовать этот сигнал детекции для усиления той части своего светового пучка, которая светит в направлении светильника, который детектировал присутствие, то есть в направлении присутствующего человека. Это дает возможность для еще более эффективного использования света, поскольку вместо целых световых пучков усиливаются только необходимые части световых пучков от различных светильников.
В том случае, когда с управлением световых пучков используются светильники, расположенные вблизи стен, то светильники, расположенные вблизи стен, для той части светового пучка, которая направлена на стену, могли бы использовать различные схемы ослабления света, например свет, нацеленный на стену 8, может быть связан с детекцией общего присутствия, в то время как свет в других направлениях может быть связан с одним или больше детекторов локального присутствия. В другом сценарии светильники, близкие к окну 10, могут выключать тот сегмент светового пучка, который направлен на это окно 10 с тем, чтобы экономить электроэнергию и уменьшить световое загрязнение наружного пространства.
При использовании ʺкластеризованныхʺ светодиодов с адаптируемой формой светового пучка, как это только что описано выше, светодиодный кластер (светодиодные кластеры) мог(ли) бы включать в себя светодиоды различных цветов, например красный, зеленый и синий (RGB). В этом случае блок 7 управления светильника исходя из эстетических соображений или для создания визуального или пространственного восприятия может, например, в направлении стены 8 посылать цветной свет. Это может оказаться привлекательным особенно для больших стен или в широких коридорах для того, чтобы обеспечить присутствующему в таком пространстве человеку хорошее восприятие трехмерной планировки этого пространства.
Следующим вариантом наделения системы освещения еще одним сценарием возможностей уменьшения света является добавление пятого коммуникационного порта (не показан) на каждый светильник или на определенные светильники, где этот коммуникационный порт имеет положение, направленное на пол и ориентированное в направлении пола. В этом случае посредством вставки штепсельной вилки может быть добавлена информация относительно мебели или предполагаемого использования находящейся под светильником площади пола. Если в лекционной аудитории под светильниками находятся столы, то в презентационном сценарии может быть необходимо уменьшить весь свет, за исключением вертикальных частей световых пучков. В результате проецируемое изображение будет расположено на презентационном экране в каком-либо неосвещенном месте комнаты и поэтому видимое сидящему за столом человеку (сидящим за столами людям), в то же самое время при обеспечении достаточного света на самом столе для того, чтобы можно было делать записи. Если в каком-либо месте комнаты постоянно находится цветок или иное растение, то оно может быть, например, включено в схему общего освещения, как и освещение стен, на виду у людей в комнате. Кроме того, схема освещения может сочетаться с временным расписанием освещения или может учитывать его с тем, чтобы дать возможность этому растению получать достаточное количество света для роста. То же самое может быть необходимо для какой-либо статуи, презентационного объекта и т.п.
Следует понимать, что могут быть предположены и другие вариации настоящего изобретения и что в некоторых примерах некоторые признаки изобретения могут быть применены без соответствующего использования других признаков. Таким образом, приемлемо, чтобы приложенные пункты формулы изобретения истолковывались в широком смысле в соответствии с объемом изобретения.