智能照明控制技術

1、智能照明控制技術概述前言：隨著社會的快速進步，人們希望生活的更加舒適，充分的享受生活。在傳統(tǒng)的理念中，越舒適的生活意味著能源的消耗越大。但是，隨著整個人類社會的進步，富裕人口越來越多，整個地球的資源已無法滿足這種能源的巨大消耗，崇尚節(jié)約能源的低碳生活已是世界的趨勢。在傳統(tǒng)的照明工程中，豪華的賓館、酒店、商場、寫字樓以及住宅等，具單位功耗遠遠超過一般建筑。隨著科技進步及人類環(huán)保、節(jié)能觀念的加強，人們對照明領域給予了更多的關注，促使照明控制技術突飛猛進的發(fā)展，且其應用也日益廣泛。智能化照明是隨計算機、傳感器、通訊、網(wǎng)絡與自動控制技術而發(fā)展起來的綜合技術，正以驚人的速度向各個專業(yè)領域滲透。智能化是任

2、何電子產(chǎn)品必然的發(fā)展方向之一。智能照明控制技術的發(fā)展可以使照明更加省電、節(jié)能、使用更便捷，在需要的時間給需要的地方以最舒適和高效的照明，提升照明環(huán)境質量。智能化照明更是使照明進一步走向綠色和可持續(xù)發(fā)展的重要方向。照明新光源和智能控制技術將在未來的低碳生活中起到?jīng)Q定性的作用。本文對近幾年來智能照明控制技術及其發(fā)展情況進行分析比較，供同行參考：一、概述智能化照明控制系統(tǒng)是一個集多種控制方式、現(xiàn)代數(shù)字控制技術和網(wǎng)絡技術、照明技術于一身的控制系統(tǒng)。智能照明控制系統(tǒng)由系統(tǒng)單元、輸入單元和輸出單元三部分組成。除電源設備外，每一單元設置唯一的單元地址，并用軟件設定其功能。系統(tǒng)可以實現(xiàn)如下功能：1、全自動調光

3、智能照明控制系統(tǒng)由于配用了各種傳感器和控制器，因此可全自動運行。系統(tǒng)可設定有若干個不同照度的基本狀態(tài)，這些狀態(tài)可以按預先設定的程序進行切換。對于不同的場景模式，只要在相應的控制面板上進行操作即可調入所需的場景，用戶還可以通過可編程控制面板對場景進行實時調節(jié)以適應不同要求，甚至可以平滑調光，以便將照度調整到需要的狀態(tài)。眾所周之，燈具效率和房間墻面反射率會隨時間推移而衰減，設計照度是一個在壽命期內的平均值，因此初始照度均高于需要的照度，而后期照度則不足。這不僅造成照度的前后不一致，而且還會由于開始時照度偏高而造成不必要的能源浪費。采用智能照明控制后，雖然設計全照度仍可能偏高，但由于可以智能調光，系

4、統(tǒng)將會按照預先設置的標準值使照明區(qū)域保持恒定的照度，而不受燈具效率降低和墻面反射率衰減的影響。2、對自然光源充分利用智能照明控制系統(tǒng)在晝間可通過調節(jié)控光設備來調節(jié)控制自然光，并與照明系統(tǒng)連動。當天氣、時間發(fā)生變化時，系統(tǒng)可以自動調節(jié)，以保證室內的照度維持在預先設定的水平。對自然光的調節(jié)可通過控制百頁窗的角度、窗簾的開合，以及利用導光管和光導纖維將外部自然光導入室內并進行調節(jié)的技術。3、運行節(jié)能智能照明控制系統(tǒng)能對大多數(shù)燈具（包括白熾燈、LED燈、無極燈、可調光的熒光燈、配以調光鎮(zhèn)流器的鈉燈、金鹵燈等）進行智能調光，在需要的地方、在需要的時間給以充分的照明，及時關掉不需要的燈具，調節(jié)燈具的亮度。

