TWI394383B - 無線多主控制器群組結構及定址方法 - Google Patents

Description

無線多主控制器群組結構及定址方法

本發明是有關於一種照明系統的定址方法及其裝置，且特別是有關於一種數位定址照明介面(Digital Addressable Lighting Interface，DALI)的定址方法及其裝置。

DALI是用於照明控制新的數位標準。只要簡單地安裝一個典型的1－10V介面就能結合智慧型照明控制之便利，並且解決了1－10V介面與繁複之商業系統之間匹配上的問題。此外，DALI是電子安定器新的介面標準，DALI能使電子安定器所有必須的功能以數位來控制，因此，電子安定器有了符合這個標準的設計就能執行控制器傳來的指令。此設計成為控制空間照明之便利方法，其主要的目標就是在確保照明系統及其有關照明元件儘可能簡單地操作。下面所述是幾種已經使用的習知技術。

中華民國專利公報第552510號揭示一種有線式數位可定址發光介面(DALI)，其目的是以接線方式在DALI匯流排上傳輸控制命令。該專利以PC作為操作控制平台，並且經DALI介面的電氣特性轉換來傳輸命令。藉此，達到對DALI元件進行調光控制、對DALI元件進行情境及群組控制以及主控端與DALI元件端為雙向傳輸等的功能。然而，此專利技術卻難以達到多主控制器(Multi－Master)的功能，以及當有多個DALI元件時，將造成配接線的不易。

此外，中華民國專利公報公告第200526083號揭示一種無線式燈具群組開關控制介面，其目的是以無線單向傳輸方式進行燈光控制。該技術利用矩陣電路來選擇群組化開關，並且使用高頻無線技術，進行群組開關遙控。藉此，達成群組化燈具開關，同時開啟及關閉一組燈具。此外，尚可以無線單向遙控方式控制。但是，該技術無法進行燈具調光動作，只有燈具開啟及關閉。另外，在一群組下之所有燈具，無法獨立運作。再者，只有單向傳輸，接收端無法傳回回覆信號。

此外，中華民國專利公報第304653號揭示一種無線式可定址燈具介面，其目的為以無線單向傳輸方式進行燈具定址及燈光控制。此技術利用編、解碼電路進行定址，並且使用使用高頻無線技術，進行控制碼傳輸。藉此，達成可定址、對燈具進行調光控制、以及以無線單向遙控方式控制等功能。但是，此技術只有單向傳輸，接收端無法傳回回覆信號，另外只能二階層樹狀結構的點對點單向傳輸定址。

綜上所述，目前的DALI技術大部分是單向傳輸的架構，而且是二階層樹狀結構的點對點單向傳輸定址功能。這對於目前調光控制來說，需要更進一步地改善。

有鑑於上述說明，本發明提出一種無線數位多主控制器群組架構及其定址方法，其可與數位可定址發光介面裝置相容並且不失原來多主控制器之功能特點。

依據本發明提出一種無線多主控制器群組結構之一實施範例，無線多主控制器群組結構包括根主控制器、多數個主控制器群組以及多數個發光裝置群。根主控制器具有無線主控制器功能。該些主控制器群組與根主控制器進行無線雙向傳輸。該些發光裝置群，分別連接到各該些主控制器群組。各該發光裝置群具有至少一個發光裝置，可以相應的各主控制器群組進行無線雙向傳輸。其中藉由根主控制器來的控制命令，對該些主控制器群組與該些發光裝置群進行定址。

此外，依據本發明提出一種無線多主控制器群組定址方法之實施範例，設置一至少三階層多主控器群組架構，三階層多主控器群組架構包括根主控制器，其具有無線主控制器功能；多數個主控制器群組，與根主控制器進行無線雙向傳輸；以及多數個發光裝置群，分別連接到各該些主控制器群組節點，其中各發光裝置群具有至少一個發光裝置，可以相應的主控制器群組節點進行雙向傳輸。接著，由根主控制器產生控制命令。以控制命令，對該些主控制器群組與該些發光裝置群進行定址動作。

根據本發明的無線多主控制器群組結構及定址方法，透過主控制器群組的設定，可以達到三層雙向溝通的架構，使得定址與控制更為多樣化。此外，藉此架構更可以達成三階層樹狀結構的點對點雙向傳輸定址。

