一种无线照明控制系统及智能照明装置

摘要

本发明公开了一种无线照明控制系统及智能照明装置，包括初始化控制器、智能照明网桥和智能照明装置；在智能照明网桥内设置一个TCP/IP Webserver微控制单元并连接至路由器，将智能照明网桥作为TCP/IP的网络服务器；同时将ZigBee协调器微控制单元置于智能照明网桥内，集成度高；更为关键的是增加一个初始化控制器，此设备可在ZigBee信号覆盖范围内以优先级高于智能照明网桥的方式控制该ZigBee无线模块所属的智能装置，配合智能网桥上ZigBee网络设备功能按键和TCP/IP网络设备功能按键，通过特殊的系统网络处理机制巧妙地解决了当智能照明网桥失效后智能照明设备无法选择性地加入新网络的缺陷。

说明书

技术领域

本发明涉及ZigBee短距离无线网络技术、TCP/IP网络传输控制技术以及一种基于 ZigBee和LED色彩管理的无线照明控制系统及智能照明装置。

背景技术

中国专利CN201947492U公开一种集控式家居照明控制系统，该系统包括照明灯 具和灯遥控装置，其中灯遥控装置包括手机、家庭网桥、无线协调器；家庭网桥具有 WiFi无线模块和ZigBee模块；照明灯具的灯座内设有ZigBee模块；手机与家庭网桥的 WiFi无线模块无线连接；家庭网桥的ZigBee模块与无线协调器连接；无线协调器分别 与各照明灯具的ZigBee模块无线连接；来自手机的指令信号依次经由家庭网桥的WiFi 无线模块、家庭网桥的ZigBee模块、无线协调器到达照明灯具的灯座内的ZigBee模块 以控制照明灯具。现有的这种集控式家居照明控制系统的智能照明设备一般是不存在可 用于复位的按键或是自供电系统，一般存在两种逻辑问题：1、如果照明设备连接了一 个家用网桥A之后，每次设备上电就只能与家用网桥A相连，那这样万一家用网桥A 失效损坏之后，照明设备将无法加入新的网桥；2、但如果选择照明设备不区分网桥， 即通过某种机制自动的选择了网桥A或B或C，这样可以避免上述情况的发生，但是 可以想象邻居家也购买有一个照明网桥，自己家的照明设备会不加区分的选择受邻居家 照明网桥的控制，这也是不合适的。

发明内容

要解决的技术问题：针对现有技术的不足，本发明提出一种无线照明控制系统及智 能照明装置，在照明设备不需要自供电系统的条件下，解决现有技术中存在的因智能照 明设备中缺乏复位按键导致原有的智能网桥失效后智能照明设备无法选择性地加入新 的智能网桥的技术缺陷。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种无线照明控制系统及智能照明装置，包括智能照明网桥、智能照明装置和初始 化控制器；

所述智能照明网桥内设有TCP/IP Webserver微控制单元、ZigBee协调器微控制单 元和网桥天线模块；所述TCP/IP Webserver微控制单元通过路由器连入以太网，并完成 TCP/IP协议栈实现以及Webserver应用服务器的架设；所述ZigBee协调器微控制单元 与TCP/IP Webserver微控制单元连接，所述ZigBee协调器微控制单元作为ZigBee网络 的协调器完成ZigBee网络的举起与协调工作；所述ZigBee协调器微控制单元通过网桥 天线模块向外发射ZigBee网络信号；

所述智能照明网桥上设有以太网设备入网控制开关，所述智能照明网桥周边设有以 太网终端，所述以太网终端与智能照明网桥共处于同一局域网中；所述以太网设备入网 开关按下后智能照明网桥向局域网内所有以太网终端不断重复广播发送消息，以太网终 端接收到该消息后返回应答信息，当智能照明网桥接收到应答信息后完成以太网终端与 以太网终端的TCP/IP网络连接；

