TWI399130B - Two - line lighting system with intelligent energy - saving control - Google Patents

Description

具智慧型節能控制之二線式照明系統

本發明係有關於一種具智慧型節能控制之二線式照明系統及其控制方法，透過本發明之裝置照明控制器可以來控制多組或是單一照明設備，且該照明控制器可以透過無線方式接收各種裝置所發送的控制信號，依據不同的控制信號來控制照明設備，以達到多元化的控制機制。

隨著近年來科技不斷的進步，在這科技發展快速的時代，我們對於能源的需求也日益遽增，這些看來取之不盡、用之不竭的能源，隨著人們不珍惜並且大量使用之下，有逐漸枯竭的情形。且台灣由於四面環海受地形限制能源匱乏，95%以上的能源需依靠國外進口，且人們在各項社會活動中皆需使用到能源，所以必須要有效利用能源，減少對於環境的影響。而照明與人們生活息息相關，已是人們生活中不可或缺的一環，隨著生活水準不斷的提高，家電用品普及，造成用電量不斷攀升，其中照明設備佔總用電量的20%以上，尤其是以百貨公司的照明設備其用電量佔了總用電量的30%以上，所以如何提升照明效率及減少照明用電量是我們必須探討的問題。

目前市面上大都是使用傳統式照控制，而目前傳統式照明控制方式為照明設備主電路與控制電路串聯，當需由兩處開關控制一照明設備時，需三條控制線，所以當控制開關越多，則控制線路越複雜，且施工複雜和維修不易，而當要擴充照明設備至傳統式照明控制方式的系統時，除了施工複雜和維修不易之外，並且會造成大量線材的浪費。而二線式照明控制為系統控制電路與照明設備電路分離，其控制方法是經由控制主機透過二線式訊號線，連結所需之照明設備與控制開關，其控制線路也不因開關增多而使線路複雜，且維修容易。

針對上述傳統照明習知技術之缺點，本發明提供一種具智慧型節能控制之二線式照明系統及其控制方法，以改善上述之缺點。

本發明之一目的係提供一種具智慧型節能控制之二線式照明系統，其可結合無線通訊網路Zigbee與具智慧型節能與監控之二線式照明系統，以實現多元節能策略，可有效降低照明系統之用電量與裝置成本，以達智慧型節能的目的。

為達上述之目的，本發明之一種具智慧型節能控制之二線式照明系統，其包括：一電腦主機，其上具有一人機介面及一第一無線模組，其中該人機介面可供操控及設定至少一照明設備之控制參數與顯示該照明設備的使用狀態並可輸出一控制信號，且每一照明設備具有至少一燈管；一第二無線模組，耦接至該第一無線模組，可經由無線方式與該第一無線模組通訊；以及一照明控制器，其一端耦接至該第二無線模組；以及一繼電器，其一端耦接至該照明控制器，另一端則耦接至該照明設備，可接受該照明控制器之控制而改變該照明設備的使用狀態。

為達上述之目的，本發明之一種二線式照明系統之控制方法，其中該二線式照明系統包括一電腦主機，其上具有一人機介面，且該人機介面上具有一開啟按鈕及一關閉按鈕、一照明控制器、一繼電器、一遠端遙控器、一光感測器以及一控制按鈕，其包括下列步驟：判斷該控制按鈕或是該遠端遙控器是否有按下，若是則該照明控制器控制該繼電器由開啟變成關閉或由關閉變成開啟，並傳送該繼電器的狀態至該人機介面；判斷該光感測器是否傳送開啟訊號，若是則該照明控制器控制該繼電器開啟，並傳送開啟訊號至該人機介面；判斷該光感測器是否傳送關閉訊號，若是則該照明控制器控制該繼電器關閉，並傳送關閉訊號至該人機介面；判斷該繼電器是否由關閉被撥動至開啟位置，若是則該繼電器被開啟，並傳送開啟訊號至該人機介面；判斷該繼電器是否由開啟被撥動至關閉位置，若是則該繼電器被關閉，並傳送關閉訊號至該人機介面；判斷該開啟按鈕是否被按壓，若是則該繼電器被開啟，並傳送開啟訊號至該人機介面；以及判斷該關閉按鈕是否被按壓，若是則該繼電器被關閉，並傳送關閉訊號至該人機介面。