5、4、延長光源壽命眾所周知，光源和電器損壞的主要原因是電網(wǎng)的浪涌電壓和過電壓，采取智能調光則可以延長光源的壽命。智能照明控制系統(tǒng)采用軟啟動的穩(wěn)壓方式，能控制電網(wǎng)在運行時，尤其是開關過程中的沖擊電壓和浪涌電壓，從而大大延長設備的使用壽命。二、有線智能控制系統(tǒng)通常采用一對雙絞線作為通訊介質，所有系統(tǒng)控制單元由這對雙絞線連接組成控制網(wǎng)絡，每個系統(tǒng)控制單元所發(fā)出的控制信號在整個控制網(wǎng)絡里進行傳播，各個系統(tǒng)控制單元接收到控制信息后，則根據(jù)系統(tǒng)通訊協(xié)議的規(guī)定執(zhí)行相應的動作，從而實現(xiàn)智能網(wǎng)絡控制。這種方案系統(tǒng)單元設計簡單，由于采用的專用的雙絞線作為通訊介質，所以具有抗干擾性能強、通訊效果好，通訊穩(wěn)定性高的優(yōu)點

6、。現(xiàn)對幾種典型的有線智能控制系統(tǒng)進行概述：1、DALI系統(tǒng)DALI是英文Dig計alAddressableLightingInterface的縮寫,意為數(shù)字式可尋址照明控制接口標準，是一種專門的智能照明系統(tǒng)，它定義了實現(xiàn)各種智能照明控制模塊之間數(shù)字通信的接口標準。在歐洲有多家廠商研究開發(fā)符合DALI標準的產(chǎn)品，DALI標準已被編入歐洲電子鎮(zhèn)流器標準。它支持“開放系統(tǒng)”的概念，只要它們遵守DALI標準，不同制造廠商的產(chǎn)品可以互連。DALI技術實現(xiàn)了采用盡量少的設備，提供高效簡便操作的智能化照明控制方式。DALl系統(tǒng)的性價比高于110V系統(tǒng)，低于復雜的總線系統(tǒng)。DALI系統(tǒng)可以通過DALI/110

7、V轉換器實現(xiàn)對帶有110V接口設備的控制，并可通過網(wǎng)關實現(xiàn)與其他總線控制系統(tǒng)的集成（如BA系統(tǒng)），故具有廣泛的應用前景。其代表為銳高公司luxCONTROL照明控制系統(tǒng)和飛利浦公司的Scenio照明控制系統(tǒng)。2、EIB系統(tǒng)EIB是英文EuropeanInstallationBus的縮寫，即歐洲電氣接線裝置總線智能控制系統(tǒng)，是為電氣接線裝置專業(yè)打造的智能化控制系統(tǒng)，照明系統(tǒng)是該系統(tǒng)的一個組成部分。EIB總線系統(tǒng)作為歐洲安裝總線標準，利用一條雙絞線作為控制總線，取代了傳統(tǒng)數(shù)量繁多的導線，使照明、調光、百葉窗、場景控制、用電負荷控制、保安、供熱系統(tǒng)實現(xiàn)智能化，并成為一個完整的總線系統(tǒng)。EIB總線系統(tǒng)

8、也可依據(jù)外部環(huán)境的變化自動調節(jié)總線中設備的狀態(tài)，達到安全、節(jié)能、人性化的效果，并能在今后的使用中根據(jù)用戶的要求增加或修改系統(tǒng)的功能，而無須重新鋪設電纜，真正成為靈活的電氣安裝系統(tǒng)，這是傳統(tǒng)的電纜鋪設方式所無法做到的。EIB標準是一個開放式的系統(tǒng)：可以由任何人、在任何芯片或可供選擇的處理平臺上實現(xiàn)。該系統(tǒng)該系統(tǒng)是在歐洲占主導地位的樓宇自動化（BA）和家庭自動化（HA）標準，采用EIB標準的智能化照明控制系統(tǒng)有許多品牌，例如：ABBi-bus系統(tǒng)、西門子instabus智能總線系統(tǒng)。3、DMX512系統(tǒng)和DMX-NET系統(tǒng)DMX512系統(tǒng)是當今使用最廣的燈光通訊協(xié)議，光范應用在舞臺燈光及景觀照明系

