TW201631861A - 以區域為群組基礎的開關控制系統 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種以區域為群組基礎的開關控制系統，主要係利用一建物的原始隔間作為群組單位，在該建物的一個以上隔間內分別設有一個以上的智慧型開關，每一智慧型開關係設於該隔間的開關接線盒內，與該開關接線盒原始佈建的用電設備電連接，各智慧型開關並接受一個以上電子裝置傳送的開關控制指令，以控制該開關接線盒所連接用電設備的啟閉，藉此將隔間內的用電設備群組化以接受遠端遙控；本發明控制系統的實現無須重新配線，故可有效降低使用成本。

Description

以區域為群組基礎的開關控制系統
本發明係一種電源開關的控制系統，尤指一種以區域為群組基礎，又以群組為控制對象的開關控制系統。
舉凡用電的設備都涉及用電的管理與控制，一般家電的控制較為單純，多半採取一對一的控制模式。但當控制的對象是例如大樓等大面積場所的用電設備時，其管理與控制即變得複雜很多。以大樓燈控系統為例，DALI (Digital Addressable Lighting Interface)的使用相當普遍，如圖12所示，其由一個控制器70透過兩條控制線71分別連接大樓內的各個燈具72，並使每個燈具72擁有固定的位址(address)，再由控制器70利用6位元的燈控訊號來控制各個燈具72的明滅，每一個燈具72會自行判斷控制器70送出的燈控訊號，並決定是否接受控制。
上述DALI的優點是便於控制且抗雜訊能力強，但也存在下列缺點： 1. 配線作業及衍生的實施成本問題：控制器70須透過兩條控制線71來傳輸燈控訊號，儘管電壓只有0-20V，但控制線71的絕緣必須與電源線相同等級，因此配線作業、材料與施工都是問題，且實施成本高。 2. 受限於6位元的燈控訊號，一個控制器70只能控制64座燈具。 3. 安裝與更新作業繁複：由於DALI是以每個燈具72為單位，若要同步控制同一區域內所有燈具72的啟閉，必須將該區域內所有燈具72的位址建立一個群組，才能一起關閉或開啟，因此其安裝、更新非常複雜費時。 4. 啟閉時間不一致：由於DALI的燈控信號傳輸速度較慢，容易造成墨西哥波的延遲開關效應，使得一個大面積照明場所前後的燈具啟閉時間不一致。 5. 故障排除的困擾：當一個燈具上的安定器損壞而須更換時，必須知道原先安定器的位址，也需要知道新的安定器的位址才能更新，而測試安定器位址需要特別的儀器，因此作業上並不方便。
由於網際網路的盛行，因此也運用在燈控上，如圖13所示，一個建築物內的所有燈具82與一路由器81建立網路連線，再由一電腦80透過路由器81控制各燈具82的啟閉，亦即構成所謂的物聯網(IOT, Internet Of Things)。
然而，採用IOT的每一個燈具82必須各自具有一無線發射器(wireless transmitter)及一無線接收器(wireless receiver)，才能連接無線網路，且與DALI相同，欲將同一區域內的多個燈具82連結在同一個網域中，必須用複雜的方式將各個燈具82放在同一個控制的群組內。換言之，IOT依然存在成本高及使用方式未盡便利的問題。
由上述可知，既有的燈控系統分別存在作業便利及使用成本高的問題，故有待進一步檢討，並謀求可行的解決方案。
因此本發明主要目的在提供一種以區域為群組基礎的開關控制系統，其利用建物內原本形成的區域特性作為受控群組的基礎，並利用該區域內原始的配線，得以無須重新配線，可兼收方便實施與降低成本之目的。