為使 貴審查委員能進一步瞭解本發明之結構、特徵及其目的，茲附以圖式及較佳具體實施例之詳細說明如后。

請一併參照圖1至圖3，其中圖1繪示本案一較佳實施例之具智慧型節能控制之二線式照明系統之方塊示意圖；圖2繪示本案一較佳實施例之照明控制器之細部示意圖；圖3繪示本案一較佳實施例之人機介面之示意圖。

如圖所示，本發明一較佳實施例之具智慧型節能控制之二線式照明系統，其包括：一電腦主機10，其上具有一人機介面11及一第一無線模組12；一第二無線模組20；一照明控制器30以及一繼電器40所組合而成者。

其中，該電腦主機10可為一個人電腦或筆記型電腦，該人機介面11係使用LabVIEW圖控式程式所製作，LabVIEW是由美商國家儀器(NS)公司於1986年所發展出來的一套軟體，其為一種應用發展程式，就如同C語言或是BASIC語言程式系統，不過和一般程式語言最大差別在於LabVIEW為以一種圖形(Graphics)環境來建立程式的語言，故又稱為“G”語言。在LabVIEW環境中可輕易建立使用者的人機介面，且LabVIEW也整合了RS-232、RS-485、GPIB、PXI、DAQ卡等硬體通訊介面。在本實施例中以個人電腦及LabVIEW圖控式程式為例加以說明，但並不以此為限。該人機介面11可供操控及設定至少一照明設備50之控制參數與顯示該照明設備50的使用狀態並可輸出一控制信號，且每一照明設備50具有至少一燈管51，例如但不限於為日光燈管或UV燈管。

此外，如圖3所示，該人機介面11上進一步具有一開啟按鈕111、一關閉按鈕112、一第一燈號113、一第二燈號114及一故障燈號115。

該第一無線模組12係耦接至該電腦主機10，其例如但不限於為ZigBee模組、藍牙模組或RF模組，可將該人機介面11之該調光控制訊號以無線方式傳送至該第二無線模組20。在本實施例中以ZigBee無線模組為例加以說明，但並不以此為限。ZigBee最早於1998年開始發展，於2001年被納入IEEE 802.15.4標準規範中，而ZigBee技術也逐漸成為產業界的短距離無線通信技術之一。ZigBee網路架構可以分為三種，分別為星狀網路(Star)、樹狀網路(Tree)與網狀網路(Mesh)。

該第二無線模組20係耦接至該第一無線模組12，可經由無線方式與該第一無線模組12通訊，其例如但不限於為ZigBee模組、藍牙模組或RF模組，但必須與該第一無線模組12相同。

該照明控制器30其一端耦接至該第二無線模組20，另一端則耦接至該繼電器40，可控制該繼電器40之開啟(ON)或關閉(OFF)。

該繼電器40其一端耦接至該照明控制器30，另一端則耦接至該照明設備50，可接受該照明控制器30之控制而改變該照明設備50的使用狀態。該繼電器40例如但不限於為日本東芝(Toshiba)二線式照明控制系統所使用的繼電器，其可由直流±12V的電源所驅動。

如圖2所示，該照明控制器30進一步具有：一電源電路31；一數位訊號控制器32；一繼電器驅動電路33；一偵測電路34；以及一串列傳輸電路35。

其中，該電源電路31係耦接至一交流電源，例如但不限於為AC110V或AC220V，經由整流及濾波後可輸出一組±12V直流電壓供應該繼電器40的切換及一組5V直流電壓供該照明控制器30使用。其中，該電源電路31例如但不限於為一全波整流及穩壓電路， 例如但不限於為7805、7812及7912等。

該數位訊號控制器32係耦接至該電源電路31，為該照明控制器30的主要核心電路，係以數位訊號處理器dsPIC30F4011為硬體核心，建立周邊電路，其內部具有一程式(圖未示)，該程式具有多元節能演算法，再結合使用由圖控軟體(LabVIEW)所建立的該人機介面11，完成一監控系統。該數位訊號控制器例如但不限於為一數位訊號處理器。