所述智能照明网桥上还设有ZigBee设备入网控制开关，所述ZigBee设备入网控制 开关按下后，智能照明网桥在设定的时间内向外发射入网邀请信号；

所述初始化控制器内设有ZigBee无线控制芯片和控制器天线模块所述ZigBee无线 控制芯片举起另一个ZigBee网络并通过控制器天线模块向外发射ZigBee网络信号；所 述ZigBee无线控制芯片上设有配对控制按键和初始化控制按键；所述配对控制按键触 发后ZigBee无线控制芯片通过控制器天线模块向外发出配对邀请信号；所述初始化控 制按键触发后ZigBee无线控制芯片通过控制器天线模块向外发射初始化命令信号；

所述智能照明装置包含ZigBee无线模块、LED驱动模块和LED灯板；所述智能照 明装置通过LED驱动模块连接至电源供电，所述LED驱动模块将电源所供电压经调制 后输送给ZigBee无线模块和LED灯板用于通电；所述ZigBee无线模块用于接收通过 ZigBee网络发送来的信号；

所述智能照明装置包含非初始状态和初始状态；所述智能照明装置若加入过ZigBee 网络则处于非初始化状态，在非初始化状态下智能照明装置通电后ZigBee无线模块自 动寻找并加入以前加入过的ZigBee网络并在ZigBee协议的控制下保持在ZigBee网络 内自身网络地址不变；所述智能照明装置若未加入过任何ZigBee网络或者ZigBee无线 模块接收到初始化命令后则处于初始化状态；在初始化状态下，当智能照明装置接收到 入网邀请信号后即加入传输该信号的ZigBee网络；ZigBee无线模块接收到自身所在的 ZigBee网络传来的初始化命令信号后，智能照明装置脱离原加入的ZigBee网络变为初 始化状态；

无论智能照明装置处于何种状态，当ZigBee无线模块接收到由初始化控制器发出 的配对邀请信号后智能照明装置即加入ZigBee无线控制芯片所举起的ZigBee网络与初 始化控制器进行配对并仅受初始化控制器控制。

功能上智能照明网桥在以太网上实现了一个TCP/IP网页服务器，在ZigBee网络中作为协 调器存在。初始化控制器与智能照明网桥没有任何联系，可以配对任何已经加入或没加 入智能照明网桥的智能照明装置。当配对完成后可以通过初始化按键使智能照明装置初 始化，该功能解决了万一智能照明网桥失效而导致智能照明装置无法加入其它网桥的问 题。

进一步的，在本发明中，所述初始化控制器发出配对邀请后，选择距离最近的一个 智能照明设备或者预先设定好的一个智能照明装置进行配对。设定这样的配对机制，方 便操作者将想要控制的智能照明装置与初始化控制器配对起来。

作为优选的，在本发明中，配对成功的智能照明装置发出闪灯确认配对成功。给操 作者一个回馈信号，提示配对操作成功。

更为细致的，在本发明中，所述智能照明网桥通过RJ45网口或无线接口与路由器 连接。RJ45网口和无线接口均为常用的网络连接端口，可以方便快捷地与路由器相连。

进一步的，在本发明中，所述TCP/IP Webserver微控制单元和ZigBee协调器微控 制单元通过串口、I2C、SPI中任意一种方式连接，并通过设定的通信协议进行通信。通 过上述方法实现TIP/IP网络与ZigBee网络的桥接工作。

更为具体的，在本发明中，所述初始化控制器内还设有色彩管理功能按键，所述 色彩管理功能按键中设有色度、亮度、饱和色按键，所述色彩管理功能按键连接至ZigBee 无线控制芯片向外发送灯光调制信号。当智能照明装置与初始化控制器配对成功后便受 控于初始化控制器，此时有了色彩管理功能按键，便可以直接通过初始化控制器来控制 智能照明装置的灯光的不同属性；与色彩管理功能按键相应的控制软件均为本领域内现 有技术。