此外，透過本發明的無線多主控制器群組結構及定址方法，其可與數位可定址發光介面裝置相容並且不失原來多主控制器之功能特點。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉依據本發明之實施範例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

本發明所提到的ZigBee^TM 是一種無線網路協定，主要由ZigBee聯盟制定，底層可採用IEEE 802.15.4標準規範的媒體存取層與實體層。主要特色有低速、低耗電、支援大量網路節點、支援多種網路拓撲。

ZigBee模組適合應用在各類型感應式網路環境與各類電子周邊產品，包括：工業監控、家庭環境日常生活監控應用、消費性電子產品、PC週邊、醫療監控、玩具等，對整個產業界來說，商機相當可觀。安全監測、能源管理、健康照護等服務，皆是根基於具有環境感知能力的無線感測網路環境。ZigBee模組是以樹狀為主要通訊架構，並延伸出星狀(Star)及網狀(Mesh)通訊架構，ZigBee模組除可獨立或內嵌於各種3C產品負責終端感知外，每個ZigBee模組都可以擔任中繼封包路由器(Router)，各ZigBee模組間不需任何實體線路。換句話說，如果家具內嵌ZigBee晶片，它本身就是一個感測器，也可以同時擔任路由工作，輕易達成無線感測網路的架設。

圖1繪示一般ZigBee無線技術之廣播模式的示意圖。如圖1所示，一般的ZigBee無線技術之廣播模式為二階層樹狀結構，其僅能達到一對多節點雙向傳輸。例如。做為主控制器根節點(master root)的A可以對多個子節點B進行傳輸，此子節點B即為僕級裝置(slave device)。一般，主控制器A能控制如0~65535個僕級裝置B。大於二階層樹狀結構，便只有點對點雙向傳輸模式，亦即無法再以廣播的方式進行雙向傳輸。

圖2繪示本發明之一實施範例無線技術之多主控制器群組架構模式的示意圖。如圖2所示本發明的多主控制器群組架構(multi－master controller group structure)具有主控制器根部A可連接多個主控制器群組節點B，例如0~65535個。每個主控制器群組節點B基本上都具備主控制器的功能。換句話說，根節點A可以連接n個類似圖1的子樹狀結構Bn。

另外，因為第二層的節點Bn為主控制器群組節點，所以每個節點Bn還可以連結m個子節點Cm。又因為節點Bn為主控制器群組節點，所以任一節點Bn與其所連接的子節點Cm均可以廣播方式進行雙向傳輸。為了區分，將各主控制器群組節點所連接的多個子節點Cm定義為一個子節點群，而每個子節點群可以不具備子節點，或得以連接到64個。

故，藉由圖2的架構，本實施例可以實現三階樹狀構的一對多節點雙向傳輸，即可達到數位可定址發光介面裝置的多主控制器定址功能。在有線式數位可定址發光介面裝置之多主控制器功能中，可容許連接無限個主控制器。經過無線化後，如圖1所示，在多主控制器群組架構之下，其根節點A的最大分支度(degree)為65536，即可接主控制器(Bn)的最大數目為65536個。

圖3繪示在本發明一實施範例多主控制器群組架構下之群組與情境設定模式示意圖。在圖2的多主控制器群組架構下，可對各主控制器群組節點(子樹)Bn所連接的各子節點Cm進行任意區域群組化。在此例中，最大區域群組數可設為16組，且可設定16組情境(scene)或個別獨立定址。另外，各子樹之子節點Cm位址可與其他子樹之子節點位址重複，以一對多的廣播模式(Broadcast Mode)進行控制命令傳輸。

如圖3所示，在各子節點Cm中，以方形虛線圍起的代表群組化的部份，而以圓形虛線圍起的代表情境部份。因此，透過此架構，可以對子節點Cm進行定址，組織群組與情境等，進而對所連接的燈具進行調光等控制。

群組例如是可以把數個子節點Cm整合成一個群組，以進行統一動作等，亦即統一控制。情境例如是可以在特定時間，控制燈光的輸出量。例如，在會議結束後，某些燈具以漸亮的方式逐漸點亮，以控制會場氣氛等。

