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CN103765988B - 用于在dc照明和电力网格上进行定位的方法和系统 - Google Patents

用于在dc照明和电力网格上进行定位的方法和系统 Download PDF

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CN103765988B CN201280040002.2A CN201280040002A CN103765988B CN 103765988 B CN103765988 B CN 103765988B CN 201280040002 A CN201280040002 A CN 201280040002A CN 103765988 B CN103765988 B CN 103765988B
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Abstract

本公开内容是针对用于在其中多个照明器位于DC电力轨道网格上的照明系统内定位照明器的方法和设备。AC信号生成器连接到每一条DC电力轨道，并且依次沿着每一条DC电力轨道向各个照明器发送AC信号，每一个照明器基于所述AC信号计算其与生成器的距离。AC信号生成器可以类似地横跨DC电力轨道与照明器发送和接收数据通信。

Description

用于在DC照明和电力网格上进行定位的方法和系统
技术领域
本发明总体上涉及照明系统。更具体来说，这里所公开的各种发明性方法和设备涉及照明和电力配送系统。
背景技术
数字照明技术即基于例如发光二级管（LED）之类的半导体光源的照明，其给出了针对传统的荧光、HID和白炽灯的一种可行的替换方案。LED的功能上的优点和益处包括高能量转换和光学效率、耐用性、更低的操作成本以及许多其他优点和益处。LED技术的近来的发展提供了允许许多应用中的多种照明效果的高效且鲁棒的全光谱照明源。
特别处在办公室空间和其他类似环境中的传统照明设施通常采用简单的点对点连接方法，其中通过专用的但是实质上“自由浮动”的电力线缆向每一个照明器供给电力。这些电力线缆在许多地方载送例如240V的高AC电压，其通常按照总体上自组织的方式从一个照明器跳跃到另一个照明器，直到所有的灯都被包括在系统中为止。此外，每一个照明器常常需要安装单独的开关线缆，其把每一盏灯或灯具连接到专用的控制开关或开关组。
在典型的办公室照明设施中，照明器通常被放置在矩形网格图案中，但是与此相对，为这些照明器网格供电所需的天花板上方的线缆布线的放置常常是相当不规则的。在许多情况下，电力线缆的放置和布线被留给各个单独的安装者决定。
为了帮助解决这种情况，在被称作“EMerge”的联盟内正在开发一种标准，该联盟是开发导致在商业建筑中快速采用DC电力配送的标准的开放性行业协会。EMerge标准提出使用安全的低电压（24Vdc）电力配送以及更加结构化的电力供给方案，这是基于使用在天花板上方延伸的刚性母线而实现的。这种系统促进了照明系统中的灯的简化且安全的移除、连接或重定位。此外，由于所述母线系统可以被组织在天花板上方的网格结构中，因此其可能更加适合于与由其提供电力的照明器网格连接。在图1中示出了所提出的EMerge电力供给母线的一部分的一个实例，以及为各个单独的照明器供给电力所需的连接器和办公室天花板中的其他设备。
由于EMerge标准被设计成使得用户更容易即时移动和重新配置照明设施，因此希望确保可以容易地把照明器与控制开关相关联以及解除关联。为此，EMerge提出使用无线通信系统（当前是ZigBee）而不是物理连线来把照明器与例如墙壁开关之类的用户操作的控制点相连。
虽然传统的点对点风格的布线策略对于办公室照明设施的日常使用的影响很小，但是其在安装和试运转照明系统方面存在显著缺陷。此外，用于最初的系统的点对点线缆连接可能不适合于将来的修改。
任何新的照明系统的试运转的一个重要的困难在于如何准确地把照明器映射到控制单元或开关。例如对墙壁上的特定开关到其所控制的天花板中的照明器之间的连线进行布线。在传统上，整个试运转过程是完全人工的。安装者需要首先把天花板中的照明器与在照明规划图中所表明的照明器相关联，并且确保所述照明器被硬连线到也在规划图上被表明为对应于该盏灯的控制点的任何开关。在按照传统方式连线的系统的情况下，这一过程缓慢且费力。当希望通过无线方式控制以传统方式连线的照明器时，情况变得更加困难。在这种情况下，安装工程师有必要记录与每一个照明器相关联的独有无线标识符（ID编号）并且将该信息传送到照明规划图。当随后安装例如开关之类的无线照明控制时，类似地有必要把开关ID细节传送到照明规划图。所述过程中的下一步骤通常是在控制系统中的某处人工创建一个绑定表，以便把开关与照明器相关联。最后，需要对系统进行测试以便确保正确地分配了所期望的绑定。
因此希望简化控制器-照明器映射过程。举例来说，如果天花板中的每一个照明器的物理位置都被提供给系统，则可以使得照明器与控制点映射过程自动化。
当前，针对定位对象的许多传统技术解决方案采用无线技术，比如ZigBee或WiFi。在总的这一类解决方案中，将会发现最常见的两种系统是基于信号强度或者是基于行程时间。
使用信号强度作为其测量的基础的无线电定位系统（例如由AeroScout和Ekahau生产的那些系统）通常相对易于在适度的成本下实施，但是其固有精度相当差，可能会与真实位置相差5米。利用被称作“指纹采集”的技术可以改进精度，所述技术涉及事先测量房间内的每一点处的信号强度。但是所述过程实施起来较为费力，并且所得到的指纹简档会随着房间内的例如移动家具之类的微小改动而发生改变。
