專利名稱：智能照明設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及照明設備，并且更具體地涉及控制照明設備。
背景技術：
常規(guī)照明過去曾使用白熾燈和熒光燈，但近來隨著藍色LED的發(fā)明，已經開始使用LED光。LED光的初始成本可能是高的，但隨時間流逝，功率節(jié)省可實質上減少照明的總體成本。功率高效的LED光的高初始成本部分是因創(chuàng)建從功率源至LED的恒定電流必需的特殊電子器件所引起的。然而，具有此特殊電子器件，以非常小的附加成本實現諸如遠程控制、調光、光感測、定時以及光的顏色調整之類的特征是可能的。針對常規(guī)照明的此類特征由單獨的電子單元執(zhí)行，這些電子單元使燈通電或斷電，這增加了成本和復雜性。今天大多數LED燈包含串聯(lián)和/或并聯(lián)連接在一起的多個LED，且由開關電源驅動。在AC電網連接的燈中，電源從電網電壓85-240V轉換為用于LED的電流，而電池供電的燈中的電源從電池電壓轉換為用于LED的電流。此類電路由諸如針對電網連接的Or^emi和Supertex以及針對電池供電的Maxim之類的公司提供。較低效率的LED燈簡單通過串聯(lián)電阻器將LED連接至電源。盡管較便宜，但電阻器耗散大量功率，且當連接至AC電源時，燈具有較差的功率因素。功率因素較差是因為LED 僅在AC波形的峰值期間導通。燈中的LED可為任何顏色或顏色的任何組合，包括白色。白色LED通常由以某種類型的黃色磷光體覆蓋的藍色LED制成。來自LED的大部分藍光被磷光體吸收且以對應于綠色、黃色和一些紅色的較低頻率重新發(fā)射。該辦法的一些優(yōu)勢包括低成本和更自然的連續(xù)光譜。一些不利包括因在磷光體中的損失導致的低效率、來自LED的帶點藍色、以及因磷光體降級導致的可靠性降低。諸如Cree照明和Nichia的公司在市場上銷售此類高亮度LED。一個特定的Cree產品的光譜顯示450nm左右的尖峰，其是由LED產生的藍光，以及550至600nm左右的寬峰，其是來自磷光體的黃色。在500nm和700nm，輸出功率僅為峰值功率的20%。相反，日光的光譜恰從500nm之下至700nm之上是幾乎平坦的。為了克服光譜的紅色端處的能量缺乏，Cree照明制造出包括紅色LED串以及覆蓋磷光體的藍色LED串的總括兩種顏色的LED燈。當將RGB源產生的光譜、Cree白色LED加紅色LED解決方案的光譜與來自白熾燈的標準輸出比較時，RGB的光譜以及白光加紅光的光譜都既不良好匹配白熾燈光譜，也不良好匹配日光光譜，盡管白光加紅光產生兼顧許多應用的良好成本/性能。從彩色光譜的角度而言理想的LED燈應包含工作在不同功率電平的許多不同顏色的LED以產生或白熾燈或日光的粗略近似。紅色、黃色、綠色和藍色的組合可能是最小數量的顏色。盡管該辦法應具有良好光譜以及更具能量效率和可靠，但每種顏色中的相對功率電平的控制在當今實踐中是困難且昂貴的。即使建立顏色隨處理變化、溫度、老化等進行控制的三色(RGB)LED光也存在挑戰(zhàn)。一些技術包括通過三個濾光光電二極管對RGB驅動器電路的反饋。每個光電二極管被調至每個LED的顏色，并被連接至IC上的信號檢測和信號處理功能。信號處理器隨后相應控制紅色、綠色和藍色驅動電流。此類顏色濾波器光電二極管由Hamamatsu提供，這是相對昂貴的且消耗或許另外專用于產生光而非接收光的電路板空間。國內半導體提供針對IXD顯示器背光的RGB LED驅動器。它們的LP5520能校準 LED光輸出中的初始變化并隨后隨溫度調整。然而，其并不能補償老化。因為一些LED的輸出功率隨時間上升而一些LED的輸出功率隨時間下降，補償的唯一有效手段是通過每個燈組件的實際光功率測量。Cree的白色加紅色LED燈包括6個白色LED以及30個紅色LED的一個并行/串行組合的兩個鏈，總共30個LED。其還包括如美國公開專利申請?zhí)?008-0309255中所述的光電檢測器和溫度傳感器以保持顏色。波長選擇性光電檢測器監(jiān)視較短發(fā)射波長(綠色且更短)并作為響應調整紅色LED的亮度。同樣，用溫度感測元件監(jiān)視溫度，溫度感測元件用于調整至紅色LED的驅動電流以補償隨溫度增加的亮度降級。既不測量紅色LED產生的光功率，也不測量波長長于綠色的白色LED產生的光功率。紅色LED亮度隨壽命的任何變化不被補償。用于驅動和控制不同顏色的LED并具有良好顏色區(qū)別且無用于附加光電檢測器和溫度傳感器的成本和電路板空間的成本高效解決方案將是有益的。傳統(tǒng)的調光開關使用僅允許電網AC電壓在部分循環(huán)期間被施加到白熾燈的雙向三極管開關電路。例如，當設置為半功率時，對于正弦電壓的第一個90度，傳遞給燈的電壓信號為零，對于第二個90度跳至峰值振幅并跟隨正弦降至零，對于下一個90度停留在零， 以及最后跳至負峰值電壓并跟隨正弦返回至零。該辦法是對消費者使電阻性白熾燈變暗的便宜且有效的方式。盡管雙向三極管開關調光器減少燈泡中的功率消耗，但它并不能減少公共事業(yè)公司必須產生的功率。電力公司產生與電壓同相的電流。隨著電壓增加，電流增加。如果發(fā)電廠上的整個負載由用雙向三極管開關調暗50%的光構成，則正循環(huán)和負循環(huán)的第一半期間產生的電流將不會去往燈泡，但它將會去往別處。無論光是全亮或變暗，公共事業(yè)必須生成相同量的功率且必須處理電網上的潛在危險瞬態(tài)?？赏ㄟ^減少驅動電流或通過使用脈沖寬度調制(PWM)減少電流被施加的時間來減少來自LED的光。電流以快于眼睛能看見的速率開啟和關閉，其中占空比與期望的光輸出成比例。因為LED產生的光的波長隨驅動電流變化，故PWM調光有時是較佳的。當用LED 燈替代白熾燈時，現有的雙向三極管開關調光器仍調整去往燈的電源。