FR3068170A1 - Appareillage de distribution electrique modulaire et configurable disposant en interne d’une communication optique sans fil. - Google Patents

Abstract

Appareillage de distribution électrique modulaire et configurable disposant en interne d'une communication optique sans fil. L'invention concerne un appareillage destiné à construire un réseau de distribution électrique jumelé avec un réseau de communication à haut débit par l'assemblage de canalisations tubulaires préfabriquées disposant de logement destinés à recevoir des modules électroniques remplissant différentes fonctions, la communication entre ces modules, à l'intérieur de la canalisation, s'effectuant par liaison optique sans fil. L'invention permet entres autres applications, de construire dans un bâtiment une installation d'éclairage intelligent servant également de réseau numérique sécurisé et non polluant électromagnétiquement.

Description

-1 La présente invention concerne un appareillage de distribution électrique modulaire et configurable disposant en interne d’une communication optique sans fil.

Le besoin de réduction de la facture énergétique des bâtiments ainsi que l’essor de la communication de données en environnement professionnel et domestique conduisent à rendre les bâtiments de plus en plus « intelligents », c’est-à-dire à intégrer dans leur gestion continuelle de multiples fonctions de contrôle et de commande de nombreux dispositifs, qu’ils concernent le chauffage, la climatisation, l’éclairage, l’échange d’informations avec et entre les occupants, les systèmes de sécurité et d’alarme, de localisation...etc.

Dans le domaine industriel, la collecte et la transmission de données en temps-réel entre les postes de travail et de gestion ou de coordination ouvre un potentiel nouveau d’amélioration de la performance et de la qualité au bénéfice de la productivité et de la compétitivité de l’entreprise. La numérisation de l’industrie représente un enjeu économique et technique important.

Dans le domaine commercial, la communication individualisée avec le consommateur dans un espace de vente ainsi que l’analyse des pratiques est une source d’amélioration du service et de croissance de la rentabilité économique.

Pour d’autres applications tel que la logistique, la possibilité de localiser un mobile dans un entrepôt et suivre son parcours tout en échangeant des informations est un facteur d’amélioration de l’efficacité des opérations et d’optimisation de leur coût.

Pour toutes ces applications et bien d’autres présentes ou à venir, la communication avec les dispositifs ainsi qu’avec les utilisateurs mobiles impose de mettre en œuvre des solutions exemptes de raccordements filaires.

Des solutions techniques répondent à ce besoin de transport de données, soit en utilisant les ondes hertziennes (radio fréquence, Wifi, Internet), soit en utilisant la lumière (IrDA, VLC, LiFi). Pour autant, l’essor extrême du nombre de communications hertziennes par l’Internet des objets (IoT) expose inévitablement à un problème de saturation des bandes passantes et de perturbation électromagnétique de l’environnement dont la conséquence de santé publique est pour l’instant inconnue. La vulnérabilité à l’interception de ces communications due à leur propagation diffuse est également une source majeure d’insécurité.

Bien que la communication puisse s’envisager sans fil, les équipements, appareils et machines équipant les bâtiments, dont le contrôle et le pilotage conditionnent la performance énergétique, utilisent pour s’alimenter, le secteur électrique. Dans l’ensemble de ces équipements, on peut citer les dispositifs d’éclairage qui nécessitent d’être répartis au plus près du besoin en de nombreux points des espaces. II n’est donc pas possible de s’affranchir totalement de toute connexion filaire dès l’instant où une alimentation électrique, qui plus est multiphasée, doit être distribuée dans un espace intérieur ou extérieur.

Le cas de l’éclairage est particulièrement représentatif de ce besoin de distribution d’alimentation électrique en de multiples points dans les bâtiments tertiaires. La conjonction de l’alimentation secteur et des divers réseaux filaires de communication génère systématiquement une densité et une complexité extrême du câblage dans les plénums des faux plafonds.

L’Etat de l’Art actuel propose également une solution consistant à utiliser le courant électrique du secteur comme vecteur de propagation des signaux de communication. Cette technique appelée « courant porteur >> présente néanmoins des limitations quant au volume et à la densité des communications ainsi qu’en cas de multiplicité des phases de courant secteur. Elle est également génératrice de sévères perturbations électromagnétiques qui peuvent

-2s’avérer prohibitives dans certains cas. La technique du courant porteur n’est donc pas une réponse universelle au besoin de communication haut débit.

La sophistication de l’équipement des bâtiments intelligents complexifie les phases d’installation et de mise en service ainsi que les opérations de maintenance. Le coût de ces prestations indispensables, réclamant une technicité élevée est un frein au déploiement de ces systèmes intelligents. Par ailleurs, l’impossibilité de modifier aisément une installation électrique au fur et à mesure de l’évolution du besoin des utilisateurs et des changements dans l’agencement du bâtiment limite l’efficacité des solutions existantes.

Pour répondre à ces besoins, il s’avère utile de concevoir un procédé technique qui apporte un résultat performant en termes de communication sécurisée et non polluante sur le plan électromagnétique, tout en facilitant l’installation sur site, la mise en service, la maintenance et qui permette des modifications au fur et à mesure de l’évolution du besoin des utilisateurs.

Le procédé, objet de la présente invention permet de construire un réseau de distribution électrique et de communication haut débit de façon simple par l’assemblage de canalisations préfabriquées. Chaque canalisation est configurable en insérant dans les logements dont elle est pourvue des modules électroniques remplissant différentes fonctions.