基于行程时间的定位系统（比如由UbiSenseofCambridge，UnitedKingdom开发的那些系统）可以获得比基于信号强度的替换方案高得多的精度，但是其实施起来较为复杂且昂贵，并且仍然可能由于例如多径或衰落之类的传播效应而受困于精度或可靠性问题。EMerge支持与DC网格上的每一个照明器的无线通信。这样的通信可以被用来控制每一个照明器的功能，例如开/关状态、强度和颜色选择。但是为每一个照明器装备无线收发器并且配置与每一个照明器的无线通信的做法可能成本较高且麻烦。
因此，在本领域内需要以简单且经济的方式获得并监测照明系统中的照明器位置。此外还需要与照明系统中的照明器的更加简单并且更加经济的控制通信。
发明内容
本公开内容是针对用于定位照明系统内的照明器的发明性方法和设备。举例来说，本发明的实施例涉及其中有多个照明器位于DC电力轨道网格上的系统和方法。单一AC信号生成器可以与按照循环方式选择每一条DC电力轨道的多路复用器协同工作。AC信号生成器依次沿着每一条DC电力轨道向各个照明器发送AC信号，所述照明器分别基于该AC信号来计算其与生成器的距离。具体实施例对应于可以针对照明器被用来计算生成器与照明器之间的距离的信号类型。每一个照明器可以包括AC信号接收器电路、能够基于所接收到的信号计算距离的逻辑电路、用以存储所计算的距离的存储器以及用于向房间控制器发送该距离的装置。每一个照明器可以计算并存储所述距离，并且随后向房间控制器或类似设备传送该距离。这些实施例利用现有的电力基础设施和布局以高精度和相对较低的附加成本和复杂度加入了定位和通信特征。
此外，所述AC信号生成器可以横跨DC电力轨道与照明器发送和接收数据通信。这样的数据通信可以替代或者结合各个单独的照明器与内部或外部控制器之间的其他数据通信信道来使用。
总体来说，在第一方面中，一种用于在DC网格上定位照明器的方法包括：第一DC网格输电线，可切换地连接到第一DC网格输电线的AC信号生成器，以及与第一DC网格输电线电通信的第一照明器。第一照明器沿着第一DC网格输电线被布置在与AC信号生成器的第一距离处。所述方法包括以下步骤：把AC信号生成器连接到第一DC网格输电线；由AC信号生成器沿着第一DC网格输电线发送AC信号；由第一照明器接收AC信号；以及至少部分地基于所述AC信号计算AC信号生成器与第一照明器之间的第一距离。
在第一实施例中，第一DC网格输电线对于AC信号以近似第一DC网格输电线的特征阻抗的电阻被端接。在第一实施例下，所述方法还包括以下步骤：由第一照明器记录第一照明器处的AC信号的第一相位；以及由AC信号生成器记录AC信号生成器处的AC信号的第二相位。计算第一距离的步骤还包括测量第一相位与第二相位之间的差异。
在第二实施例中，第一DC网格输电线对于AC信号未被端接。所述方法包括以下步骤：设定AC信号的频率，从而使得AC信号横跨第一DC网格输电线形成驻波，所述驻波包括最大幅度；以及由第一照明器记录第一照明器处的AC信号的第一幅度。计算第一距离的步骤还包括测量第一幅度与最大幅度之间的差异。
在第一方面下的第三实施例中，第一DC网格输电线对于AC信号未被端接，并且AC信号具有一定幅度。第一方面的方法还包括以下步骤：在第一频率与第二频率之间扫描AC信号的频率；由第一照明器记录对应于第一照明器最初检测到AC信号的时间的第一时间；以及由第一照明器记录对应于第一照明器检测到与零值幅度相对应的AC信号幅度的时间的第二时间。计算第一距离的步骤还包括测量第一时间与第二时间之间的差异。
在第一方面下的第四实施例中，所述AC信号是脉冲信号，并且第一DC网格输电线对于AC信号未被端接。所述方法还包括以下步骤：由第一照明器记录对应于第一照明器最初检测到脉冲信号的时间的第一时间；以及由第一照明器记录对应于第一照明器最初检测到脉冲信号的反射的时间的第二时间。计算第一距离的步骤还包括测量第一时间与第二时间之间的差异。
在第一方面的第一版本下，所述DC网格还具有：第二DC网格输电线，可切换地连接到第二DC网格输电线的AC信号生成器，以及与第二DC网格输电线电通信的第二照明器。第二照明器沿着第二DC网格输电线被布置在与AC信号生成器的第二距离处。所述方法包括以下步骤：把AC信号生成器连接到第二DC网格输电线；由AC信号生成器沿着第二DC网格输电线发送AC信号；由第二照明器接收AC信号；以及至少部分地基于所述AC信号计算AC信号生成器与第二照明器之间的第二距离。
在第一方面的第二版本下，所述DC网格包括存储器元件。所述方法还包括以下步骤：把第一距离存储在存储器中；以及向DC网格映射器传送第一距离。向DC网格映射器传送第一距离的步骤可以包括向DC网格映射器发送无线信号。所述存储器可以可选地被布置在第一照明器内，其中DC网格映射器与DC网格电通信。向DC网格映射器传送第一距离的步骤可以包括沿着第一DC网格输电线从第一照明器向DC网格映射器发送通信信号的步骤。
总体来说，在第二方面中，本发明涉及一种包括DC电力网格的系统，所述DC电力网格包括多条DC输电线，其中AC信号生成器可切换地连接到所述多条DC网格输电线当中的至少一条。AC信号生成器被配置成沿着多条DC网格输电线当中的至少一条发送定位器信号。多个照明器被布置在DC电力网格上。每一个照明器包括：被配置成接收定位器信号的接收器，被配置成基于定位器信号计算该照明器与AC信号生成器之间的距离的逻辑电路，被配置成存储所述距离的存储器，以及用于向房间控制器发送所述距离的装置。在一个实施例下，所述DC网格是Emerge相容的照明系统。