為了啟用PWM調光， LED燈電路系統(tǒng)必須過濾電源、檢測電源的占空比以及相應調整PWM占空比，這增加了成本和復雜性。光電傳感器通常被用于測量房間中的環(huán)境光或室外光照并作為響應調整燈的亮度。室外的燈可分別在黃昏和黎明被開啟和關閉，或者室內的燈可被調暗由此來自窗口的光加來自燈的光保持恒定。對于現有技術，此類光電傳感器需要被置于遠離燈以便來自燈的光不干擾光電傳感器。通常，光電傳感器是獨立的電子設備，其需要被安裝。具有內置的不受來自燈的光輸出影響并且不要求任何布線變化的光電傳感器的燈將是有益的。進一步，能提供該功能性且不需要光電傳感器的燈將更為有益。開啟和關閉燈的定時器通常插入墻上插座且基于一天中的時間將電力連接至附連的燈或斷開。此類設備通常較大。安裝的燈插座在沒有顯著布線變化的情形不能被變?yōu)槎〞r器。具有不要求附加成本或任何布線變化的內置定時器功能的替代燈泡將是有益的。新家中或新商業(yè)建筑中的電線和照明開關消耗建設成本的顯著部分。另外，具有調光器的燈開關比簡單的撥動開關昂貴得多，因此更少頻率地被使用?？杀焕珙愃芓V遙控之類的設備遠程控制的燈可能顯著減少布線成本并提供附加特征，這將是有益的。發(fā)展中世界正跨背跳躍發(fā)達世界的技術。例如，太陽能供電的家庭在整個發(fā)展中世界(即，肯尼亞、印度等)是廣泛分布的。照明傳統(tǒng)上由柴火提供且近來由煤油提供，這是十分低效的。太陽能電池板、汽車電池和LED燈的組合提供好的多的解決方案。日間，太陽能電池板為電池充電而在夜間，LED燈消耗電力。再充電系統(tǒng)的有效性決定該系統(tǒng)的有效性。任何太陽能效率改善都是很有意義的。LED是光敏的且能在暴露于光線時產生功率。 利用該能量將是有益的。本文在各個實施例中描述的本發(fā)明提供對上述問題的解決方案。概要在某些示例性實施例中，改進的照明設備使用LED燈中的組件以非常低的成本執(zhí)行上述功能的一些或全部。產生光的LED可被周期性瞬間關閉，例如，達人眼不能感知的持續(xù)時間，以便燈能光學地接收命令。光學傳送的命令可被發(fā)送至燈，例如使用遠程控制設備。該照明設備可使用當前被關閉的LED以接收數據并隨后相應配置光或測量光。此種光可為針對光電傳感器功能的環(huán)境光，或來自照明設備中的其他LED以調整顏色混合的光。在某些示例性實施例中，照明設備使用LED來產生光并提供至不可能以常規(guī)照明實現功率節(jié)省特征的控制器的雙向通信。該照明設備例如可用來自遠程控制器的光被編程以開啟或關閉、以調整亮度或顏色、以及響應于環(huán)境光或定時器計數值的變化而開啟或關閉。在正常工作期間產生照明的LED被周期性地用于在人眼不能檢測的短間隔期間接收來自控制器的調制光。響應于來自遠程控制器的命令，照明設備能產生以數據調制的光。另外，當遠程控制器被關閉且被暴露于日光時，控制器中的LED可提供細流充電電流以維持全電池功率。在某些方面，本發(fā)明提供一種智能照明設備的系統(tǒng)且在某些情況下，提供一種遠程控制器。通常連接至AC電網電源的該照明設備能經由光接收來自遠程控制器的命令，該遠程控制器通常是電池供電的。遠程控制器隨后對燈進行編程用于定時器或光敏操作。例如，在黃昏，燈可被開啟隨后關閉、光在功率接通時到來并在固定時間后離去、光可以在固定時間到來和離去、或者光可在黃昏到來而在黎明離去。也可啟用或禁用調光，或基于環(huán)境光自動調整調光。在被開啟時，照明設備周期性關閉LED以確定是否正發(fā)送任何命令或測量環(huán)境光。遠程控制與這些瞬間“關燈”周期同步并在用戶指示的情況下發(fā)送命令。這些命令可為開/關、調光、定時器、光電池、顏色等。當燈被遙控關閉時，AC功率仍是活動的。該設備進入低功率模式。當遙控將燈開啟，入射光可為LED供電并使燈開啟。也可通過移除AC功率關燈以及通過開啟AC功率來開啟燈。某些序列中的循環(huán)功率可將燈復位至默認狀態(tài)。
在某些實施例中，照明設備在光輸出被瞬間關閉的間隔期間使用光敏LED ( S卩，紅色LED)來檢測收到的數據或DC光。對于多色光，照明設備可使用最長波長LED(即，紅色 LED)的鏈來檢測其他顏色的輸出功率。具有最長波長LED的兩個鏈，每個鏈可測量另一個鏈的輸出功率，由此使得反饋環(huán)能控制每種顏色的輸出功率和混合的顏色混合。一旦照明設備(即，“燈”)被安裝在可被或不可被連接至調光開關的現有插座中， 照明設備可由遠程控制器調光。遠程控制器在短的“關”時段期間發(fā)送命令以遞增或遞減輸出光級。調光功能可通過以較佳鎖定至開關調節(jié)器頻率的開關頻率脈沖寬度調制LED驅動電路或簡單通過調整LED驅動電流來執(zhí)行。若啟用光電感測，則在短的光關閉時段期間最長波長的LED鏈可被用于測量環(huán)境光。為了這樣做，可以光電模式配置LED，并產生與入射光成比例的電壓。若電壓高于通過命令規(guī)定的級別，則作為響應，燈可關閉。若電壓降落至低于該規(guī)定級別，則燈可開啟。此種機制使得光能在夜間開啟而在日間關閉。結合定時器，燈可在黃昏開啟而在規(guī)定的時間量后關閉。當啟用定時器時，燈可在每天的不同時間開啟和關閉，或在被開啟后的規(guī)定時間量之后關閉。燈可由遠程控制、通過開關施加的功率、或通過光電傳感器功能開啟。在電網連接應用中，定時器被同步至針對精確頻率基準的AC頻率。當由電池供電時，光敏LED鏈可提供細流電流以對電池再充電。30個紅色LED的鏈(例如，在CREE燈中)可產生近ImW的功率，該功率可對應用(諸如，不常使用的應急燈)中充電的電池保持再充電。對于諸如發(fā)展中世界常見的太陽能供電的關網格系統(tǒng)的應用，燈的充電能力可擴增太陽能電池板的能力。附圖描述通過參照附圖，能更好地理解本發(fā)明，而且使本發(fā)明的許多目標、特征和優(yōu)點對本領域技術人員是顯然的。

