智能照明控制技術(shù)

1、實用標(biāo)準(zhǔn)文案智能照明控制技術(shù)概述前言：隨著社會的快速進(jìn)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(jìn)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(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般建筑。隨著科技進(jìn)步及人類環(huán)保、節(jié)能觀念的加強，人們對照明領(lǐng)域給予了更多的關(guān)注，促使照明控制技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，且其應(yīng)用也日益 廣泛。智能化照明是隨計算機、傳感器、通訊、網(wǎng)絡(luò)與自動控制技術(shù)而發(fā)展起來 的綜合技術(shù)，正以驚人的速度向各

2、個專業(yè)領(lǐng)域滲透。 智能化是任何電子產(chǎn)品必然 的發(fā)展方向之一。智能照明控制技術(shù)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(zhì)量。智能化照明更是使照明進(jìn)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(shù)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(shù)及其發(fā)展情況進(jìn)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(shù)和網(wǎng)絡(luò)技 術(shù)、照明技術(shù)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(shè) 備外，每一單元設(shè)置唯一的單元地址，并用軟件設(shè)定其功能

3、。系統(tǒng)可以實現(xiàn)如下功能：1、全自動調(diào)光智能照明控制系統(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(shè)定有若干個不同照度的基本狀態(tài)， 這些狀態(tài)可以按預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行切 換。對于不同的場景模式，只要在相應(yīng)的控制面板上進(jìn)行操作即可調(diào)入所需的場 景，用戶還可以通過可編程控制面板對場景進(jìn)行實時調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同要求，甚至可以平滑調(diào)光，以便將照度調(diào)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(shè)計照度是一 個在壽命期內(nèi)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

4、，雖然設(shè)計全照度仍可能偏高，但由于可以智能調(diào)光， 系統(tǒng)將會按照預(yù)先設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)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(diào)節(jié)控光設(shè)備來調(diào)節(jié)控制自然光，并與照明 系統(tǒng)連動。當(dāng)天氣、時間發(fā)生變化時，系統(tǒng)可以自動調(diào)節(jié)，以保證室內(nèi)的照度維持在預(yù)先設(shè)定的水平。對自然光的調(diào)節(jié)可通過控制百頁窗的角度、窗簾的開合，以及利用導(dǎo)光管和光導(dǎo)纖維將外部自然光導(dǎo)入室內(nèi)并進(jìn)行調(diào)節(jié)的技術(shù)。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(diào)光的熒光燈、配以調(diào)光鎮(zhèn)流器的鈉燈、金鹵燈等）進(jìn)行智能調(diào)光，在需要的地方、 在需要的時

5、間給以充分的照明，及時關(guān)掉不需要的燈具，調(diào)節(jié)燈具的亮度。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(diào)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(guān)過程中的沖擊電壓和浪涌電壓， 從而大大延長設(shè)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(zhì)，所有系統(tǒng)控制單元由這對雙絞線連接組成控制網(wǎng)絡(luò)，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(luò)里進(jìn)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(yīng)的動作，從而實現(xiàn)智能網(wǎng)絡(luò)控制。這種方案系統(tǒng)單元設(shè)計簡單，由于采用的專用的雙絞線

6、作為通訊介質(zhì)，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?，F(xiàn)對幾種典型的有線智能控制系統(tǒng)進(jìn)行概述：1、DALI系統(tǒng)DALI 是英文 Digital Addressable Lighting Interface 的縮寫,意為數(shù)字式 可尋址照明控制接口標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)。在歐洲有多家廠商研究開發(fā)符合 DALI標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，DALI標(biāo)準(zhǔn)已被編入歐 洲電子鎮(zhèn)流器標(biāo)準(zhǔn)。它支持“開放系統(tǒng)”的概念，只要它們遵守 DALI標(biāo)準(zhǔn)，不 同制造廠商的產(chǎn)品可以互連。DALI技術(shù)實現(xiàn)了采用盡量少的設(shè)備，提供高效簡便操作的智能化照明控制 方式。

