Способ управления осветительным устройством Российский патент 2024 года по МПК H05B45/10 

Изобретение относится к средствам управления светодиодным освещением и может быть использовано в системах управления внутренним и внешним освещением промышленных предприятий, складских помещений.

Известен интеллектуальный светодиодный светильник (патент RU на полезную модель №108119, МПК F21S 8/00), в состав которого входит, блок датчика освещенности, блок анализа датчика освещенности, блок фильтров, блок силовой, блок светодиодов, блок датчика выходного напряжения, блок управления, блок датчика выходного тока, блок датчика входного напряжения, блок питания, при этом функционирование интеллектуального светодиодного светильника в режиме автоматического управления яркостью светильника включает анализ информации на выходе блока датчика освещенности, сравнение с заданным порогом освещенности, превышение которого приводит к выключению светового потока на выходе светильника.

Недостатком известного устройства является низкая точность поддержания освещенности облучаемой светодиодным светильником поверхности, обусловленной дискретным управлением яркостью светильника.

Другим недостатком известного устройства является узкий диапазон поддержания освещенности, что обусловлено заданием требуемого уровня освещенности в форме фиксированного значения, неизменного для всего диапазона изменения яркости светильника. Однако выходной сигнал фотодатчика при работе по отражённому световому потоку имеет нелинейную зависимость, как от расстояния между светильником и облучаемой им поверхностью, так и от интенсивности воспринимаемого светового потока. В связи с этим задание требуемого уровня освещенности должно иметь вид таблицы или графика, отражающего зависимость уровня сигнала управления яркостью светильника от уровня выходного сигнала фотодатчика, полученные и сохранённые в памяти на этапе предварительной калибровки известного устройства. Сведения о форме представления заданного значения освещенности в форме таблицы или графика, а также сведения о проведении предварительной калибровки в описании известного устройства отсутствуют.

Следующим недостатком известного устройства является существенное увеличение погрешности поддержания освещенности на заданном уровне при воздействии на облучаемую светодиодным источником света, посторонних источников света иной природы, например, лампы накаливания, люминесцентной лампы, солнечного света. Это обусловлено тем, что при управлении освещенностью по отражённому от облучаемой поверхности световому потоку, уровень выходного сигнала фотодатчика для одного и того же, по показаниям люксметра, контрольного значения освещенности, создаваемого различными по природе источниками света, имеет различные значения для различных источников света. В результате этого изменение фонового освещения, создаваемого посторонними источниками света, вызывает существенное увеличение погрешности автоматического поддержания заданной освещенности.

Известен светодиодный светильник с автоматическим поддержанием уровня освещенности (патент RU на полезную модель №185485, МПК Н05В 37/02), содержащий светоизлучающий элемент, драйвер для подключения светоизлучающего элемента к питающей сети, фотоэлемент, воспринимающий отражённый от облучаемой поверхности свет, блок управления, выход которого подключён к драйверу, первый вход подключен к выходу фотоэлемента, а второй вход предназначен для задания установки значения требуемого уровня отраженного света. При этом способ автоматического поддержания уровня освещенности, реализованный в данном устройстве, предполагает измерение посредством фотодатчика отражённого от облучаемой поверхности уровня освещенности, сравнение его техническими средствами блока управления с заданным значением и формирование сигнала управления изменением яркости светоизлучающего элемента.

Недостатком известного устройства является узкий диапазон поддержания освещенности, что обусловлено заданием требуемого уровня освещенности в форме фиксированного значения, неизменного для всего диапазона изменения яркости светильника. Сведения о форме представления заданного значения освещенности в форме таблицы или графика, а также сведения о проведении предварительной калибровки светильника в описании известного устройства отсутствуют.

Следующим недостатком известного устройства является существенное увеличение погрешности поддержания освещенности на заданном уровне при воздействии на облучаемую светодиодным светильником поверхность посторонних источников света иной, чем светодиодный светильник, природы, например, лампы накаливания, люминесцентной лампы, солнечного света.

