Надежное объединение дневного освещения с использованием кодированного света

Надежное объединение дневного освещения с использованием кодированного света

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к способу управления осветительным устройством с регулируемой яркостью, объединенным со световым датчиком на первом уровне комнаты и освещением второго уровня комнаты.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Проведена работа по сохранению энергии путем управления уровнем уменьшения силы света осветительных устройств в комнате. Когда в комнаты попадает большое количество дневного света или другого внешнего света, то обычно нет необходимости во включении осветительных устройств на полную мощность. С другой стороны, при выключении осветительных устройств уровень освещения часто становится слишком низким. Были предложены различные решения управления уровнем яркости, т.е. уровнем выходящего света осветительных устройств, на основании определения уровня освещения, при котором люди работают. Способ повторного управления был опубликован в статье, озаглавленной «Управление освещением светодиодных систем, объединенное с дневным светом, на основании улучшенного обнаружения присутствия» Ashish Pandharipande и David Caicedo, Energy and Buildings, №43 (2011), стр. 944-950. Множество осветительных устройств и совместно установленных датчиков света смонтированы на потолке, который представляет собой первый уровень. Осветительные устройства индивидуально идентифицируются кодированием света, который они излучают. Первоначально осветительные устройства включают на заранее заданном уровне яркости, и начало эксплуатации выполняется, когда освещение измерено (i) во многих положениях на рабочей плоскости, т.е. когда люди допускаются до работы, которая является вторым уровнем, и (ii) на первом уровне. На основании измерений вычисляется таблица соответствия, в которой значения освещения на втором уровне соответствуют значениям освещения на первом уровне. В течение последующей нормальной работы освещение несколько раз измеряется посредством датчиков света на первом уровне, и посредством таблицы соответствия соответствующие значения освещения определяются для нескольких положений на втором уровне. Освещение разделяют на часть дневного света, т.е. освещение, вызванное окружающим дневным светом, и часть осветительных устройств, т.е. освещение, вызванное всеми осветительными устройствами. Затем математически выполняется оптимизация для всех частей вообще, и окончательно устанавливаются соответствующие уровни яркости освещения. Это хороший способ, при котором не нужно датчиков света на втором уровне для постоянной работы и который обеспечивает оптимальные характеристики осветительных устройств вообще. Однако способ из предыдущего уровня техники неоправданно сложен для многих применений. Таким образом, требуется более простой способ, который может быть использован для одного или нескольких осветительных устройств и который не требует измерений двух уровней при нормальной работе.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Объект настоящего изобретения представляет собой способ управления осветительным устройством, который уменьшает вышеупомянутые проблемы предыдущего уровня техники.

Объект получают способом управления осветительным устройством с регулируемой яркостью, объединенным с датчиком света на первом уровне комнаты и освещением второго уровня комнаты в соответствии с представленным изобретением, как заявлено в пункте 1 патентной формулы.

Таким образом, в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, представлен способ управления осветительным устройством с регулируемой яркостью, объединенным с датчиком света на первом уровне комнаты, и освещением второго уровня комнаты, содержащий:

- определение параметра выходного тракта, представляющего отношение между количеством излученного света от осветительного устройства, величиной освещения осветительного устройства на втором уровне, которое является результатом излученного количества света (***относительная высота альфа***); и повторно:

- определение величины внешнего освещения на втором уровне, где величина внешнего освещения представляет освещение источниками другими, чем осветительные устройства, посредством величин количества света, излученного в настоящий момент, параметра выходного тракта и информации о свете, получаемой от датчика света; и

- управление уровнем яркости осветительного устройства на основании величины внешнего освещения, чтобы встретить заранее определенное условие освещения для полного освещения второго уровня.

Таким образом, вместо обеспечения сложной модели для согласования освещения с помощью сложного пуска в эксплуатацию, как в предыдущем уровне техники, определение величины внешнего освещения основывается на простом определении параметра выходного тракта.