該繼電器驅動電路33其一端耦接至該數位訊號控制器32，另一端則耦接至該繼電器40，可接受該數位訊號控制器32之控制而驅動該繼電器40。

該偵測電路34係耦接至該繼電器驅動電路33，可偵測該繼電器驅動電路33之電壓變化來判斷該繼電器的狀態。該偵測電路34例如但不限於為一類比轉數位(A/D)電壓偵測電路，當使用者需要撥動繼電器40上的開關時，可以偵測到該繼電器40輸出電壓的變化，即可利用該電壓變化來判斷繼電器40的狀態是否由ON要撥動成OFF或是由OFF撥動成ON的狀態，除了可以偵測輸出電壓變化外，同時本發明也利用偵測電壓方式判斷現在該繼電器的ON或是OFF狀態，再經由該數位訊號控制器32發送訊號至該電腦主機10，使電腦主機10的人機介面11燈號可以顯示現在繼電器40的狀態。

該串列傳輸電路35其一端耦接至該數位訊號控制器32，另一端則耦接至該第二無線模組20，可供連結該數位訊號控制器32與該第二無線模組20。

此外，本發明之照明控制器30進一步具有一控制按鈕36，其係耦接至該數位訊號控制器32，使用者藉由該控制按鈕36可操控該繼電器40之開啟或關閉。

此外，本發明之照明控制器30進一步具有一顯示電路37，耦接至該數位訊號控制器32，可顯示該繼電器40之使用狀態，其中 該顯示電路37例如但不限於為一多色發光二極體，當該繼電器40被開啟時，該數位訊號控制器32將驅動該顯示電路37顯示綠色，當繼電器40被關閉時，該數位訊號控制器32將驅動該顯示電路37顯示紅色，以方便使用者得知該繼電器40的使用狀態。

此外，本發明之具智慧型節能控制之二線式照明系統進一步具有一第三無線模組55，可與該第一無線模組12與該第二無線模組20進行無線通訊，其中該第三無線模組55為一ZigBee模組、藍牙模組或RF模組。在本實施例中該第三無線模組55係以ZigBee無線模組為例加以說明，但並不以此為限。

此外，本發明之具智慧型節能控制之二線式照明系統進一步具有一遠端遙控器60，其耦接至該第三無線模組55，可經由該第三無線模組55傳送控制信號至該照明控制器30以控制該照明設備40開啟或關閉。

此外，本發明之具智慧型節能控制之二線式照明系統進一步具有一光感測器70，其耦接至該第三無線模組55，可感測該照明設備50之亮度，當使用環境的亮度達到可以不需使用該照明設備40時，則該照明控制器30會關閉該照明設備40，避免不必要的電能浪費，其中該光感測器60例如但不限於為一光敏電阻，其動作原理為當光線越強時，其電阻值越小，反之當光線越弱時，其電阻值越大，所以通常可以使用於檢測光信號及光控等電路。

此外，本發明之具智慧型節能控制之二線式照明系統進一步具有一人體紅外線感測器80，例如但不限於為一焦電型人體紅外線感測器，其耦接至該第三無線模組55，可感測人體經過，並將該感測訊號經由該第三無線模組55輸出至該照明控制器30，以控制該照明設備40開啟或關閉。

如圖3所示，本發明之人機介面11之頁面設計係以一間教室為例加以說明，但並不以此為限，在此人機介面11中包含該教室之課表、照明設備40的ON/OFF按鈕、照明設備40使用狀態燈號 顯示、故障顯示、系統時間顯示、視訊影像顯示等功能。在照明設備40之控制按鈕部份，當按下其中一個按鈕開關(例如開啟按鈕111)時，則會發送一個相對應的控制指令信號經由該第一無線模組12及第二無線模組20傳送至該照明控制器30，以控制改變照明設備40的使用狀態。該照明設備40燈號顯示部分為，當收到由照明控制器30傳來目前照明設備40使用狀態的指令信號後，則會經由該數位訊號控制器之內部程式的判斷，當照明設備為ON時，人機介面11之第一燈號113將會顯示為綠燈，而當照明設備40為OFF時該第二燈號114將會顯示為紅燈，若程式判斷為不正常故障信號時，則該故障燈號會閃爍橘燈告知使用者。現場畫面主要提供視訊畫面給監控端使用者監看使用，使用者只需在前置面板切換到視訊畫面按下開關即可監看現場畫面。

