家居燈光智能控制系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種家居燈光智能控制系統，包含多個燈飾控制器和一個主控器，每個燈飾控制器的交流電源均并聯接于原插座或開關控制的負載上，實現燈飾控制。主控器和每個燈飾控制器中均安裝周波甄別電路，用于產生系統的同步時間保持系統動作一致，主控器還安裝有紅外接收電路，由遙控發射器控制改變燈飾運行模式。
【專利說明】
家居燈光智能控制系統
(一)技術領域:
[0001]本發明涉及一種家居燈光智能控制系統，包含多個燈飾控制器和一個主控器，每個燈飾控制器的交流電源均接于原插座或取代原開關控制的負載，實現燈飾控制。主控器和每個燈飾控制器中均安裝周波甄別電路，用于產生系統的同步時間保持系統動作一致，主控器還安裝有紅外接收電路，由遙控發射器控制改變燈飾運行模式。
(二)【背景技術】:
[0002]由電力網提供電源的控制系統，其各電子設備或模塊間都是通過專用線路通信，來糾正各電子設備或電子模塊的計時時間，達到同步運行目的。由于采用專用線路通信使布線復雜化并增加成本，如果計時時間不通過線路通信糾正，則由于傳統計時誤差，運行數小時后，其累積計時誤差會使系統控制動作不一致，可能造成系統崩潰，在一些經常變更設計，布線工程量大的場合其產品應用受到限制。
(三)
【發明內容】
:
[0003]—種家居燈光智能控制系統，包含多個燈飾控制器和一個主控器。家居住宅單元房總開關板上小型斷路器包含多路獨立空氣開關，它是導軌式安裝和壓板式接線改接方便，每一個空氣開關控制一路電器負載，例如插座、照明為一路電器負載等，根據需要選擇一個空氣開關，在空氣開關之后安裝一個電子開關，該電子開關并聯二極管。并在主控器和每個燈飾控制器中均安裝周波甄別電路，用于產生系統的同步時間保持系統動作一致，同時在其通信電路中各安裝一個通信電子開關及其開關驅動模塊。每個燈飾控制器都設置唯一編號，各燈飾控制器在離開系統單獨剛開機后的一段時間，依序顯示不同數量的LED燈，其LED燈點亮的數量與編號的號碼相對應，選擇顯示某點亮數量的LED燈時，關機得到相對應的編號并保存，貼上標識可通過再顯示校對，它是在編號時段當檢測不到電網周波信號時，單片機依靠其電源電容的儲能將編號數據存入非易失存儲器中。通信時，主控器關斷電子開關并接通其通信電子開關，將市電經隔離二極管送入系統，系統采用電力線的半波通信和半波供電，各燈飾控制器在檢測不到電力網被隔離二極管阻斷的半波信號時，即關閉LED燈電源接通通信電子開關;反之，當從半波切換為全波前，主控器先向各燈飾控制器發送切換指令，關斷通信電子開關。每個燈飾控制器的交流電源均接于原插座或取代開關控制的負載，取走原插座或開關上的負載并短路開關，實現燈飾控制，這樣改變設計方便，無須破墻布線。各燈飾控制器均控制一組LED燈，在同步時間控制下形成互相獨立又協調配合的燈飾效果。整個房屋燈光控制分照明、室內彩色和室外或屋頂彩色燈飾，全部采用LED燈，其中室內照明部分采用白色LED燈，彩色燈飾提供配景照明，構成各種慢變夢幻照明系統；屋頂彩色燈飾提供強烈變化的燈飾效果，主人可通過遙控器控制其開閉和燈飾模式選擇。