圖4繪示一實施範例多主控制器群組架構的示意圖。如圖4所示，多主控制器群組架構可以包括主控制器群組選擇器14、解碼編碼器16、辨識單元18、微處理器10與記憶體12等。記憶體例如可以是隨機存取記憶體(random access memory，RAM)。參考圖2與圖4，主控制器群組選擇器14主要是用來對圖2之主控制器群組節點Bn進行定址，亦即選擇主控制器群組節點Bn。解碼編碼器16主要是對子節點Cm傳送與接收的封包進行編碼與解碼。最後透過辨識單元18進行識別碼驗證，將定址結果記憶到記憶體12中。微控制器10可以用來控制整個多主控制器群組架構。

圖5繪示本實施例定址方法的流程示意圖。在步驟S100，啟動服務程式，即定址程序。接著，在步驟S102，判斷是否有中斷訊號，並且在步驟S104偵測封包(package)。在步驟S106，偵測是否為主控制器群組節點Bn。當不是設定的主控制器群組節點Bn時，則回到步驟S100的服務程式，進入待命狀態。當是設定的主控制器群組節點Bn時，在步驟S108，在控制命令記錄旗標的狀態，並執行步驟S110的中斷服務程式，再回到服務程式S100。

圖6繪示本實施例之僕級裝置的結構示意圖。僕級裝置相當於圖2的主控制器群組Bn，每個均具有相當於根節點A之做為主控制器的功能。如圖6所示，僕級裝置包括Zigbee傳收器單元20、處理器模組22、多主控制器控制器(群組結構)24、光學隔離單元26、電壓轉換模組28，其連接關係如圖所示例。電壓轉換模組28可以透過匯流排(例如DALI匯流排)，與DALI發光裝置連接，藉以控制主控制器群組Bn所連接的數個燈具(如圖2的子節點Cm)的調光與控制等。

Zigbee傳收器單元20為無線網路的傳送接收電路，透過Zigbee傳收器單元20，主控制器群組Bn可以與根節點A的主控制器進行無線雙向傳輸通訊。亦即，根節點A之主控制器所發出的命令可以透過天線傳送到主控制器群組Bn之Zigbee傳收器單元20，在經過其上述內部電路，對所連接的DALI燈具進行控制。反之，所連接之DALI燈具的狀況也可以透過Zigbee傳收器單元20傳送到根節點A之主控制器，使根節點可以即時掌握子節點Cm之各燈具的狀況，達成三階層無線雙向溝通的控制。

處理器22可以包括微處理器MCU與記憶體，記憶體例如是隨機存取記憶體RAM等。微處理器MCU與記憶體可以整合在一起或分開設置。處理器22得以控制整個主控制器群組Bn。主控制器群組Bn更包括一多主控制器控制器24，其為群組結構。主控制器群組Bn可以用以對圖2的節點Bn與Cm進行定址；例如，設定如圖3所示的群組設定與情境設定等。多主控制器控制器24也可以設置在處理器模組中，整合為一體。

透過Zigbee傳收器單元20接收來自根節點A之主控制器所發出的命令，處理器模組22可以控制多主控制器控制器24進行設定。此外，電壓轉換模組28可以包括電壓轉換器28a以及箝制器比較器單元28b等，主要可以控制與提供DALI燈具所需要的控制訊號電壓，以達到對DALI燈具的調光控制。箝制器比較器單元28b可用以與參考電壓進行比較，將電壓箝制在預定準位。

圖7繪示本實施例之根主控制器裝置的結構示意圖。如圖7所示，圖2之根主控制器A可以包括Zigbee傳收器單元36、編碼解碼器32與控制命令單元30等，其連接關係如圖所例示。控制命令單元30是用以產生根主控制器A的控制命令，以對節點Bn與節點Cm進行定址與控制。編碼解碼單元32可以對控制命令進行編碼，之後再透過Zigbee傳收器單元36，以無線方式傳送給主控制器群組節點Bn。另外，當根主控制器A接收來自控制器群組Bn傳來的訊息，可以使用編碼解碼單元32對該訊息進行解碼。