Известен способ управления амплитудно-временными характеристиками светимости лампы (патент DE19824423, МПК Н 05 В 41/392, опубл. 02.12.99, патент RU на изобретение №2238617, МПК Н05В 41/392), при котором в устройстве памяти предварительно сохраняют заданное значение напряжения, которое соответствует напряжению с фотодатчика при выбранной интенсивности светового потока лампы, в процессе работы лампы измеряют фотодатчиком сигнал, пропорциональный световой интенсивности лампы, сравнивают выходное напряжение фотодатчика с сохранённым в памяти значением, и, если они различаются, формируют рассогласования, в соответствии с которым изменяют управляющее воздействие на источник питания лампы в сторону, соответствующую увеличению интенсивности света, при отрицательном знаке сигнала рассогласования, и в сторону, соответствующую уменьшению интенсивности света, при положительном знаке сигнала рассогласования.

Недостатком известного устройства является существенное увеличение погрешности поддержания освещенности на заданном уровне при воздействии на облучаемую светодиодным светильником поверхность посторонними источниками света иной, чем светодиодный светильник, природы, например, лампы накаливания, люминесцентной лампы, солнечного света. Это обусловлено тем, что при управлении освещенностью по отражённому от облучаемой поверхности световому потоку, уровень выходного сигнала фотодатчика для одного и того же по показаниям люксметра контрольного значения освещенности, создаваемого различными по природе источниками света, имеет различные значения для различных источников света. В результате этого изменение фонового освещения, создаваемого посторонними источниками света, вызывает увеличение погрешности автоматического поддержания заданной освещенности.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является способ управления осветительным устройством (патент RU 2647494, МПК Н05В 37/02), осуществляемый блоком управления, содержащий этап калибровки и этап рабочего функционирования, при этом на этапе калибровки путём формирования на выходе блока управления в диапазоне от 0В до 10В различных значений управляющего напряжения получают и сохраняют в памяти блока управления желаемую кривую светорегулирования, после этого на этапе рабочего функционирования путём изменения управляющего напряжения обеспечивают максимальное приближение интенсивности света осветительного устройства к желаемому значению.

Недостатком ближайшего аналога является существенное увеличение погрешности поддержания освещенности на заданном уровне при воздействии на облучаемую поверхность посторонних источников света иной, чем светодиодный светильник, природы,

Задачей заявляемого изобретения является повышение качества функционирования системы освещения в условиях воздействия дестабилизирующих факторов.

Технический результат - повышение точности управления освещенностью облучаемой осветительным устройством поверхности по отражённому от неё световому потоку в условиях присутствия посторонних источников света.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе управления осветительным устройством, осуществляемом блоком управления, содержащем этап калибровки и этап рабочего функционирования, на этапе калибровки которого путём формирования на выходе блока управления в диапазоне от 0В до 10В различных значений управляющего напряжения получают и сохраняют в памяти блока управления желаемую кривую светорегулирования, а на этапе рабочего функционирования путём изменения управляющего напряжения обеспечивают максимальное приближение интенсивности света осветительного устройства к желаемому значению, согласно заявляемому изобретению, в качестве осветительного устройства используют светодиодный светильник, а контроль интенсивности излучаемого им света осуществляют с помощью фотодатчика, размещённого на корпусе светодиодного светильника, при этом в качестве кривой светорегулирования используют взаимную зависимость между выходным напряжением фотодатчика и управляющим напряжением, а этап калибровки светодиодного светильника проводят при отсутствии воздействия на облучаемую им поверхность посторонних источников света, кроме этого, этап калибровки дополняют совокупностью действий, направленных на определение коэффициента нормирования выходного напряжения фотодатчика при воздействии на облучаемую поверхность постороннего источника света по отношению к выходному напряжению фотодатчика при воздействии на облучаемую поверхность светодиодного источника света, для этого, воздействуя на облучаемую поверхность посторонним источником света, устанавливают по показаниям люксметра, размещённого вблизи облучаемой поверхности, контрольное значение её освещенности, и измеряют по показаниям вольтметра выходное напряжение фотодатчика, воздействуя после этого на облучаемую поверхность светодиодным источником света, вновь устанавливают по показаниям люксметра предыдущее контрольное значение освещенности облучаемой поверхности и измеряют по показаниям вольтметра выходное напряжение фотодатчика, после этого путем деления значения выходного напряжения фотодатчика, соответствующего постороннему источнику света, на значение выходного напряжения фотодатчика, соответствующее светодиодному источнику света, определяют и сохраняют в памяти блока управления коэффициент нормирования для данного постороннего источника света, аналогично определяют и сохраняют в памяти блока управления коэффициенты нормирования для всех посторонних источников света, на этапе рабочего функционирования сравнивают выходное напряжение фотодатчика, с сохранённым в памяти блока управления значением, и, если они различаются, формируют сигнал рассогласования, при положительном значении которого посредством изменения управляющего напряжения уменьшают интенсивность света светодиодного светильника, а при отрицательном значении сигнала рассогласования посредством изменения управляющего напряжения увеличивают интенсивность света светодиодного светильника, обеспечивая поддержание освещенности облучаемой светодиодным светильником поверхности на заданном уровне.