9、統(tǒng)中。該系統(tǒng)為美國劇院技術協(xié)會把Colortran公司CMX192中的Bandrate從153.6Kbit/s提升至250Kbit/s及192CH變?yōu)?12CH后發(fā)表（CMX與DMX結構大致相同）。由于結構簡單、成本低、安裝使用方便，各大廠商先后把DMX512接口加到產(chǎn)品上，它的使用非常廣泛。DMX512協(xié)議成功推廣的原因是數(shù)十年來電腦燈具的迅速發(fā)展及大量使用于大型演出以及城市景觀照明的迅猛發(fā)展，DMX512可產(chǎn)生的各種奇妙的照明效果。DMX512控制線采用5針XLR（有時候是3針）連接設備，母接口適用于發(fā)送器，而公接口適用于接收器。DMX-NET系統(tǒng)是把計算網(wǎng)絡技術和DMX512標準整合在一

10、起形成的智能照明控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)融合兩種技術的優(yōu)點，使整個系統(tǒng)的帶寬、距離、可靠性和雙向等功能的實現(xiàn)，這意味著在一個網(wǎng)絡里可同時連接的設備更多，且連接的距離更長，傳輸控制協(xié)議使可調光照明系統(tǒng)的控制質量和可靠性更高，雙向通訊使設備的遠程監(jiān)測和控制更有效，因而構筑大規(guī)?？煽康目烧{光照明系統(tǒng)的網(wǎng)絡成本更低。4、其他除此之外，還有許多類似的總線制照明控制系統(tǒng)，它們的功能近似，通訊協(xié)議各不相同，如美國路創(chuàng)電子公司的GRAFIK6000R智能照明控制系統(tǒng)、澳大利亞邦奇公司的Dynalite智能照明控制系統(tǒng)，日本松下公司的EMIT全二線WRT2040型智能照明控制系統(tǒng)、瑞朗公司的RL-X10智能照明控制系統(tǒng)

11、以及奇勝公司采用總線制加紅外遙控器組成的C-Bus智能照明控制系統(tǒng)系統(tǒng)等。三、電力線路載波控制系統(tǒng)電力線路載波(PowerLineCommunication)是利用現(xiàn)有電力線(電源線)作為傳輸媒介，通過載波方式高速傳輸模擬或數(shù)字信號，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和信息交換的一種技術。目前適用頻率范圍：50KHz200KHz。在電力線上通過載波方式進行系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，每個系統(tǒng)控制單元所發(fā)出的控制信號都通過載波方式在整個電力線里進行傳播，各個系統(tǒng)控制單元從電力線上接收到控制信息后，則根據(jù)系統(tǒng)通訊協(xié)議的規(guī)定執(zhí)行相應的動作，從而實現(xiàn)智能網(wǎng)絡控制。這種方案與總線方案相比，取消了專用的網(wǎng)絡線，安裝或擴展也較為簡單，只需連接電源

12、線就可實現(xiàn)網(wǎng)絡控制。但此方案在具體應用上往往由于電力線的干擾問題而變得不穩(wěn)定。電力線路載波信號會隨著距離增大快速衰減，公用變壓器線路工頻諧波對其干擾也很大。電力線上眾多電氣設備都均是載波通訊的干擾源，其中以電子類產(chǎn)品較為嚴重，它們或者產(chǎn)生干擾信號，影響系統(tǒng)單元的接收，或者吸收系統(tǒng)單元所發(fā)出的載波信號，使其它單元無法正確接收，從而使控制失靈。為了解決這類問題，需要在此類電器的電源進線和總電源進線處安裝各種阻波器來隔阻干擾，保障載波通訊的穩(wěn)定和可靠性。由于目前我國的電源質量欠佳，造成通信的可靠性不高，且成本很高，因此其技術進入使用的難度很大，目前較難進行市場推廣。由于400V以下民用電力線路對通信