[0004]通信電子開關的開關驅動模塊是從電力網線經電阻降壓后分兩路，一路用于各燈飾控制器，它經反接二極管接于各燈飾控制器的單片機I/O 口，在時鐘計時器計時到周波負半波時，掃描該I/O口，如果沒有信號即系統處于半波通信狀態。另一路用于各燈飾控制器和主控器，其間通信是受同步時間控制以保持動作一致，該路經電阻分壓后接D觸發器的CLK端，0觸發器的Q端接單片機的外部中斷口(INTO或INTI )，該外部中斷口設置為電平觸發。D觸發器的D端接地，其S端與單片機的I/O 口相接，初始狀態S端置I。當CLK端的正方波信號到來時，其上升沿使D觸發器置0，外部中斷口低電平產生中斷，在中斷服務程序中先使S端置O使D觸發器置IS卩Q端為I而關中斷，然后進行通信，通信電子開關依所采用通信方式接于單片機相應端口，并進行信號調理，通信結束前S端置I使開中斷等待下一周波的通信，如此周而復始實現半波通信。
[0005]主控器安裝有紅外接收電路，它通常被廠家集成在一個元件中，成為一體化紅外接收頭，需要改變燈飾運行模式時，紅外線遙控發射器發出運行模式指令信號，主控器中紅外接收器件收到紅外線遙控發射器的紅外指令信號時，它將紅外光信號變成電信號并送到前置放大電路進行放大，再經過解調器后，由信號檢出電路將指令信號檢出，實現模式改變及其各種操作。主控器選擇在運行燈飾的微亮或暫停時進行半波通信操作，通信時間很短，不影響燈飾效果。
[0006]本發明利用電力網周波的正半周上升段，取三個甄別點實現對周波信號的識別判定，再利用周波時間建立同步時間，實現系統中主控器和各燈飾控制器的同步運行。
[0007]主控器和各燈飾控制器的周波甄別電路結構示意圖如圖2所示，由二個采用滯回比較器的電壓比較器組成，每個電壓比較器中均包含濾波電路，其電壓比較器的基準電壓由穩壓電路提供。系統設置時鐘計時器和同步計時器。如果檢測到相臨的兩個周波信號均為真，則取出該兩個相鄰的周波信號過零之間的時鐘計時器計時時間，按序存入周波時間存儲單元中，該周波時間存儲單元可存放100個周波時間，存滿時每存入一個周波時間，均先移除最先存入的一個周波時間，并計算存入的周波時間的平均值Tz并保存，利用Tz值鑒別待識別周波信號，以降低電力網頻率波動的影響，同時采用三個甄別點降低誤判可能性。
[0008]二個比較器分別用于甄別點1、甄別點2，如圖1所示。在周波正半周上升段的周波過零處，即甄別點O設置電壓過零檢測模塊，它采用周波正半波信號經電阻分壓、二極管進一步隔離負半周、信號調理后送入D觸發器的時鐘端CLK，D觸發器的Q端接單片機外部中斷口，該外部中斷口設置成電平觸發，D觸發器的D端接地，S端接單片機I/O口，平時該I/O口置I。當周波正半波過零信號到來時，緊接其后的周波信號上升沿使D觸發器Q端為O，單片機外部中斷口低電平，從而產生中斷，在中斷服務程序中執行指令:所述I/O口置0、關中斷、計時、所述I/O口置1、開中斷。其余二個比較器分別設置在周波正半周上升段，峰值電壓的35 %至50 %處的甄別點I和50 %至70 %處的甄別點2。
[0009]周波信號判定:單片機在設定時間開中斷后，時鐘計時器清零并開始計時，當周波電壓過零時，設置在甄別點O的電壓過零檢測模塊(VO)中D觸發器的輸出電壓跳變為零，產生中斷，記錄其過零點中斷時間ThO;此后，單片機掃描甄別點I處電壓比較器(Vl)的輸出電壓，當周波電壓達到(Vl)的閾值電壓時，輸出電壓從高到低跳變，掃描記錄其跳變時間Thl;同樣掃描記錄甄別點2處電壓比較器(V2)輸出電壓跳變時間Th2，將ThO與電壓過零檢測模塊(VO)的輸出電壓跳變時間設定值TsO作比較;Th I與電壓比較器(Vl)的輸出電壓跳變時間設定值Tsl以及Th2與電壓比較器(V2)的輸出電壓跳變時間設定值Ts2分別作比較，如果在允許誤差范圍內，則檢測到的該甄別信號為真，否則為假。上述判定甄別信號為真時，計算本次周波信號過零與相鄰前一次甄別信號為真時的周波信號過零間的時鐘計時器計時時間Tzu，將其與周波時間的平均值Tz作比較，如果不超過設定周波時間誤差Tzv則周波信號為真，這時保存Tzu并取20ms與同步計時器計時時間相加，將相加的值存入同步計時器中。
