Устройство автоматического управления освещением «Умный свет»

(51) 05 37/00 (2006.01) 05 37/02 (2006.01) 05 39/04 (2006.01) 21 8/00 (2006.01) МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ 2014/0011.1 09.01.2014 16.05.2016, бюл. 5 Карцев Никита Владимирович 2325047, 2008.90166 1, 2009.4719363, 1988(54) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ОСВЕЩЕНИЕМ УМНЫЙ СВЕТ(57) Изобретение относится к оборудованию коммунальной техники жилых домов, офисов,учебных заведений и производственных помещений,а именно к системам автоматического регулирования электрических величин, в частности к устройствам автоматического управления осветительными приборами различного назначения. Технический результат заключается в создании устройства, которое включает свет при вхождении первого человека в помещение и выключает его при выходе из помещения последнего человека, а так же в светлое время суток. Устройство защищено от ложных срабатываний и помех. Устройство может запоминать большее количество людей,находящихся в помещении одновременно. Устройство не зависит от объема помещения. Устройство управления освещением содержит три светодиода, три фотоэлектрических датчика прохода, датчик освещенности, четыре блока формирования сигналов, два реверсивных счетчика,блок формирования выходного сигнала включения,электромагнитное реле. Изобретение относится к оборудованию коммунальной техники жилых домов, офисов,учебных заведений и производственных помещений,а именно к системам автоматического регулирования электрических величин, в частности к устройствам автоматического управления осветительными приборами различного назначения. Известен энергосберегающий инфракрасный выключатель света 5142199, 25.08.1992,содержащий инфракрасный датчик, который обнаруживает инфракрасное излучение от людей,находящихся в помещении, и подает сигнал на включение света. Недостатками указанного устройства является реагирование устройства на животных,находящихся в помещении наличие зоны нечувствительности, в которой устройство не фиксирует инфракрасное излучение от находящихся в ней людей устройство не регулирует включение/выключение света в зависимости от уровня естественного освещения. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является система автоматического контроля освещения в комнате 4719363, 12.01.1988, содержащая два фотодатчика и блок управления. Фотодатчики приводятся в действие, когда человек заходит в комнату или выходит из комнаты. Направление прохода определяется в зависимости от того, какой фотодатчик приводится в действие первым. Сигналы при вхождении считываются и сохраняются в регистре отдельно от сигналов,которые возникают, когда человек покидает комнату. Сигналы входа и выхода регистрируются в разных реестрах. Однако при этом количество сигналов обоих реестров постоянно сравниваются в компараторе. Итоговый сигнал, сформированный компаратором, контролирует коммутационную схему, которая и включает или выключает свет. Недостатками указанного устройства является низкая помехоустойчивость устройство не регулирует включение/выключение света в зависимости от уровня естественного освещения маленькая память устройства. Технический результат заключается в создании устройства, которое включает свет при вхождении первого человека в помещение и выключает его при выходе из помещения последнего человека, а так же в светлое время суток. Устройство защищено от ложных срабатываний и помех. Устройство может запоминать большее количество людей,находящихся в помещении одновременно. Устройство не зависит от объема помещения. Особенностью данного устройства является применение сразу четырех чувствительных элементов - фототранзисторов. В качестве датчиков так же можно использовать фоторезисторы или фотодиоды. Три фототранзистора используются в качестве датчиков прохода. На фототранзисторы падает инфракрасный луч света с излучателей(светодиодов), которые расположены напротив друг друга с разных сторон дверного проема. Два датчика располагаются на одной вертикали, и фиксируют 2 проход человека через проем. Они фиксируют само наличие проходящего человека, в независимости от того входит человек в помещение или выходит и подают счетный сигнал на реверсивный счетчик. Эти датчики дублируют друг друга, что обеспечивает повышение надежности. Если домашнее животное или взмах руки человека пересечет только один датчик, то устройство реагировать не будет. И лишь если человек своим телом перекроит оба датчика, то устройство подаст счетный сигнал. Третий датчик служит для определения направления движения,и соответственно для направления счета реверсивного счетчика. Счетчик ведет отсчет 1, 2, 3 и т.