CH683478A5

CH683478A5 - Verfahren zum selbsttätigen Ein- und Ausschalten von Lichtquellen in einem Raum sowie Schaltanordnung zu dessen Durchführung.

Info

Publication number: CH683478A5
Application number: CH1094/92A
Authority: CH
Inventors: Peter Horn
Original assignee: Knobel Lichttech
Priority date: 1992-04-03
Filing date: 1992-04-03
Publication date: 1994-03-15

Description

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CH 683 478 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum selbsttätigen Ein- und Ausschalten von Lichtquellen mittels einer Schaltanordnung in Abhängigkeit von der Personenanwesenheit oder Personenabwesenheit und der Beleuchtungsstärke in einem Raum, wobei die Personenanwesenheit oder Personenabwesenheit durch die Auswertung des Ausgangssignals eines Passiv-Infrarot-Sensors und die Beleuchtungsstärke von einem Lichtsensor erfasst werden, und bei eingeschalteten Lichtquellen diese abgeschaltet werden, wenn während einer vorbestimmten Zeitdauer das Ausgangssignal des Passiv-Infrarot-Sensors einen vorbestimmten Schwellenwert nicht übersteigt und die Personenabwesenheit damit angenommen wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Schaltanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Ein Verfahren zum automatischen Ein- und Ausschalten einer Leuchte in Abhängigkeit der Beleuchtungsstärke und der Personenanwesenheit ist z.B. aus der Europäischen Patentanmeldung Nr. 447 136 bekannt. Im weiteren sind Geräte mit Pas-siv-lnfrarot-Sensoren (PIR) bekannt, mit welchen Lichtquellen ein- und ausgeschaltet werden, wenn Personenbewegung festgestellt wird. Der grösste Nachteil dieser Geräte ist die ungenügende Empfindlichkeit der PIR-Sensoren, mit denen kleine von grossen Bewegungen nicht unterscheidbar sind.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum automatischen Ein- und Ausschalten von Lichtquellen bei Personenanwesenheit bzw. Personenabwesenheit zu schaffen, das genügend empfindlich und fähig ist, geringe und grosse Personenbewegungen zu detektieren, so dass das Verfahren eine in der Praxis sinnvoll arbeitende selbsttätige Ein- und Ausschaltung von Leuchten ermöglicht, um ohne Komforteinbusse eine Energieeinsparung zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die beiden Schwellenwerte für das Ausgangssignal des PIR-Sensors, die Auswertung, ob beide Schwellen oder nur die eine überschritten worden ist, und die entsprechende Wahl einer Abschaltzeit, ergibt sich in der Praxis eine sehr gute Schaltung der Lichtquellen ohne Fehlschaltungen.

Bevorzugterweise werden ferner die Schwellenwerte von Zeit zu Zeit in Abhängigkeit vom Rauschpegel des PIR-Sensors neu festgelegt. Damit kann insbesondere der tiefere Schwellenwert nur wenig über dem Rauschpegel liegend festgelegt werden, was eine sehr gute Empfindlichkeit für geringe Personenbewegungen ergibt.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Schaltanordnung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen. Dies erfolgt mit den Merkmalen von Anspruch 7.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführung einer automatischen Schaltanordnung gemäss der Erfindung zum Ein-und Ausschalten der künstlichen Beleuchtung,

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf beim Ein- und Ausschalten der Beleuchtung in Abhängigkeit von der detektierten Infrarotstrahlung; und

Fig. 3 den Verlauf der Beleuchtungsstärke im Raum in Abhängigkeit vom Tageslicht bei Personenanwesenheit.

Fig. 1 zeigt eine Schaltanordnung mit einer Auswerteinrichtung 1, die z.B. von einem Mikroprozessor gebildet wird. In der Schaltanordnung ist ein zum Detektieren von Personenbewegungen ausgestalteter PIR-Sensor 2 vorgesehen, dessen Signale über einen Bandpass 3 gefiltert und über zwei verschiedene Schwellenwertschalter 4, 5 an die Auswerteinrichtung angezeigt werden. Vorzugsweise werden diese Schwellenwertschalter ebenfalls vom Mikroprozessor, also softwaremässig gebildet, was die einfache Änderung der Schwellenwerte erlaubt. An die Auswerteinrichtung ist auch ein Lichtsensor 6 über einen A/D-Wandler 7 angeschlossen. Vorzugsweise ist auch der PIR-Sensor 2 zusätzlich mit dem A/D-Wandler 7 verbunden, damit auch das Ausgangssignal des PIR-Sensors 2 umgewandelt werden kann, um den Rauschpegel des PIR-Sensors zu erfassen. Am Mikroprozessor ist ein nichtflüchtiger Speicher 5 zur Speicherung verschiedener Schwellenwerte angeschlossen. Ein manueller Schalter 12 ist zur Ein- und Ausschaltung der Beleuchtung von Hand vorgesehen. Die Lichtquellen 10, 11 werden über eine von der Auswerteinrichtung gesteuerte Schalteinrichtung 9 ein- und ausgeschaltet. Mit dieser Schaltanordnung ist eine automatische Ein- und Ausschaltung der Beleuchtung gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren möglich.