В соответствии с одним вариантом осуществления способа, он дополнительно содержит регистрирование количества света, принятого датчиком света, и разделение обнаруженного количества света на часть осветительного устройства и часть внешнего света. Информация о свете, полученная от датчика света, является частью внешнего света. Это является предпочтительным путем определения части внешнего света.

В соответствии с одним вариантом осуществления способа, он содержит кодирование света, излучаемого осветительным устройством, где упомянутое разделение обнаруженного количества света на часть осветительного устройства и часть внешнего света содержит идентификацию части осветительного устройства с помощью кодирования. Это надежный и точный способ разделения обнаруженного света.

В соответствии с одним вариантом осуществления способа, упомянутое определение величины внешнего освещения на втором уровне содержит создание предположительного допущения того, что отношение между частью внешнего света и частью света осветительного устройства равно отношению между величиной внешнего освещения и величиной освещения осветительного устройства; и вычисление величины внешнего освещения как величины освещения осветительного устройства, умноженного на коэффициент части внешнего света и части света осветительного устройства. В соответствии с этим вариантом осуществления, получен простой путь определения величины внешнего освещения на втором уровне. В процессе выполнения приближения было доказано, что точность достаточна для большинства применений.

В соответствии с одним вариантом осуществления способа, параметр выходного тракта определяется посредством первоначальной наладки, содержащей измерение величины освещения осветительного устройства с помощью датчика света на втором уровне. Запуск обеспечивает точную величину параметра выходного тракта.

В соответствии с одним вариантом осуществления способа, параметр выходного тракта представляет собой функцию расстояния между осветительным устройством и вторым уровнем, и расстояние представляет собой величину по умолчанию. С одной стороны, это может создавать менее точный параметр, но с другой - это может устранить необходимость наладки. В качестве ближайшей альтернативы параметр выходного тракта может быть предусмотрен как значение по умолчанию.

В соответствии с вариантами осуществления способа, вышеупомянутое расстояние определяется посредством ручного ввода или посредством датчика расстояния, который объединен с осветительным устройством.

В соответствии с одним вариантом осуществления способа, операция определения величины внешнего освещения на втором уровне содержит:

- переключение осветительного устройства между состоянием излучения большого количества света и состоянием излучения малого количества света; и

- обнаружение величины света, принятого датчиком света при разных состояниях, и предоставление соответственно обнаруженных величин,

где обнаруженные величины содержат упомянутую информацию о свете, полученную от датчика света. Переключение предусматривает обнаружение величин, которые облегчат определение внешнего освещения без измерения его на втором уровне.

В соответствии с одним вариантом осуществления способа, операция определения величины внешнего освещения на втором уровне содержит решение системы уравнений:

S_high = k(I_exp + ρL_high)_, и

S_low = k(I_exp + ρL_low)_,

где S_high и S_low - это определенные величины, полученные с помощью датчика света, I_exp - это величина внешнего освещения, L_high и L_low - это соответственно большое и малое количество света, излучаемого осветительным устройством, ρ - это параметр выходного тракта, а k - параметр обратного тракта, где система уравнений решается для неизвестных коэффициентов величины внешнего освещения I_exp и параметра k обратного тракта. Это благоприятный путь создания использования переключения, чтобы получить точную величину внешнего освещения на втором уровне и, таким образом, полное освещение на втором уровне.

Эти и другие аспекты и преимущества изобретения будут ясны и понятны со ссылкой на варианты осуществления, описанные здесь далее.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Это изобретение будет описано более подробно и со ссылкой на фиг. 1, которая представляет собой схематическую иллюстрацию комнаты с осветительным устройством, управляемым посредством варианта осуществления способа, в соответствии с настоящим изобретением.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Способ настоящего изобретения применим, например, к комнате 100, где множество осветительных устройств 102 с регулируемой яркостью смонтированы на потолке 104, который представляет первый уровень комнаты, т.е. первую горизонтальную плоскость. Одна стена 106 комнаты 100 снабжена окном 108, впускающим дневной свет, которое может быть с солнечным светом или без него, в комнату. Каждое осветительное устройство 102 снабжено датчиком 110 света и контроллером 112. Однако, альтернативно, отдельный датчик света может быть использован. Таким образом, осветительное устройство 102 объединено с датчиком 110 света и контроллером 112 на первом уровне 104. Второй уровень 114 - это рабочая плоскость, т.е. уровень, где люди обычно работают. Например, поверхность стола расположена на втором уровне 114.