圖1是照明設備和遠程控制器的示例性系統(tǒng)圖。圖2是由示例性照明設備執(zhí)行的功能的示例性列表。圖3是照明設備和遠程控制器之間的數據通信的示例性定時圖。圖4是用于在照明設備和遠程控制器之間傳遞數據的比特定時和編碼方案的示例性定時圖。圖5是示例性照明設備的框圖。在不同附圖中使用相同的附圖標記表示相似或相同的項。雖然本發(fā)明容許多種修改和替代形式，但其具體實施例將通過附圖中的示例示出且將在本文中詳細描述。然而，應當理解的是，本發(fā)明的附圖和詳細說明不旨在將本發(fā)明限制為所公開的特定形式，反之，其意圖是覆蓋落在如所附權利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內的所有修改、等價物以及替代物。具體描述現在轉向附圖，圖1是包含照明設備11和遠程控制器12的智能照明設備系統(tǒng)10 的一個示例。遠程控制器12較佳地像閃光燈或TV遠程控制一樣由電池供電且被用于以調制光編程照明設備11。當照明設備11較佳地由電插座(例如，愛迪生基地插座)的AC電網供電時，照明設備11可由遠程控制器12控制。當啟用照明設備11以產生光時(即，“開啟”或“產生光”)，照明設備11簡短且周期性地停止發(fā)光以檢測來自遠程控制器12的命令或檢測來自環(huán)境的環(huán)境光，或校準多色照明設備11中的顏色。當照明設備11由AC電網供電但不被啟用以產生光(即，“關閉”)時，照明設備進入低功率狀態(tài)。來自遠程控制器12 的命令在該狀態(tài)下仍能由照明設備11檢測。照明設備11通過瞬間產生以數據調制的光來響應遠程控制器12。為了重設照明設備11至默認狀態(tài)，至照明設備11的功率以特定序列循環(huán)。圖1只是許多可能的智能照明設備系統(tǒng)的一個示例。例如，照明設備11可由電池供電或遠程控制器12可由AC電網供電。在另一示例中，若照明設備在其被設計或生產時被編程，則不需要遠程控制器12。預編程設備的示例包括預先配置的夜燈，以及或許在開啟一小時(或其他延遲)后自動關閉的燈。在此情形中，可減少照明設備的功能性。在另一示例中，來自遠程控制器12的光可在編程時用光為沒電的照明設備11供電。例如，消費者可能購買包括該遠程控制器的燈泡替代品。消費者隨后可能將該燈泡保持對著遙控并將其配置為在開啟35分鐘后關閉，隨后取出經編程的燈泡并將其擰入某處的插座中。如果不是該自供電的變例，燈泡將需要被擰入供能的插座以便對其編程，這或許是可能的，但仍然可能缺少便利性。在又一示例中，遠程控制器電池可在不使用時由日光或環(huán)境光充電。此外，多個照明設備11可彼此通信。例如，各個政府近來已經提出了某些建筑物必須具有基于是否有人在場而自動開啟和關閉的智能燈的命令。一些大的照明公司提供包含具有運動探測器和 900MHz RF收發(fā)機的燈的系統(tǒng)。當室內的一個燈檢測到運動時，它告知其余的燈開啟。該辦法的兩個主要問題在于(1)燈是昂貴的，且(2)RF信號穿越墻至其他沒有人的房間。本文描述的諸設備可經由符合下述條件的光彼此通信(1)不要求RF電路系統(tǒng)的費用，以及(2) 不穿越墻。此外，類似調光或顏色控制之類的功能可能受益于燈彼此通信。例如，用戶可能對一個燈進行編程，且該燈隨后重新配置其他的燈。在兩個燈不斷彼此通信的情況下，附加的應用可能是安全性。若入侵者在它們之間穿越并瞬間阻擋光，則這些燈檢測該情形并以某種至中央安全系統(tǒng)的菊花鏈的方式將信息廣播給建筑物內的其他燈。表2是對啟用遠程控制器12以開啟和關閉照明設備11、調整輸出功率、以及將顏色變?yōu)槿N不同設置中的一種的照明設備11的命令14的示例列表。此外，照明設備11可被配置為響應于日時計數器到達特定計數或環(huán)境光降至某一水平之下自動開啟，以及在定時器從照明設備11被開啟時起到達特定計數或環(huán)境光上升至高于某一水平后自動關閉。 在此示例中，始終自動測量顏色混合并調整至特定設置。命令14的示例設定可使用4個比特來產生十六進制碼13。較佳地，十六進制碼13之前有同步模式，之后為奇偶校驗以產生8比特傳遞序列。 此外，設定時間的命令必須跟有實際時間。既然一天有1440分鐘，則1分鐘的分辨率時間要求11比特，這可在該命令后以兩個連續(xù)傳遞被發(fā)送。表2只是命令14和十六進制碼13的許多可能集合的一個示例。例如，在多色光中，每個單獨分量可被調光或顏色校正可被啟用或禁用。作為另一示例，日時計數器可同樣計數每周的日子。照明設備11可能具有這些功能的子集或可能具有諸如選通或連續(xù)顏色變化等各種其他功能。此外，可讀取照明設備11的狀態(tài)和寄存器內容。并且，十六進制碼 13至命令14的指派可完全不同，且取決于命令14的數量可包含或多或少的比特。
圖3是照明設備11正產生光時用于照明設備11和遠程控制器12之間傳達命令 14的示例定時圖。來自照明設備11的脈沖寬度調制光PWM20周期性地被間隙21中斷，在間隙21時沒有光產生。該示例中的間隙周期22是1秒。間隙時間23等于電網周期的一半或在60Hz下即為8. 33毫秒。遠程控制器12與來自照明設備11的PWM20光中的間隙21 同步，并能在間隙21期間發(fā)送命令CMDM。當從遠程控制器12發(fā)送并由照明設備11適當接收CMDM時，照明設備11在CMDM之后立即提供響應RSP25。遠程控制器12可較佳地被狹窄聚焦(與閃光燈很類似)以協(xié)助用戶將遠程命令引導至具有多個照明設備的房間中的特定照明設備。用戶可看到光束并將其直接射到一個燈上。這將來自遙控的光聚焦到照明設備上并將來自照明設備的光聚焦到遙控的檢測器上。在此示例中，來自照明設備11的光以電網頻率的16倍或針對60Hz AC的960Hz 進行脈沖寬度調制以啟用調光而不必改變LED波長。