Des canalisations, pouvant être de différentes longueurs et de différentes formes, permettent de construire en les assemblant l’une à la suite de l’autre un cheminement adapté à la topologie de l’espace à équiper. Les canalisations se réunissent l’une à l’autre par l’emboitement de leur forme ou par l’utilisation d’un accessoire de jonction tel qu’une éclisse. La longueur du cheminement ainsi construit est illimitée. II peut être suspendu au plafond ou fixé à une paroi en utilisant des attaches adaptées à la forme de la canalisation.

Chaque canalisation contient un bus filaire multiconducteurs destiné à véhiculer une alimentation, par exemple le secteur multiphasé, à l’intérieur de la canalisation. Un connecteur est implanté à chaque extrémité de la canalisation afin de permettre le raccordement du bus filaire d’une canalisation à l’autre pour en assurer la continuité électrique tout au long du cheminement constitué par l’assemblage de multiples canalisations. Au niveau de chaque logement destiné à recevoir un module électronique, un connecteur de fond de panier permet à ce module d’accéder à l’alimentation véhiculée par le bus multiconducteur.

La canalisation est de section carré, rectangulaire, quadrilatère, circulaire ou ovoïde. Le matériau la constituant peut être métallique ou plastic. Elle peut être réalisée par formage, pliage, filage, emboutissage ou moulage. Sa construction peut assurer différents degrés d’indices de protection normatifs « IP >> selon la méthode utilisée pour assembler ses composants qui peut assurer différents degrés d’étanchéité.

La canalisation est construite de telle façon qu’elle constitue un ensemble mécanique creux fermé dans lequel la lumière ambiante extérieure ne peut pénétrer, soit par le formage de son enveloppe, soit par l’assemblage d’un corps et d’un couvercle, ou de deux corps. La disposition des connecteurs et câbles électriques implantés dans la canalisation est faite de telle façon que l’espace intérieur puisse former une cavité libre de tout obstacle visuel dans le sens de sa longueur. Cette propriété est conservée lorsque les canalisations sont assemblées pour former un cheminement rectiligne continu.

Chaque canalisation dispose de plusieurs logements répartis avec un intervalle de longueur constante ou variable. Ces logements, de conception identique, sont destinés à recevoir chacun un dispositif électronique réalisé sous la forme d’un module amovible qui, lorsqu’il est inséré dans le logement se raccorde au connecteur de fond de panier équipant le logement. Ce module est doté d’un couvercle assurant la fermeture du logement de telle façon

-3que la canalisation conserve sa propriété mécanique fermée. Cette propriété est respectée dans le cas où un logement n’est pas équipé d’un module électronique en disposant à cet emplacement un couvercle.

Les modules électroniques sont destinés à accomplir diverses fonctions. Les modules sont actifs lorsqu’ils sont dotés d’une capacité de traitement électronique et informatique et passifs lorsqu’ils en sont dépourvus. Dans les fonctions passives, on peut citer les modules permettant de raccorder tout ou partie du bus multiconducteur de la canalisation à une source d’alimentation électrique secteur multiphasé, d’assurer ou rompre la continuité des conducteurs du bus d’une série de canalisations pour isoler des tronçons qui seraient chacun alimentés par des sources secteur différentes. Dans les fonctions actives, on peut citer les modules de contrôle et de pilotage de dispositifs externes tels que des luminaires ou des actionneurs d’automatisme, l’interfaçage d’un ensemble de canalisations avec un réseau externe sans fil ou filaire, l’acquisition de données de capteurs, la communication avec un mobile par liaison optique ou radio...etc. Chaque module peut être implanté dans un logement quelconque d’une canalisation.

Les modules actifs sont dotés de deux canaux de communication optique bidirectionnelle sans fil. Ils assurent la communication de données entre deux modules actifs selon la méthode de la transmission optique en espace libre, dite FSO (Free Space Optics), au travers de la cavité libre d’obstacles visuels que constitue l’intérieur de la canalisation. Le module actif est équipé d’un couple émetteur-récepteur optique implanté à chacune de ses extrémités de telle façon que deux couples optiques ainsi définis, chacun sur un module actif, se trouvent alignés face à face lorsque ces modules sont insérés l’un à la suite de l’autre dans deux logements de la canalisation contigus ou séparés par des modules passifs. La section du module actif est réalisée de telle façon que la face sur laquelle est implanté le couple émetteur/récepteur optique obstrue la canalisation de telle sorte que le faisceau optique reçu par le module ne puisse se propager dans la cavité au-delà de ce module.

Des modules actifs particuliers sont conçus pour assurer les changements de direction de tronçons rectilignes de communications optiques afin de permettre de construire des cheminements de canalisations comportant des coudes ayant différents angles. Ces modules actifs sont intégrés dans des éléments de canalisation s’assemblant avec les canalisations rectilignes afin de permettre l’orientation du cheminement vers la gauche ou vers la droite. Chaque élément d’angle contient un module électronique actif disposé de telle façon que chacune de ses extrémités équipée d’un couple émetteur/récepteur optique se trouve logé dans la cavité interne de la canalisation à laquelle il est assemblé.

Les modules passifs, tel que décrits au paragraphe précédent sont construits de telle façon que leurs composants ne créent pas un obstacle visuel entre deux modules actifs empêchant ces deux modules de se viser l’un l’autre selon le principe de la communication optique dite « LOS >> (Line of Sight). II est considéré que deux modules actifs communicants peuvent être distants au maximum d’une dizaine de mètres.