為達成前述目的採取的主要技術手段係令前述以區域為群組基礎的開關控制系統包括： 二個以上的智慧型開關，分別設於一建物內的一個以上隔間中，且安裝在該隔間內預設的開關接線盒內，而與該開關接線盒內的用電迴路連接；該智慧型開關係透過一無線通信協定接收一開關控制指令； 一電子裝置，用以產生一開關控制指令以透過該無線通信協定傳送給各智慧型開關。
前述開關控制系統主要是利用建物內原始規劃的隔間作為群組化的基礎，其將智慧型開關安裝在隔間內原先預設的開關接線盒內，並與開關接線盒內的用電迴路連接，由於開關接線盒是在建物完成之前即已針對其規劃隔間內的設備用電需求所預設，例如開關接線盒原來規劃用以連接隔間內的多數照明燈具及開關，以利用開關控制該多數照明燈具的啟閉，而本發明的開關控制系統將智慧型開關安裝在該開關接線盒內，並與開關接線盒內的照明燈具用電迴路連接，遂可由電子裝置對該隔間內的智慧型開關傳送開關控制指令，而由該隔間內的智慧型開關控制該隔間內所設多數燈具的啟閉，當建物內的各個隔間內分別在其預設的開關接線盒內安裝智慧型開關，則建物內各個隔間內的照明燈具即被分別定義為不同的群組，可由電子裝置進行群組化控制。
由於本發明的開關控制系統是利用建物隔間內預設的開關接線盒安裝智慧型開關，且由於該智慧型開關透過開關接線盒內的預設線路連接用電設備，因此無須基於控制目的重新配線，進而節省了配線作業的費用；再者，本發明的開關系統並不在受控的設備上安裝收發裝置，使用者可以沿用原來的設備，因此可大幅降低使用成本。
關於本發明一較佳實施例的系統架構，請參閱圖1所示，主要係於一建物10內一個以上的隔間內分設有一個以上的智慧型開關20，該智慧型開關20是安裝在該隔間內預設的開關接線盒30內，該開關接線盒30內預設有用電迴路以連接多數的用電設備，為方便說明與理解起見，本實施例中，該用電設備是以燈具40為例，但該用電設備並不以燈具為限，合先敘明。
在本實施例中，該建物10內計有三個隔間11~13，各個隔間11~13內分別預設有一開關接線盒30，供分別安裝一智慧型開關20,20’,20”，必須說明的是：建物10的每一個隔間11~13內可以預設但不限於一個開關接線盒30，意即每一隔間11~13內可能預設多個開關接線盒30，其全部或部分開關接線盒30用來安裝智慧型開關20,20’,20”。
請參閱圖2所示，該智慧型開關20係透過一無線通信協定接受一電子裝置50傳送的一開關控制指令，所稱的電子裝置50可以是行動裝置或個人電腦，該行動裝置可以是但不限於：智慧型手機、平板電腦或穿戴式裝置。本實施例中，該智慧型開關20包括一無線模組21、一處理單元22及一開關模組23，該無線模組21係供直接或間接與電子裝置50建立連線，據以連線的無線通信協定為IEEE 802.11(Wi-Fi)，該處理單元22與無線模組21構成雙向連接，並透過無線模組21接收該開關控制指令或發送資料，該開關模組23與處理單元22連接，以接受處理單元22根據接收的開關控制指令控制啟閉。當智慧型開關20安裝在開關接線盒30內時，該開關模組23係與開關接線盒30原始的配線連接，亦即原先由開關接線盒30上安裝開關所控制的用電設備，將改由智慧型開關20所控制，則當開關接線盒30原先係用來控制隔間內多數燈具40的開關，則在安裝智慧型開關20後，隔間內的多數燈具40將自然形成一個群組，由該開關接線盒30內安裝的智慧型開關20所控制。