在全亮度處，關閉時間非常短或不存在，而在較低亮度水平，開啟時間短。脈沖的頻率保持固定。為了防止遠程控制器12丟失與照明設備11的同步，間隙21之前來自照明設備11的最后一個脈沖較佳地不被減少至遠程控制器12能檢測的最小寬度之下。在另一示例中，1秒間隙時間22可在照明設備11和遠程控制器12傳達第一個 CMDM之后被縮短至例如200毫秒，以使得相繼的命令可被更快速傳達。這對于調光是重要的，因為低功率和高功率之間存在許多功率電平級別。一旦遠程控制器12停止發(fā)送命令， 間隙周期22變寬返回至1秒間隔。當照明設備11不產生光時，遠程控制器12不檢測間隙21且能在任何時間發(fā)送命令CMDM。圖3示出的協(xié)議保持相同，除了照明設備11在處理前后不輸出PWM20光。當不發(fā)送命令CMDM或當照明設備11不產生光時，在間隙21期間，照明設備11 可測量環(huán)境光。當光電傳感器功能被啟用時，從在發(fā)送命令CMDM時收到的光中減去環(huán)境光電平并用于確定何時開啟或關閉照明設備11。更為具體地，當照明設備正接收命令時，背景光或環(huán)境光在跨LED (或光電二極管)的光學感生電壓中產生DC偏移。該DC偏移可通過在沒有發(fā)送命令時在間隙21期間測量光學感生電壓并在接收命令時將其從所感生電壓中減去來消除?；蛘撸彰髟O備中的接收機可高通濾波所感生電壓以移除DC偏移。因為數據率較低，故接收機可使用數字濾波器進行DC阻斷(和均衡)。若DC偏移在接收命令前已知，則數字濾波器的初始狀態(tài)可被相應設定，并減少建立時間。當啟用光電傳感器功能性時，當照明設備產生光時在間隙21期間測量環(huán)境光，并在不產生光時始終測量環(huán)境光。另外，在多色照明設備11中，可在間隙21期間或在照明設備11不產生光時測量每個單獨顏色的強度。例如，當照明設備11開啟時，照明設備11可在產生期望的光之前簡要測量每個顏色的強度。隨后例如隨照明設備變熱可周期性地在間隙21期間測量諸顏色分量。圖3只是許多可能的定時圖的一個示例。間隙周期22和間隙時間23可取決于應用有很大不同。響應RSP25可在不同時間被發(fā)送或根本不被發(fā)送。命令CMDM甚至可在PWM 的關斷時間期間被發(fā)送，且響應RSP25可能是PWM占空比中的變例。為了提供附加的誤差保護，命令CMDM可在生效前被重復一次或多次?？蓪崿F許多不同的定時圖和通信協(xié)議。對于由來自遠程控制器12的光供電而非電池或AC電網供電的照明設備11而言，協(xié)議可包括顯著的照明持續(xù)時間以便在電容器上存儲足夠電荷，例如以供電照明設備11并傳達數據。
圖4是解說照明設備11正產生光時在照明設備11和遠程控制器12之間的比特級通信的示例定時圖。通信始于照明設備11停止PWM20輸出。照明設備同步IDSYNC30脈沖是照明設備11在間隙21之前產生的最后一個PWM脈沖。IDSYNC30的寬度大于遠程控制器12可檢測的最小脈沖寬度。諸如短系列脈沖的其他同步序列也可在每個間隙21之前產生。來自遠程控制器12的CMDM包括雙向編碼的3個“1”的同步模式SYNC31、十六進制碼 13、以及偶數奇偶校驗比特P32。在這個示例中，命令14為“關燈”。若照明設備11正確接收CMD24，則響應RSP25包括構成CMD24的相同的雙向編碼的SYNC31、十六進制碼13、以及奇偶校驗P32。當照明設備11不產生光時，圖4示出的協(xié)議保持相同，除了照明設備11在處理前后不輸出PWM20光(也無IDSYNC30)。圖4只是許多可能的比特定時圖的一個示例。代替雙向編碼，協(xié)議可能使用諸如 4l^b、8bl0b或NRZ等許多熟知的編碼方案中的任一種。SYNC31可具有各種長度和完全不包括任何東西的序列。十六進制碼13可具有或多或少的比特，而奇偶校驗P32可為偶數或奇數，多于1比特，或根本沒有。CRC碼可被用于差錯檢測。對于由來自遠程控制器12的光供電的照明設備11而言，協(xié)議可以有很大不同。特別是，可能必須從照明設備11向遠程控制器12 —次1比特地傳送數據，其中遠程控制器12例如在從照明設備11發(fā)送的比特之間發(fā)光以對照明設備11上的電容器進行再充電。這樣做的有用收發(fā)機技術在由David J. Knapp 于 2009 年 1 月 27 日提交的題為"Fault Tolerant Network Utilizing Bi-Directional Point-to-Point Communications Links Between Nodes”(禾Ij用節(jié)點間的雙向點對點通信鏈路的容錯網絡)的美國專利申請No. 12/360，467、由David J. Knapp于2008年9月5日提交的題為"Optical Communication Device, Method and System”(光通信設備、方法和系統(tǒng))的美國臨時申請No. 61/094，595以及由David J. Knapp于2009年9月1日提交的題為"Optical Communication Device, Method and System”(光通信設備、方法和系統(tǒng)) 的美國專利申請No. 12/584，143中描述，其每一個通過引用完整結合于此。圖5是針對包括EMI濾波器和整流器41、AC_DC變換器、分壓器、集成電路ICM以及LED鏈53的示例性照明設備11的示例框圖。EMI濾波器和整流器41產生AC電網VAC40 的全波整流版本，并將電網上的瞬間擾動最小化以避免影響經整流功率，以及將照明設備 11中的開關噪聲最小化以避免影響電網。分壓器包括電阻器R42和R43并產生信號S57，信號S57是ICM的經整流電網信號的降壓版本。