La communication optique en espace libre (FSO) peut être réalisée par la modulation d’un faisceau de lumière de différentes natures et différentes longueurs d’onde : visible, invisible, non cohérent ou cohérent. On peut utiliser par exemple des LED blanches, des LED infrarouge, des LED laser pour l’émission et des phototransistors ou capteurs d’image pour la réception. La source émettrice peut être équipée de dispositifs optiques tels que des lentilles, destinés à adapter la forme de son faisceau de lumière, par exemple pour le concentrer.

Chaque module actif gère d’une part ses fonctionnalités propres, comme par exemple le pilotage intelligent d’un ou plusieurs luminaires et d’autre part la communication avec les deux autres modules actifs dont il est voisin, ou le module unique qui lui fait face s’il est situé en extrémité d’un cheminement de canalisations.

-4Le module actif peut appliquer à la liaison optique différents protocoles de communication selon la nature du réseau constitué par le cheminement de canalisations en termes de débit de transfert et de volume de données à échanger.

Le débit de la communication est lié à la performance des composants photoélectriques choisis pour construire les couples émetteur-récepteur ainsi qu’au protocole utilisé dans les échanges.

En utilisant des LED et phototransistors pour lumière infrarouge, la communication peut appliquer les standards établis par l’IrDA (Infrared Data Association) dont la cadence va de 115 Kbit/sec en mode SIR à 4 Mbit/sec en mode FIR.

La canalisation telle que réalisée selon la description faite précédemment, constitue un conduit dans lequel la lumière ambiante extérieure, en ne pouvant pas pénétrer dans ce conduit, ne perturbe pas les faisceaux optiques générés par les couples émetteur-récepteur des modules actifs.

Le mode de communication optique peut ainsi favoriser la rapidité de la transmission dans le spectre visible selon les méthodes utilisées en VLC (Visible Light Communication) plutôt qu’un principe basé sur une modulation/démodulation utilisant une fréquence porteuse de 38 Khz comme prescrit dans les méthodes de communication infrarouge en espace libre pour s’affranchir des perturbations optiques environnementales.

Ainsi, étant donné le rythme élevé de cycles allumage/extinction qui peut être appliqué aux composants LED émettant dans le spectre visible, la cadence de la transmission peut atteindre 1Gbit/sec. Cette performance est favorisée par la faible énergie optique nécessaire pour communiquer entre deux modules actifs distants au plus d’une dizaine de mètres dans l’environnement du conduit formé par la canalisation, isolé de la lumière extérieure.

Cette caractéristique différentie le mode de communication selon la présente invention des méthodes de communication appelée « LiFi >> qui conjuguent au niveau d’un luminaire l’éclairage à la transmission unidirectionnelle de données dans l’espace éclairé par le luminaire.

Le canal de communication optique fonctionne en mode bidirectionnel, half duplex. Le protocole d’échange sur le bus optique peut être basé sur le principe maître-esclave lorsqu’un module est défini comme étant central, ou selon le principe des jetons dit « Token-ring >> lorsque les modules sont appelés à transmettre sans adressage préalable par le maître du réseau. Ces modes fonctionnels dépendent des besoins de l’application. Ils sont gérés par la programmation appliquée à chaque module électronique actif composant le réseau des canalisations.

La Figure 1 représente l’appareillage mettant en œuvre le procédé objet de la présente invention.

Cet appareillage est constitué d’une canalisation dont la longueur est, de préférence inférieure ou égale à 2,4m pour faciliter le transport par camion. La canalisation (1 A) est pourvue de plusieurs logements (1 B) dans lesquels s’insèrent des dispositifs électroniques. Le nombre de logements et leur répartition le long de la canalisation est variable en fonction de la densité de modules électroniques nécessaires pour différentes utilisations de l’invention. Dans la représentation de la Figure 1, la canalisation de longueur 2,38m est pourvue de 2 logements (1B).

La canalisation est équipée d’un faisceau de conducteurs électriques (1 E) constituant un bus destiné à véhiculer une alimentation à l’intérieur de la canalisation ainsi que la distribution de cette alimentation au niveau de chaque logement (1 B). Préférentiellement, cette alimentation est constituée par le secteur multiphasé, néanmoins, elle pourrait être de différentes natures

-5telles qu’une alimentation continue ou alternative provenant d’un générateur solaire photovoltaïque ou éolien.

Le bus (1 E) est équipé d’un connecteur de fond de panier (1 F) localisé dans chaque logement (1 B) et d’un connecteur (1 D) localisé à chaque extrémité de la canalisation. Les connecteurs (1 D) sont choisis de telle façon qu’ils permettent en s’interconnectant, d’assurer la continuité du bus (1 E) lorsque les canalisations sont assemblées l’une à l’autre.

La jonction de deux canalisations est assurée, soit par la géométrie de son extrémité permettant l’emboîtement, soit comme représenté sur la Figure 1, par une éclisse réalisant la jonction.

La canalisation, telle que représentée sur la Figure 1 est de section rectangulaire et d’une dimension suffisante pour recevoir dans les logements (1 B) des modules électroniques comprenant un circuit imprimé. Telle que représentée, la canalisation est équipée de couvercles (1 G) laissant libre l’accès aux logements (1 B). La section de la canalisation est de largeur 65 mm et de hauteur 53 mm. Elle peut cependant être de toute autre forme géométrique (carré, circulaire, quadrilatère, ovoïde...) et de toutes autres dimensions. Dans cet exemple, la longueur d’un logement pour module électronique est de 150 mm.