在第二实施例下，AC信号生成器被配置成在第一频带内发送定位器信号，并且还被配置成在第二频带17内发送和接收数据。所述多个照明器被配置成在第一频带内接收定位器信号，并且还被配置成在第二频带内接收数据。所述定位器信号可以可选地是驻波或脉冲。
总体来说，本发明的第三方面涉及一种方法，其具有以下步骤：提供包括多条DC输电线以及布置在所述多条DC输电线上的多个照明器的DC电力网格；从所述多个照明器当中选择第一照明器；为第一照明器指派ID；把第一照明器与第一DC输电线相关联；存储包括第一照明器与第一DC输电线之间的关联的第一坐标索引；计算第一照明器关于第一DC输电线的位置；存储包括第一照明器关于第一DC输电线的位置的第二坐标索引；以及向房间控制器传送所述ID、第一坐标索引和第二坐标索引。
总体来说，第四方面是一种用于控制与DC网格上的第一DC网格输电线电通信的第一照明器的方法。第一照明器包括第一照明器数据收发器。所述DC网格包括第一DC网格输电线、可切换地连接到第一DC网格输电线的网格数据收发器以及第一照明器。所述方法包括以下步骤：把网格数据收发器连接到第一DC网格输电线；由网格数据收发器沿着第一DC网格输电线发送第一数据信号；由第一照明器数据收发器接收第一数据信号。
在第四方面下的第一实施例中，所述DC网格还包括以下步骤：由第一照明器数据收发器沿着第一DC网格输电线发送第二数据信号；以及由网格数据收发器接收第二数据信号。
在第四方面的第二实施例中，所述DC网格还包括第二DC网格输电线以及与第二DC网格输电线电通信的第二照明器。第二照明器包括第二照明器数据收发器。网格数据收发器可切换地连接到第二DC网格输电线。所述方法还包括以下步骤：把网格数据收发器连接到第二DC网格输电线；由网格数据收发器沿着第二DC网格输电线发送第三数据信号；以及由第二照明器数据收发器接收第三数据信号。
这里为了本公开内容所使用的术语“LED”应当被理解成包括任何电致发光二极管或者能够响应于电信号而生成辐射的其他类型的载流子注入/基于结的系统。因此，术语LED包括但不限于响应于电流而发光的各种基于半导体的结构、发光聚合物、有机发光二级管（OLED）、电致发光条带等等。具体来说，术语LED指代所有类型的发光二级管（其中包括半导体和有机发光二级管），其可以被配置成在红外光谱、紫外光谱以及可见光谱（其通常包括从近似400纳米到近似700纳米的辐射波长）的各个部分当中的一项或更多项之中生成辐射。LED的一些实例包括但不限于各种类型的红外LED、紫外LED、红色LED、蓝色LED、绿色LED、黄色LED、琥珀色LED、橙色LED和白色LED（后面进一步讨论）。还应当认识到，LED可以被配置和/或控制成生成具有对应于给定频谱（例如窄带宽、宽带宽）的各种带宽（例如半高全宽或FWHM）以及给定的总体颜色分类内的多种主导波长的辐射。
术语“光源”应当被理解成指的是多种辐射源当中的任何一种或更多种，其中包括但不限于基于LED的源（包括如前面所定义的一个或更多LED）、白炽源（例如白炽灯、卤素灯）、荧光源、磷光源、高强度放电源（例如钠蒸气、汞蒸气和金属卤化物灯）、激光器、其他类型的电致发光源、火致发光源（例如火焰）、蜡烛发光源（例如汽灯罩、碳弧辐射源）、光致发光源（例如气体放电源）、利用电子饱和的阴极管发光源、电发光源、晶体发光源、运动发光源、热发光源、摩擦发光源、声致发光源、辐射发光源以及发光聚合物。
这里使用的术语“照明灯具”或“照明器”指的是特定外形尺寸、组装或包装中的一个或更多照明单元的实现方式或设置。这里使用的术语“照明单元”指的是包括相同或不同类型的一个或更多光源的设备。给定的照明单元可以具有对应于（多个）光源的多种安放设置、封装/外罩设置和形状以及/或者电和机械连接配置当中的任一种。此外，给定的照明单元可选地可以与涉及（多个）光源的操作的各种其他组件（例如控制电路）相关联（例如包括、与之耦合和/或与之包装在一起）。“基于LED的照明单元”指的是单独地或者与其他非基于LED的光源相组合地包括一个或更多如前面所讨论的基于LED的光源的照明单元。
这里使用的术语“控制器”通常描述与一个或更多光源的操作有关的各种设备。控制器可以通过多种方式来实施（比如利用专用的硬件）以便施行这里所讨论的各项功能。“处理器”是控制器的一个实例，其采用可以利用软件（例如微代码）被编程成施行这里所讨论的各项功能的一个或更多微处理器。可以在采用或不采用处理器的情况下实施控制器，并且其还可以被实施为用以施行某些功能的专用硬件与用以施行其他功能的处理器（例如一个或更多已编程微处理器和相关联的电路）的组合。可以被采用在本公开内容的各个实施例中的控制器组件的实例包括但不限于传统的微处理器、专用集成电路（ASIC）以及现场可编程门阵列（FPGA）。
这里使用的术语“可寻址”指的是被配置成接收针对包括其自身在内的多个设备的信息（例如数据）并且选择性地对针对其自身的特定信息做出响应的设备（例如一般的光源、照明单元或灯具、与一个或更多光源或照明单元相关联的控制器或处理器、其他非照明相关设备等等）。术语“可寻址”常常结合联网环境（或者“网络”，后面将进一步讨论）使用，其中多个设备通过某种或多种通信介质耦合在一起。
在一种网络实现方式中，耦合到网络的一个或更多设备可以充当用于耦合到所述网络的一个或更多其他设备的控制器（例如具有主/从关系）。在另一种实现方式中，联网环境可以包括被配置成控制耦合到网络的一个或更多设备的一个或更多专用控制器。通常来说，耦合到网络的多个设备分别都可以访问存在于通信介质上的数据；但是给定的设备可以是“可寻址的”是在于其被配置成例如基于为之指派的一个或更多特定标识符（例如“地址”）与网络选择性地交换数据（即从该处接收数据和/或向该处发送数据）。