7、DALl系統(tǒng)的性價比高于110V系統(tǒng)，低于復(fù)雜的總線系統(tǒng)。DALI系統(tǒng)可以通過DALI/110V轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)對帶有110V接口設(shè)備的控 制，并可通過網(wǎng)關(guān)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(yīng)用前景。其代表為銳高公司lux CONTROL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European Installation Bus 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(biāo)準(zhǔn)，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(dǎo)

8、線，使照明、調(diào)光、百葉窗、場景控制、用電負(fù)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)也可依據(jù)外部環(huán) 境的變化自動調(diào)節(jié)總線中設(shè)備的狀態(tài)，達(dá)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(shè)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(shè)方式所無法做到的。EIB標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)地位的樓宇自動化（ BA）和家庭 自動化（HA）標(biāo)準(zhǔn)，采用EIB標(biāo)準(zhǔn)的智能化照明控制系統(tǒng)有許多品牌，例如： ABB i-bus系統(tǒng)、西門子instabus

9、智能總線系統(tǒng)。3、DMX512 系統(tǒng)和DMX-NET 系統(tǒng)DMX512系統(tǒng)是當(dāng)今使用最廣的燈光通訊協(xié)議，光范應(yīng)用在舞臺燈光及景觀照明系統(tǒng)中。該系統(tǒng)為美國劇院技術(shù)協(xié)會把Colortran 公司CMX192中的Band rate 從 153.6Kbit/s 提升至 250Kbit/s 及 192CH 變?yōu)?512CH 后發(fā)表（CMX與DMX結(jié)構(gòu)大致相同）。由于結(jié)構(gòu)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

10、。DMX512控制線采用5針XLR （有時候是3針）連接設(shè)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(luò)技術(shù)和 DMX512標(biāo)準(zhǔn)整合在一起形成的智能 照明控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)融合兩種技術(shù)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(luò)里可同時連接的設(shè)備更多，且連接的距離更長，傳輸控制協(xié)議使可調(diào)光照明系統(tǒng)的控制質(zhì)量和可靠性更高，雙向通訊使設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制更有效，因而構(gòu)筑大規(guī)?？煽康目烧{(diào)光照明系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò) 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GRAFIK6

11、000R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)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(Power Line Communication )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(shù)。目前適用頻率范圍：50 KHz200 KHz。在電力線上通過載波方式進(jìn)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

12、整個電力線里進(jìn)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(yīng)的動作，從而實現(xiàn)智能網(wǎng) 絡(luò)控制。這種方案與總線方案相比，取消了專用的網(wǎng)絡(luò)線，安裝或擴展也較為簡 單，只需連接電源線就可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制。但此方案在具體應(yīng)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(shè)備都均是載波通訊的干擾源，其中以電子類產(chǎn)品較為嚴(yán)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(jìn)

13、線和總電源進(jìn)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(zhì)量欠佳，造成通信的可靠性不高， 且成本很高，因此其技術(shù)進(jìn)入使用的難度很大，目前較難進(jìn)行市場推廣。由于400 V以下民用電力線路對通信而言是一個不確定、無規(guī)則、隨機干擾、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涑史菢?biāo)準(zhǔn)型的通信網(wǎng)，增加了載波技術(shù)開發(fā)的難度。目前利用電力 線載波進(jìn)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(dāng)信道容量 一定時，信道帶寬與信噪比之間存在著互換關(guān)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(shù) 的成熟和國內(nèi)電源質(zhì)量的提高，其應(yīng)用將成為可能。國外在

14、照明控制系統(tǒng)中，載波技術(shù)已有應(yīng)用，其代表品牌為美國埃施朗 (Echelon)公司，國內(nèi)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(shù)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(luò)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)出的控制信號都以無線電波的進(jìn) 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(yīng)的動作，從而實現(xiàn)智能網(wǎng)絡(luò)控制。與電力線載波方案一樣，由于沒有專用 的網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用成本。現(xiàn)代無線通訊技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)解決了無