La canalisation (1 A) est destinée à être suspendue au plafond ou directement fixée sur une paroi. Selon sa résistance mécanique en fonction de sa construction qui tire parti de sa forme tubulaire, elle peut supporter des équipements extérieurs, tels que des luminaires ou des capteurs qui lui sont accrochés ou suspendus par des attaches appropriées, et son connectés aux modules électroniques.

La Figure 10 présente un exemple de réalisation d’une bride permettant la suspension d’une canalisation (1 A) au plafond grâce à une chaînette (10C). Cette même bride peut également être utilisée pour suspendre à la canalisation un équipement tel qu’un luminaire en montant la bride sur la canalisation dans le sens opposé à celui indiqué sur la figure.

Dans cette réalisation, la bride est constituée de deux pièces. La pièce (10B) s’assemble sur la pièce (10A) par l’insertion de son extrémité (1OD) dans la lumière (1OE) de la pièce (1 OA). Une fois la pièce (10B) refermée, la chaînette (10C) est accrochée à la bride en utilisant un crochet S (10G) engagé dans les trous (10F) des pièces (10A) et (1OB) superposés ainsi que dans la chaînette. Tout autre moyen peut être utilisé pour suspendre la bride, tel que par exemple un câble serti sur une manille vissée. Un cheminement de canalisations assemblées les unes aux autres est suspendu en répartissant un nombre suffisant de brides le long du cheminement, en fonction de sa masse. La forme de la bride, telle que présentée sur la Figure 10 présente l’avantage de faciliter son montage sur la canalisation grâce à ses deux parties (10A) et (1 OB) dissociées ainsi que par le fait qu’elle peut librement coulisser le long de la canalisation pour être positionnée à l’aplomb d’un point de fixation de la chaînette (10C) au plafond de la pièce.

La Figure 2 représente le détail de la canalisation (1 A) à l’endroit d’un logement pour module électronique (1 B), tel qu’indiqué sur la Figure 1.

Le logement est pourvu d’un bâti (2B) inséré dans le corps (2A) de la canalisation auquel il est fixé par tout moyen tel que par exemple des vis, des rivets ou des points de soudure. Le bâti (2B) est conçu pour recevoir un connecteur de fond de panier (1 F) servant au raccordement du module électronique au bus d’alimentation (1 E) tel que représenté sur la Figure 1. Le connecteur (1 F) est positionné de telle façon que la canalisation (1 A) constitue une cavité (2F) libre de tout obstacle visuel dans le sens de la longueur de la canalisation. Cette propriété est conservée lorsque plusieurs canalisations sont assemblées, par exemple en utilisant des éclisses de jonction (1 C).

-6Dans la représentation de la Figure 2, la canalisation est constituée d’un corps (2A) et de tronçons de couvercles (2C) fixés sur les bâtis (2B) ainsi que sur les éclisses de jonction (1 C). Le corps (2A) est pourvu de soyages assurant l’ajustement du couvercle (2C).

La Figure 3 représente en détail un module électronique destiné à être inséré dans un logement (1 B) de la canalisation.

Dans cet exemple de réalisation, le module électronique est destiné au pilotage de luminaires ainsi qu’à l’opération de fonctions annexes tel que la collecte d’informations fournies par des capteurs environnementaux mesurant, par exemple, la lumière ambiante ou détectant la présence ou le déplacement de personnes et/ou de véhicules.

Ce module électronique est constitué d’un circuit imprimé (3A) supportant des composants électroniques, fixé par des entretoises (3H) à un couvercle (3B) prévu pour s’assembler avec le corps (2A) de la canalisation (1 A) de façon à fermer le logement (1 B) lorsque le module électronique est en place. La carte électronique est pourvue d’une embase de connexion (3E) positionnée de telle façon qu’elle se raccorde au connecteur de fond de panier (1 F) équipant le logement (1 B) pour donner accès à l’alimentation véhiculée par le bus (1E).

La carte électronique est dotée d’un connecteur (3D) débouchant au travers du couvercle (3B) afin de permettre le branchement des luminaires, ainsi qu’un second connecteur (3G) destiné au raccordement des dispositifs externes tel que les capteurs de lumière ambiante et/ou détecteurs de mouvement.

Dans une réalisation préférentielle, le connecteur (3D) distribue l’alimentation ainsi que les signaux de communication appropriés selon le standard international DALI permettant, entres autres fonctions, de contrôler la gradation de luminaires compatibles avec ce standard.

La carte électronique (3A) comprend un microprocesseur assurant par son programme l’exécution des fonctions de pilotage des luminaires raccordés sur le connecteur (3D), entres autres critères, en fonction des informations fournies par les capteurs raccordés à la carte (3A) par le connecteur (3G) et/ou en fonction des informations reçues par le module électronique, par la liaison optique sans fil.

La carte (3A) est dotée de deux dispositifs émetteur/récepteur optoélectroniques (3C) disposés à chacune de ses extrémités, débouchant au travers de deux flasques (3F) fixés au couvercle (3B). La forme du flasque est conçue de telle façon qu’il obstrue la cavité (2F) de la canalisation (1 A) lorsque le module électronique est en place dans le logement (1 B), afin qu’une onde lumineuse émise dans la canalisation atteignant le flasque (3F) ne puisse se propager au-delà. Préférentiellement, la surface externe du flasque (3F) est traitée de telle façon que la réverbération optique des signaux qu’il reçoit soit atténuée, voire annulée. Pour cela, par exemple, la surface peut être peinte ou anodisée d’une couleur noire mate.

La Figure 4 présente le détail d’un logement (1 B) équipé du module électronique décrit par la Figure 3, assemblé dans le bâti (2B).