關於本發明的又一較佳實施例，請參閱圖3所示，該智慧型開關20進一步包括一儲存單元24、一檢測模組25、一計時模組26及一個以上的感應器，當智慧型開關20應用在控制照明燈具40時，該智慧型開關20可進一步設有一調光器27，該開關模組23進一步連接一手動開關230，供使用者就近於開關接線盒30處以手動方式控制用電設備的啟閉。
該檢測模組25係與處理單元22連接，用以檢測用電設備的各項用電量資料，包括電壓、電流、功率及功率因數等，其取得資料傳送至處理單元22後將儲存在該儲存單元24中，該處理單元22可根據電子裝置50發出的請求讀取儲存單元24中的用電量資料，經由無線模組21傳送給電子裝置50。該計時模組26與處理單元22連接，該處理單元22可根據電子裝置50的開關控制指令對用電設備作自動開關控制，以定時地控制用電設備的啟閉。
如前揭所述，當智慧型開關20用以控制燈具40的啟閉時，其可進一步設置一調光器27，用以根據電子裝置50的請求或手動方式調整燈具40的亮度。所述的感應器係分別與處理單元22電連接，其包括不限於人體感應器281、溫度感測器282和／或光感應器283等；其中：該人體感應器27係用以感測隔間內是否有人，進而自動控制用電設備的啟閉，其可由紅外線、遠紅外線感應器構成。以燈具40控制為例，當智慧型開關20上的人體感應器27感應不到人體，表示隔間內的人員已經離開，將把感應訊號送給處理單元22，由處理單元22透過開關模組23關閉用電設備的電源。
該光感應器283用以感測隔間的照明亮度，當隔間具有開窗時，即具有自然光輔助照明，當隔間內的自然光照明充足，且光感應器283感測到總照度達到一設定值時將通知處理單元22，而由處理單元22透過調光器27將燈具40調整至適當的總照度。
該溫度感測器282係用以感測開關接線盒30附近的室溫高低，並將溫度感測訊號送給處理單元22，由處理單元22透過開關模組23開關用電設備或透過無線模組21傳送遙控指令，假設智慧型開關20係控制隔間內的空調設備，則在溫度感測器282感測到室內溫度達到一定溫度值以上，可自動啟動空調設備，在設定溫度值以下則可關閉空調或調整其風量。
除上述感應器外，本發明的智慧型開關20可以進一步整合其他形式的感測器，如圖4所示，該智慧型開關20進一步包括一煙霧感測器291、一一氧化碳感測器292和／或一二氧化碳感測器293，該煙霧感測器291、一氧化碳感測器292、二氧化碳感測器293分別與處理單元22連接。藉由在智慧型開關20中整合上述感測器，可用以偵測開關接線盒30附近是否產生煙霧或監測空氣中的一、二氧化碳的濃度是否過高。
為立即且積極的處置上述感測器的感測結果，該處理單元22可進一步連接一警報器294，以便在隔間內產生煙霧或一、二氧化碳濃度過高時產生警報訊號；而上述的感測訊號可同時傳送給電子裝置50。
如前揭所述，該電子裝置50可以無線方式直接對智慧型開關20傳送開關控制指令，也可以送出請求指令，由智慧型開關20直接回傳用電量資料、各項感測資訊給電子裝置50。除此以外，該智慧型開關20可將用電量、感測資訊傳送至一雲端伺服器60，電子裝置50除了可以就近一一由各個智慧型開關20取得各項資料，亦可自雲端伺服器60下載取得所有智慧型開關20的資料。請參閱圖5所示，在本實施例中，進一步包括一無線路由器61，該無線路由器61用來與各智慧型開關20、網際網路構成無線連結，藉此使智慧型開關20連結網際網路，並透過網際網路連接雲端伺服器60與電子裝置50。