AC-DC變換器包括電感器44和45 (本文也稱為電感器L44和L40、電容器46和47 (也稱為“電容器C46和C47”，)、二極管48 (也稱為“二極管D48”)、N溝道開關晶體管49(也稱為“開關N49”)以及集成電路M(IC54)上的功率控制器62。本示例示出LED鏈53包括LED50、LED51和LED52，其中LED52和LED53 之間的虛線指示LED鏈53可包括許多LED。該架構對于單色光或由具有磷光體涂層的藍色 LED產生的白光是典型的。多色照明設備通常對每個顏色具有單獨的LED鏈。IC54包括存儲器和控件60、PLL和定時61、功率控件62、接收機63以及輸出驅動器64。存儲器和控件60包括用于存儲諸如啟用定時器或光電傳感器等的配置信息的非易失存儲器，以及用于諸如調光等的設置的易失(或非易失)存儲器。存儲器和控件60還包括管理數據與遠程控制器12的傳遞、產生脈沖寬度調制(PWM) LED驅動信號S59、以及實現控制ICM和照明設備11的總體功能的定時器和狀態(tài)機的邏輯。
PLL和定時61包括照明設備被上電時產生相位鎖定至S57的高頻時鐘的鎖相環(huán)。 包括R42和R43的分壓器提供經整流電網電壓的低壓版本S57，該低壓版本不會超過ICM 的額定電壓并被PLL鎖定。ICM上的所有其他電路與PLL和定時61輸出(未示出)同步。PLL和定時61允許照明設備11通過鎖定至電網頻率來維持日時定時器功能性的精確時基。類似地，間隙周期22和間隙時間23可精確地與VAC20定時對準。此種定時可使多個照明設備11用光進行彼此之間的直接同步和通信。例如，多個照明設備(即 “ID”)能通過首先就在產生光之前尋找間隙(例如間隙21)彼此同步。若發(fā)現合適間隙， 照明設備與其同步。若沒有發(fā)現間隙，則沒有什么可同步且該照明設備實際上變?yōu)槠渌彰髟O備在開啟時鎖定的定時主機。此種照明設備較佳地也應能檢測同步是否丟失以及能重新鎖定。還應注意，照明設備和系統(tǒng)以及可見光通信系統(tǒng)和方法的附加實施例在由David J. Knapp 于 2010 年 1 月 19 日提交的題為 “Illumination Devices and Related Systems and Methods”(照明設備和相關系統(tǒng)及方法)的美國臨時專利申請No. 61/336，M2以及由 David J. Knapp 于 2010 年 3 月 2 日提交的題為‘、ystems and Methods for Visible Light Communication'^用于可見光通信的系統(tǒng)和方法)的美國臨時專利申請No. 61/339，273中描述，其每一個通過引用完整結合于此。還應注意，顯示相關系統(tǒng)和方法、顯示校準系統(tǒng)和方法以及LED校準系統(tǒng)和方法在由David J. Knapp于2009年8月5日提交的題為“Display and Optical Pointer Systems and Related Methods”(顯示和光學指示器系統(tǒng)及相關方法)的美國臨時專利申請No. 61/273，518、由David J. Knapp于2009年8月5日提交的題為"Display Calibration Systems and Related Methods”(顯示校準系統(tǒng)和相關方法) 的美國臨時專利申請No. 61/273，536、由David J. Knapp于2009年9月30日提交的題為 "LED Calibration Systems and Related Methods”(LED 校準系統(tǒng)和相關方法)的美國臨時專利申請No. 61/277,871以及由David J. Knapp于2009年11月12日提交的題為“LED Calibration Systems and Related Methods”(LED校準系統(tǒng)和相關方法)的美國臨時專利申請Νο.6 Λ81，046中描述，其每一個通過引用完整結合于此。當VAC40被關閉時，電容器C47能將功率保留在ICM達一段時間。若VAC40在該時間內被關閉和開啟，則ICM可保持上電。為了重設照明設備11至默認狀態(tài)，VAC40可被關閉和開啟數次達規(guī)定時間量。例如，重設序列可為3個短的“關閉”和“開啟”區(qū)間，隨后是3個較長的“關閉，，和“開啟”區(qū)間，以及最后為3個更短的“關閉，，和“開啟”區(qū)間。PLL 和定時61監(jiān)視信號S57、信號ICM以在信號S57停在較低時進入低功率狀態(tài)，并測量短 VAC40關閉和開啟時段之間的時間。當PLL和定時61檢測到正確的VAC40關閉和開啟序列，ICM被重設至默認狀態(tài)。功率控件62以及外部組件電感器L44和L45、電容器C46和C47、二極管D48和開關Ν49以及來自輸出驅動器64的電流感測反饋實現AC-DC變換器功能。該配置是以熟知的單端主電感器變換器(SEPIC)實現的。開關Ν49通過功率控件62以諸如IMHz的相對高的頻率被開啟和關閉，其中占空比變化以產生通過LED鏈53的期望電流。當開關N49關閉時，來自L44和L45的電流被牽拉通過開關49且電容器C46上存儲的電荷向LED鏈53提供電流。當開關N49打開時，通過電感器L44和L45的電流流經二極管D48并至LED鏈53 和 C47。功率控件62將來自輸出驅動器64的電壓反饋信號Vfb65和內部基準電壓比較以產生調整耦合至開關N49的控制信號S58的占空比的誤差信號。信號Vfb65由流經輸出驅動器64中的小電阻器(未示出)的LED鏈53電流產生。當LED鏈53被關閉時，Vfb65變?yōu)閂+55的經分壓降壓版本，這在接收數據時和在PWM調光關斷時間期間發(fā)生?？刂骗h(huán)調整反饋分壓器以使V+55維持在與LED鏈53開啟時相同的電壓上。