Le flasque (3F) équipé du couple émetteur/récepteur optoélectronique (3C) obstrue la cavité (2F) de la canalisation. Les luminaires sont raccordés par le câble électrique multiconducteurs (4A) distribuant l’alimentation secteur (4C) et (4D) ainsi que les deux signaux de communication (4E) et (4F) du bus standard DALI qui permet le raccordement d’un nombre maximal de 64 luminaires compatibles.

Les dispositifs externes tels que des capteurs sont raccordés par le câble multiconducteur (4B) équipé d’un connecteur (4G), par exemple de type RJ45.

-7La Figure 5 représente un module électronique destiné à permettre la communication entre un cheminement constitué par l’assemblage de multiples canalisations (1 A) et un réseau externe sans fil.

Le module électronique dont la structure mécanique est compatible avec les logements (1 B) des canalisations, est équipé d’une carte électronique (3A) disposant d’un modem radiofréquence (5A) relié à une antenne (5B) débouchant de son couvercle (3B).

Un connecteur auxiliaire (3G) permet le raccordement de dispositifs externes tel que des capteurs selon le même procédé que celui présenté sur la Figure 4.

La carte électronique (3A) est dotée d’un microprocesseur dont le programme exécute divers fonctions pouvant assurer la gestion des autres modules électroniques implantés dans le cheminement, par exemple en leur communiquant des ordres, en collectant les informations qu’ils élaborent, en mémorisant les données, en diagnostiquant les défauts de fonctionnement...etc. Certaines de ces fonctionnalités peuvent être dépendantes des contrôles, de commandes et plus généralement d’échanges de communications avec le réseau sans fil externe par la liaison radiofréquence dont est doté le module électronique représenté sur la Figure 5.

La Figure 6 représente un module électronique passif au sens de la définition énoncée dans le paragraphe (ligne 115) du présent document, dont la fonction est de raccorder une alimentation secteur multiphasé externe au bus secteur (1 E) de la canalisation (1 A).

Ce module électronique dont la structure mécanique est compatible avec les logements (1 B) des canalisations est pourvu d’une carte électronique (3A) assurant le raccordement de conducteurs électriques, par exemple par un bornier à vis débrochable (6C) pour faciliter son assemblage. Les conducteurs sont raccordés à une embase de connexion (6A) assurant le branchement du secteur multiphasé par une prise débranchable (6E).

La carte électronique (3A) est pourvue de l’embase de connexion (3E) compatible avec les connecteurs de fond de panier (1 F) du BUS secteur (1 E) des canalisations. La carte (3A) est éventuellement dotée de composants électroniques (6D) assurant le filtrage et/ou la protection du bus secteur (1 E) contre les surtensions et la foudre ainsi que la compatibilité avec les critères normalisés de pollution électromagnétique du secteur. Si nécessaire, la terre du secteur peut être branchée à une entrée du bornier (6C) pour être acheminée par la carte électronique (3A) et une ou plusieurs entretoises (3H) vers l’enveloppe de la canalisation via son couvercle (3B).

Le module électronique est pourvu d’un capot de protection (6B) fixé au couvercle (3B) par des vis (6F).

La Figure 7 décrit le principe de construction d’un cheminement constitué de multiples canalisations assemblées entre-elles et illustre le fonctionnement des communications selon le procédé objet de l’invention.

Le cheminement (7A) est constitué de multiples canalisations (1 A) assemblées l’une à l’autre en assurant également la continuité du bus d’alimentation (1 E). De multiples modules électroniques de différents types tels que repérés (7B) ou (7C) équipent certains des logements (1B) des canalisations (1A). Au moins un module électronique passif (7D) dirige le secteur multiphasé (7E) vers bus interne (1 E) (repère 70) et sa distribution (72) à chacun des modules électroniques logés dans les canalisations. Dans la présentation de la Figure 7, un module électronique (7F) assure la communication du cheminement (7A) avec un réseau externe radiofréquence (7G).

La communication entre les modules électroniques actifs tels que (7B), (7C), (7F) est assurée par les échanges optiques bidirectionnels (70) générés par les couples émetteur/récepteur équipant chaque module électronique actif. Comme indiqué sur le schéma, la communication optique dans la cavité interne le long des canalisations n’est pas gênée par la présence dans le cheminement de modules passifs tel que le module (7D).

-8Le principe d’une communication directionnelle (700) (701) est décrit ainsi : la carte électronique (3A) du module électronique actif (7C) assure le transfert du signal de communication qu’il reçoit par le récepteur optoélectronique (7H) vers l’émetteur optoélectronique de sa face opposée (7J). Le faisceau de lumière incident (700) émis par le module actif (7B) est converti en signal électrique par le récepteur optoélectronique et est transmis à l’émetteur optoélectronique situé sur la face opposée (7J) qui le converti en faisceau optique (701) à destination du module (7F) qui lui succède. Comme représenté sur la Figure 7, la présence de modules passifs tels que le module (7D) entre deux modules actifs (7C) et (7F) ne gêne pas la propagation du faisceau (701) entre ces modules actifs.

Une communication se propage ainsi à l’intérieur des canalisations par une transmission optique sans fil (FSO) établie entre les modules actifs installés dans le cheminement de canalisations.

La carte électronique (3A) capte et analyse les signaux de communication par son microprocesseur afin de gérer les échanges selon le protocole mis en œuvre pour l’application.

La Figure 8 présente le schéma de principe de l’étage électronique assurant la communication optique sans fil (FSO) au niveau des modules électroniques actifs.