д.,когда люди заходят в помещение и -1, -2, -3, когда люди выходят. Как только на счетчике окажется единица, то есть в помещение вошел первый человек, устройство включит свет. Свет будет гореть до тех пор, пока на счетчике остается любое положительное число, то есть пока в помещении остается хотя бы один человек. И выключится свет тогда, когда на счетчике будет ноль, то есть из помещения выйдет последний человек В устройстве используются два счетчика соединенные друг с другом. Память одного счетчика ограничивается пятнадцатью человек, в то время как использование двух счетчиков увеличивают счетные возможности до 225 человек, для того чтобы можно было использовать устройство не только в жилых помещениях, но и в офисных зданиях, актовых залах и других местах массового скопления людей К тому же устройство оснащено сумеречным выключателем, который блокирует включение света в дневное время. Четвертый фототранзистор монтируется рядом с источником естественного освещения в помещении, например, рядом с окном. Пользователь сам выставляет нужный ему уровень освещенности, при котором будет происходить блокирование включения света в помещении. То есть даже если в дневное время в помещении находятся люди, то при достаточном уровне освещенности свет включаться не будет Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 представлена схема монтажа фотоэлектрических датчиков и блока управления. На фиг.2 представлена передняя панель устройства. На фиг.3 представлена функциональная схема устройства управления освещением. На фиг.4 представлена принципиальная схема устройства управления освещением. Фиг.1 схематично изображает дверной проем, в который вмонтировано устройство. С одной стороны располагаются три светодиода 1, 7, 13 параллельно которым располагаются три фототранзистора 2, 8, 14. Фототранзисторы 2, 14 расположены на расстоянии 1000 - 1500 мм от пола в зависимости от наличия или отсутствия детей в качестве пользователей устройства, и на расстоянии 100 - 150 мм друг от друга. Фототранзистор 8 расположен ниже фототранзистора 2 на расстоянии 500 мм. Таким образом, если человек входит в помещение то он сначала перекрывает свет,падающий на фототранзисторы 2, 8, а затем на фототранзистор 14. Если же человек выходит из помещения, то сначала перекрывает свет, падающий на фототранзистор 14, а потом на фототранзисторы 2, 8. Именно так устройство распознает, вошел человек в помещение или вышел. Фототранзистор 40 расположен на окне таким образом, чтобы он фиксировал только естественное освещение, а включение искусственного освещения не оказывало на него никакого воздействия. Фототранзисторы 2,8, 14, 40 и светодиоды 1, 7, 13 подключены к основному блоку устройства У. Фиг.2 схематично изображает переднюю панель устройства. На ней располагается трехпозиционный выключатель 25, 26 с положениями включен свет(ВКЛ) - режим, который включает свет в помещении в независимости от действий устройства, например в светлое время суток или при необходимости оставить свет включенным если в помещении никого нет включено устройство (АВТО) - режим,который передает функцию управления освещением устройству свет выключен (ВЫКЛ) - режим,который выключает свет в помещении в независимости от действий устройства, например в спальном помещении ночью. К тому же на передней панели располагается кнопка обнуления счетчика 20, необходимая при монтаже устройства и при смене батарей питания, и четыре ручки регулирования порога срабатывания 5, 11, 17, 43,которые регулируют при каком сопротивлении фототранзисторов 2, 8, 14, 40 произойдет срабатывание микросхем 18, 19, 44. Содержание и принцип работы устройства поясняются на фиг.3, фиг.4 Устройство содержит три инфракрасных