Причинно-следственная связь между введенными в способ управления осветительным устройством существенными признаками, и техническим результатом заключается в следующем:

1.Выбор светодиодного светильника в качестве источника света для реализации заявленного способа управления обусловлен существенно меньшим по сравнению со всеми остальными, упомянутыми в описании ближайшего аналога источниками света, шагом регулирования интенсивности света, вплоть до плавного изменения светового потока. Данное обстоятельство непосредственно влияет на погрешность стабилизации освещенности в направлении её уменьшения.

2. Построение кривой светорегулирования в виде взаимной зависимости между управляющим напряжением, определяющем интенсивность светового потока, и выходным напряжением фотодатчика освещенности облучаемой поверхности, существенно улучшает качество регулирования светового потока, так как в качестве сигнала обратной связи используется непосредственный параметр объекта регулирования в виде освещенности облучаемой поверхности. Использование в ближайшем аналоге в качестве кривой светорегулирования взаимной зависимости между управляющим напряжением и потребляемой светильником мощности, значительно ухудшает качество регулирования, так как в качестве сигнала обратной связи используется косвенный параметр степени освещенности облучаемой поверхности в виде потребляемой светильником мощности.

3. Введение коэффициента нормирования выходного напряжения фотодатчика при воздействии на облучаемую поверхность постороннего, источника света по отношению к выходному напряжению фотодатчика при воздействии на облучаемую поверхность светодиодного источника света, позволяет существенно снизить погрешность регулирования освещенности поверхности, облучаемой светодиодным светильником, в условиях воздействия на эту же поверхность посторонних источников света, иной природы (солнечный свет, лампа, накаливания, люминесцентная лампа и другие источники света). Это обусловлено тем, что выходное напряжение фотодатчика при восприятии отражённого от облучаемой поверхности светового потока принимает различные значения для различных по своей природе источников света, при неизменном по показаниям размещённого вблизи облучаемой поверхности люксметра значении освещенности облучаемой поверхности. Данное обстоятельство было установлено авторами заявляемого изобретения при проведении многочисленных экспериментов. При этом максимальное различие между значениями выходного напряжения фотодатчика, при одном и том же по показаниям люксметра значении освещенности, было установлено при сравнении светодиодного источника света и источника солнечного света. Даже в пасмурную погоду выходное напряжение фотодатчика при воздействии солнечного света в 3-5 раз превышало выходное напряжение фотодатчика при воздействии светодиодного источника света для одного и того же по показаниям люксметра значения освещенности.

Таким образом, введение в заявляемый способ совокупности действий, предназначенных для нормирования выходного напряжения фотодатчика при воздействии на облучаемую поверхность посторонних источников света, существенно влияет на достижение технического результата.

Заявителем не были обнаружены источники информации об устройстве, имеющем всю совокупность отличительных существенных признаков, отражённых в формуле на заявляемое изобретение. Из чего сделан вывод, что предлагаемое техническое решение отвечает критерию «Новизна».

Для проверки соответствия заявляемого изобретения критерию изобретательский уровень заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалистов явным образом из известного уровня техники. Несмотря на то, что все функционально самостоятельные отличительные признаки известны сами по себе, заявителем не обнаружено такое их сочетание, как это представлено в заявляемой совокупности. Из этого сделан вывод о соответствии заявляемого устройства критерию «Изобретательский уровень».