L’exemple décrit met en œuvre un protocole de communication « Maître-Esclave >> dans lequel le module (81) est le maître d’une série de modules esclaves (80) situés de part et d’autre de sa position dans le cheminement des canalisations (1 A). Chaque module est pourvu de deux couples émetteur/récepteur optoélectroniques (8A) comprenant une diode (83) et un phototransistor (82). Les communications optiques sont assurées de façon bidirectionnelle par des faisceaux de lumière (801) et (802). Un seul module maître (81) est présent dans le cheminement de canalisations. Le nombre de modules esclaves (80) logés dans le cheminement est limité par la dimension du nombre allouée à l’adressage de ces modules dans le protocole de communication. Le module maître (81) émet simultanément sur les deux diodes (83) équipant ses deux couples optoélectroniques (8A) et reçoit simultanément sur ses deux phototransistors (82). Le protocole maître-esclave n’autorisant la transmission que du seul module esclave (80) adressé par le module maître, le conflit que produirait une réception simultanée par les deux phototransistors (82) du module maître est évité. Seul le faisceau optique (801) ou (802) est actif lors d’une réception de données en fonction de la position relative du module esclave (80) adressé par le maître dans la canalisation.

Chaque module esclave (80) est doté de deux buffers tri State (8B) afin d’assurer l’isolation du faisceau (71) reçu par le récepteur (82) d’un couple émetteur/récepteur (8A) lorsqu’un faisceau (72) est émis par la diode (83) de ce même couple. Ce dispositif est destiné à bloquer la propagation du signal électrique (73) reçu par le phototransistor (82) vers la diode émettrice (83) du couple opposé, cette réception étant causée par la réverbération du faisceau optique émis lorsque ce dernier se reflète sur la paroi constituée par le flasque (3F) équipant le module visé. L’absence d’isolation du canal de réception produirait l’activation systématique de la diode (83) du couple optoélectronique (8A) de la face opposée qui perturberait alors le faisceau (801) reçu par ce couple et corromprait la communication.

Le montage décrit assure l’isolement du premier canal d’émission activé, tant qu’il est actif et le basculement automatique de l’isolement lorsque le canal d’émission change de couple optoélectronique. Le protocole maître-esclave s’opérant en mode half-duplex, l’émission du module maître (81) ne peut pas coïncider avec l’émission d’un module esclave (80) et plusieurs modules esclaves (80) ne peuvent émettre simultanément. La propagation des faisceaux optiques (800) et (801) est ainsi assurée au travers des modules (80) par les composants câblés sur la carte électronique (3A) sans pénaliser la vitesse de transmission à l’intérieur des canalisations autrement que par le temps de réponse des composants optoélectroniques et le temps de propagation au travers des buffers tri State (8B). Ces temps sont extrêmement réduits dès l’instant où on choisit des composants prévus pour la logique rapide tel que le butter NL17SZ126 de ON Semiconductors dont le temps de propagation typique est de 2,6 nS.

-9Chaque module esclave (80) est pourvu d’un sélecteur (8C) destiné à affecter les signaux de communication (TXD) et (RXD) de son microprocesseur (8E) au couple optoélectronique concerné en fonction de la direction des faisceaux optiques (800) et (801) qui dépend du positionnement du module (80) par rapport au module maître (81). Dans la position relative présentée sur la Figure 8, le module maître (81) est situé à droite du module esclave (80) représenté sur la gauche du schéma, et à gauche du module esclave (80 représenté sur la droite du schéma.

Dans cette situation, le sélecteur (8C) du premier module (80) est basculé dans le sens présenté et le sélecteur (8D) du second module (80) est basculé dans le sens opposé. Ainsi, les signaux (RXD) et (TXD) assurant la communication par le microprocesseur (8E) équipant le module (80) sont correctement orientés vers le module maître (81), que ce dernier se trouve d’un côté ou de l’autre du module esclave. La propagation des faisceaux optiques, tel que décrit plus haut, assure l’acheminement des messages de données jusqu’au module maître. Enfin, la réception d’une communication par le module esclave (80) est exclusivement dirigée vers le signal (RXD) de ce module lorsque la réception provient d’une émission faite par le module maître (81). En effet, toute réception provenant du module esclave voisin, en étant bloquée par le butter tri State (8B) ne peut générer un signal (RXD) au microprocesseur (8E). Ainsi, le contenu du message que transmet un module esclave (80) vers le module maître (81) ne peut être interprété aléatoirement par aucun autre module esclave situé sur le cheminement du faisceau optique comme constituant une interrogation du module maître à son attention.

La Figure 9 présente un exemple d’application du procédé objet de la présente invention pour la construction d’un système d’éclairage communicant dans un bâtiment.

Dans cet exemple, une série de canalisations (1 A) ainsi que de jonctions en angle (9A) orientées vers gauche et (9B) orientées vers la droite sont assemblées pour former deux cheminements (90) et (91) indépendants. Ces cheminements sont suspendus au plafond du site par des brides telles que présentées sur la Figure 10. Certains logements (1 B) des canalisations sont équipés de modules électroniques et d’autres laissés vacants, selon le besoin de répartition des dispositifs utiles à l’application.

Dans chaque cheminement, un module passif (7D) tel que présenté Figure 6 et 7, assure le raccordement du secteur existant sur le site au bus interne (1 E) parcourant les canalisations de chaque cheminement. Dans cet exemple, les modules électroniques (92) ou (94) sont du type décrit Figure 3, destinés à assurer le pilotage de luminaires. A ces modules sont connectés un ou plusieurs luminaires (9C) compatibles avec le standard DALI, raccordés par le câble électrique (9D) connecté au module (92). Sur certains de ces modules, des capteurs externes (9E) sont raccordés pour mesurer la luminosité ambiante et/ou détecter des mouvements.