светодиода 1, 7, 13 расположенных напротив трех фототранзисторов 2, 8, 14. Резисторы 4, 10, 16 соединены последовательно с фототранзисторами 2,8, 14. Фототранзисторы 2, 8 соединены параллельно с реостатами 5, 11 и резисторами (не обозначены на схеме),параллельно которым расположены конденсаторы 6, 12 и инверторы 50, 51 которые представлены микросхемой К 561 ЛА 7. При соединении двух входов логического элемента 2 И-НЕ мы получаем необходимый нам элемент НЕ или инвертор. Соответственно они образуют блок формирования основного сигнала 3 и блок формирования дублирующего сигнала 9. Фототранзистор 14 соединен параллельно с реостатом 17 и параллельно микросхеме 555 18. Соответственно они образуют блок формирования сигнала направления 15. Блок формирования основного сигнала 3 и блок формирования дублирующего сигнала 9 подключены к логическому элементу 2 И-НЕ с триггерами Шмитта на входе 19, представленному микросхемой 561 Л 1. Выход логического элемента 2 И-НЕ 19 последовательно подключен к счетному входу С микросхем К 561 ИЕ 11 22, 23, которые образуют блок счетчиков 21. Микросхема К 561 ИЕ 11 представляет собой двоичный, четырехразрядный,реверсивный счетчик. Выключатель 20 соединен с входом обнулениямикросхем К 561 ИЕ 11 22, 23. Блок формирования сигнала направления 15 последовательно подключен к блоку временной задержки сигнала низкого уровня 45, который состоит из диода 46, конденсатора 47, резистора 48 и инвертора 49 который представлен микросхемой 561 Л 7. Выход инвертора 49 подключен к входу/- микросхем К 561 ИЕ 11 22, 23. Выход Р микросхемы 22 соединен со входом Р 0 микросхемы 23. Все выходы счетчиков 22, 23, кроме выхода Р соединены с диодами 28, 29, 30, 31, 32, 33,34, 35, которые параллельно соединены с входом микросхемы 561 Л 7 36, которая представляет собой четыре логических элемента 2 И-НЕ, но после последовательного соединения двух элементов 2 И-НЕ мы получаем необходимый нам логический элемент 2 И. Фототранзистор 40 подключен к блоку формирования сигнала,блокирующего включение света 41. Резистор 42 соединен последовательно с фототранзистором 40 и параллельно микросхеме 555 44 и переменным резистором 43. Выход микросхемы 555 44 соединен со входом микросхемы 36. Выход микросхемы 36 последовательно соединен с резистором 37 и базой транзистора 38, коллектор которого соединн с реле. К тому же схема оснащена ручным трехпозиционным выключателем 25, 26. Устройство работает следующим образом. Фототранзисторы 2, 8, 14 расположены так, что когда человек входит в помещение он сначала перекрывает свет, падающий со светодиодов 1, 7 на фототранзисторы 2, 8, а затем со светодиода 13 на фототранзистор 14. Если же человек выходит из помещения то сначала он перекрывает свет,падающий на фототранзистор 14, а потом на фототранзисторы 2, 8. В обычном состоянии, когда на фототранзисторы 2, 8, 14 падает свет, их сопротивление не велико. Но как только входящий или выходящий человек прерывает световой поток,сопротивление фототранзисторов 2, 8, 14 резко увеличивается, а напряжение на входах микросхемы К 561 ТЛ 1 19 а так же на входемикросхемы 555 18 падает почти до нуля. После чего на выходе микросхем 18, 19 появляется сигнал высокого уровня. Переменные резисторы 5, 11, 17 нужны для регулирования порога срабатывания микросхем 18,19. Таким образом, если человек входит в помещение то сначала подают сигнал микросхема 19, а уж потом микросхема 18. Микросхема 19 представляет собой логический элемент 2 И-НЕ с триггерами Шмитта на входе, который при срабатывании формирует четкий фронт,необходимый для срабатывания счетного входа С микросхемы К 561 ИЕ 11 22, 23. При поступлении импульса на счетный вход С микросхема считает 1 если в момент поступления импульса на входе /был высокий уровень сигнала и -1 если в момент поступления импульса на входе /- был низкий уровень сигнала. Микросхема 19 срабатывает только в том случае, когда на обоих входах будет низкий уровень сигнала, а это достигается только в том случае, когда прерываются оба луча, падающие 3 на фототранзисторы 2, 8. Таким образом,повышается надежность устройства. Сигнал с микросхемы 18 через блок временной задержки сигнала низкого уровня поступает на