Der PIR-Sensor 2 reagiert auf Veränderungen der Infrarotsignale, die von jeder thermischen Quelle ausgestrahlt werden und deren Wellenlänge direkt zur Temperatur der Quelle proportional sind. Für die Erfassung der vom menschlichen Körper ausgestrahlten Signale sind PIR-Sensoren bekannt, die optische Filter aufweisen, die auf die der Temperatur des menschlichen Körpers entsprechende Wellenlänge angepasst sind. Die PIR-Sensoren geben relativ grosse Rauschsignale ab, die von den durch menschliche Bewegungen verursachten Aus-gangssignaie z.B. durch tieffrequente Bandpassfilter ausgefiltert werden müssen.

Ein in den Raum eintretender Mensch verursacht sehr grosse Ausgangssignale am PIR-Sensor verglichen mit den Signalen, die z.B. von den bewegten Fingern an einer Tastatur eines Rechners verursacht werden. Dieser Tatsache wird im erfindungsgemässen Verfahren Rechnung getragen, indem zwei verschiedene Schwellen für die Erfassung von Bewegungen mit dem PIR-Sensor verwendet werden. Der erste kleine Schwellenwert entspricht dem Ausgangssignal des Sensors, wie es von den über einer Tastatur bewegten Fingern einer Person erzeugt wird, und der zweite wesentlich grössere Schwellenwert entspricht dem Ausgangssignal, welches von einer in den Raum eintretenden Person erzeugt wird.

Fig. 2 zeigt schematisch einen Zeitablauf der detektierten Infrarotsignale IR, wobei diese als zeitlich quantisierte Werte dargestellt sind, wie dies z.B.

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der Fall ist, wenn der Mikroprozessor das gefilterte Ausgangssignal des PIR-Sensors regelmässig abtastet, und diesen Infrarotsignalen IR entsprechend die Ein- und Ausschaltung der Lichtquellen bzw. der Beleuchtung bewirkt. Die Beleuchtung wird in einem Raum nur dann eingeschaltet (Zeitpunkt TO), wenn der grössere Schwellenwert S2 des Infrarotsignals überschritten wird, wobei natürlich auch der tiefere Schwellenwert S1 überschritten wird. Wenn die beiden Schwellenwerte bei der letzten Signalerfassung überschritten worden sind und die Lichtquellen eingeschaltet sind (Zeitpunkt T1), wird angenommen, dass diese Signale von einer den Raum verlassenden Person verursacht worden sind, und die Beleuchtung wird nach einer kürzeren Zeitdauer D1 (z.B. 5 Minuten) ausgeschaltet, d.h. ein Zeitintervall D1 wird gestartet, das an seinem Ende die Abschaltung bewirkt, wenn nicht vorher ein Ausgangssignal detektiert wird, welches die Personenanwesenheit zeigt. Wenn aber bei der letzten Signalerfassung nur der kleinere Schwellenwert S1 überschritten wurde (Zeitpunkt T2), so wird die Beleuchtung erst nach einer längeren Zeitdauer D2 (z.B. 15 Minuten) abgeschaltet, d.h. ein entsprechendes Zeitintervall wird gestartet. Mit diesem Verfahren ist es möglich, den ersten Schwellenwert S1 sehr nahe an der Rauschgrenze des PIR-Sensors zu wählen.

Es ist auch vorteilhaft, den Rauschpegel zu messen, und den ersten Schwellenwert S1 z.B. auf den zweifachen Wert des Rauschpegels zu setzen. Weil der Rauschpegel direkt zu der Temperatur im Raum proportional ist und die Raumtemperatur in einem nicht klimatisierten Raum im Tagesverlauf schwankt, wird auch die Rauschgrenze und damit die Empfindlichkeit des PIR-Sensors schwanken. Durch die Erfassung des Minimums des Sensorsignals und damit des Rauschpegels kann der erste und auch der zweite Schwellenwert S1, S2 ständig angepasst werden. Vorzugsweise erfolgt die Erfassung des Rauschpegels durch den Mikroprozessor, der das Ausgangssignal des PIR-Sensors über den A/D-Wandler 7 separat von den Schwellenwerten erfasst.