13、而言是一個不確定、無規(guī)則、隨機干擾、網(wǎng)絡拓撲呈非標準型的通信網(wǎng)，增加了載波技術開發(fā)的難度。目前利用電力線載波進行通信的產(chǎn)品中，主要使用窄帶通信和擴頻通信兩種方式。當信道容量一定時，信道帶寬與信噪比之間存在著互換關系，增加帶寬則可降低對信噪比的要求，即通過擴展信號的帶寬，可有效的提高系統(tǒng)抗干擾的能力。隨著擴頻技術的成熟和國內電源質量的提高，其應用將成為可能。國外在照明控制系統(tǒng)中，載波技術已有應用，其代表品牌為美國埃施朗(Echelon)公司，國內則正在研發(fā)中。四、無線智能照明系統(tǒng)隨著無線通訊技術的發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)的興起，采用無線通訊的智能網(wǎng)絡控制系統(tǒng)開始出現(xiàn)。這種系統(tǒng)的每個系統(tǒng)控制單元所發(fā)出的控制信

14、號都以無線電波的進行傳播，各個系統(tǒng)控制單元接收這些傳播信息，然后根據(jù)系統(tǒng)通訊協(xié)議的規(guī)定執(zhí)行相應的動作，從而實現(xiàn)智能網(wǎng)絡控制。與電力線載波方案一樣，由于沒有專用的網(wǎng)絡線，安裝或擴展非常簡單。對于ZigBee系統(tǒng)甚至可以使用電池供電，不用連接電源線，使用非常靈活方便，同時也降低了用戶的總體應用成本?，F(xiàn)代無線通訊技術和計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展，已經(jīng)解決了無線通訊可靠性和互相申擾等問題，使無線網(wǎng)絡技術得到空前的發(fā)展。從技術發(fā)展方向看，基于有線的照明控制系統(tǒng)，具有布線麻煩，增減設備需要重新布線、系統(tǒng)可擴展性差、系統(tǒng)安裝和維護成本高以及移動性能差等缺點，因此無線通信技術，是實現(xiàn)智能照明系統(tǒng)的理想選擇。無線網(wǎng)絡

15、技術有著無可比擬的先天優(yōu)勢，近幾年來得到飛速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術也成為了新的熱點。1、ZigBeeZigBee技術主要應用在短距離范圍內以及數(shù)據(jù)傳輸速率不高的各種電子設備之間，因此非常適用于照明等小型電子設備的無線控制指令傳輸。其典型的傳輸數(shù)據(jù)類型有周期性數(shù)據(jù)（如傳感器）和間歇性數(shù)據(jù)（如照明控制）。其目標功能是自動化控制，它采用跳頻技術，使用的頻段分別為2.4GHz（ISM）、868MHz（歐洲）及915MHz（美國）。而且均為免執(zhí)照頻段，有效覆蓋范圍已達到70200m。2001年8月，美國HONEYWELL等公司發(fā)起成立了ZigBee聯(lián)盟，他們提出的ZigBee技術被確認為IEEE802.15.

16、4標準。2002年，摩托羅拉，飛利浦和三菱等企業(yè)加盟ZigBee聯(lián)盟，06年中國的華為公司也加入了該聯(lián)盟。將ZigBee收發(fā)模塊嵌入到光源電器的終端控制中，包括鎮(zhèn)流器、人機交換設備等，可構成布線成本極低的全數(shù)字無線尋址全雙工通信的照明控制系統(tǒng)。ZigBee技術的出現(xiàn)，推進了多主（每一個節(jié)點具有一定的自主智能）分布式控制系統(tǒng)的實用化進程，其網(wǎng)絡可由一個節(jié)點管理若干子節(jié)點，最多一個節(jié)點可以管理254個子節(jié)點。同時該節(jié)點還可由上一層網(wǎng)絡節(jié)點管理?？山M成65536個節(jié)點的大型網(wǎng)絡。因為ZigBee數(shù)據(jù)傳輸速率低，協(xié)議簡單，所以大大降低了成本，相比于Wi-Fi和UWB等這些適用于無線局域網(wǎng)和多媒體應用的

17、高速率無線標準而言，價格非常低廉。且ZigBee的響應速度較快，一般從睡眠狀態(tài)轉入工作狀態(tài)只需15ms,節(jié)點連接進入網(wǎng)絡只需要30ms,進一步節(jié)約了能源。相對而言，Bluetooth需要310s,WiFi需要3s。2、GPRSGPRS即GeneralPacketRadioService,通用無線分組業(yè)務，是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術，提供端到端的、廣域的無線IP連接。通俗地講,GPRS是一項遠距離的高速數(shù)據(jù)處理技術。它是以“分組”的形式傳送資料到用戶手上。雖然GPRS是作為現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡向第三代移動通信演變的過渡技術，但是它在許多方面都具有顯著的優(yōu)勢。它讓用戶使用一部手機就能行遍全球