[00? O ]當時鐘計時器以周波電壓過零開始計時，則計時到16ms至18.5ms間的開中斷時間設定值Tk時開中斷，時鐘計時器計時到25ms至27ms間的關中斷時間設定值Tn時關中斷。
[0011 ]系統開機后，時鐘計時器開始計時，當檢測到第一個周波電壓過零時，設置在甄別點O的電壓過零檢測模塊(VO)的輸出電壓跳變，從而產生中斷，取出周波電壓過零點的時間TO保存，將時鐘計時器清零并開始計時，這時周波電壓過零時間ThO為0，同時單片機按上述方法掃描并判定甄別信號。由于檢測的是第一個周波，時鐘計時器是在周波電壓過零時開始計時，其ThO、Thl和Th2的值均須加上周波時間20ms減去開中斷時間設定值Tk的差值，如果三個甄別信號為真，取出的周波電壓過零點的時間TO作為初始時間存入同步計時器中，下一次即第一次開中斷時間取Tk。否則為假時，此時時鐘計時器時間須加上T0，繼續檢測。
[0012]當檢測到第一個和相鄰的第二個周波電壓過零時，由于未保存檢測的周波時間，因此兩次周波信號過零間的時鐘計時器計時時間是與周波時間20ms作比較，判定周波信號為真時，則是取20ms減ThO的差值與同步計時器計時時間相加，即第一次保存標準周波時間20ms，需扣除其ThO值，這是因為此后每次檢測到周波信號為真時，均在開中斷時將時鐘計時器清零后重新開始計時，并且是在開中斷時將標準周波時間計入同步計時器中，開中斷后時鐘計時器清零，否則判定周波信號為假時，此時時鐘計時器時間須加上T1 = T0+Tk，繼續按上述方法重新檢測第一個周波。當檢測第一個周波信號為真后，恢復以上所述的周波信號判定。
[0013]如圖1所示，如果檢測到周波信號為假，下一次開中斷時間均在本次開中斷時間后，經延時周波時間的平均值Tz時開中斷，并在開中斷后延時Tns時關中斷，設置關中斷時間是當周波信號在甄別點O時沒有產生中斷，這時須在超過TsO允許誤差范圍的設定時間點開始掃描，以及掃描甄別點I和甄別點2時，電壓比較器輸出電壓沒有產生跳變，都在關中斷時間Tns關中斷和停止掃描，Tns為:
[0014]Tns = Tn — Tk
[0015]如果檢測到周波信號為真，則下一周波開中斷時間Tks為:
[0016]Tks = Tk+ThO
[0017]即從第一次開中斷時間取Tk之后，時鐘計時器均是計時到Tks開中斷，并清零后重新開始計時，計時到Tns時關中斷，從而使同步計時器時間受到周波電壓過零時間的糾正。
[0018]重復上述過程。如果所述檢測到的上一周波信號為真，本周波判定時，甄別信號為假，或檢測到的周波時間與周波時間的平均值Tz比較超過設定周波時間誤差Tzv，或時鐘計時器計時到關中斷時間設定值Tns時，電壓過零檢測模塊(VO)輸出電壓未跳變，沒有產生中斷，則在時鐘計時器計時到Tns時關中斷，這時記未計周波數N為I并存儲，下一次開中斷時間是在上次開中斷時間經過Tz后開中斷，時鐘計時器在開中斷后清零并計時，計時到Tns時關中斷，此后每次判定周波信號真偽，如為假或本次檢測甄別信號雖為真但上次為假，則取N，將N+1后回存于存儲器中。