这里使用的术语“网络”指的是两个或更多设备（其中包括控制器或处理器）的任何互连，其促进耦合到网络的任何两个或更多设备之间和/或多个设备当中的信息传输（例如用于设备控制、数据存储、数据交换等等）。应当容易认识到，适合于互连多个设备的各种网络实现方式可以包括多种网络拓扑当中的任一种，并且可以采用多种通信协议当中的任一种。此外，在根据本公开内容的各种网络中，两个设备之间的任一个连接可以代表两个系统之间的专用连接或者可替换地非专用连接。除了载送针对所述两个设备的信息之外，这样的非专用连接还可以载送不一定是针对这两个设备当中的任一个的信息（例如开放网络连接）。此外还应当容易认识到，这种所讨论的各种设备网络可以采用一个或更多无线、连线/线缆和/或光纤链接来促进整个网络中的信息传输。
应当认识到，在后面更加详细地讨论的前述概念和附加概念的所有组合（前提是这样的概念互相不矛盾）都被设想为这里所公开的本发明主题内容的一部分。具体来说，出现在本公开内容末尾的所要求保护的主题内容的所有组合都被设想为这里所公开的本发明主题内容的一部分。还应当认识到，同样可能出现在作为参考所合并的任何公开内容中的这里所明确采用的术语应当被赋予与这里所公开的具体概念最为一致的含义。
附图说明
在附图中，相同的附图标记通常在不同视图中始终指代相同的部件。此外，附图不一定是按比例绘制的，相反重点通常在于说明本发明的原理。
图1示出了用于为照明器和外设供电的EMerge电力母线和连接器的一种示例性实现方式。
图2A是一种示例性照明器定位系统的示意图。
图2B是示例性的AC信令和DC电力分离电路的简单图示。
图3是详述Emerge标准下的电力母线的物理传输特性的图示。
图4是示例性的AC信令和DC电力分离电路的示意图。
图5是用于定位DC电力网格上的照明器的第一示例性方法。
图6是用于定位DC电力网格上的照明器的方法的第一实施例的流程图。
图7是用于定位DC电力网格上的照明器的方法的第一实施例的示意图。
图8是用于定位DC电力网格上的照明器的方法的第二实施例的流程图。
图9是用于定位DC电力网格上的照明器的方法的第二实施例的示意图。
图10是用于定位DC电力网格上的照明器的方法的第三实施例的流程图。
图11是用于定位DC电力网格上的照明器的方法的第三实施例的示意图。
图12是用于定位DC电力网格上的照明器的方法的第四实施例的流程图。
图13是用于定位DC电力网格上的照明器的方法的第四实施例的示意图。
具体实施方式
如前所述，需要映射布置在照明系统内的各个照明器（例如合并在EMerge照明网格内的各个照明器）的位置。后面描述的方法旨在给出用以解决照明器定位问题的一种替换方法。
更一般来说，申请人已经认识到，提供与基于行程时间的无线电系统相比更加精确的照明器位置映射将是有益的，其中基于行程时间的无线电系统与基于信号强度的系统相比实施起来更加容易且便宜。此外，由于本发明不再需要发送无线电信号以进行测距测量，因此其可能较少受到表征许多室内位置的不断改变的传播环境的影响。
根据前述内容，本发明的各个实施例和实现方式是针对用于在DC电力网格内定位照明器的系统和方法。虽然这里所描述的本发明利用了Emerge规范提出的规则网格结构在照明设施中定位照明器，但是本发明不限于使用Emerge规范。举例来说，本发明也适用于其中供电线的位置是已知的并且供电线适合于AC信号传输的其他系统。
DC网格
在图2A中示出了例如在EMerge标准内提出的DC网格的第一示例性实施例。所述DC网格包括AC到DC转换器220或变压器，其例如用来把由高电压输电线215传送的来自AC电力供给装置210的传入高电压（110V/240V）转换成低电压（24V）DC。来自转换器220的输出又连接到一系列并联母线或网格线240，其一同形成照明设施的底层网格结构。多个照明器250连接在网格线240上，并且被连接在每一条网格线240上的任意位置处。正如后面在本公开内容中所描述的那样，Emerge系统的网格线240向照明器250配送电力，并且还可以具有传输线的电特性。举例来说，在EMerge标准中提出的母线配置包括通过横截面相对较窄的绝缘材料在其整个长度上分开的两条并行导线。
可以例如通过并行方式在网格线240上配送DC电力。多路复用器230可以被用来把通信收发器235（例如信号生成器）连接到每一条网格线240，从而多路复用器230把通信收发器235电连接到所选网格线240，或者可以把通信收发器235从网格线240断开。正如将进一步解释的那样，通信收发器235可以被用来横跨网格线240向照明器250发送和/或接收位置信号和/或例如控制消息之类的数据通信信号。这样的数据通信信号可以被传送到房间控制器260。房间控制器260可以包括用于确定并存储照明系统中的照明器250的位置的DC网格映射器，并且其位置可以紧邻多路复用器230或者与之集成在一起，或者可以处在多路复用器230的外部。
图2B是用于把针对固态照明器（SSL）252的DC电力与可以由收发器254接收的AC信号分离的照明器250指示电路的简化图示。
标准传输线理论声明，对于这种类型的并联导电线路，特征阻抗（Z0）由下式给出：
等式1
其中：
K是两条导线之间的材料的相对介电常数
S是两条导线的中心到中心间距
d是连线的直径。
例如参照图3，EMerge规范建议对于典型的母线或轨道可以具有以下尺寸：
S=近似6.35mm；
D=近似4mm；
K=近似3.8（对于例如聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT之类的典型绝缘材料）。
这意味着Z0可以是近似71Ω，其接近50Ω/75Ω的典型的同轴线缆Z0数值。因此，由EMerge规范和其他电力配送系统规定的DC电力轨道可以适合于发送AC信号，比如位置信号和/或数据通信信号。