在前述系統架構下，意味著電子裝置50除了可以透過Wi-Fi直接對智慧型開關20存取資料外，也可以透過網際網路與智慧型開關20連接，各智慧型開關20也可以透過網際網路將所屬群組的用電量資料上傳至雲端伺服器60，由電子裝置50透過網際網路自雲端伺服器60上下載各智慧型開關20所控制群組的用電量資料。除此以外，被設在建物10各隔間所設開關接線盒30內的智慧型開關20當然也可以作為一無線中繼站，供電子裝置50透過智慧型開關20連結網際網路。
請參閱圖6所示，係該電子裝置50一可行實施例的方塊圖，其包括一輸入模組51、一運算模組52、一無線傳輸模組53及一顯示模組54，該運算模組52分別與輸入模組51、無線傳輸模組53及顯示模組54連接，對於所屬技術領域具有通常知識者可以理解的是：當電子裝置50係具備觸控功能的行動裝置時，該輸入模組51、顯示模組54將被整合為一觸控面板。再者，該電子裝置50的運算模組52安裝有一應用程式，以執行對智慧型開關20的開關控制及資料存取。當電子裝置50為智慧型手機或平板電腦時，所稱的應用程式為一行動應用程式(App)，並提供一操作介面，請參閱圖7所示，係該操作介面一可行實施例的示意圖，其包括一開關控制頁面55，該開關控制頁面55上顯示有各個智慧型開關的控制選項，每一個控制選項包含一開關推鍵551，當使用者將開關推鍵551推向開啟(on)狀態，電子裝置50即對相應的智慧型開關20送出”開啟”的控制命令，反之，若開關推鍵551被推向關閉(off)狀態，電子裝置50即送出”關閉”的控制命令給智慧型開關20。
當使用者點擊一智慧型開關20的控制選項時，該操作介面將進一步提供該智慧型開關20的一用電資料顯示頁面56(如圖8所示)，該用電資料顯示頁面56將顯示該智慧型開關20所控制群組的各項用電量資料，包括電壓(V)、電流(I)、功率(P)、用電量(E)、功率因數(PF)、電費(Cost)等，以利於使用者監控管理該受控群組之用電。
由於該智慧型開關20進一步整合有計時模組26，因此電子裝置50的操作介面進一步對每一個智慧型開關20提供一定時開關設定頁面57(如圖9所示)，供使用者進行定時開關控制，其提供一期間(例如”週”)內每一時間單位(例如”日”)的開啟與關閉時間，由使用者自行設定後儲存，並送出至對應的智慧型開關20之儲存單元24儲存，該智慧型開關20的處理單元22根據儲存單元24的資料及計時模組26的計時狀態，以透過開關模組23對用電設備執行定時開關控制。
由上述說明可瞭解本發明各可行實施例的具體構造，關於其運作與使用方式詳如以下所述： 本發明的開關控制系統主要是利用建物10內原始規劃的隔間作為群組化的基礎，意即使各隔間內原本由開關接線盒30所控制的用電設備自然形成受控群組，為達到自然群組控制的目的，本發明將智慧型開關20安裝在隔間中的開關接線盒30內，且與開關接線盒30內原本連接用電設備的用電迴路連接，以辦公大樓中的會議室、辦公室之照明燈具40為例，每一開關接線盒30負責多組燈具40的啟閉控制，該等規劃是在建物完成之前即已針對該隔間內的照明需求所設計，因此以該隔間內由各個開關接線盒30為核心所構成的自然群組為最適切的控制機制。
請參閱圖1所示，該建物10的各個隔間11~13內分設有多數燈具40及多個開關接線盒30，每一個隔間11~13內的開關接線盒30分別與該隔間內多個燈具40連接以控制其啟閉，因此各個隔間11~13內的燈具40以連接的開關接線盒30為核心而分別構成一受控群組，而各個開關接線盒30分別安裝一智慧型開關20,20’,20”，且分別與對應的燈具40相連接；藉此，可利用一個電子裝置50逐一或同時地對各個智慧型開關20,20’,20”傳送開關控制指令，以逐一或同時地控制各個隔間11~13內所設燈具40的啟閉。