Сущность заявленного технического решения поясняется графическими материалами, где на Фиг.1 отражена функциональная схема устройства, используемого для реализации заявленного способа.

Позициями на Фиг.1 обозначены: 1 - пульт управления, 2 - блок управления, 3 - фотодатчик, 4 - базовый светодиодный светильник, 5- облучаемая поверхность, 6 - прямой световой поток, 7- отраженный световой поток. Составные части пульта управления обозначены:1.1- контроллер пульта управления, 1.2- радиомодем пульта управления, 1.3 - сенсорная панель пульта оператора. Составные части блока управления обозначены: 2.1- контроллер блока управления, 2.2- радиомодем блока управления, 2.3- усилитель сигнала с выхода фотодатчика, 2.4- усилитель мощности управляющего напряжения. Составные части светодиодного светильника обозначены: 4.1- драйвер сетевого питания светодиодного светильника, 4.2- блок светодиодов светодиодного светильника.

Работа устройства, реализующего заявляемый способ, осуществляется следующим образом. При первоначальном включении устройства выполняется его калибровка применительно к условиям его последующей эксплуатации. Для этого с помощью кабеля RS485 ( Фиг1) осуществляют соединение пульта управления 1 и блока управления 2 по цифровому каналу обмена данными. После этого подают питание на пульт управления 1 и блок управления 2, выбирают с помощью сенсорной панели оператора 1.3 режим калибровки и задают нулевое значение управляющего напряжения на входе драйвера 4.1.После этого подают питание на драйвер 4.1 светильника 4 и инициируют выполнение калибровки, в процессе которой циклично выполняется формирование на входе драйвера 4.1 определенного управляющего напряжения, считывание отклика на данное воздействие в виде выходного напряжения фотодатчика, сохранение полученной пары значений в памяти контроллера пульта управления 1.1 в качестве одной из точек кривой светорегулирования. Поступающие на вход драйвера 4.1 напряжения имеют ступенчато возрастающий характер в диапазоне от 0В до 10В. После сохранения в памяти всех значений кривой светорегулирования задают коэффициент нормирования выходного напряжения фотодатчика постороннего источника света. После этого вся необходимая для работы устройства информация, полученная в процессе калибровки, загружается по радиоканалу из памяти контроллера пульта управления 1.1. в память контроллера блока управления 2.1.

На этапе рабочего функционирования обмен данными между пультом управления 1 и блоком управления 2 осуществляется по радиоканалу, кабель RS485 используется только на этапе калибровки.

Работа устройства на этапе рабочего функционирования осуществляется следующим образом.

Заданное на панели оператора 1.3 значение освещенности передаётся по радиоканалу на контроллер блока управления 2.1, который формирует на входе драйвера 4.1 соответствующее управляющее напряжение. В свою очередь выходное напряжение драйвера 4.1. изменяет интенсивность светового потока блока светодиодов 4.2, что приводит к изменению выходного напряжения фотодатчика 3, поступающего через усилитель 2.3 на вход контроллера 2.1. Если выходное напряжение фотодатчика 3 отличается от сохранённого в памяти значения, то контроллер 2.1 формирует сигнал рассогласования, при положительном значении которого посредством изменения управляющего напряжения на входе драйвера 4.1 уменьшается интенсивность света светодиодного светильника, а при отрицательном значении сигнала рассогласования - увеличивается интенсивность света светодиодного светильника, достигая тем самым максимальное приближение интенсивности света осветительного устройства к значению, соответствующему заданного уровня освещенности. При воздействии на облучаемую поверхность 5 посторонних источников света контроллер 2.1 преобразует поступивший на его вход уровень выходного напряжения фотодатчика 2.3 с учетом выбранного коэффициента нормирования. В результате этого погрешность регулирования освещенности, вызванная воздействием посторонних источников света существенно уменьшается.

Ниже приведён один из вариантов реализации узлов устройства, отображённого на Фиг1.