当在例如24V的DC电力电压上叠加高频信号以用于照明器定位或者用来传送控制信号时，可以在照明器中把电力与定位和/或控制信号分离。举例来说，这一分离可以通过把无源AC和DC块插入到照明器中来实现，从而允许DC电力到达灯并且允许AC信令频率到达内部控制逻辑，正如图2B中所示出的那样。
图4更加详细地示出了电力和信号分离电路400的一个示例性实施例。包括DC电力以及位置和/或控制信号的输入405由DC电力管道传输。DC/AC滤波器410把DC电力与AC位置/控制信号分离。所述位置/控制信号随后被增益级420放大，并且随后被路由到模式检测电路440和频带分离电路430。频带分离电路430可以包括峰值检测器436、低通滤波器434和第一限幅器438。第一限幅器438的输出可以包含其中含有控制信息传递的通信信道，并且被路由到处理器470中的控制模块474。低通滤波器434的输出可以包含定位信号，并且可以被路由到处理器470中的定位器模块476。
模式检测电路440可以被用来确定所述AC位置/控制信号当前正在载送位置信号还是数据通信信号。在被路由到处理器470中的模式选择块478之前，所述信号由带通滤波器444、峰值检测器446和第二限幅器448处理。模式选择块478可以表明所述信号是位置信号还是通信信号。当然，本领域技术人员将认识到，在本公开内容的范围内可以使用其他实施例来区分DC电力、AC位置和AC通信信号。
总体来说，用于在DC网格上定位照明器的一种示例性方法可以包括两个步骤。第一步骤可以确定照明器位于许多并行网格线当中的哪一条网格线上。举例来说，这可以包括确定网格线编号。来自前面的第一步骤的结果可以是数字化结果，其中照明器位于整数网格位置处。举例来说，在由图2A所示的DC网格上的照明器的第一实施例中描绘出三条分立的DC电力轨道240，并且示出了分布在这些电力轨道之间的六个照明器250。如果网格编号开始于上方轨道240，则三个照明器250位于上方轨道240上，两个照明器250处在中间轨道240上，并且单个照明器250处在下方轨道240上。举例来说，上方轨道240可以被标记为轨道1，中心轨道240可以被标记为轨道2，下方轨道240可以被标记为轨道3。
第二步骤可以确定照明器位于给定网格线上的何处。举例来说，第二步骤可以涉及确定照明器的位置与在第一步骤中确定的网格线的末端相距多远。此外，照明器可以存储其位置，并且随后例如在受到外部控制器查询时报告其位置。
第一步骤可以通过下面的实例来实施。多路复用器230把AC信号收发器235连接到第一轨道240。从AC信号收发器235到照明器250的唤醒信号可以包含用以标识出把AC信号收发器235连接到照明器250的轨道240的轨道编号的已编码信息，以便例如向照明器250通知该照明器250连接到哪一条轨道240。每一个照明器250被唤醒信号唤醒，并且在随机回退之后，每一个照明器250可以向连接到多路复用器230的AC信号收发器235传送其独有的照明器ID编号。照明器250可以例如利用Zigbee向AC信号收发器235传送照明器ID。收发器235接收每一个响应的照明器250的ID编号，并且将其存储在由轨道编号索引的照明器表中。每一个照明器可以对于编码在唤醒信号中的轨道编号进行解码，并且把网格编号位置本地存储在该照明器250中。多路复用器230随后选择序列中的下一条轨道240，从而收发器235可以向该下一条轨道240上的照明器250发送唤醒信号。应当提到的是，虽然在前面的实例中照明器横跨轨道发送照明器ID，但是也不反对照明器利用其他机制向照明器表传送照明器ID，比如利用无线信号。
在多路复用器230依次连接到每一条轨道之后，照明系统可以获得描述哪一个照明器250与哪一条轨道240相关联的照明器表。随后用对应于每一个照明器250的定位信息来填充照明器表，所述定位信息描述沿着该条轨道的每一个照明器250与AC信号收发器235之间的距离，正如后面所描述的那样。
与前面的步骤1不同，步骤2的这一定位处理的结果可以是连续性的，这是在于照明器可以位于沿着给定电力轨道的任何位置处。为了获得这种情况下的位置确定涉及把每一条轨道作为一条传输线对待。通过沿着所述线路发送具有适当波形和频率的位置信号以及在照明器附着点处监测信号可以确定照明器的位置。
在图5中通过方块图示出了用于在DC网格上定位照明器的方法的一个一般化实施例。应当提到的是，流程图中的任何处理描述或方块应当被理解为表示包括用于实施所述处理中的特定逻辑功能的一条或更多条指令的模块、代码段、代码部分或步骤，并且在本发明的范围内包括替换的实现方式，其中取决于所涉及的功能可以按照不同于所示出或讨论的顺序来执行各项功能，其中包括基本上同时地或者按照相反顺序执行，正如本发明所属领域内的技术人员将理解的那样。
出于示例性目的，图5中所示的定位方法参照图2A所示的网格系统。多路复用器230（图2A）处于每一条轨道240（图2A）的一端。多路复用器230（图2A）可以把AC信号收发器235（图2A）连接到一条轨道240（图2A），正如方块510所示出的那样。可以横跨DC轨道发送AC定位器信号，正如方块520所示出的那样。后面将描述AC定位器信号的几个实施例。AC定位器信号由照明器接收，正如方块530所示出的那样。如方块540所示，照明器对AC定位器信号进行分析，以便计算照明器与AC信号收发器之间的距离，正如方块580所示出的那样。
后面将描述利用前面描述的一般化实施例的定位方法的四个具体实施例。
实施例1：相位差异