18、，可以通過手機發(fā)送及接收電子郵件，在互聯(lián)網(wǎng)上瀏覽等，它比WAP（手機上網(wǎng)協(xié)議）優(yōu)越，下載資料和通話可以同時進行，聲音傳遞用GSM而數(shù)據(jù)傳輸用GPRS。GPRS系統(tǒng)由于應用在公網(wǎng)上，其低廉的數(shù)據(jù)流包月費用，是照明系統(tǒng)最佳的小數(shù)據(jù)遠傳通訊方式。3、其他無線智能控制系統(tǒng)近年來，近距離無線通信技術獲得了迅猛的發(fā)展。其中主流技術還有紅外技術、藍牙(Blue-tooth)、Wi-Fi和UWB(Ultra-Wideband)技術等，另外還有Z-Wave和MiWi等專有無線技術，它們都有各自的標準、特點和相應的應用領域。對于照明控制系統(tǒng)的特點，ZigBee具有明顯的技術優(yōu)勢。藍牙WI-FI等技術的比較種類Zi

19、gbee藍牙02.11b(Wi-Fi)移動通信傳統(tǒng)數(shù)傳電臺單點覆蓋距離50-300m10米50米可達幾公里可達16公里網(wǎng)絡擴展性自動擴展無無依賴現(xiàn)有網(wǎng)絡覆蓋無電池壽命數(shù)年數(shù)天數(shù)小時數(shù)天數(shù)小時-數(shù)天復雜性簡單復雜非常復雜復雜復雜傳輸速率250Kbps1Mbps1to11Mbps38.4Kbps一般19.2Kbps頻段868Mhz-2.4GHz2.4GHz2.4GHz0.8-1GHz400Mhz-2.4GHz網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)65000850無聯(lián)網(wǎng)所需時間僅30毫秒高達10秒3秒數(shù)秒終端設備費用低低高較高高有無網(wǎng)絡使用費無無無有安全性128bitAES64bit,128bitSSID集成度和可靠性高高一般

20、一般低使用成本低低一般高高安裝使用難易非常簡單一般難一般難五、智能照明系統(tǒng)的輸入輸出單元1、輸入單元用于將外部控制信號變換成網(wǎng)絡上傳輸?shù)男盘?；如可編程的多功能（開/關、調光、定時、軟啟動/軟關斷等）輸入開關、紅外線接收開關及紅外線遙控器（實現(xiàn)燈光調光或開/關功能）。各種型式及多功能的控制板，（如有的提供LCD頁面顯示和控制方式，并以圖形、文字、圖片來做軟按鍵，可進行多點控制、時序控制、存儲多種亮模式等），各種功能傳感器，通過對周圍環(huán)境的亮度的檢測，調整光源的亮度，使周圍環(huán)境保持適宜的照度，以達到有效利用自然光，節(jié)約電能。以傳感器為例，不同的控制方案采用不同的傳感器。目前常用的如下：1）時鐘相當

21、于一個時間開關。利用可預知時間表控制燈的開關。2）光電傳感器采用光電池將光信號轉換為電信號，但其輸出信號一般較小，必須加放大電路?？衫盟鼇頇z測環(huán)境的照度或亮度，根據(jù)預先設定的照度（亮度）值來控制燈的開關。3）人員占有傳感器按感應原理可分為：a）無源紅外傳感器（PIR）,可探測運動的人員發(fā)出的熱量（紅外）變化：b）超聲波傳感器（ULT）,可探測由移動人員的反射產(chǎn)生Doppler效應引起的頻率改變。c）無源紅外（PIR）與超聲波（ULT）及光電感應器結合的多重傳感器由于PIR有死區(qū)，ULT非常敏感易受干擾，有時是將兩者結合的雙重技術傳感器，但只讓其中之一控制燈的開關，以應付事先不可預知的使用要求，目前用得較多的是這一類。再加上光電感應器則構成最