Контроллер пульта управления (1.1 фиг1) может быть выполнен на базе микропроцессора ATMEGA328PB-AU, радиомодем пульта управления (1.2 фиг1) выполнен на базе модели RAK811, в качестве сенсорной панели пульта оператора (1.3 фиг1) может быть использована модель СП307-Р компании ОВЕН, в качестве антенны для радиосвязи применена антенна модели BY-868-01 SMA-M R/A, контроллер блока управления (2.1 фиг1) выполнен на базе микропроцессора ATMEGA328PB-AU, радиомодем блока управления (2.2 фиг1) построен на базе модуля RAK811, в качестве усилителя сигнала с выхода фотодатчика (2.3 фиг1) может быть применён усилитель LMC7101, в качестве усилителя мощности (2.4 фиг1) использован усилитель LMC7101, в качестве светодиодного светильника использован светильник модели ДСО-65 с встроенным драйвером, в качестве фотодатчика (3 фиг1) применена микросхема SFH5711-2/3-Z, для построения канала связи (RS485 фиг1) могут быть использованы микросхемы MAX485ESA+T, в качестве аналогового переключателя в составе контроллера 2.1 использован коммутатор MAX4544EUT-T, в качестве сетевого трансформатора, входящего в состав контроллера блока управления 2.1 использован трансформатор модели ТПК-2-6В.При измерении освещенности облучаемой поверхности может быть использован люксметр модели DT1309. Для контроля выходного напряжения фотодатчика может быть применён мультиметр модели VC9805A.

Необходимость в нормировании выходного напряжения фотодатчика при использовании различных источников света была выявлена в процессе проектирования системы дистанционного управления светодиодным освещением СДУ-СВ. На этапе проведения экспериментальных работ было обнаружено, что при одной и той же по показаниям люксметра освещенности облучаемой светильником поверхности выходное напряжение размещённого на корпусе светильника фотодатчика имело различные значения для светильников различной природы света. Например, при освещенности облучаемой поверхности, равной по показаниям люксметра 120 лк., выходной сигнал фотодатчика при воздействии на облучаемую поверхность светодиодного источника света имел значение 280мВ, при воздействии источника света от лампы накаливания имел значение 390мВ, при воздействии источника света от люминесцентной лампы имел значение 450мВ, при воздействии источника солнечного света имел значение 840мВ. В результате этого отклонение освещенности облучаемой светодиодным светильником поверхности по показаниям люксметра от заданного оператором системы СДУ-СВ значения также имело различные значения в зависимости от типа постороннего источника света, которым дополнительно освещалась облучаемая поверхность. Например, при использовании в качестве постороннего источника света второго светодиодного светильника отклонение освещенности облучаемой поверхности от заданного оператором значения составляло не более 5%, а при использовании в качестве постороннего источника света люминесцентной лампы отклонение возрастало до 20%, а при использовании в качестве постороннего источника света солнечного излучения возрастало до 50%.

После введения в алгоритм работы системы СДУ-СВ коэффициента нормирования выходного напряжения фотодатчика для различных типов источников света по отношению к выходному напряжению фотодатчика для светодиодного источника света, отклонение освещенности облучаемой поверхности по показаниям люксметра от заданного оператором значения при воздействии на облучаемую поверхность любого постороннего источника не превышало 8%. При этом, система СДУ-СВ успешно прошла эксплуатационные испытания в реальных производственных условиях на двух предприятиях г. Саратова.

Вышеизложенные сведения показывают, что при использовании заявляемого изобретения выполнена следующая совокупность условий:

1. Средство, воплощающее заявляемый способ при его осуществлении, может быть использовано в системах управления внутренним освещением промышленных предприятий, складских помещений, выставочных и торговых павильонов, а также в системах управления наружного освещения, в том числе автомобильных дорог.

2. Средство, воплощающее заявляемый способ при его осуществлении, способно обеспечить достижение технического результата, заключающегося в повышении точности управления освещенностью облучаемой осветительным устройством поверхности по отражённому от неё световому потоку в условиях присутствия посторонних источников света иной, чем светодиодный источник света, природы.