图6是针对照明器定位方法的第一实施例放大并详述图5的方块540的流程图。第一实施例基于沿着传输线或轨道的不同位置处的信号的相位差异来计算照明器与AC信号生成器之间的距离。在第一实施例下，AC信号生成器横跨DC电力轨道发送例如正弦波的周期性波，正如方块520（图5）所示出的那样。如方块610所示，在照明器处记录AC信号的第一相位。如方块620所示，在AC信号生成器处记录AC信号的第二相位。如方块630所示，计算第一相位与第二相位之间的相位差异。
图7示出了在第一实施例下在第一照明器720和第二照明器730处接收到的信号的一个实例，从而测量相位差异。在这里，网格线750在近似线路750的特征阻抗的电阻740中被端接。随后沿着线路750向下发送高频信号701。由于在理论上应当不存在反射，因此网格上的每一个位置处将产生其相位角相对于沿着线路750的信号生成器710与照明器720、730之间的距离而增大的正弦波。
可以通过比较相位差异来计算沿着线路的位置。第一信号曲线图711表示信号生成器710处的高频信号701的相位。类似地，第二信号曲线图721表示第一照明器720处的高频信号701的相位，并且第三信号曲线图731表示第二照明器730处的高频信号701的相位。由于相位测量的性质是相对性的，因此仅利用相位差异可能无法精确地确定照明器720、730与信号生成器710之间的距离。因此可能有必要结合例如已编码光之类的另一种技术来使用第一实施例技术，以便建立总线上的所有照明器之间的共同定时。
实施例2：幅度差异
图8是针对照明定位方法的第二实施例放大并详述图5的方块540的流程图。第二实施例基于沿着传输线或轨道的不同位置处的信号的幅度差异来计算照明器与AC信号生成器的距离。在第二实施例下，AC信号生成器横跨DC电力轨道发送例如正弦波的驻波，正如方块810所示出的那样。调节AC信号的频率以便产生在信号生成器处具有节点的驻波。如方块820所示，在照明器处记录AC信号的幅度。如方块830所示，计算第一幅度与最大幅度之间的差异。
图9示出了在第二实施例下在第一照明器720和第二照明器730处接收到的信号的一个实例，其测量横跨驻波的幅度差异。在本例中，网格线750未被端接940，也就是说所述电路对于高频信号901来说是开路，因此信号901在线路末端处被反射，从而导致横跨传输线750的驻波。如果信号生成器710处的信号901的频率被调节成如图所示的四分之一波长，则信号901的幅度从生成器710处的零幅度增大到未端接线路末端940处的最大幅度。照明器720、730存储其例如通过使用板载ADC检测到的信号901波形的最大值，并且可以在初始测量周期之后例如向DC网格映射器或房间控制器（未示出）报告所述幅度。可以通过比较相对幅度来确定照明器720、730位置。
虽然信号901被表示为四分之一波长，但是不反对使用例如半波长或八分之一波长之类的其他频率，或者利用不同波长进行后续测量。这样可以帮助更加精确地确定位于未端接末端附近的照明器。类似地，可以利用在信号生成器710处具有最大幅度并且在未端接末端940处具有节点的波长进行后续测量。在某些实施例下，AC信号生成器可以是可调节的，以便根据轨道的长度选择适于产生驻波的频率。一旦确定之后，可以由AC生成器存储所述频率以用于后续测量。
实施例3：到零值的时间（频率扫描）
图10是针对照明器定位方法的第三实施例放大并详述图5的方块540的流程图。第三实施例基于其中沿着传输线或轨道检测到节点的信号的频率来计算照明器与AC信号生成器的距离。在第三实施例下，AC信号生成器横跨DC电力轨道发送例如正弦波之类的扫描频率波形，正如方块520（图5）所示出的那样。如方块1010所示，在一定范围内调节AC信号的频率，例如从高频率到低频率或者从低频率到高频率。如方块1020所示，照明器记录对应于生成器开始发送扫描信号的时间的第一时间。如方块1030所示，在照明器处检测AC信号的幅度，并且记录在照明器处检测到的幅度为零值的时间。如方块1040所示，计算第一幅度与最大幅度之间的差异。
当沿着未端接传输线发送高频信号时，根据传输线的长度和高频信号的频率，在传输线上某些位置处出现幅度零值。如果传输线的长度是已知的，则传输线上的幅度零值的位置可以被用来确定所述零值与传输线末端的距离。因此，如果在沿着传输线的某一点处检测到零值，例如沿着已知长度的DC电力轨道的照明器，则可以确定照明器与DC电力轨道的末端的距离。
图11示出了在第三实施例下在第一照明器720和第二照明器730处接收到的信号的一个实例，其在扫描信号的频率时测量位置信号的发起与检测到零值之间的时间差异。线路750未被端接940。使得所述信号在线路750上的照明器720、730处衰减到零所花费的时间是照明器720、730的位置距离线路750的末端的度量。照明器720、730可以在本地存储时间测量的结果，并且在测量之后将其报告回到基础设施，例如在照明器720、730接收到测量查询消息时报告。例如可以通过确定照明器720、730报告零值幅度时的扫描信号的频率来计算AC信号生成器710与照明器720、730之间的距离。
如图11中的实例所示，AC信号生成器710可以在时间t1发送第一频率1011，并且以恒定的速率减少AC信号的频率。第一照明器720可以在对应于第二频率1211的时间t2处检测到零值。时间t2可以被用来确定AC信号生成器710在时间t2处发送的第二频率1121，从而可以确定第一照明器720与AC信号生成器710之间的距离。类似地，第二照明器730可以在对应于第三频率1131的时间t3处检测到零值。时间t3可以被用来确定AC信号生成器710在时间t3处发送的第三频率1131，从而可以确定第二照明器730与AC信号生成器710之间的距离。