因此，本發明之具智慧型節能控制之二線式照明系統提供包含該教室之課表、照明設備的ON/OFF按鈕、照明設備使用狀態燈號顯示、故障顯示、系統時間顯示、視訊影像顯示等功能。且在所提出之多元節能演算法控制下，構成多功能智慧型節能自動化監控照明系統，以達成自動化調光控制與遠端監控機制。因此，本發明之具智慧型節能控制之二線式照明系統確實較習知技術具進步性。

請參照圖4，其繪示本發明之二線式照明系統之控制方法之操作示意圖。如圖所示，本發明之二線式照明系統在啟動時，首先會判斷該控制按鈕36或是該遠端遙控器60是否有按下，若是則該照明控制器30控制該繼電器40由開啟變成關閉或由關閉變成開啟，並傳送該繼電器40的狀態至該人機介面11；判斷該光感測器70是否傳送開啟訊號，若是則該照明控制器30控制該繼電器40開啟，並傳送開啟訊號至該人機介面11；判斷該光感測器70是否傳送關閉訊號，若是則該照明控制器30控制該繼電器40關閉，並傳送關閉訊號至該人機介面11；判斷該繼電器40是否由關 閉被撥動至開啟位置，若是則該繼電器40被開啟，並傳送開啟訊號至該人機介面11；判斷該繼電器40是否由開啟被撥動至關閉位置，若是則該繼電器40被關閉，並傳送關閉訊號至該人機介面11；判斷該開啟按鈕111是否被按壓，若是則該繼電器40被開啟，並傳送開啟訊號至該人機介面11；最後會判斷該關閉按鈕112是否被按壓，若是則該繼電器40被關閉，並傳送關閉訊號至該人機介面11。

綜上所述，本發明係提供一種具智慧型節能控制之二線式照明系統，其可結合無線通訊網路Zigbee與具智慧型節能與監控之二線式照明系統，以實現多元節能策略，可有效降低照明系統之用電量與裝置成本，以達智慧型節能的目的。此外，本發明結合Zigbee無線通訊配合圖控式人機介面或遙控器之操控與設定，加上故障警示與保護等功能，使得本發明之電子式安定器在不增加任何設置成本下，可很容易配置於任何二線式照明系統，並可達成自動化調光控制與遠端監控機制。尤其是，本發明之具智慧型節能控制之二線式照明系統能以低成本、高效能、且符合照明品質要求下，來探究日光燈驅動器的控制模式。因此，本發明之具智慧型節能控制之二線式照明系統確實較習知技術具有進步性。

本案所揭示者，乃較佳實施例，舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者，俱不脫本案之專利權範疇。

綜上所陳，本案無論就目的、手段與功效，在在顯示其迥異於習知之技術特徵，且其首先發明合於實用，亦在在符合發明之專利要件，懇請 貴審查委員明察，並祈早日賜予專利，俾嘉惠社會，實感德便。