3. Для заявляемого способа, в том виде, в котором он охарактеризован в изложенной формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью средств, описанных в заявке, следовательно, заявляемое изобретение соответствует критерию «Промышленная применимость».

Изобретение относится к средствам управления светодиодным освещением и может быть использовано в системах управления внутренним и внешним освещением промышленных предприятий, складских помещений. Технический результат - повышение точности управления освещенностью облучаемой осветительным устройством поверхности по отражённому от неё световому потоку в условиях присутствия посторонних источников света. Способ управления осветительным устройством содержит этап калибровки и этап рабочего функционирования, при этом на этапе калибровки получают и сохраняют в памяти блока управления желаемую кривую светорегулирования. В качестве осветительного устройства используют светодиодный светильник. Контроль интенсивности излучаемого им света осуществляют с помощью фотодатчика, размещённого на корпусе светильника, в качестве кривой светорегулирования используют взаимную зависимость между выходным напряжением фотодатчика и управляющим напряжением. На этапе калибровки определяют и сохраняют в памяти коэффициенты нормирования выходного сигнала фотодатчика при воздействии на облучаемую поверхность посторонних источников света, а на этапе рабочего функционирования сравнивают выходное напряжение фотодатчика с сохранённым в памяти блока управления значением и, если они различаются, формируют сигнал рассогласования, при положительном значении которого уменьшают интенсивность света базового светодиодного светильника, а при отрицательном значении сигнала рассогласования увеличивают интенсивность света базового светодиодного светильника, обеспечивая поддержание освещенности облучаемой светодиодным светильником поверхности на заданном уровне. 1 ил.

Способ управления осветительным устройством, осуществляемый блоком управления, содержащий этап калибровки и этап рабочего функционирования, при этом на этапе калибровки путём формирования на выходе блока управления в диапазоне от 0В до 10В различных значений управляющего напряжения получают и сохраняют в памяти блока управления желаемую кривую светорегулирования, после этого на этапе рабочего функционирования путём изменения управляющего напряжения обеспечивают максимальное приближение интенсивности света осветительного устройства к желаемому значению, отличающийся тем, что в качестве осветительного устройства используют светодиодный светильник, а контроль интенсивности излучаемого им света осуществляют с помощью фотодатчика, размещённого на корпусе светодиодного светильника, при этом в качестве кривой светорегулирования используют взаимную зависимость между выходным напряжением фотодатчика и управляющим напряжением, а этап калибровки светодиодного светильника проводят при отсутствии воздействия на облучаемую им поверхность посторонних источников света, кроме этого, этап калибровки дополняют совокупностью действий, направленных на определение коэффициента нормирования выходного напряжения фотодатчика при воздействии на облучаемую поверхность постороннего источника света по отношению к выходному напряжению фотодатчика при воздействии на облучаемую поверхность светодиодного источника света, для этого, воздействуя на облучаемую поверхность посторонним источником света, устанавливают по показаниям люксметра, размещённого вблизи облучаемой поверхности, контрольное значение её освещенности, и измеряют по показаниям вольтметра выходное напряжение фотодатчика, после этого, воздействуя на облучаемую поверхность светодиодным источником света, вновь устанавливают по показаниям люксметра предыдущее контрольное значение освещенности облучаемой поверхности и измеряют по показаниям вольтметра выходное напряжение фотодатчика, после этого путем деления значения выходного напряжения фотодатчика, соответствующего постороннему источнику света, на значение выходного напряжения фотодатчика, соответствующее светодиодному источнику света, определяют и сохраняют в памяти блока управления коэффициент нормирования для данного постороннего источника света, аналогично определяют и сохраняют в памяти блока управления коэффициенты нормирования для всех посторонних источников света, на этапе рабочего функционирования сравнивают выходное напряжение фотодатчика с сохранённым в памяти блока управления значением и, если они различаются, формируют сигнал рассогласования, при положительном значении которого посредством изменения управляющего напряжения уменьшают интенсивность света светодиодного светильника, а при отрицательном значении сигнала рассогласования посредством изменения управляющего напряжения увеличивают интенсивность света светодиодного светильника, обеспечивая поддержание освещенности облучаемой светодиодным светильником поверхности на заданном уровне.