Первый вариант осуществления способа управления осветительного устройства с регулируемой яркостью предпочтительно используется в системе, где датчик 110 света встроен в осветительное устройство 102. Если датчик 110 света смонтирован отдельно, выполнение способа будет ухудшаться с увеличением расстояния между осветительным устройством и датчиком света. В соответствии с этим первым вариантом осуществления способа, первое действие заключается в определении параметра ρ выходного тракта, представляющего отношение между количеством света L, излучаемого осветительным устройством 102, и величиной I_lum на втором уровне, где величина I_lum освещения осветительного устройства является результатом излученного количества света. В этом варианте осуществления отношение параметра ρ выходного тракта задается просто ρ=I_lum/L. Затем несколько действий, составляющие непрерывную работу осветительного устройства, повторяются с заранее заданными временными интервалами. Они содержат определение величины I_ext внешнего освещения на втором уровне, причем величина I_ext внешнего освещения представляет освещение источниками другими, чем осветительное устройство 102, посредством величин текущего излучаемого количества света L, параметра ρ выходного тракта и информации о свете, полученной от датчика 110 света. Более конкретно, в соответствии с этим вариантом осуществления, информация о свете, полученная от датчика 110 света, составляет обнаруженное количество света, разделенного на часть S_lum осветительного устройства и часть S_ext внешнего света. Разделение основано на некотором типе распознавания света, исходящего от осветительного устройства 102, такого как некоторый тип кодирования света. Кодирование может быть любым типом кодирования, таким как PWM, OOK и т.д., как понятно специалисту в этой области техники.

Определение величины I_ext внешнего освещения основывается на приблизительном допущении того, что отношение между частью S_ext внешнего света и частью S_lum осветительного устройства равно отношению между величиной I_ext внешнего освещения и величиной I_lum освещения осветительного устройства:

Таким образом, величина I_ext внешнего освещения получается как:

I_ext = I_lum S_ext/S_lum Уравнение 2

Это допущение хорошо обосновано, как будет ясно из последующего объяснения. Предположим осветительное устройство 102, которое излучает свет с симметричным профилем B(α) потока, с углом α относительно нормали к выходному отверстию осветительного устройства 102. Датчик 110 света имеет диафрагму для ограничения приемного конуса датчика 110 света до угла β. Обычно стандартный осветительный прибор выполняется с широкими профилями потока, в основном с FWHM примерно 2×45 градусов. В противоположность угловой диапазон датчика 110 света может быть ограничен, чтобы избежать помех, например, вызванных окнами. Обычный приемный конус составляет порядка β=25°. Световой поток φ, излучаемый осветительным устройством 102 в пределах приемного конуса датчика 110 света, определяется:

Здесь допускается, что функция интенсивности в значительной степени равномерная в пределах относительно маленького приемного конуса. Область на втором уровне, которая воспринимается, задается:

A =πH²(tanβ)² Уравнение 4

Здесь H - это расстояние между осветительным устройством 102 и областью обнаружения. Это соответствует расстоянию между осветительным устройством 102 и вторым уровнем 114. Величина I_lum освещения осветительного устройства на втором уровне 114 тогда задается:

I_lum =φ/A≈B(0)/H² Уравнение 5

Здесь допускается, что β мало, так что это допущение достаточно точно для целей этого вычисления. Величина B(0) определяется профилем потока и уровнем уменьшения яркости, оба из которых известны для осветительного устройства 102. Величина B(0) может быть записана в память осветительного устройства перед его поставкой, а уровень уменьшения яркости определяется/устанавливается запускающим устройством самостоятельно. Возможно, что выход света осветительного устройства может также быть самокалиброван с помощью фотодатчика внутри осветительного устройства, который отслеживает уменьшение яркости осветительного устройства из-за износа или загрязнения. Следовательно, только неизвестный коэффициент представляет собой высоту Н и является частью параметра ρ выходного тракта, поскольку:

Определение высоты будет обсуждаться более подробно ниже. Следует заметить, что это утверждение не сильно изменяется, если принимаются в расчет подробное распределение интенсивности и приемный конус, поскольку эти детали могут быть все известны для используемого осветительного устройства 102 и датчика 110 света.

Часть S_lum сигнала осветительного устройства из света, определяемого датчиком 110 света, пропорциональна:

S_lum ~ RI_lumA/H² Уравнение 7

где R усредненный коэффициент отражения области А обнаружения на втором уровне 114. Здесь косинусы проекции были проигнорированы, допуская, что β мало. Область обнаружения А и высота Н одинаковы для естественного и искусственного кодированного света. Мы можем также допустить, что коэффициент отражения примерно тот же самый, в частности, для искусственного света с хорошим цветовым воспроизведением. Как следствие, сравнение вышеприведенного уравнения 1 будет работать хорошо. Дополнительно, если освещение, вызванное осветительным устройством 102, известно, оно может быть использовано для самокалибровки датчика 110 света.

Имея, таким образом, определенную величину I_ext внешнего освещения, так же как величину I_lum освещения осветительного устройства, полное освещение на втором уровне 114, т.е. в плоскости рабочего пространства, известно и окончательно уровень уменьшения яркости осветительного устройства 102 регулируется, если это необходимо. Размер регулировки может определяться посредством параметра выходного тракта, так как необходимая регулировка выхода света осветительного устройства 102 относится к необходимой регулировке полного освещения на втором уровне как . Однако изменение освещения - это исключительно изменение внешнего освещения, и, таким образом, регулировка может быть определена, как в нижеприведенном уравнении 12. Должна ли регулировка быть выполнена или нет, зависит от заранее заданного условия освещения для общего освещения, которое, например, может быть интервалом. Это означает, что если величина полного освещения находится в пределах интервала, регулировка не проводится. Обычно существуют стандарты для минимального освещения, которые должны соблюдаться, и чтобы сохранить как можно больше энергии, выход света осветительного устройства 102 управляется так, что стандарт полностью выполняется с маленьким запасом, чтобы убедиться, что приближения, упомянутые выше, не смогут вызвать правильное освещение ниже нормы. Как упоминалось выше, высота Н - это только неизвестный коэффициент вычислений, который, в свою очередь, дает параметр выходного тракта. Существуют разные пути для определения высоты Н в процессе запуска.

Один путь - это использование высоты по умолчанию. Высота офиса показывает относительно небольшую разницу по высоте, обычно между 2,4 м и 3,0 м. В худшем случае может быть использовано 3 м, чтобы гарантировать минимальное значение яркости 500 лк на втором уровне. В этом случае уровень естественного действующего освещения будет занижен на Н²/3². Например, когда потолок равен 2,5 м вместо 3,0 м, система будет снижать яркость до номинального уровня, например, 500 лк, вместо 720 лк. Однако этот допуск сравним с допуском, который обычно принят на сегодняшний день, чтобы учесть неопределенность коэффициента обратного отражения.

Другой путь для определения параметра/высоты выходного тракта заключается в выполнении первоначальной наладки, при которой величина освещения осветительного устройства измеряется посредством датчика света на втором уровне. Другими словами, система калибруется измерителем яркости сразу с самого начала. Параметр выходного тракта и высота Н просто вытекают из измеренной величины освещения осветительного устройства и известного выхода B(0) света осветительного устройства 102.