[0019]當檢測到周波信號為真時，則取出存儲器中N保存，并將存儲器中N置零，并恢復使用設定值Tks，這時取(N+1) X 20ms的值加于同步計時器中。
[°02°]系統同步時間為同步計時器的時間，再加上當前正在計時的時鐘計時器的時間。
[0021]判定甄別點信號真偽時，ThO、Thl、Th2是通過與電壓比較器輸出電壓跳變時間設定值TS0、Tsl、Ts2作比較看是否超差，來判定甄別點信號真偽，可以選擇:ThO、Thl、Th2均為真時該周波甄別信號為真，或者ThO為真，同時Thl、Th2之一為真時，或者Thl、Th2為真時，該周波甄別信號為真，視對判定周波信號真偽不同要求而定。
[0022]如果電力網故障，當N大于25至70間的一個設定值時，由于系統中主控器和各燈飾控制器，其檢測的Tz值和N值可能不同，這時，電力網頻率累積誤差，可能造成同步計時器時間無法通過檢測到真實周波信號時得到糾正，當檢測到周波信號為真時，這時采用時鐘計時器的累計計時值直接加于同步計時器中，以減少系統的不同步時間，累計計時值為NX Tz+20ms。電力網正常運營情況下N遠小于25。
[0023]允許的周波時間誤差Tzv和電壓比較器輸出電壓的翻轉時間設定值，由試驗評估取其平均值獲得。
(四)【附圖說明】:
[0024]圖1是周波甄別數據關系示意圖；
[0025]圖2是周波甄別電路結構示意圖；
[0026]圖3是家居燈光智能控制系統的電路結構方框圖。
(五)【具體實施方式】:
[0027]圖3是家居燈光智能控制系統電路結構方框圖包括:主控器(10)、通信電子開關(
11)、開關驅動模塊(12)、紅外線遙控發射器(13)、LED燈(14)、電子開關(15)、周波甄別電路(16)、燈飾控制器(17)，其中通信電子開關(11)、開關驅動模塊(12)、周波甄別電路(16)和圖2中單片機(UO)均分別包含在燈飾控制器(17)和主控器(10)中。電子開關(15)、通信電子開關(11)使用雙向可控硅作為開關。
[0028]圖2是周波甄別電路(16)的結構示意圖，由:輸入電路(SO)、電壓過零檢測模塊(VOK電壓比較器(Vl)和電壓比較器(V2)構成。單片機(UO)是指燈飾控制器(17)和主控器(10)中的單片機。輸入電路(SO)用于將電力網交流電壓通過電阻和二極管的分壓，轉換為電壓比較器合適的穩定的輸入電壓。單片機(UO)采用89C55WD，電壓比較器(Vl)、電壓比較器(V2)均使用專用的電壓比較器LM393，其基準電壓是采用穩壓管的穩壓電路來穩定電壓比較器的閾值電壓。
[0029]當電力網交流電壓周波信號過零時，電壓過零檢測模塊(VO)的輸出電壓跳變，單片機(UO)產生中斷，記錄中斷時間，同時單片機(UO)還用于掃描電壓比較器(Vl)和電壓比較器(V2)的輸出電壓，當輸出電壓跳變時記錄跳變時間，用于判定電力網周波信號從而產生同步時間。
[0030]紅外線遙控發射器發出的紅外線指令信號，主控器中一體化紅外接收頭收到該紅外線指令信號時，將紅外光信號變成電信號并送前置放大電路進行放大，再經過解調器解調后，由信號檢出電路將指令信號檢出，實現其各種操作。
【主權項】