进一步的，在本发明中，所述ZigBee无线模块接收到ZigBee网络传输来的灯光调 制信号后，ZigBee无线模块向LED灯板发送PWM调制信号改变LED灯板的照明属性。 这里的智能照明网桥和初始化控制器均可发出灯光调制信号来控制与其处于同一网络 中的智能照明装置3。智能照明装置内部的ZigBee无线模块控制LED灯板的工作模式 为本领域内现有技术。

一种无线照明控制系统及智能照明装置的控制方法，包括下述两个过程：

过程一、智能照明装置加入智能照明网桥所举起的ZigBee网络：所述智能照明装 置通电后，根据自身状态，若处于非初始化状态，则不断寻找以前加入过的智能照明网 桥所举起的ZigBee网络直到成功寻找到并加入并受控于该智能照明网桥；若处于初始 化状态，当一旦接收到入网邀请信号便加入传输该入网邀请信号的ZigBee网络中并受 控于举起该ZigBee网络的智能照明网桥；

过程二、智能照明装置与初始化控制器配对：在过程一进行过程中，所述初始化 控制器向智能照明装置发出配对邀请信号，所述智能照明装置接收到该配对邀请信号后 无论是否已经加入ZigBee网络均断开原有网络而与初始化控制器配对并受初始化控制 器控制；此后一旦初始化控制器向智能照明装置发出初始化命令信号，所述智能照明装 置接收到初始化命令信号后变为初始化状态，不再受初始化控制器控制。

有益效果：

本发明揭示了一个针对智能家庭照明的高效率组网发现机制，包括ZigBee智能照明 设备和以太网设备对智能照明网桥识别配对方式等，最终实现一种强制复位、实时入网、 自动选择的智能照明组网机制；

在本发明中将ZigBee网络的协调器即ZigBee协调器微控制单元置于智能照明网桥 内部，而不作为单独的设备存在，集成度高；

通过在智能照明网桥内而由一个带TCP/IP协议MAC层的微控制单元举起一个 TCP/IP协议，并且连接一个TCP/IP物理层芯片，直接由RJ45接口或无线连接至路由 器，并将智能照明网桥作为TCP/IP的网络服务器而不代替路由器的作用，为其他以太 网终端如手机、平板等等提供基于TCP/IP协议的应用服务；

更为关键的是增加一个初始化控制器，此设备是一个独立于智能照明网桥的ZigBee 网络设备，通过在近距离与一个ZigBee无线模块配对后，可在ZigBee信号覆盖范围内 以优先级高于智能照明网桥的方式控制该ZigBee无线模块所属的智能装置，进行包括 初始化、智能装置控制等操作，故在智能照明设备中不包含内置自供电系统的情况下， 依靠初始化控制器的控制机制，巧妙地解决了当智能照明网桥失效后智能照明设备无法 选择性地加入新网络的缺陷。降低了智能照明设备与智能照明网桥之间的依赖性，使得 智能照明设备即使在智能照明网桥失效的情况下仍可正常被使用。

附图说明

图1是本发明装置的整体架构；

图2初始化控制器的硬件架构；

图3智能照明网桥的硬件架构；

图4初始化控制器使用功能示意图；

图5智能照明装置结构示意图；

图6智能照明装置ZigBee模块、LED驱动模块以及LED灯之间的连接关系图；

图7智能照明装置加入智能照明网桥的ZigBee网络的流程图；

图8智能照明装置与初始化控制器配对的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，一种无线照明控制系统及智能照明装置，包括智能照明网桥2、智能 照明装置3和初始化控制器1；

如图3所示，所述智能照明网桥2内设有TCP/IP Webserver微控制单元21、ZigBee 协调器微控制单元22和网桥天线模块23；所述TCP/IP Webserver微控制单元21通过 RJ45网口24与路由器4连接，再通过路由器5连入以太网6，并完成TCP/IP协议栈实 现以及Webserver应用服务器的架设；所述ZigBee协调器微控制单元22与TCP/IP  Webserver微控制单元21通过SPI总线连接并通过设定的通信协议进行通信，且二者均 通过电源模块27进行供电，这里完成了TCP/IP协议与ZigBee协议的转换。所述ZigBee 协调器微控制单元22作为ZigBee网络的协调器完成ZigBee网络的举起与协调工作； 所述ZigBee协调器微控制单元22通过网桥天线模块23向外发射ZigBee网络信号。