Высота Н также может быть измерена автоматически с помощью датчиков высоты в осветительном устройстве 102. Например, может быть также использовано время прохождения сигнала от ультразвуковых детекторов истинного присутствия. Затем осветительное устройство 102 может быть точно автоматически откалибровано. Другие датчики, которые предоставляют информацию о расстоянии, - это микрофоны, микроволновые датчики обнаружения присутствия или TOF камеры.

Выше был описан первый вариант осуществления способа управления осветительным устройством.

В соответствии со вторым вариантом осуществления способа, схожим с первым вариантом осуществления, первое действие - это определение параметра выходного тракта, представляющего отношение между количеством света L, излученного осветительным устройством 102, и величиной I_lum освещения осветительного устройства на втором уровне, где величина I_lum освещения осветительного устройства является результатом излученного количества света. Затем, определенные действия, составляющие текущую работу осветительного устройства, повторяются с заранее заданным временным интервалом. Они содержат определение величины I_ext освещения осветительного устройства на втором уровне, где величина I_ext освещения осветительного устройства представляет освещение источниками другими, чем осветительное устройство 102, посредством величин количества излучаемого в данный момент света L, параметра выходного тракта и информации о свете, получаемой от датчика 110 света. Более конкретно, в соответствии с этим вторым вариантом осуществления, информация о свете, получаемая от датчика 110 света, представляет собой сумму части S_lum осветительного устройства и части S_ext внешнего освещения.

Обычно свет, поступающий от осветительного устройства 102, кодируется, как упомянуто в описании первого варианта осуществления.

Первое действие выполняется как наладка, как описано выше для первого варианта осуществления. Однако, альтернативно, параметр выходного тракта или освещение на втором уровне 114, который относится к параметру выходного тракта, как описывалось выше, - это значение по умолчанию, т.е. заранее заданное значение, которое обычно сохраняется в памяти контроллера 112.

Чтобы получить полезную информацию от датчика 110 света, выход света осветительного устройства переключается между состоянием выхода большого количества света и состоянием выпуска небольшого количества света, L_high и L_low, и датчик 110 света обнаруживает соответствующую принятую мощность S_high и S_low.

Здесь мощности задаются:

S_high = k(I_ext + ρ L_high), и Уравнение 8

S_low = k(I_ext + ρ L_low) Уравнение 9

Контролер 112 решает два эти уравнения для двух неизвестных коэффициентов k и I_ext, где k - это параметр обратного тракта, описывающий взаимоотношение между освещением второго уровня и обнаруженным количеством света на датчике 10 света. Это приводит к:

k = (S_high - S_low)/ ρ (L_high - L_low), и Уравнение 10

I_ext = ρ (L_highS_low - L_lowS_high)/(S_high - S_low) Уравнение 11

Затем возможно определить величину полного освещения на втором уровне 114 и отрегулировать текущие установки осветительного устройства 102, если необходимо, с тем, чтобы полностью выполнить заранее заданный критерий. Обычно необходимость регулировки вызвана изменением во внешнем освещении. Таким образом, регулировка определяется как:

ΔL = - ΔI_ext/ ρ Уравнение 12

Следует отметить, что когда есть несколько осветительных устройств 102 с управляемым уровнем яркости, излучающих кодированный свет в комнате, что является типичным случаем, каждое осветительное устройство, как и целая группа, может извлекать пользу, как каждое осветительное устройство 102, обнаруживающее кодированный свет как от самого себя, так и от других осветительных устройств 102. Несколько разных вариантов возможны, как понятно специалистам в данной области техники.

Были описаны вышеприведенные варианты осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением, как указано в прилагаемых пунктах патентной формулы. Их следует рассматривать просто как неограничивающие примеры. Как понятно специалистам в данной области техники, возможны многие модификации и альтернативные варианты осуществления в пределах объема изобретения, как определено прилагаемыми пунктами патентной формулы.