10‧‧‧電腦主機

11‧‧‧人機介面

111‧‧‧開啟按鈕

112‧‧‧關閉按鈕

113‧‧‧第一燈號

114‧‧‧第二燈號

115‧‧‧故障燈號

12‧‧‧第一無線模組

20‧‧‧第二無線模組

30‧‧‧照明控制器

31‧‧‧電源電路

32‧‧‧數位訊號控制器

33‧‧‧繼電器驅動電路

34‧‧‧偵測電路

35‧‧‧串列傳輸電路

36‧‧‧控制按鈕

37‧‧‧顯示電路

40‧‧‧繼電器

50‧‧‧照明設備

51‧‧‧燈管

55‧‧‧第三無線模組

60‧‧‧遠端遙控器

70‧‧‧光感測器

80‧‧‧人體紅外線感測器

圖1為一示意圖，其繪示本案一較佳實施例之具智慧型節能控制之二線式照明系統之方塊示意圖。

圖2為一示意圖，其繪示本案一較佳實施例之照明控制器之細部示意圖。

圖3為一示意圖，其繪示本案一較佳實施例之人機介面之示意圖。

圖4為一示意圖，其繪示本發明之二線式照明系統之操作示意圖。

10．．．電腦主機

11．．．人機介面

12．．．第一無線模組

20．．．第二無線模組

30．．．照明控制器

40．．．繼電器

50．．．照明設備

51．．．燈管

55．．．第三無線模組

60．．．遠端遙控器

70．．．光感測器

80．．．人體紅外線感測器

Claims (8)

1. 一種具智慧型節能控制之二線式照明系統，其包括：一電腦主機，其上具有一人機介面及一第一無線模組，其中該人機介面可供操控及設定至少一照明設備之控制參數與顯示該照明設備的使用狀態並可輸出一控制信號，且每一照明設備具有至少一燈管；一第二無線模組，耦接至該第一無線模組，可經由無線方式與該第一無線模組通訊；以及一照明控制器，其一端耦接至該第二無線模組；以及一繼電器，其一端耦接至該照明控制器，另一端則耦接至該照明設備，可接受該照明控制器之控制而改變該照明設備的使用狀態，其中該照明控制器進一步具有：一電源電路，耦接至一交流電源，經由整流及濾波後可輸出一組±12V直流電壓供應該繼電器的切換及一組5V直流電壓供該照明控制器使用；一數位訊號控制器，耦接至該電源電路；一繼電器驅動電路，其一端耦接至該數位訊號控制器，另一端則耦接至該繼電器，可接受該數位訊號控制器之控制而驅動該繼電器；一偵測電路，耦接至該繼電器驅動電路，可偵測該繼電器驅動電路之電壓變化來判斷該繼電器的狀態；以及一串列傳輸電路，其一端耦接至該數位訊號控制器，另一端則耦接至該第二無線模組，可供連結該數位訊號控制器與該第二無線模組。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具智慧型節能控制之二線式照明系統，其中該電源電路為一全波整流及穩壓電路，該數位訊號控制器為一數位訊號處理器，且其內部具有一程式，該偵測電路為一類比轉數位(A/D)電壓偵測電路，該繼電器為東芝 (Toshiba)二線式照明控制系統所使用的繼電器，其可由直流±12V的電源所驅動。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具智慧型節能控制之二線式照明系統，其進一步具有一控制按鈕，其耦接至該數位訊號控制器，藉由該控制按鈕可操控該繼電器之開啟或關閉。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具智慧型節能控制之二線式照明系統，其進一步具有一顯示電路，耦接至該數位訊號控制器，其可顯示該繼電器之使用狀態，其中該顯示電路為一多色發光二極體，當繼電器開啟時，該數位訊號控制器將驅動該顯示電路顯示綠色，當繼電器關閉時，該數位訊號控制器將驅動該顯示電路顯示紅色。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具智慧型節能控制之二線式照明系統，其進一步具有一第三無線模組，可與該第一無線模組及該第二無線模組進行無線通訊，其中該第三無線模組為一ZigBee模組、藍牙模組或RF模組。
6. 如申請專利範圍第5項所述之具智慧型節能控制之二線式照明系統，其進一步具有一光感測器，耦接至該第三無線模組，可感測該照明設備之亮度，當使用環境的亮度達到可以不需使用該照明設備時，則該照明控制器會關閉照明設備，避免不必要的電能浪費，其中該光感測器為光敏電阻。
7. 如申請專利範圍第5項所述之具智慧型節能控制之二線式照明系統，其進一步具有一遠端遙控器，耦接至該第三無線模組，可經由該第三無線模組傳送控制信號至該照明控制器以控制該照明設備開啟或關閉。
8. 如申請專利範圍第5項所述之具智慧型節能控制之二線式照明系統，其進一步具有一焦電型人體紅外線感測器，耦接至該第三無線模組，可感測人體經過，並將該感測訊號經由該第三無線模組輸出至該照明控制器，以控制該照明設備開啟或關閉。