所述智能照明网桥2上设有以太网设备入网控制开关25，所述智能照明网桥周边设 有以太网终端5，所述以太网终端5与智能照明网桥共处于同一局域网中；所述以太网 设备入网开关按下后智能照明网桥2向局域网内所有以太网终端5不断重复广播发送消 息，以太网终端5接收到该消息后返回应答信息，当智能照明网桥2接收到应答信息后 完成以太网终端5与以太网终端5的TCP/IP网络连接。智能照明网桥2通过路由器4 连入以太网6，在以太网6中作为一个网络终端，由路由器4分配IP地址等网络参数， 功能上表现为一个TCP/IP网络服务器，为其他以太网终端5如手机、平板等提供基于 TCP/IP协议的应用如HTTP、TELNET等应用层服务。

所述智能照明网桥2上还设有ZigBee设备入网控制开关26，所述ZigBee设备入网 控制开关26按下后，智能照明网桥2在设定的时间内向外发射入网邀请信号。

如图2所示，所述初始化控制器1内设有ZigBee无线控制芯片13和控制器天线模 块14，所述ZigBee无线控制芯片13由内置电池15供电后举起另一个ZigBee网络并通 过控制器天线模块14向外发射ZigBee网络信号；所述ZigBee无线控制芯片13上设有 配对控制按键11和初始化控制按键12；所述配对控制按键11触发后ZigBee无线控制 芯片13通过控制器天线模块14向外发出配对邀请信号，所述初始化控制器1发出配对 邀请后，选择距离最近的一个智能照明设备3进行配对；配对完成后初始化控制器1直 接可控制智能照明设备3，在初始化控制器1上设有色彩管理功能按键16，该色彩管理 功能按键16连接至ZigBee无线控制芯片13通过其发射灯光调制信号，具体包括色度、 亮度、饱和色按键，可通过这些按键直接对智能照明设备的照明属性进行控制，当然也 可以根据需要增设其他功能按键连接至ZigBee无线控制芯片13。

所述初始化控制按键12触发后ZigBee无线控制芯片13通过控制器天线模块14向外 发射初始化命令信号。

如图5和图6所示，所述智能照明装置3包含ZigBee无线模块33、LED驱动模块 32和LED灯板34，其中ZigBee无线模块33和LED驱动模块32嵌在智能照明装置3 的灯具底座31上，这里的灯具底座需要使用非金属材料制作或者留有一定缝隙保证内 置的ZigBee无线模块33能够正常收发信号，这里LED灯板34作为光源，并设置混色 灯罩35形成均匀可变的灯光。所述智能照明装置3通过LED驱动模块32连接至电源 供电，所述LED驱动模块32将电源所供电压经调制后输送给ZigBee无线模块33和LED 灯板34用于通电；所述ZigBee无线模块33用于接收通过ZigBee网络发送来的信号， 如ZigBee无线模块33接收到ZigBee网络传输来的灯光调制信号后，ZigBee无线模块 33会向LED灯板34发送PWM调制信号改变LED灯板34的照明属性。这里的智能照 明网桥2和初始化控制器1均可发出灯光调制信号来控制与其处于同一网络中的智能照 明装置3。