D’autres modules électroniques (93) disposent d’une voie de communication externe infrarouge (96) permettant à des mobiles de dialoguer avec ces modules électroniques lorsqu’ils sont à proximité.

Les modules électroniques (94) sont dotés, en plus de la fonction de contrôle de luminaires, d’une capacité de transmettre des données (95) par la modulation de l’intensité lumineuse de leur luminaire (9F) selon un procédé de communication VLC (Visual Light Communication).

Dans une configuration de réseau maître-esclave, les modules électroniques cités précédemment constituent un ensemble de modules esclaves dans leur cheminement (90) ou (91). Chaque cheminement est équipé d’un module de communication radiofréquence (7F) assurant également la fonction de module maître dans le cheminement.

L’installation, telle que décrite, comprend un ensemble d’équipements formant un système de gestion et de commande centralisé. Cet ensemble est constitué d’un ordinateur central (901) faisant fonction d’automate auquel est connecté un écran/clavier tactile (902) assurant l’interface homme-machine, d’un modem de communication radiofréquence (903) et

- 10d’un modem de communication Internet (904), préférentiellement compatible avec le réseau 4G. L’automate (901) est également relié au réseau interne Intranet du site (905).

L’automate (901) est programmé pour gérer le fonctionnement de l’éclairage, les échanges d’information avec les cheminements (90) et (91), la liaison avec l’ordinateur de gestion du site via son réseau Intranet et la communication avec un serveur externe via Internet.

Une telle architecture permet la répartition des tâches à différents niveaux. Le module maître (7F) de chaque cheminement gère le fonctionnement des différents modules esclaves dont il est composé. II pilote les luminaires (9C) et (9F) individuellement en fonction de critères qui lui sont communiqués par l’automate (901 ) via la communication radiofréquence (7G), d’informations qu’il collecte auprès des modules électroniques (92) ou (93) dotés de capteurs, d’informations reçues par les canaux de communication optiques infrarouge (96) et de consignes qu’ils transmet aux modules (92) et (94).

Les données collectées peuvent être archivées dans la mémoire interne du module maître (7F) pour être traitées par l’automate (901) auquel elles sont transmises via la liaison radiofréquence (7G). Dans le sens opposé, des données et informations délivrées par l’automate (901) via la liaison (7G) peuvent être transmises aux mobiles via la liaison (96) à laquelle il accède selon sa position sous les cheminements ou via les communications optiques réalisées en mode VLC par les luminaires compatibles (9F).

Une autre fonctionnalité que peut assurer cette architecture se rapporte à l’identification et la localisation des mobiles se déplaçant dans l’environnement couvert par les cheminements (90) et (91). Pour cela, chaque mobile dispose d’un code d’identification qu’il transmet au module (92) ou (93) équipé d’une interface de communication (9G) en fonction de sa position géographique dans l’espace couvert par les cheminements (90) et (91). Cette information, associée à l’adresse du module électronique qui a opéré la communication permet au module maître (7F) d’identifier le mobile et de le localiser. Cette information peut être communiquée à l’automate (901) par la liaison radiofréquence (7G).

L’ensemble des informations acquises et/ou élaborées peuvent être gérées par les différents moyens de traitement dont dispose le site ainsi équipé, au niveau de l’automate (901), du système central auquel il est relié par la liaison Intranet (905) ainsi que par le serveur auquel il est relié par la liaison Internet (906).

Parmi les exploitations du système d’éclairage communicant équipé d’une gestion centralisée, on peut citer la collecte du nombre de CLAR(CL)® produit par chaque luminaire, le suivi du vieillissement des luminaires et la détection des défaillances. Le nombre de CLAR(CL)® est élaboré continuellement par chaque module électronique contrôlant le fonctionnement de luminaires et est transmis au module maître (7F) pour être acheminé vers l’automate (901) qui le communique par la liaison (906) au serveur Internet du gestionnaire qui peut ainsi facturer la consommation de lumière au client.

Dans les avantage résultant de l’application du procédé objet de la présente invention, on peut citer la possibilité de modifier facilement la position des modules électroniques insérés dans les cheminements de canalisations pour répondre à l’évolution d’un besoin, par exemple dans le cas du changement de l’ergonomie d’un espace de travail qui nécessiterait une modification de la position des luminaires, ou en cas d’extension de la surface à éclairer, ou en cas d’adjonction de points de communication supplémentaires...etc. Ces évolutions s’effectuent sans imposer aucune modification du câblage de la distribution électrique existant sur le site en étendant les cheminements et en équipant les nouveaux tronçons de modules électroniques là où ils sont nécessaires pour répondre au besoin.

- 11 Un autre avantage procuré par le procédé objet de l’invention est la constitution d’un réseau de communication haut débit jumelé à l’installation d’un système d’éclairage, ledit réseau transportant des données qu’il peut échanger avec des personnes, des machines et des véhicules en de nombreux points du réseau servant également à la localisation des

550 interlocuteurs. Ces fonctionnalités concernent entres-autres applications le domaine de l’industrie numérique.

Un autre avantage procuré par le procédé de communication optique sans fil mis en œuvre dans l’appareillage objet de la présente invention est son immunité aux perturbations

555 électromagnétiques et l’intégrité des communications optiques qui procurent une meilleure fiabilité ainsi qu’une sécurisation élevée par rapport aux liaisons radiofréquences.