此外，Zigbee傳收器單元36可以將根主控制器A的控制命令傳送給控制器群組Bn；反之，也可以接收來自控制器群組Bn傳來的訊息。根主控制器A可以更包括一連接器，用以連接Zigbee傳收器單元36與編碼解碼器32。此連接器例如是USB傳收單元34。

圖8繪示控制指令傳輸格式的示意圖。如圖8所示，控制命令40包括控制命令區42與資料區44。資料區44可以更包括邏輯資料區44a與參數B－Φ－L資料區(如相位、準位等的B－Φ－L資料)44b等。控制命令區可以更包括狀態暫存器42a與多主控制器群組42b，而狀態暫存器42a例如是ID碼等。

圖9繪示應用本實施例之架構示例圖，其可以與圖2相對應。根主控制器部分(圖2之根節點A)包括DALI主控制器根裝置50，其更可以連接到控制介面，例如由Java介面54與PC命令控制所構成。此處DALI主控制器根裝置50的結構可以如圖7所示一般。另外，圖2之主控制器群組節點Bn部分相當於圖9之DALI僕級裝置62、64，在此列出2個做為說明之用，實際上可以配置65536個。此處DALI僕級裝置62、64的結構可以如圖6所示一般。在此，DALI僕級裝置62、64基本上是做為第二層的主控制器，得以與發光裝置進行雙向溝通。

DALI主控制器根裝置50以及DALI僕級裝置62、64可以使用Zigbee無線傳輸模組來進行雙向通訊。

每個DALI僕級裝置62、64可以更連接到DALI發光裝置，如DALI發光裝置72連接到DALI僕級裝置62，而DALI發光裝置74、76、78連接到DALI僕級裝置64。僕級裝置62、64可以透過DALI介面分別與DALI發光裝置72、74、76、78進行控制命令的傳送以及發光裝置狀態的回傳。

圖9的操作基本上可以參考圖6與圖7的說明而得知，在此不多說明。DALI主控制器根裝置50傳送命令給僕級裝置62、64，以對僕級裝置62、64以及DALI發光裝置72、74、76、78進行定址。藉此，可以對DALI發光裝置72、74、76、78進行群組化與情境的設定。

綜上所述，根據本發明的無線多主控制器群組結構及定址方法，透過主控制器群組的設定，可以達到至少三層雙向溝通的架構，使得定址更為多樣化。此外，藉此架構更可以達成至少三階層樹狀結構的點對點雙向傳輸定址。此外，透過本發明的無線多主控制器群組結構及定址方法，其可與數位可定址發光介面裝置相容並且不失原來多主控制器之功能特點。

雖然本發明已以實施範例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10．．．微處理器

12．．．記憶體

14．．．主控制器群組選擇器

16．．．編碼器解碼器單元

18．．．辨識單元

20．．．Zigbee傳收器單元

22．．．處理器模組

24．．．多主控器控制器

26．．．光學隔離器單元

28．．．電壓轉換單元

28a．．．電壓轉換器

28b．．．箝制器與比較器單元

30．．．控制命令單元

32．．．編碼器解碼器單元

34．．．USB接收器單元

36．．．Zigbee傳收器單元

40．．．控制命令格式

42．．．控制命令區

44．．．資料區

42a．．．狀態暫存器

42b．．．多主控器群組

44a．．．邏輯資料

44b．．．參數資料

50．．．DALI主控制器根裝置

52．．．PC控制命令

54．．．Java介面

62、64．．．DALI僕級裝置

72、74、76、78．．．DALI發光裝置

圖1繪示一般ZigBee無線技術之廣播模式的示意圖。

圖2繪示本發明之一實施範例無線技術之多主控制器群組架構模式的示意圖。

圖3繪示在本發明多主控制器群組架構下之群組與情境設定模式示意圖。

圖4繪示多主控制器群組架構之示意圖。

圖5繪示本發明之一實施範例定址方法的流程之示意圖。

圖6繪示本實施例之僕級裝置的結構之示意圖。

圖7繪示本實施例之根主控制器裝置的結構之示意圖。

圖8繪示控制指令傳輸格式之示意圖。

圖9繪示應用本實施例之架構之示意圖。

A．．．根主控器

Bn．．．主控制器群組

Cm．．．子節點(發光裝置)