所述智能照明装置3包含非初始状态和初始状态；所述智能照明装置3若加入过 ZigBee网络则处于非初始化状态，在非初始化状态下智能照明装置3通电后ZigBee无 线模块33自动寻找并加入以前加入过的ZigBee网络并在ZigBee协议的控制下保持在 ZigBee网络内自身网络地址不变，智能照明网桥2可向智能照明装置3传输灯光调制信 号等控制智能照明装置3；所述智能照明装置3若未加入过任何ZigBee网络或者ZigBee 无线模块33接收到初始化命令后则处于初始化状态；在初始化状态下，当智能照明装 置3接收到入网邀请信号后即加入传输该信号的ZigBee网络；ZigBee无线模块33接收 到自身所在的ZigBee网络传来的初始化命令信号后，智能照明装置3脱离原加入的 ZigBee网络变为初始化状态。因智能照明网桥2可以发出初始化命令信号，初始化控制 器1也可以发出初始化命令信号，故只要智能照明装置3受控于某个智能照明网桥2并 或者且该智能照明网桥2发出初始化命令信号，则智能照明装置3变为初始化状态，同 理只要智能照明装置3与某个初始化控制器1配对且该初始化控制器1发出初始化命令 信号，则智能照明装置3变为初始化状态。

无论智能照明装置3处于何种状态，当ZigBee无线模块33接收到配对邀请信号后， 配对成功的智能照明装置3发出闪灯确认配对成功，智能照明装置3即加入ZigBee无 线控制芯片13所举起的ZigBee网络与初始化控制器1进行配对并仅受初始化控制器1 控制。即当手持这个初始化控制器1靠近某个智能照明设备3时如距离2米内，可以用 相当于比智能照明网桥2更高的优先级对智能照明设备进行配对和控制。

如图4所示，图中有A、B、C三个智能照明装置且原先均加入了智能照明网桥2 中，现在若需要重新控制其中的A智能照明装置，则需要握持初始化控制器1靠近A 智能照明装置，按下配对控制按键11，配对完成后，A智能照明装置即与原先的智能照 明网桥2断开，加入初始化控制器1中ZigBee无线控制芯片13所举起的ZigBee网络 中并受控于初始化控制器，而此时没有和初始化控制器1配对其余两个智能照明装置仍 然在原先的智能照明网桥2所举起的ZigBee网络中。

在本发明中，针对智能照明家庭网络的实际情况，加入了初始化控制器1，它是一 个高权限有复位功能的控制器，可以实现在智能照明网桥失效情况下对智能照明设备的 控制。本发明装置具体工作时，根据不同的情况主要具有2个工作流程，即为本装置的 控制方法，分别见图7和图8。

如图7所示，为智能照明装置3加入智能照明网桥的ZigBee网络的流程图。当智 能照明装置3上电后，判断其是处于初始化状态还是处于非初始化状态，若判断是处于 初始化状态后则等待智能照明网桥2的邀请，进而加入发出邀请的智能照明网桥2并受 控于该智能照明网桥2；若判断是处于非初始化状态，则自动寻找原先加入的智能照明 网桥2，若此时能找到原先加入的智能照明网桥2则自动加入并继续受控于原智能照明 网桥2，若此时无法找到原先加入的智能照明网桥2，则不断重复寻找原先的智能照明 网桥2直到找到该原先加入的该智能照明网桥2。

如图8所示，为智能照明装置3与初始化控制器1配对的流程图。当智能照明装置 3上电后，若此时初始化控制器1未发出配对邀请，则保持原有的网络状态不变；若此 时初始化控制器1发出了配对邀请，比如说原先的智能照明网桥2失效了，此时智能网 桥2上的指示灯28会显示不正常，需要利用初始化控制器1来控制智能照明装置3重 新选择加入新的智能照明网桥2，若发出的配对邀请在预设范围内，如2m内，则此时 智能照明装置3与初始化控制器1配对成功并通过闪烁等方式给予确认。智能照明装置 3断开原先的智能照明网桥2的ZigBee网络而受控于初始化控制器1，之后初始化控制 器1再向智能照明装置3发出初始化命令，则智能照明装置3的将状态改变为初始化状 态，之后便不再受初始化控制器控制，则转入图6中位于初始化状态的工作情形。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也 应视为本发明的保护范围。