1.本發明涉及家居燈光智能控制系統，其特征是，在空氣開關之后安裝一個電子開關，該電子開關并聯二極管，并在主控器和每個燈飾控制器中均安裝周波甄別電路，用于產生系統的同步時間，同時在其通信電路中各安裝一個通信電子開關及其開關驅動模塊，每個燈飾控制器都設置唯一編號，選擇顯示某數量的LED燈時，關機得到相對應的編號并保存，它是在編號時段當檢測不到電網周波信號時，單片機依靠其電源電容的儲能將編號數據存入非易失存儲器中，系統采用電力線的半波通信和半波供電，各燈飾控制器在檢測不到電力網被隔離二極管阻斷的半波信號時，即關閉LED燈電源接通通信電子開關;每個燈飾控制器的交流電源均接于原插座或取代原開關控制的負載，并短路開關，實現燈飾控制，各燈飾控制器均控制一組LED燈，其同步時間控制下形成互相獨立又協調配合的燈飾效果，主人可通過遙控器控制其開閉和燈飾模式選擇； 通信電子開關的開關驅動模塊是從電力網線經電阻降壓后分兩路，一路用于各燈飾控制器，它經反接二極管接于各燈飾控制器的單片機I/O口，在時鐘計時器計時到周波負半波時，掃描該I/O口，如果沒有信號即系統處于半波通信狀態，另一路用于各燈飾控制器和主控器，該路經電阻分壓后接D觸發器的CLK端，D觸發器的Q端接單片機的外部中斷口，當CLK端的正方波信號到來時，其上升沿使D觸發器置O，外部中斷口低電平產生中斷，進行通信，主控器安裝有紅外接收電路，選擇在運行燈飾的微亮或暫停時進行半波通信操作； 周波甄別電路是利用電力網周波的正半周上升段，取三個甄別點實現對周波信號的識別判定，再利用周波時間建立同步時間，系統設置時鐘計時器和同步計時器，如果檢測到相臨的兩個周波信號均為真，則取出該兩個相鄰的周波信號過零之間的時鐘計時器計時時間，按序存入周波時間存儲單元中，存滿100個周波時間時每存入一個周波時間，均先移除最先存入的一個周波時間，并計算存入的周波時間的平均值Tz，利用Tz值鑒別待識別周波信號； 二個比較器分別用于甄別點1、甄別點2，在周波正半周上升段的周波過零處，即甄別點O設置電壓過零檢測模塊，它采用周波正半波信號經電阻分壓、二極管進一步隔離負半周、信號調理后送入D觸發器的時鐘端CLK，當周波正半波過零信號到來時，緊接其后的周波信號上升沿使D觸發器Q端為0，單片機外部中斷口低電平，從而產生中斷，其余二個比較器分別設置在周波正半周上升段，峰值電壓的35%至50%處的甄別點I和50%至70%處的甄別點2; 周波信號判定:單片機在設定時間開中斷后，時鐘計時器清零并開始計時，當周波電壓過零時，設置在甄別點O的電壓過零檢測模塊中D觸發器的輸出電壓跳變為零，產生中斷，記錄其過零點中斷時間ThO;此后，單片機掃描甄別點I處電壓比較器(Vl)的輸出電壓，當周波電壓達到電壓比較器(Vl)的閾值電壓時，輸出電壓從高到低跳變，掃描記錄其跳變時間Thl;同樣掃描記錄甄別點2處電壓比較器(V2)輸出電壓跳變時間Th2，如果所述跳變時間在允許誤差范圍內，則檢測到的該甄別信號為真，否則為假，上述判定甄別信號為真時，計算本次周波信號過零與相鄰前一次甄別信號為真時的周波信號過零間的時鐘計時器計時時間Tzu，將其與周波時間的平均值Tz作比較，如果不超過設定周波時間誤差Tzv則周波信號為真，這時保存Tzu并取20ms與同步計時器計時時間相加，將相加的值存入同步計時器中；當時鐘計時器以周波電壓過零開始計時，則計時到16ms至18.5ms間的開中斷時間設定值Tk時開中斷，時鐘計時器計時到25ms至27ms間的關中斷時間設定值Tn時關中斷； 