當輸出驅動器64開啟或關閉至LED鏈53的電流時，在功率控件62能調整至信號 S58的新占空比之前可能發(fā)生較大的電壓瞬變。當LED鏈53電流被關閉時，V+55將走高直至S58的占空比降低，且當LED鏈53的電流被開啟時，V+55將走低直至S58的占空比增加。 為了將此瞬變最小化，功率控件62在將發(fā)生此變化之前從存儲器和控件60接收信息并在一需要此變化時就調整S58的占空比。恰在輸出控制器64將LED鏈53的電流關閉前，功率控件62測量S58的占空比并存儲結果。在下次LED鏈53的電流被關閉時該占空比被立即恢復以防止V+55沖至很高。同樣，在LED電流被開啟時測量S58的占空比，且存儲該結果，并隨后恢復該占空比以防止V+55沖至較低。輸出驅動器64用接地的開關(未示出)將LED鏈53的電流開啟或關閉。當開關打開時，電流通過LED鏈53和開關從V+55流至大地，當開關關閉時，沒有電流流過。當開關打開時，與開關串聯(lián)的小電阻器產生Vfb65。當開關打開時，控制環(huán)將來自V+55的可變分壓器的輸出與Vfb65進行比較并調整分壓器直至輸出等于Vfb65。當LED鏈53的電流關閉時，V+55分壓器環(huán)也關閉且分壓器保持固定。當LED鏈53的電流關閉時，V+55的該分壓版本通過Vfb65被轉發(fā)至功率控件62。當LED鏈53的電流被輸出驅動器64關閉時，接收機 63能接收來自遠程控制器12的數據。來自遠程控制器12的調制光被像在太陽能電池板中一樣以光電模式工作的LED鏈53轉換為電壓信號S59。接收機63高通濾波S59以阻擋來自環(huán)境光的DC分量并消除光電LED鏈53的低帶寬。此帶寬通常支持高達每秒Ik比特 (Ilcbps)，但通過合適的均衡濾波器，數據率可增加10倍或更多。為了支持圖3和4中的協(xié)議，需要21ApS。接收機63包括A/D變換器和數字濾波器以均衡信號S59。不需要定時恢復，因為數據從與ICM被鎖定到的AC電網頻率同步的遠程控制器12發(fā)送。數字濾波器的輸出在恰當時間被簡單采樣。當照明設備11不產生光時，遠程控制器12檢測到不存在間隙21。因為遠程控制器12不與來自照明設備11的間隙21同步，且因為遠程控制器12是電池供電的，那么來自遠程控制器12的數據與照明設備11中的定時異步。假設遠程控制器12具有精確振蕩器， 諸如石英晶體，遠程控制器12和照明設備參照時鐘通常將在彼此的百萬分之幾百的范圍內。照明設備11重設以高頻鎖定在第三SYNC31脈沖的下降沿上的定時器并使用該定時器來采樣收到數據并產生已發(fā)送數據。兩個參照時鐘之間在一個傳遞周期的16毫秒上的偏移是不顯著的。照明設備11在間隙21期間且也在照明設備11不產生光時通過用接收機63中的 A/D變換器測量信號S59的平均電壓來測量環(huán)境光。A/D變換器應被構筑成具有小的DC誤差，諸如熟知的斬波穩(wěn)定架構以測量非常小的光級。圖5只是許多可能的照明設備11框圖的一個示例。例如，多色光的照明設備11 的架構可包括針對每個分量顏色的LED鏈53和輸出驅動器64。示例顏色組合可包括紅色、 綠色和藍色，或紅色、黃色、綠色和藍色，或紅色和白色。在間隙21期間且也在照明設備11 不產生光時，較低光頻率的LED可測量彼此的光強度以及較高光頻率LED的光強度。例如，在紅色和白色照明設備中，例如在間隙21期間，白色LED鏈可能產生光且紅色LED鏈可能被連接至接收機且可測量光功率。若紅色LED被組織在具有分離的輸出驅動器的兩個分離鏈中，則在例如間隙期間一個紅色LED鏈可測量另一個紅色LED鏈的光功率。通過測量來自每個LED鏈的光功率，照明設備可調整去往不同LED鏈的電流以維持例如隨LED變化、溫度變化和LED壽命的特定色彩點?？煞窒韱蝹€接收機63并在不同時間將其連接至不同的 LED鏈，或可實現多個接收機63?？捎蛇h程控制器12在配置期間供電的照明設備的另一個示例照明設備11框圖可包括第二非常小的功率接收機。該第二接收機可由接收調制光的LED鏈供電并可將配置信息存儲在非易失存儲器中。由光感生的跨LED鏈的平均電壓通常顯著低于從相同LED鏈產生光所需的電壓。感生電壓可被跨電容器C47存儲，且LED鏈53的較小段可被連接至輸出驅動器64以向遠程控制器12發(fā)射響應。在不供電時配置照明設備11的通信協(xié)議可能不同于圖3以使得電容器C47可在每個發(fā)射的光脈沖后被再充電。這樣做的有用技術在前述的美國申請No. 12/360，467和前述的美國臨時申請No. 61/094，595中描述。對由電池而非AC電網供電的照明設備11的框圖將具有電池以及潛在的不同類型的開關電源，諸如熟知的降壓、升壓、降壓-升壓、或反激。在可再充電的電池的情況下，入射至LED上的環(huán)境光或日光可產生用于對電池進行再充電的功率。此種照明設備11的框圖可具有管理電池充電器的第二功率控件62。由AC電網供電的照明設備也可具有各種不同的AC-DC變換器的任一種，諸如升壓-降壓或反激。此種照明設備也可具有使照明設備在電力用光時維持日時計數器的備用可再充電電池。照明設備11的定時也可例如基于本地晶體振蕩器而非電網頻率。作為再一示例，例如，使用硅光電二極管而非LED接收數據的照明設備的框圖將具有連接至光電二極管而非LED鏈53的接收機63。此類架構對于僅使用涂覆磷光體的白色LED的照明設備尤其有用，此種LED在光電模式中不能很好地工作。硅光電二極管可接收來自遠程控制器12的命令M、測量環(huán)境光、以及測量從LED鏈發(fā)射的光。多個照明設備也可彼此通信。在此示例中，照明設備11可執(zhí)行協(xié)議以與其他照明設備同步并仲裁傳輸帶寬。當被開啟時，照明設備11可監(jiān)視環(huán)境光、搜索具有合適間隙周期22和間隙時間23的間隙21、以及若發(fā)現間隙21則與之同步。若所有照明設備被連接至 AC電網，則非常精確的同步是可能的。