關於本發明的另一種使用態樣請參閱圖10、圖11，如圖所示為一會議室100的示意圖，其內部安裝有多數燈具40及多個開關接線盒30A~30H，每一個開關接線盒30A~30H分別與其鄰近的多個燈具40連接，並控制其啟閉，因此該等燈具40基於與各個開關接線盒30A~30H之連接關係而自然形成多個受控群組40A~40H。而本發明在前述的各個開關接線盒30A~30H分別安裝一智慧型開關20A~20H，且分別與對應受控群組40A~40H的燈具40相連接；藉此，利用一個電子裝置50可逐一或同時地對各個智慧型開關20A~20H傳送開關控制指令，使各個受控群組40A~40H個別或同時接受開啟或關閉控制。
經使用本發明的開關控制系統後，所能獲致的優點至少包括： 1. 施工便利：由於本發明的開關控制系統是利用建物隔間內預設的開關接線盒安裝智慧型開關，各個智慧型開關並透過開關接線盒內的預設線路連接用電設備，因此無須基於控制目的重新配線，具有施工簡便的優點。 2. 大幅降低成本：由於本發明節省了配線作業的費用，且本發明的開關系統並不在受控的用電設備上安裝收發裝置，因此使用者可以沿用原來的用電設備，因此可大幅降低使用成本。關於本發明的開關控制系統與既有DALI、IOT系統就成本上的差異可由下表輕易看出(100,000平方英呎商業大樓的照明需求為例)： 3. 可擴充各種各種感測功能：本發明除可由智慧型開關檢測其控制群組的各種用電量資料，並回饋給電子裝置和／或雲端伺服器外，更可進一步整合各種感應器，以配合智慧型開關進行開關控制，如整合光感應器與調光器將空間內的照明調整至最適照度；溫度感應器可以配合空調溫度或風量的調整；人體感應器則可偵測人員是否離開，以執行自動開關控制；煙霧及一氧化碳、二氧化碳感測器則具有保全與監控室內空氣品質的效果；計時模組的使用則可對用電設備進行定時開關控制，以提高用電效率。
10‧‧‧建物
100‧‧‧會議室
11~13‧‧‧隔間
20,20’,20”20A~20H‧‧‧智慧型開關
21‧‧‧無線模組
22‧‧‧處理單元
23‧‧‧開關模組
230‧‧‧手動開關
24‧‧‧儲存單元
25‧‧‧檢測模組
26‧‧‧計時模組
27‧‧‧調光器
281‧‧‧人體感應器
282‧‧‧溫度感測器
283‧‧‧光感應器
291‧‧‧煙霧感測器
292‧‧‧一氧化碳感測器
293‧‧‧二氧化碳感測器
294‧‧‧警報器
30,30A~30H‧‧‧開關接線盒
40‧‧‧燈具
40A~40H‧‧‧受控群組
50‧‧‧電子裝置
51‧‧‧輸入模組
52‧‧‧運算模組
53‧‧‧無線傳輸模組
54‧‧‧顯示模組
55‧‧‧開關控制頁面
551‧‧‧開關推鍵
56‧‧‧用電資料顯示頁面
57‧‧‧定時開關設定頁面
60‧‧‧雲端伺服器
61‧‧‧無線路由器
70‧‧‧控制器
71‧‧‧控制線
72‧‧‧燈具
80‧‧‧電腦
81‧‧‧路由器
82‧‧‧燈具
圖1 係本發明一較佳實施例的系統架構示意圖。 圖2 係本發明一較佳實施例中該智慧型開關的方塊圖。 圖3 係本發明又一較佳實施例中該智慧型開關的方塊圖。 圖4 係本發明再一較佳實施例中該智慧型開關的方塊圖。 圖5 係本發明再一較佳實施例的系統架構示意圖。 圖6 係本發明一較佳實施例的電子裝置方塊圖。 圖7 係本發明一較佳實施例的電子裝置之一操作介面示意圖。 圖8 係本發明一較佳實施例的電子裝置又一操作介面示意圖。 圖9 係本發明一較佳實施例的電子裝置再一操作介面示意圖。 圖10 係本發明又一較佳實施例的系統架構示意圖。 圖11 係本發明又一較佳實施例的使用狀態示意圖。 圖12 係現有用於燈控之DALI系統示意圖。 圖13 係現有用於燈控之IOT系統示意圖。