Dans le cas de l’équipement de bâtiments tertiaires, le procédé objet de l’invention permet de concentrer de multiples communications dans un même réseau qui assure également la

560 gestion intelligente de l’éclairage. II en résulte une simplification importante des câblages des bâtiments intelligents qui améliore la fiabilité des communications, réduit le coût de construction et facilite la maintenance.

Claims (13)

1. REVENDICATIONS

   1 ) Appareillage de distribution électrique caractérisé en ce qu’il est constitué d’une canalisation tubulaire rectiligne (1A) préfabriquée isolant l’intérieur de la canalisation de la lumière ambiante extérieure, ladite canalisation contenant un bus filaire multiconducteurs (1 E) traversant la canalisation dans sa longueur ainsi qu’un ou plusieurs dispositifs de communication numérique par faisceau optique en espace libre (FSO).
2. 2) Appareillage selon la revendication 1 ) caractérisé en ce que la canalisation (1 A) est conçue de telle façon qu’elle s’assemble mécaniquement à une autre canalisation de même type (1 A) par emboîtement de leur forme ou par liaisonnement à l’aide d’un accessoire mécanique (1 C), ledit assemblage assurant la continuité électrique du bus filaire multiconducteurs par conecteurs débranchables (1 D).
3. 3) Appareillage selon la revendication 2) caractérisé en ce que la canalisation (1 A) est pourvue d’un ou plusieurs logements creux (1B) disposant chacun d’un connecteur (1 F) identique permettant le raccordement au bus filaire multiconducteurs (1 E).
4. 4) Appareillage selon la revendication 3) caractérisé en ce que les logements (1 B) sont destinés à recevoir des dispositifs électroniques amovibles comportant un connecteur (3E) qui, lorsque le dispositif électronique est en place dans un quelconque des logements (1 B), se trouve couplé au connecteur (1 F) pour assurer le raccordement du dispositif électronique au bus filaire multiconducteurs (1 E), lesdits dispositifs électroniques étant pourvus d’un dispositif de communication par faisceaux optiques sans fils lui permettant d’échanger des messages numériques avec le dispositif électronique le précédant et/ou celui le suivant dans la canalisation (1A).
5. 5) Appareillage selon la revendication 2) caractérisé en ce que l’accessoire mécanique de jonction (1 C) est constitué d’un tronçon de canalisation comportant un ou plusieurs angles, ledit tronçon contenant un dispositif électronique assurant la continuité de la communication entre les deux canalisations auxquelles il est assemblé ainsi que la continuité électrique du bus filaire multiconducteur (1 E) desdites canalisations par connecteurs débranchables.
6. 6) Appareillage selon les revendications précédentes caractérisé en ce que certains dispositifs électroniques logés dans une canalisation (1 A) disposent, en plus d’une liaison optique sans fil, d’une ou plusieurs voies de communication sans fil par radiofréquence permettant au module électronique de dialoguer avec des équipements extérieurs à l’appareillage.
7. 7) Appareillage selon les revendications précédentes caractérisé en ce qu’un dispositif électronique logé dans la canalisation (1 A) assure le raccordement d’une alimentation extérieure au bus filaire multiconducteurs (1 E) de la canalisation (1 A) ainsi que le filtrage et la protection du bus filaire multiconduceurs (1 E) contre les surtensions, les perturbations électromagnétiques et/ou la foudre.
8. 8) Appareillage selon les revendications précédentes caractérisé en ce qu’un dispositif électronique logé dans la canalisation (1 A) dispose de capteurs pour mesurer des grandeurs physiques,et/ou détecter des mouvements de personnes ou de véhicules.
9. 9) Appareillage selon les revendications précédentes caractérisé en ce qu’un dispositif électronique logé dans la canalisation (1 A) possède une ou plusieurs voies de communication optique par infrarouge en espace libre lui permettant de dialoguer

   -13 avec une personne, un équipement et/ou un véhicule disposant de la même fonction, ce dernier pouvant être éloigné au plus d’une vingtaine de mètres dudit dispositif électronique.
10. 10) Appareillage selon les revendications précédentes caractérisé en ce qu’un dispositif électronique logé dans la canalisation (1 A) a pour fonction de piloter le fonctionnement d’un ou plusieurs luminaires qui lui sont raccordés selon les spécifications du standard DALI, et/ou par une commande analogique de gradation selon les spécifications du standard (1-10V).
11. 11) Appareillage selon la revendication 10) caractérisé en ce que le dispositif électronique dispose d’une fonction de transmission de données par la modulation de l’intensité lumineuse du ou des luminaires qu’il pilote.
12. 12) Appareillage selon la revendication 10) caractérisé en ce que le dispositif électronique détermine par la mesure et/ou le calcul l’énergie lumineuse d’éclairage produite instantanément par le ou les luminaires qu’il contrôle et utilise cette donnée pour calculer l’énergie lumineuse horaire moyenne produite par lesdits luminaires.
13. 13) Appareillage selon les revendications précédentes caractérisé en ce qu’il constitue une installation composée d’un ou de plusieurs ensembles indépendants (7C) composé chacun par l’assemblage de multiples canalisations (1 A) entres elles dans lesquelles sont logés de multiples dispositifs électroniques, lesdit ensembles (7C) communiquant avec un poste informatique de gestion centralisée local ou relié par Internet dont la fonction est de contrôler et/ou piloter et/ou surveiller le fonctionnement de ladite l’installation et d’échanger avec elle des informations et/ou des commandes et/ou des données.