Die Ein- und Ausschaltung der Lichtquellen erfolgt nicht nur in der geschilderten Weise in Abhängigkeit von der Anwesenheit bzw. Abwesenheit einer Person, sondern auch in Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke im Raum. Bei genügendem Tageslichteinfall in den Raum ist das Einschalten der Beleuchtung beim Betreten des Raumes durch eine Person natürlich nicht erwünscht. Zu diesem Zweck ist der Lichtsensor 7 vorgesehen, welcher seinerseits das Ein- und Ausschalten der Lichtquellen durch den Mirkoprozessor bewirkt. Dies in Abhängigkeit von Pegeln für das Einschalten der Beleuchtung bei zu geringer Beleuchtungsstärke im Raum bzw. zum Ausschalten der Beleuchtung bei genügender Beleuchtungsstärke im Raum. Bei der Anwesenheit einer Person im Raum erfolgt das Ein-und Ausschalten der Lichtquellen in Abhängigkeit von der Beleuchtungsstärke, d.h. zu geringe Beleuchtungsstärke bildet immer ein Kriterium zum Einschalten der Beleuchtung ohne Zeitverzögerung, wenn bereits eine Person im Raum anwesend ist oder eine Person den Raum betritt (Einschaltung durch logische UND-Verknüpfung zwischen Personenanwesenheit und zu geringer Beleuchtungsstärke).

Genügend hohe Beleuchtungsstärke durch das Tageslicht führt zu einem Abschalten der Beleuchtung nach einer gewissen vorbestimmten Zeitverzögerung. Die Zeitverzögerung des Abschaltens der künstlichen Beleuchtung aufgrund genügenden Tageslichts erfolgt dabei unabhängig von der Abschaltung aufgrund von Personenabwesenheit, d.h. wenn beide Kriterien erfüllt sind, so führt die zuerst ablaufende Zeitverzögerung zur Abschaltung (Abschaltung durch logische ODER-Verknüpfung zwischen Personenabwesenheit und genügender Beleuchtungsstärke).

Fig. 3 zeigt den Verlauf der Beleuchtungsstärke in Prozent bezogen auf den Wert der installierten künstlichen Beleuchtungsstärke d.h. den Lichtquellen (= 100 %) in Abhängigkeit vom zusätzlichen Tageslicht, wenn z.B. der Pegel zum Ausschalten der Beleuchtung auf 300% und der Pegel zum Einschalten der Beleuchtung auf 125% gesetzt wird, wobei es sich hier um Pegel für das vom Lichtsensor gemessene Signal handelt. Wenn mit der Auswertung der Signale des PIR-Sensors eine Personenanwesenheit im Raum angenommen wird, wird die Beleuchtung nur noch in Abhängigkeit von dem am Lichtsensor gemessenen Tageslicht ein- und ausgeschaltet, wie es in Fig. 3 ersichtlich ist. Mit dem Beispiel in Fig. 3 beträgt die Schalthysterese 75% der installierten, künstlichen Beleuchtungsstärke. Die Beleuchtung wird bei zu viel Tageslicht bei einer am Lichtsensor gemessenen Beleuchtungsstärke von 300% erst nach einer Zeitverzögerung (z.B. 3 Minuten) ausgeschaltet. Die Einschaltung der Beleuchtung bei zu wenig Tageslicht erfolgt sofort, ohne jegliche Zeitverzögerung, damit genügend Licht im Raum vorhanden ist, wenn Personen anwesend sind.

Bei der Annahme der Personenabwesenheit wird selbstverständlich die Beleuchtung ausgeschaltet. Tritt nun eine Person in den Raum ein, so wird die Beleuchtung nur dann eingeschaltet, wenn die vom Lichtsensor gemessene Beleuchtungsstärke unter dem Schwellenwert zum Einschalten der Beleuchtung (z.B. 125%) liegt.

Um die Kontrolle der Beleuchtung auch am Tage zu ermöglichen und auch die Ausschaltung der Beleuchtung beim Verlassen des Raumes ohne jegliche Zeitverzögerung (D1 und D2) ausführen zu können, kann ein »manueller Schalter (12, Fig. 1) verwendet werden. Mit der Umschaltung dieses Schalters wird die Information an die Auswerteinrichtung 1 weitergeleitet, die Beleuchtung einzuschalten, wenn sie ausgeschaltet ist, oder auszuschalten, wenn sie eingeschaltet ist. Für den Anwender entsteht dadurch ein Eindruck, dass er einen gewöhnlichen Lichtschalter betätigt. Die Auswerteinrichtung ist so programmiert, dass sie nach der Betätigung des manuellen Schalters 12 in einen sogenannten Zwangsbetrieb eintritt, in welchem die Signale des Lichtsensors nicht mehr berücksichtigt werden. Dieser Zwangsbetrieb dauert so lange, bis durch die Auswertung der Signale des PIR-Sensors