15、線通訊可靠性和互相申擾等問題，使無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到空前的發(fā)展。從技術(shù)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(shè)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(shù)，是實現(xiàn)智能 照明系統(tǒng)的理想選擇。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)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(shù)也成為了新的熱點。1、ZigBeeZigBee技術(shù)主要應(yīng)用在短距離范圍內(nèi)以及數(shù)據(jù)傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間，因此非常適用于照明等小型電子設(shè)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(biāo)功 能是自動化控制，它采用跳頻技術(shù)，

16、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(dá) 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(shù)被確認(rèn)為IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)。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(shè)備等，可構(gòu)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(shù)的出現(xiàn)，推進(jìn)了多主（每一個節(jié)點具有一定的自主智能）分布式

17、 控制系統(tǒng)的實用化進(jìn)程，其網(wǎng)絡(luò)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(luò)節(jié)點管理。可組成 65536 個節(jié)點的大型網(wǎng)絡(luò)。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(yīng)用的高速率無線標(biāo)準(zhǔn)而言， 價格非常低廉。且ZigBee的響應(yīng)速度較快，一般從睡眠狀態(tài)轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需 15ms ,節(jié)點連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需要30ms ,進(jìn)一步節(jié)約了能源。相對而言， Bluetooth 需要 310s , WiFi 需要 3s。2、GPRSGPRS即General Packet Radio Ser

18、vice ,通用無線分組業(yè)務(wù)，是一種基于 GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無線IP連接。通俗地講, GPRS是一項遠(yuǎn)距離的高速數(shù)據(jù)處理技術(shù)。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(luò)向第三代移動通信演變的過渡技術(shù)，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，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(jìn)行，聲音傳遞用GSM而數(shù)據(jù)傳輸用GPRS。GPRS系統(tǒng)由于應(yīng)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(yuǎn)傳通訊方式。3、其他無線智能控

19、制系統(tǒng)近年來，近距離無線通信技術(shù)獲得了迅猛的發(fā)展。其中主流技術(shù)還有紅外 技術(shù)、藍(lán)牙(Blue-tooth) 、Wi-Fi 和 UWB(Ultra-Wideband) 技術(shù)等，另外還有 Z-Wave和MiWi等專有無線技術(shù)，它們都有各自的標(biāo)準(zhǔn)、特點和相應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng) 域。對于照明控制系統(tǒng)的特點，ZigBee具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。藍(lán)牙WI-FI等技術(shù)的比較種類Zigbee藍(lán)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(dá)幾公里可達(dá)16公里網(wǎng)絡(luò)擴展性自動擴展無無依賴現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)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(fù)雜性簡單復(fù)雜非常復(fù)雜復(fù)雜復(fù)雜傳輸速率250Kb

20、ps1Mbps1 to 11 Mbps38.4Kbps一般 19.2Kbps頻段868Mhz-2.4GHz2.4GHz2.4GHz0.8-1GHz400Mhz-2.4GHz網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)65000850無聯(lián)網(wǎng)所需時間僅30毫秒高達(dá)10秒3秒數(shù)秒終端設(shè)備費用低低高較高高有無網(wǎng)絡(luò)使用費無無無有安全性128 bit AES64bit ,128bitSSID集成度和可靠性高高一般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(luò)上傳輸?shù)男盘枺?如可編程的多功能（開/關(guān)、 調(diào)光、定時、軟啟動/軟關(guān)斷等）輸入開關(guān)、紅外線接收開關(guān)及紅

21、外線遙控器（實 現(xiàn)燈光調(diào)光或開/關(guān)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(jìn)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(diào)整光源的亮度，使周圍環(huán)境保持適宜的照度，以達(dá)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(dāng)于一個時間開關(guān)。利用可預(yù)知時間表控制燈的開關(guān)。2）光電傳感器采用光電池將光信號轉(zhuǎn)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(yù)先設(shè)定的照度（亮度）值來控制燈的開關(guān)。3）人員占有傳感器按感應(yīng)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(yīng)引 起的頻率改變。c）無源紅外（PIR）與超聲波（ULT）及光電感應(yīng)器結(jié)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(jié)合的雙重技術(shù) 傳感器，但只讓其中之一控制燈的開關(guān)，以應(yīng)付事先不可預(yù)知的使用要求，目前 用得較多的是這一類。再加上光電感應(yīng)器則構(gòu)