Claims (17)

1. 一種無線多主控制器群組結構，包括：一根主控制器，具有無線主控制器功能；多數個主控制器群組，與該根主控制器進行無線雙向傳輸；以及多數個發光裝置群，分別連接到各該些主控制器群組節點，其中各該發光裝置群具有至少一個發光裝置，可與相應的該主控制器群組節點進行雙向傳輸，其中藉由該根主控制器來的一控制命令，對該些主控制器群組與該些發光裝置群進行定址。
2. 如申請專利範圍第1項所述之無線多主控制器群組結構，其中該根主控制器更包括：一控制命令單元，用以產生該控制命令；一編碼解碼器，耦接至該控制命令單元，用以對該控制命令進行編碼，或對來自各該些主控制器群組的訊息進行解碼；以及一無線傳收器單元，耦接至該編碼解碼器，用以與各該些主控制器群組進行無線雙向傳輸。
3. 如申請專利範圍第2項所述之無線多主控制器群組結構，其中該無線傳收器單元為一Zigbee傳收器單元。
4. 如申請專利範圍第2項所述之無線多主控制器群組結構，其中該根主控制器更包括一連接器，用以連接該編碼解碼器與該無線傳收器單元。
5. 如申請專利範圍第4項所述之無線多主控制器群組結構，其中該連接器為一USB傳收器。
6. 如申請專利範圍第1項所述之無線多主控制器群組結構，其中各該主控制器群組更包括：一無線傳收器單元，用以與該根主控制器進行無線雙向傳輸；一處理器模組，耦接至該無線傳收器單元，用以控制該主控制器群組；一多主控制器控制器，耦接至該處理器模組，用以對該些主控制器群組進行群組化與定址；一電壓轉換模組，耦接至該處理器模組與該多主控制器控制器，用以產生至少一電壓，提供給該發光裝置。
7. 如申請專利範圍第6項所述之無線多主控制器群組結構，其中該無線傳收器單元為一Zigbee傳收器單元。
8. 如申請專利範圍第6項所述之無線多主控制器群組結構，其中該處理器模組更包括一微處理器與一記憶體。
9. 如申請專利範圍第6項所述之無線多主控制器群組結構，其中該多主控制器控制器與該處理器模組整合為一，或分別設置。
10. 如申請專利範圍第6項所述之無線多主控制器群組結構，其中該電壓轉換模組更包括：一電壓轉換器，以產生該電壓；以及一箝制器與比較器，耦接至該電壓轉換器，用以與一參考電壓進行比較，將該電壓箝制在一預定準位。
11. 如申請專利範圍第1項所述之無線多主控制器群組結構，其中各該發光裝置為一數位定址照明介面(Digital Addressable Lighting Interface，DALI)發光裝置。
12. 如申請專利範圍第11項所述之無線多主控制器群組結構，其中各該DALI發光裝置與各該多主控制器群組以一DALI匯流排連接。
13. 一種無線多主控制器群組定址方法，包括：設置一至少三階層多主控器群組架構，該三階層多主控器群組架構包括一根主控制器，具有無線主控制器功能；多數個主控制器群組，與該根主控制器進行無線雙向傳輸；以及多數個發光裝置群，分別連接到各該些主控制器群組節點，其中各該發光裝置群具有至少一個發光裝置，可以相應的該主控制器群組節點進行雙向傳輸；由該根主控制器產生一控制命令；以及以該控制命令，對該些主控制器群組與該些發光裝置群進行一定址動作。
14. 如申請專利範圍第13項所述之無線多主控制器群組定址方法，其中該些主控制器群組回傳一回復訊號給該根主控制器。
15. 如申請專利範圍第13項所述之無線多主控制器群組定址方法，其中該主控制器群組以一群組方式設定一區域群組，並進行該定址動作。
16. 如申請專利範圍第13項所述之無線多主控制器群組定址方法，其中該定址動作以仲裁方式進行。
17. 如申請專利範圍第13項所述之無線多主控制器群組定址方法，其中各該些發光裝置為獨立定址與調光。