照明設備可根據許多熟知的仲裁協(xié)議的任何一種來仲裁帶寬。例如，若兩個照明設備在相同時間發(fā)送，則照明設備兩者檢測到該沖突并在嘗試再次通信前等待隨機的時間量。作為另一種可能性，CMDM可包括優(yōu)先級代碼，該優(yōu)先級代碼指示在沖突情況下哪個照明設備停止發(fā)送。作為本文使用的，假定照明設備產生一般光，通常具有人類可感知的本質，但可能是紅外或其它波長。能產生光(即，“開啟”)的照明設備可被構想為設為“開啟狀態(tài)”(即， 將其照明狀態(tài)設為開啟狀態(tài))，即使如上所述，可能存在非常短的時間段，在這些時間段期間(諸如間隙期間、以及PWM信號的關閉時間)光源被瞬間“關閉”且沒有實際發(fā)出光。照明設備的開啟狀態(tài)和關閉狀態(tài)在以上描述的上下文中應該是清楚的，且不與實際光源開啟和關閉狀態(tài)混淆。照明設備可通過若干事件的任一事件(諸如應用/移除至照明設備的功率，諸如通過對插入照明設備的光插座供能)、通過定時器事件、通過環(huán)境光控制以及通過遠程命令被設定為開啟狀態(tài)或關閉狀態(tài)。示例性的框圖在本文中描繪。然而，也可提供照明設備的其他框劃分。如本文所使用，照明設備屬性可表示照明設備的可操作狀態(tài)或配置參數。諸示例包括針對照明設備內的一種或多種光源的照明狀態(tài)、定時器設置、延遲設置、顏色設置、光感測模式設置、調光器設置、每日時間等。雖然本發(fā)明可接受各種修改和替代形式，但其特定實施例已通過示例方式示出并描述。然而應該理解，在此所涉及的附圖和詳細描述并不旨在將本發(fā)明限制為所公開的特定形式。
權利要求
1.一種照明設備，包括光源，被配置為在所述照明設備被設定為開啟狀態(tài)時提供照明；以及光控制電路，被配置為響應于源自所述照明設備外部的入射光控制所述光源。
2.如權利要求1所述的所述照明設備，其特征在于所述光控制電路響應于由所述入射光傳遞的光調制命令。
3.如權利要求1所述的所述照明設備，其特征在于當所述照明設備被設定為開啟狀態(tài)時，所述光控制電路被配置為在某些時間瞬間關閉所述光源；以及所述光控制電路在所述光源被關閉的所述某些時間期間響應于所述入射光。
4.如權利要求3所述的所述照明設備，其特征在于所述光控制電路包括接收機框，所述接收機框被配置為解調源自所述照明設備外部的所述入射光以檢測由所述入射光傳遞的光調制命令；以及所述接收機框在所述光源被關閉的所述某些時間期間響應于所述入射光。
5.如權利要求1所述的所述照明設備，其特征在于 所述光控制電路響應于由所述入射光傳遞的環(huán)境光。
6.如權利要求3所述的所述照明設備，其特征在于所述光控制電路在所述光源被關閉的所述某些時間期間響應于入射的環(huán)境光，被配置為響應于由所述照明設備接收的環(huán)境光的級別提供對所述照明設備的控制。
7.如權利要求1所述的所述照明設備，其特征在于 光源，包括發(fā)光二極管(LED)設備；以及所述LED設備也不時用作所述光控制電路的光傳感器。
8.如權利要求1所述照明設備，其特征在于，還包括耦合至所述光控制電路的光傳感器，所述光傳感器與所述光源不同。
9.如權利要求1所述的所述照明設備，其特征在于所述光控制電路包括被配置為提供對所述照明設備的時間控制的定時器框。
10.如權利要求9所述的所述照明設備，其特征在于所述定時器框協(xié)作在一個或多個預定時間改變所述照明設備的所述照明狀態(tài)。
11.如權利要求9所述的所述照明設備，其特征在于所述定時器框協(xié)作在特定事件后的可控制延遲之后改變所述照明設備的所述照明狀態(tài)。
12.如權利要求11所述的所述照明設備，其特征在于所述照明狀態(tài)在被設定為開啟狀態(tài)后的特定延遲之后被設定為關閉狀態(tài)。
13.如權利要求12所述的所述照明設備，其特征在于所述照明狀態(tài)在由被供能引起的被設定為開啟狀態(tài)后的特定延遲之后被設定為關閉狀態(tài)。
14.如權利要求12所述的所述照明設備，其特征在于所述照明狀態(tài)在接收開啟的數字命令引起的被設定為開啟狀態(tài)后的特定延遲之后被設定為關閉狀態(tài)。
15.如權利要求1所述的照明設備，其特征在于，還包括外殼，包括產業(yè)標準的底座，由此形成用于產業(yè)標準的光插座的后向兼容設備。
16.如權利要求3所述的照明設備，其特征在于，所述光控制電路還包括光源控制電路，被配置為在所述照明設備被設定為開啟狀態(tài)時脈沖寬度調制所述光源，并被配置為在所述照明設備被設定為開啟狀態(tài)時的所述某些時刻瞬間關閉所述光源。
17.如權利要求16所述的照明設備，其特征在于，響應于收到的數據命令，所述光源控制電路能改變所述光源的所述脈沖寬度調制以實現調光能力。
18.如權利要求16所述的照明設備，其特征在于，所述光源控制電路被配置為在所述照明設備被設定為開啟狀態(tài)時所述光源被瞬間關閉的所述某些時間的每個時間之前用同步序列調制所述光源。
19.如權利要求18所述的照明設備，其特征在于，所述同步序列包括具有大于遠程控制器可檢測的最小寬度脈沖的寬度的單個脈沖。
20.如權利要求7所述的照明設備，其特征在于，還包括 發(fā)電框，響應于所述LED響應于入射光產生的功率。
21.如權利要求20所述的照明設備，其特征在于，所述發(fā)電框被配置為為電池充電。
22.如權利要求20所述的照明設備，其特征在于，當僅由傳遞光調制命令的入射光供電時，所述發(fā)電框足以操作所述光控制框以接收并解碼光調制命令并相應配置所述照明設備。
23.如權利要求3所述的照明設備，其特征在于，還包括電源框，可操作地由AC電壓源供電，所述電源框被配置為向所述光控制電路和所述光源提供功率。
24.如權利要求23所述的照明設備，其特征在于，所述光源被關閉的時間與AC電網同止少ο