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eine Personenabwesenheit angenommen wird. Nach dem Ablauf der entsprechenden Zeitverzögerungen (D1 oder D2) wird die Beleuchtung ausgeschaltet, falls sie noch eingeschaltet war, und der Zwangsbetrieb wird aufgehoben.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum selbsttätigen Einschalten und Ausschalten von Lichtquellen mittels einer Schaltanordnung in Abhängigkeit von der Personenanwesenheit oder Personenabwesenheit und der Beleuchtungsstärke in einem Raum, wobei die Personenanwesenheit oder Personenabwesenheit durch die Auswertung des Ausgangssignals eines Passiv-Infrarot-Sensors und die Beleuchtungsstärke von einem Lichtsensor erfasst werden, und bei eingeschalteten Lichtquellen diese abgeschaltet werden, wenn während einer vorbestimmten Zeitdauer das Ausgangssignal des Passiv-Infrarot-Sensors einen vorbestimmten Schwellenwert nicht übersteigt und die Personenabwesenheit damit angenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei verschiedene Schwellenwerte (S1, S2) für das Ausgangssignal des Passiv-Infrarot-Sensors vorgesehen sind und dass die Einschaltung der Lichtquellen erfolgt, wenn das Ausgangssignal beide Schwellenwerte überschreitet und die Beleuchtungsstärke unter einem ersten vorbestimmten Pegel liegt und dass die Ausschaltung der Lichtquellen und die Annahme der Personenabwesenheit entweder nach einer ersten, kürzeren Zeitdauer (D1 ) erfolgt, wenn das Ausgangssignal erneut beide Schwellenwerte überschreitet oder dass die Ausschaltung der Lichtquellen und die Annahme der Personenabwesenheit nach einer zweiten, längeren Zeitdauer (D2) erfolgt, wenn das Ausgangssignal den ersten, kleineren Schwellenwert allein überschreitet oder dass die Ausschaltung der Lichtquellen erfolgt, wenn die Beleuchtungsstärke einen zweiten vorbestimmten Pegel überschreitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Schwellenwerte durch die Schaltanordnung in Abhängigkeit vom Rauschpegel des Passiv-Infrarot-Sensors in periodischen oder zufälligen Abständen neu festgelegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der festgelegte Schwellenwert in einem nichtflüchtigen Speicher abgelegt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Annahme einer Personenanwesenheit und bei ausgeschalteten Lichtquellen diese eingeschaltet werden, wenn die vom Lichtsensor erfasste Beleuchtungsstärke einen vorbestimmten Pegel zum Einschalten der Lichtquellen unterschreitet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Annahme einer Personenanwesenheit und eingeschalteten Lichtquellen diese nach einer vorgewählten Zeitdauer ausgeschaltet werden, wenn die vom Lichtsensor gemessene Beleuchtungsstärke während dieser Zeitdauer einen vorbestimmten Pegel zum Ausschalten der Lichtquellen dauernd überschreitet.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass unabhängig von der gemessenen Beleuchtungsstärke nach der Betätigung eines von Hand betätigbaren Schalters die Lichtquellen eingeschaltet werden, wenn sie vorher ausgeschaltet waren, oder ausgeschaltet werden, wenn sie vorher eingeschaltet waren und dass dieser Zustand, in welchem die Ausgangssignale des Lichtsensors keinen Einfluss auf den Ein- oder Ausschaltzustand der Lichtquellen haben, so lange gehalten wird, bis mittels des Passiv-Infrarot-Sensors die Personenabwesenheit angenommen wird.

7. Schaltanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Passiv-Infrarot-Sensor (2), der über einen Bandpass (3) und schwellenwertbestimmende Mittel (4, 5) zur Bestimmung mindestens zweier Schwellenwerte (S1, S2) an eine Auswerteinrichtung (1) angeschlossen ist, an welche ferner ein Lichtsensor (6) und eine Schalteinrichtung (9) für die Lichtquellen (10, 11) angeschlossen sind.

8. Schaltanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteinrichtung (1) und die schwellenwertbestimmenden Mittel (4, 5) von einem Mikroprozessor gebildet werden.

9. Schaltanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal des Passiv-Infrarot-Sensors (2) über einen weiteren, schwellenwertunabhängigen Eingang an die Auswerteinrichtung (1) geführt ist, um den Rauschpegel des Passiv-Infrarot-Sensors zu erfassen.

10. Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswert-einrichtung einen Eingang (12) für die Erfassung mindestens eines handbetätigbaren Schalters zum zwangsweisen Ein- und Ausschalten der Lichtquellen aufweist.

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