10‧‧‧建物
11~13‧‧‧隔間
20,20’,20”‧‧‧智慧型開關
30‧‧‧開關接線盒
40‧‧‧燈具
50‧‧‧電子裝置

Claims (14)

  1. 一種以區域為群組基礎的開關控制系統，包括： 二個以上的智慧型開關，分別設於一建物內的一個以上隔間中，且安裝在該隔間內預設的開關接線盒內，而與該開關接線盒內的用電迴路連接；該智慧型開關係透過一無線通信協定接收一開關控制指令； 一電子裝置，用以產生一開關控制指令以透過該無線通信協定傳送給各智慧型開關。
  2. 如請求項1所述以區域為群組基礎的開關控制系統，該智慧型開關包括： 一無線模組，供與該電子裝置建立連線； 一處理單元，與該無線模組構成雙向連接； 一開關模組，係用與該開關接線盒內的用電迴路連接，且受控於該處理單元。
  3. 如請求項2所述以區域為群組基礎的開關控制系統，該智慧型開關進一步包括： 一檢測模組，係與該處理單元連接，用以檢測用電設備的各項用電量資料； 一儲存單元，與該處理單元連接，用以儲存該用電量資料； 一計時模組，係與該處理單元連接。
  4. 如請求項3所述以區域為群組基礎的開關控制系統，該開關模組連接一手動開關。
  5. 如請求項3所述以區域為群組基礎的開關控制系統，該智慧型開關進一步包括一調光器及一光感應器，該調光器與光感應器分別與該處理單元連接。
  6. 如請求項3所述以區域為群組基礎的開關控制系統，該智慧型開關進一步包括一人體感應器，該人體感應器與該處理單元連接。
  7. 如請求項3所述以區域為群組基礎的開關控制系統，該智慧型開關進一步包括一溫度感測器，該溫度感測器與該處理單元連接。
  8. 如請求項3所述以區域為群組基礎的開關控制系統，該智慧型開關進一步包括一煙霧感測器，該煙霧感測器與該處理單元連接。
  9. 如請求項3所述以區域為群組基礎的開關控制系統，該智慧型開關進一步包括一一氧化碳感測器，該一氧化碳感測器與該處理單元連接。
  10. 如請求項3所述以區域為群組基礎的開關控制系統，該智慧型開關進一步包括一一氧化碳感測器，該一氧化碳感測器與該處理單元連接。
  11. 如請求項8至10中任一項所述以區域為群組基礎的開關控制系統，該處理單元連接有一警報器。
  12. 如請求項1至10中任一項所述以區域為群組基礎的開關控制系統，進一步包括： 一無線路由器，係與各智慧型開關構成無線連接，供各智慧型開關連接網際網路； 一雲端伺服器，係透過網際網路與該無線路由器和／或該電子裝置連接。
  13. 如請求項12所述以區域為群組基礎的開關控制系統，該電子裝置安裝有一應用程式，並提供一操作介面，該操作介面包括： 一開關控制頁面，供顯示有各個智慧型開關的控制選項，每一個控制選項包含一開關推鍵； 一用電資料顯示頁面，用以顯示該智慧型開關所控制群組的各項用電量資料； 一定時開關設定頁面，供使用者對各個智慧型開關進行定時開關控制。
  14. 如請求項13所述以區域為群組基礎的開關控制系統，該電子裝置包括一輸入模組、一運算模組、一無線傳輸模組和一顯示模組，該輸入模組、無線傳輸模組及顯示模組分別與該運算模組連接。
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