25.如權利要求3所述的照明設備，其特征在于，所述光源控制電路被配置為控制所述光源與外部設備通信。
26.如權利要求25所述的照明設備，其特征在于，所述外部設備包括第二照明設備。
27.如權利要求25所述的照明設備，其特征在于，所述外部設備包括遠程控制器。
28.如權利要求3所述的照明設備，其特征在于，所述光源被瞬間關閉達人眼不能感知的持續(xù)時間。
29.一種用于操作照明設備的方法，包括當所述照明設備被設定為開啟狀態(tài)時，在第一時間接通光源以提供照明，并在第二時間瞬間關閉所述光源；在所述光源被關閉的所述第二時間期間檢測源自所述照明設備外部的入射光；以及響應于所述入射光控制所述照明設備。
30.如權利要求四所述的方法，其特征在于，還包括 使用AC電壓源對所述照明設備供電；以及將所述第二時間與所述AC電壓源的頻率同步。
31.如權利要求四所述的方法，其特征在于，還包括 不時使用所述光源作為光檢測器以檢測入射光。
32.如權利要求31所述的方法，其特征在于，所述光源包括LED。
33.如權利要求四所述的方法，其特征在于，還包括解調所述入射光以解碼由所述入射光傳遞的光調制數據命令；以及響應于從所述入射光解碼的數據命令改變所述照明設備的屬性。
34.如權利要求33所述的方法，其特征在于，還包括在接收所述數據命令之后傳送確認響應。
35.如權利要求33所述的方法，其特征在于，還包括通過按指定序列功率循環(huán)所述照明設備來重設所述屬性。
36.如權利要求33所述的方法，其特征在于，所述屬性包括所述照明設備內的一個或多個光源的顏色調整設置。
37.如權利要求33所述的方法，其特征在于，所述屬性包括在特定事件后的可控制時間延遲之后照明狀態(tài)的改變。
38.如權利要求37所述的方法，其特征在于，照明狀態(tài)的所述改變包括將所述照明設備設定為關閉狀態(tài)，且所述特定事件包括通過用戶動作將所述照明設備設定為開啟狀態(tài)， 由此達到所述照明設備在被開啟之后的自動關閉延遲。
39.如權利要求37所述的方法，其特征在于，照明狀態(tài)的所述改變包括將所述照明設備設定為關閉狀態(tài)，且所述特定事件包括通過照明設備接收的環(huán)境光的特定級別被設定為開啟狀態(tài)，由此達到所述照明設備在被開啟之后的自動關閉延遲。
40.如權利要求四所述的方法，其特征在于源自所述照明設備外部的所述入射光包括環(huán)境光；以及所述控制包括響應于所述環(huán)境光的量調整調光。
41.如權利要求四所述的方法，其特征在于，還包括當所述照明設備為“關閉”時從入射光產生功率以對所述照明設備供電或為電池充電。
42.如權利要求33所述的方法，其特征在于，還包括在所述光源被關閉的所述第二時間期間將所述命令與來自所述照明設備的檢測光中的周期性間隙同步。
43.如權利要求四所述方法，其特征在于，源自所述照明設備外部的所述入射光包括來自第二照明設備的光。
44.如權利要求四所述方法，其特征在于，源自所述照明設備外部的所述入射光包括來自遠程控制器的光。
45.如權利要求四所述的方法，其特征在于，還包括控制所述光源與外部設備通信。
46.如權利要求45所述的方法，其特征在于，所述外部設備包括第二照明設備。
47.如權利要求45所述的方法，其特征在于，所述外部設備包括遠程控制器。
48.如權利要求四所述的方法，其特征在于，所述光源被瞬間關閉達人眼不能感知的持續(xù)時間。
49.一種照明設備，包括光源，被配置為在所述照明設備被設定為開啟狀態(tài)時提供照明；以及光檢測器，被配置為在所述光源不提供照明的某些時間期間檢測光。
50.如權利要求49所述的照明設備，其特征在于，所述光源包括被配置為提供所述照明的第一 LED，且其中所述第一 LED也在所述第一 LED不提供照明的某些時間期間被配置為所述光檢測器。
51.如權利要求50所述的照明設備，其特征在于，還包括第二LED，其中所述第一 LED 檢測從所述第二 LED發(fā)出的光。
52.如權利要求51所述的照明設備，其特征在于，還包括用于調整由所述照明設備產生的光的顏色的控制電路。
53.如權利要求52所述的照明設備，其特征在于，調整由所述第一LED或所述第二 LED 或兩者產生的光以便調整所述顏色。
54.一種用于操作照明設備的方法，包括當所述照明設備被設定為開啟狀態(tài)時，接通光源以提供照明；以及使用光檢測器在所述光源不提供照明的某些時間期間檢測光。
55.如權利要求M所述的方法，其特征在于，所述接通步驟包括接通第一LED以提供照明，且其中所述使用步驟包括使用所述第一 LED在所述第一 LED不提供照明的某些時間期間檢測光。
56.如權利要求55所述的方法，其特征在于，所述使用步驟包括使用所述第一LED檢測從第二 LED發(fā)出的光。
57.如權利要求56所述的方法，其特征在于，還包括調整由所述照明設備產生的光的顏色。
58.如權利要求57所述的方法，其特征在于，所述調整步驟包括調整由所述第一LED或所述第二 LED或兩者產生的光以便調整所述顏色。
全文摘要
公開了使用LED燈中的組件來以非常低的成本執(zhí)行眾多期望照明功能的智能照明設備。產生光的LED可被周期性瞬間關閉，例如，達人眼不能感知的持續(xù)時間，以便燈能光學地接收命令。光學傳送的命令可被發(fā)送至燈，例如使用遠程控制設備。該照明設備可使用當前被關閉的LED以接收數據并隨后相應配置光或測量光。此種光可為針對光電傳感器功能的環(huán)境光，或來自照明設備中的其他LED以調整顏色混合的光。
文檔編號H05B37/02GK102577622SQ201080032373
公開日2012年7月11日 申請日期2010年7月7日 優(yōu)先權日2009年7月12日
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