应当提到的是，虽然在前面的实例中AC信号生成器710和照明器720、730基于扫描信号开始的时间同步扫描信号的定时，但是不反对本领域技术人员所熟悉的其他定时同步方法，从而可以确定由照明器720、730检测到零值时的信号的频率1121、1131。
实施例4：脉冲间距
图12是针对照明器定位方法的第四实施例放大并详述图5的方块540的流程图。第四实施例基于沿着传输线或轨道的信号传播时间来计算照明器与AC信号生成器的距离。在第四实施例下，如方块1210所示，AC信号生成器把AC信号配置成例如单位阶跃函数的脉冲，并且如方块520（图5）所示横跨DC电力轨道发送所述脉冲。如方块1220所示，照明器记录对应于脉冲传播到照明器的时间的第一时间。当脉冲到达未端接传输线的末端时，所述脉冲被朝向AC信号生成器反射回去。如方块1230所示，照明器记录对应于反射脉冲传播到该照明器的时间的第二时间。如方块1240所示，计算第一时间与第二时间之间的差异。可以例如通过把所述时间差异乘以脉冲的传播速度并且随后除以2来计算照明器到传输线末端的距离，以便考虑脉冲从照明器传播到轨道末端并且随后从轨道末端回到照明器的时间。
图13示出了基于传输线的定位方法，其利用沿着线路750发送的脉冲而不是例如连续的高频正弦波。与第二和第三实施例中一样，线路740未被端接，从而在末端940处导致反射。可以通过记录在脉冲从生成器710朝向线路末端940行进时经过照明器720到反射脉冲再次经过照明器720、730时所经过的时间来确定照明器720、730沿着线路750的位置。具体来说，在时间t11310在第一照明器720处检测到脉冲，在时间t2在第二照明器730处检测到脉冲，在时间t3在第二照明器730处检测到反射脉冲，并且在时间t4在第一照明器处检测到反射脉冲。可以利用t1与t4之间的差异来确定第一照明器720沿着线路750的位置，同时可以利用t2与t3之间的差异来确定第二照明器730沿着线路750的位置。
应当提到的是，在第一、第二、第三和第四实施例中描述的AC信号生成器可以是与信号发送器和/或收发器通信的独立信号发送器，或者可以被合并在信号发送器和/或收发器内。
DC轨道通信信道
如前所述，AC生成器可以被用来与照明系统内的一个或更多照明器传送控制数据或其他信息。与前面描述的位置信号一样，通信信道使用DC电力配送轨道来横跨所述轨道传送通信信号。可能希望为通信信道选择足够低的载波频率，从而使得沿着轨道的每一个照明器接收到具有基本上一致的信噪比的信号而不管该照明器沿着轨道的位置如何。例如利用频分多路复用，通信信道可以占用不同于位置信号的频带。举例来说，位置信道可以具有近似处在5MHz范围内的载波频率，而通信信道则可以操作在近似1MHz范围内。当然，不反对利用在有线信道中使用的其他信道化技术（例如时分多路复用）而在DC电力配送轨道上使用通信信道。
由DC电力配送轨道传送的通信信道可以被用来补充或加强由照明器使用的其他通信信道，比如Zigbee无线信道。举例来说，DC映射器可以与向照明器发送位置和/或数据通信并且从照明器接收位置和/或数据通信的收发器进行通信。
可以通过集中式处理、分布式处理或者通过集中式与分布式处理的组合来施行照明器位置计算。举例来说，照明器可以基于所接收到的位置信号而收集数据，并且把所述数据传送到例如与信号生成器位于同一处的DC网格映射器，其中DC网格映射器结合关于DC网格线的位置的信息并且基于接收自照明器的数据来计算照明器位置。在另一个实例中，照明器可以计算照明器与位置信号来源之间的距离，并且将该距离传送到DC网格映射器。类似地，DC网格映射器可以向照明器提供DC网格位置信息，从而使得照明器可以计算其关于DC网格的位置。本领域技术人员将认识到落在本公开内容的范围内的关于照明器定位方法和系统的各种变型。
所述用于识别及定位DC电力网格上的照明器的方法和系统例如可以被用来帮助照明系统的自动试运转，这是通过自动获得来自照明设施内的布置的空间映射而实现的。随后可以由例如场景设定之类的其他应用来利用所提供的照明器位置信息。除了第一次试运转之外，所述ID还可以被用来例如在向现有设施添加或者从中移除照明器时帮助照明系统的自动配置或重新配置。
虽然在这里描述并示出了几个发明性实施例，但是本领域技术人员将容易设想到用于施行这里所描述的功能和/或获得这里所描述的结果以及/或者一项或更多项优点的多种其他装置和/或结构，并且此类变型和/或修改当中的每一项都被认为落在这里所描述的发明性实施例的范围之内。更一般来说，本领域技术人员将容易认识到，这里所描述的所有参数、尺寸、材料和配置都意图是示例性的，并且实际的参数、尺寸、材料和/或配置将取决于为之使用本发明的教导的一项或多项具体应用。本领域技术人员将认识到或者能够利用不超出例行范围的实验而确定针对这里所描述的具体发明性实施例的许多等效方案。因此应当理解的是，前述实施例仅仅是作为举例而给出的，并且在所附权利要求书及其等效表述的范围内，可以按照不同于所具体描述并要求保护的方式来实践发明性实施例。本公开内容的发明性实施例是针对这里所描述的每一种单独的特征、系统、制品、材料、工具和/或方法。此外，两种或更多种此类特征、系统、制品、材料、工具和/或方法的任意组合被包括在本公开内容的发明范围内，前提是此类特征、系统、制品、材料、工具和/或方法互不矛盾。
这里所使用的所有定义应当被理解成控制字典定义、作为参考而合并的文献中的定义和/或所定义术语的普通含义。
除非明确地另行表明，否则这里在说明书和权利要求书中使用的“一”和“一个”应当被理解成意味着“至少一个”。
还应当理解的是，除非明确地另行表明，否则在这里所要求保护的包括多于一个步骤或动作的任何方法中，所述方法的各个步骤或动作的顺序不一定受限于所述方法的各个步骤或动作被引述的顺序。