Следует отметить, что в отношении этой заявки, и, в частности, относительно прилагаемой формулы, слово «содержащий» не исключает других элементов или этапов, а слово «а» или «an» не исключает множественности, что само по себе будет очевидно специалистам в данной области техники.

1. Способ управления осветительным устройством (102) с регулируемой яркостью, объединенным с датчиком (110) света на первом уровне (104) комнаты и освещением на втором уровне (114) комнаты, способ содержит:- определение параметра выходного тракта, отражающего взаимоотношение между количеством света, излучаемого осветительным устройством, и величиной освещения осветительного устройства на втором уровне, которое является результатом количества излученного света; иповторно:- определение величины внешнего освещения на втором уровне, причем величина внешнего освещения отображает освещение источниками света другими, чем осветительное устройство, посредством величин излучаемого в настоящий момент количества света, параметра выходного тракта и информации о свете, поступающей от датчиков света; и- управление уровнем изменения яркости осветительного устройства на основании величины внешнего освещения, чтобы соответствовать заранее заданному условию освещения для полного освещения на втором уровне.

2. Способ по п. 1, в котором упомянутое определение величины внешнего освещения на втором уровне дополнительно содержит:- определение количества света, принятого датчиком света; и- разделение обнаруженного количества света на часть осветительного устройства и часть внешнего света;причем упомянутая информация о свете, исходящая от датчика света, - это часть внешнего света.

3. Способ по п. 2, содержащий кодирование света, излучаемого осветительным устройством, в котором упомянутое разделение обнаруженного количества света на часть осветительного устройства и часть внешнего света содержит идентификацию части осветительного устройства посредством кодирования.

4. Способ по п. 2 или 3, в котором упомянутое определение величины внешнего освещения на втором уровне содержит:- создание приблизительного допущения, что отношение между частью внешнего света и частью осветительного устройства равно отношению между величиной внешнего освещения и величиной освещения осветительного устройства; и- вычисление величины внешнего освещения как величины освещения осветительного устройства, умноженной на коэффициент части внешнего света и части осветительного устройства.

5. Способ по любому из пп. 1-3, в котором параметр выходного тракта определяется посредством начальной наладки, содержащей измерение величины освещения осветительного устройства посредством датчика света на втором уровне.

6. Способ по любому из пп. 1-3, в котором параметр выходного тракта относится к расстоянию между осветительным устройством и вторым уровнем, и причем расстояние задается как значение по умолчанию.

7. Способ по любому из пп. 1-3, в котором параметр выходного тракта представляет собой расстояние между осветительным устройством и вторым уровнем и в котором расстояние задается посредством ручного ввода.

8. Способ по любому из пп. 1-3, в котором параметр выходного тракта представляет собой расстояние между осветительным устройством и вторым уровнем, и причем расстояние задается посредством датчика расстояний, объединенного с осветительным устройством.

9. Способ по п. 1, в котором упомянутое определение величины внешнего освещения на втором уровне содержит:- переключение осветительного устройства между состоянием вывода большого количества света и состоянием вывода небольшого количества света; и- обнаружение количества света, принятого датчиком света при разных состояниях, и получение соответствующих обнаруженных величин;причем обнаруженные величины составляют вышеупомянутую информацию о свете, получаемую от датчика света.

10. Способ по п. 9, в котором упомянутое определение величины внешнего освещения на втором уровне содержит решение системы уравнений:S_high = k(I_ext + ρ L_high), иS_low = k(I_ext + ρ L_low)где S_high и S_low представляют собой обнаруженные величины, полученные посредством датчика света, I_ext представляет собой величину внешнего освещения, L_high и L_low представляют собой соответственно большое и небольшое количество света, выводимое осветительным устройством, ρ - это параметр выходного тракта, а k - это параметр обратного тракта, в котором система уравнений решается для неизвестных коэффициентов величины внешнего освещения I_ext и параметра k обратного тракта.

11. Способ по любому из пп. 1-3, 9, 10, в котором датчик встроен в осветительное устройство.