當檢測到第一個周波電壓過零時，設置在甄別點O的電壓過零檢測模塊的輸出電壓跳變，從而產生中斷，取出周波電壓過零點的時間TO保存，將時鐘計時器清零并開始計時，這時周波電壓過零時間ThO為O，單片機按上述方法掃描并判定甄別信號，其ThO、Thl和Th2的值均須加上周波時間20ms減去開中斷時間設定值Tk的差值，如果三個甄別信號為真，取出的周波電壓過零點的時間TO作為初始時間存入同步計時器中，下一次即第一次開中斷時間取Tk，否則為假時，此時時鐘計時器時間須加上TO，繼續檢測； 當檢測到第一個和相鄰的第二個周波電壓過零，判定周波信號為真時，則是取20ms減ThO的差值與同步計時器計時時間相加，開中斷后時鐘計時器清零，否則判定周波信號為假時，此時時鐘計時器時間須加上T1 = T0+Tk，繼續按上述方法重新檢測第一個周波，當檢測第一個周波信號為真后，恢復以上所述的周波信號判定； 如果檢測到周波信號為假，下一次開中斷時間均在本次開中斷時間后，經延時周波時間的平均值Tz時開中斷，并在開中斷后延時Tns時關中斷，設置關中斷時間是當周波信號甄別為假時，在關中斷時間Tns關中斷和停止掃描，Tns為: Tns = Tn-Tk 如果檢測到周波信號為真，則下一周波開中斷時間Tks為:Tks = Tk+ThO 即從第一次開中斷時間取Tk之后，時鐘計時器均是計時到Tks開中斷，并清零后重新開始計時，計時到Tns時關中斷； 重復上述過程，如果所述檢測到的上一周波信號為真，本周波判定時，甄別信號為假，則在時鐘計時器計時到Tns時關中斷，這時記未計周波數N為I并存儲，下一次開中斷時間是在上次開中斷時間經過Tz后開中斷，時鐘計時器在開中斷后清零并計時，計時到Tns時關中斷，此后每次判定周波信號真偽，如為假或本次檢測甄別信號雖為真但上次為假，則取N，將N+1后回存于存儲器中； 當檢測到周波信號為真時，則取出存儲器中N保存，并將存儲器中N置零，并恢復使用設定值Tks，這時取(N+1) X 20ms的值加于同步計時器中； 系統同步時間為同步計時器的時間，再加上當前正在計時的時鐘計時器的時間； 判定甄別點信號真偽時，選擇:ThO、Thl、Th2均為真時該周波甄別信號為真，或者ThO為真，同時Thl、Th2之一為真時，或者Thl、Th2為真時，該周波甄別信號為真，視對判定周波信號真偽不同要求而定， 如果N大于25至70間的一個設定值時，采用時鐘計時器的累計計時值直接加于同步計時器中，累計計時值為N X Tz+20ms。2.根據權利要求1所述的家居燈光智能控制系統，其特征在于包括: 主控器(10)、通信電子開關(11)、開關驅動模塊(12)、紅外線遙控發射器(13)、LED燈(14)、電子開關(15)、周波甄別電路(16)、燈飾控制器(17)，其中單片機(UO)和通信電子開關(11)、開關驅動模塊(12)和周波甄別電路(16)均分別包含在燈飾控制器(17)和主控器(10)中； 周波甄別電路(16)由:輸入電路(SO)、電壓過零檢測模塊(VO)、電壓比較器(Vl)和電壓比較器(V2)構成，輸入電路(SO)用于將電力網交流電壓通過電阻和二極管的分壓，轉換為電壓比較器合適的穩定的輸入電壓； 紅外線遙控發射器發出的紅外線指令信號，主控器中一體化紅外接收頭收到該紅外線指令信號實現其各種操作。
【文檔編號】H05B33/08GK105848370SQ201610448459
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年6月20日
【發明人】張金木
【申請人】福州臺江區超人電子有限公司