此外，出现在权利要求书中的括号内的附图标记（如果有的话）仅仅是为了方便起见而提供的，其不应当被理解成以任何方式做出限制。
在权利要求书以及前面的说明书中，例如“包括”、“承载”、“具有”、“包含”、“涉及”、“保有”、“由...组成”之类的所有过渡短语都应当被理解成是开放性的，也就是说意味着“包括但不限于”。只有过渡短语“由...构成”和“实质上由...构成”应当分别是封闭性或半封闭性的过渡短语。

Claims (18)

1.一种用于在DC网格上定位照明器（250）的方法，所述DC网格包括第一DC网格输电线（240）、可切换地连接到第一DC网格输电线的AC信号生成器（235）以及与第一DC网格输电线电通信的第一照明器，第一照明器沿着第一DC网格输电线被布置在与AC信号生成器的第一距离处，所述方法包括以下步骤：
把AC信号生成器连接到第一DC网格输电线；
由AC信号生成器沿着第一DC网格输电线发送AC信号；
由第一照明器接收AC信号；以及
至少部分地基于所述AC信号计算AC信号生成器与第一照明器之间的第一距离。
2.权利要求1的方法，其中，第一DC网格输电线对于AC信号（701）以近似第一DC网格输电线的特征阻抗的电阻（740）被端接，所述方法还包括以下步骤：
由第一照明器记录第一照明器处的AC信号的第一相位（721）；以及
由AC信号生成器记录AC信号生成器处的AC信号的第二相位（711）；
其中，计算第一距离的步骤还包括测量第一相位与第二相位之间的差异。
3.权利要求1的方法，其中，第一DC网格输电线对于AC信号（901）未被端接，所述方法还包括以下步骤：
设定AC信号的频率，从而使得AC信号横跨第一DC网格输电线形成驻波，所述驻波包括最大幅度；以及
由第一照明器记录第一照明器处的AC信号的第一幅度（921）；
其中，计算第一距离的步骤还包括测量第一幅度与最大幅度之间的差异。
4.权利要求1的方法，其中，第一DC网格输电线对于AC信号未被端接，所述AC信号还包括一定幅度，所述方法还包括以下步骤：
在第一频率与第二频率之间扫描AC信号的频率；
由第一照明器记录对应于第一照明器最初检测到AC信号的时间的第一时间；以及
由第一照明器记录对应于第一照明器检测到与零值幅度相对应的AC信号幅度的时间的第二时间；
其中，计算第一距离的步骤还包括测量第一时间与第二时间之间的差异。
5.权利要求1的方法，其中，所述AC信号包括脉冲信号，第一DC网格输电线对于AC信号未被端接，所述方法还包括以下步骤：
由第一照明器记录对应于第一照明器最初检测到脉冲信号的时间的第一时间（1310）；以及
由第一照明器记录对应于第一照明器最初检测到脉冲信号的反射的时间的第二时间（1313）；
其中，计算第一距离的步骤还包括测量第一时间与第二时间之间的差异。
6.权利要求1的方法，其中，所述DC网格还包括第二DC网格输电线、可切换地连接到第二DC网格输电线的AC信号生成器以及与第二DC网格输电线电通信的第二照明器，第二照明器沿着第二DC网格输电线被布置在与AC信号生成器的第二距离处，所述方法还包括以下步骤：
把AC信号生成器连接到第二DC网格输电线；
由AC信号生成器沿着第二DC网格输电线发送AC信号；
由第二照明器接收AC信号；以及
至少部分地基于所述AC信号计算AC信号生成器与第二照明器之间的第二距离。
7.权利要求1的方法，其中，所述DC网格还包括存储器，所述方法还包括以下步骤：
把第一距离存储在存储器中；以及
向DC网格映射器传送第一距离。
8.权利要求7的方法，其中，向DC网格映射器传送第一距离的步骤还包括向DC网格映射器发送无线信号的步骤。
9.权利要求7的方法，其中，所述存储器被布置在第一照明器内，DC网格映射器与DC网格电通信，并且向DC网格映射器传送第一距离的步骤还包括沿着第一DC网格输电线从第一照明器向DC网格映射器发送通信信号的步骤。
10.权利要求1的方法，其还包括以下步骤：
为第一照明器指派第一标识符；以及
在第一照明器与AC信号生成器之间传送第一标识符。
11.权利要求10的方法，其中，传送第一标识符的步骤还包括向DC网格映射器发送无线信号的步骤。
12.权利要求10的方法，其中，DC网格映射器与DC网格电通信，并且其中传送第一标识符的步骤还包括沿着第一DC网格输电线从DC网格映射器向第一照明器发送通信信号的步骤。
13.权利要求1的方法，其中，所述DC网格还包括EMerge相容的照明系统。
14.一种用于在DC电力网格上定位照明器的系统，其包括：
包括多条DC输电线的DC电力网格；
可切换地连接到所述多条DC网格输电线当中的至少一条的AC信号生成器（235），所述AC信号生成器被配置成沿着多条DC网格输电线当中的所述至少一条发送定位器信号；以及
被布置在所述DC电力网格上的多个照明器（250），每一个所述照明器包括：被配置成接收所述定位器信号的接收器，被配置成基于所述定位器信号计算所述照明器与所述AC信号生成器之间的距离的逻辑电路，被配置成存储所述距离的存储器，以及用于向房间控制器（260）发送所述距离的装置。
15.权利要求14的系统，其中，所述DC网格还包括EMerge相容的照明系统。
16.权利要求14的系统，其中，所述AC信号生成器被配置成在第一频带内发送所述定位器信号，并且还被配置成在第二频带内发送和接收数据。
17.权利要求16的系统，其中，所述多个照明器被配置成在所述第一频带内接收所述定位器信号，并且还被配置成在所述第二频带内接收数据。
18.权利要求14的系统，其中，所述定位器信号包括驻波和/或脉冲。
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