вход/- микросхемы К 561 ИЕ 11 22, 23. Когда микросхема 18 находится в исходном состоянии на ее выходе сигнал низкого уровня, который, проходя через инвертор 49, поступает на вход /- сигналом высокого уровня. Как только человек пересекает фототранзистор 14, на выходе микросхемы 18 образуется сигнал высокого уровня, а на входе /появляется сигнал низкого уровня. Сигнал высокого уровня с микросхемы 18 заряжает конденсатор 47. Как только человек проходит зону действия фототранзистора 14, и луч света снова начинает падать на фототранзистор 14, на выходе микросхемы 18 сразу снова образуется сигнал низкого уровня. Однако конденсатор 47 еще некоторое время разрежается через резистор 48,благодаря чему на входе /- продолжает сохраняться сигнал низкого уровня еще около секунды. Таким образом, когда человек входит в помещение, он первым пересекает фототранзисторы 2, 8, и они подают импульс на счетный вход С микросхем 22, 23 раньше, чем будет пересечен фототранзистор 14, то есть, в то время когда счетчики 22, 23 работают на сложение. И состояние счетчика увеличивается на единицу. После этого он пересечет фототранзистор 14, и он переключит счетчик в режим вычитания. Но поскольку фототранзисторы 2, 8 уже были пройдены и импульс на вход С уже не поступит, то через приблизительно через секунду счетчик вернется в режим сложения. Если же человек выходит из помещения он первым перекрывает фототранзистор 14, переключая счетчики 22, 23 на режим вычитания. После того, как выходящий пересек фототранзистор 14, счетчики 22, 23 будет находиться в режиме вычитания еще около секунды,которой выходящему вполне хватит, чтобы пересечь фототранзисторы 2, 8 которые подают свой импульс на счетный вход С. И состояние счетчика уменьшается на единицу. Сигнал с выходов микросхем 22, 23 поступает на диодную логику 8 И 24. Если в помещении находятся 1 или более человек, то есть состояние счетчиков 22, 23 больше нуля, то сигнал поступает на вход логического элемента И 36, который при условии сигнала высокого уровня на обоих его входах открывает транзистор 38 и замыкает реле 27, 4 которое включает свет. Сигнал на вторую ножку логического элемента И 36 поступает от сумеречного выключателя 41. Сумеречный выключатель 41 монтируется к окну. Когда фототранзистор 40 фиксирует достаточный уровень естественного освещения, микросхема 44 находится в исходном состоянии и на ее выходе низкий уровень сигнала, который поступает на вход логического элемента И 36, и тем самым блокирует включение света. Но как только фототранзистор 40 начнет фиксировать недостаточный уровень естественного освещения, и его сопротивление возрастет до критической точки срабатывания, микросхема 44 подаст высокий уровень сигнала на вход логического элемента И 36, тем самым позволяя устройству включить свет при условии, что в помещении есть люди. Уровень освещения, при котором происходит срабатывание микросхемы 44,выставляется помощью переменного резистора 43. Только при условии, что в комнате есть один или более человек и низком уровне естественного освещения свет в помещении загорится. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Устройство автоматического управления освещением содержащее три светодиода, три фотоэлектрических датчика прохода, датчик освещенности, блоки формирования основного и дублирующего сигналов, в состав каждого из которых входят два резистора конденсатор реостат инвертор, блоки формирования сигнала направления и сигнала, блокирующего включение света, в состав каждого из которых входят микросхема 555 два резистора реостат конденсатор, блок формирования общего счетного импульса, блок временной задержки сигнала низкого уровня, в состав которого входят диод конденсатор резистор и инвертор, два реверсивных счетчика, блок диодной логики 8 И, в состав которого входят восемь диодов, блок формирования выходного сигнала включения, в состав которого входят логический элемент И резистор транзистор, электромагнитное реле, отличающееся тем, что в него дополнительно введен дублирующий датчик прохода, который подключен параллельно основному датчику прохода и тем самым повышает надежность устройства, а так же введены два счетчика, соединенные друг с другом.