智能照明控制技術(shù)及發(fā)展

1、智能照明控制技術(shù)及發(fā)展之答祿夫天創(chuàng)作創(chuàng)作時(shí)間：二零二一年六月三十日本文對(duì)近幾年來智能照明控制技術(shù)及其發(fā)展情況進(jìn)行分析比力,以利于夜景規(guī)劃與照明設(shè)計(jì)人員選用.前言：近幾年隨著科技進(jìn)步及人類環(huán)保、節(jié)能觀念的加強(qiáng)，人們 對(duì)比明領(lǐng)域給予了比以往更多的關(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.我們目前執(zhí)行的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì) 比明控制都有明確的規(guī)定：“建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”(GB50034- 2004)、“城市路途照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”(CJJ45-2006)、“智能建筑 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”(GB/T50314-2006).本文對(duì)近幾年來智能照明控制技 術(shù)及其發(fā)展情況進(jìn)行分析比力，以利于夜景規(guī)劃與照明設(shè)計(jì)人員

2、選用.一、概述智能化照明控制系統(tǒng)(網(wǎng)絡(luò)化照明)，它是一個(gè)集多種照明控 制方式、現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一身的控制系統(tǒng).慣例控制中被控制對(duì)象作為過程，它總是與控制器分離的, 控制器由控制工程師設(shè)計(jì)，而對(duì)象則是給定的.智能控制中，控制對(duì)象與控制器(或控制系統(tǒng))不明顯分 離.控制器可以嵌入對(duì)象之中成為被控系統(tǒng)的一部份.這樣它能 以更為系統(tǒng)化的方法影響整個(gè)過程的設(shè)計(jì).整個(gè)系統(tǒng)由下面三部份組成:現(xiàn)場控制級(jí)設(shè)備；傳感器；與 通信信號(hào)傳輸系統(tǒng).以下就這三部份內(nèi)容進(jìn)行分析閘述.二、現(xiàn)場控制級(jí)設(shè)備1、現(xiàn)場控制設(shè)備的種類：a）智能開關(guān)/繼電器b）調(diào)光器c）可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器d）智能燈具（光源）（帶CPU）控制面

3、板（帶CPU）2、各種控制設(shè)備應(yīng)滿足下列要求：a）呵護(hù)功能：光源軟啟動(dòng)、熱態(tài)自動(dòng)延時(shí)啟動(dòng)、軟關(guān)斷、 電源電壓浪涌限制b）狀態(tài)參數(shù)檢測（故障檢測）c）電源異常狀態(tài)時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急照明3、調(diào)光裝置a）前沿相控調(diào)光器可控硅調(diào)光器屬于這一種，斬波的結(jié)果是諧波分量高、 電磁干擾與射頻干擾嚴(yán)重.b）后沿相控調(diào)光器它采納功率型MOSFE或IGPT作為開關(guān)器件，后沿?cái)睾＠?涌電流小諧波小，但控制電路較復(fù)雜、本錢偏高.c）正弦波調(diào)光器現(xiàn)在有些廠家已生產(chǎn)正弦波調(diào)光器，如果輸入是正弦波， 輸出也是正弦波的調(diào)光器.它可以驅(qū)動(dòng)分歧的負(fù)載：金鹵燈、日 光燈和其他氣體放電燈.與分歧阻抗特性的照明負(fù)載相匹配的調(diào)光器，見下表.照明負(fù)

4、載輸入端等效阻抗應(yīng)配用調(diào)光器的類型舉例略微呈電感性前沿相位控制調(diào)光器白織燈、霓虹燈、帶有合適變壓器的高壓燈略微呈電容性后沿相位控制調(diào)光器帶功率因數(shù)賠償?shù)臒晒鉄艉投喾N電子變壓器純電阻性前沿或后沿相位控制均可*后沿相控調(diào)光器不成誤用于電感性負(fù)載，以免開關(guān)器件在關(guān) 斷瞬間受到幅值極高的反電動(dòng)勢的沖擊.4、可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器它是采納調(diào)頻或脈寬調(diào)制(PWM)方式，調(diào)節(jié)熒光燈燈管的輸入功 率，從而到達(dá)改變熒光燈輸出光通的目的.目前，熒光燈可調(diào)光 電子鎮(zhèn)流器己較成熟.金鹵燈的可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器還在發(fā)展中， 目前已推出的是配陶瓷金鹵燈的，功率在400W以下.三、傳感器分歧的控制戰(zhàn)略采納分歧的傳感器.目前經(jīng)常使用的

5、如下：時(shí)鐘相當(dāng)于一個(gè)時(shí)間開關(guān).利用可預(yù)知時(shí)間表控制燈的開關(guān).光電傳感器采納光電池將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，但其輸出信號(hào)一般較小, 必需加放年夜電路.可利用它來檢測環(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).人員占有傳感器按感應(yīng)原理可分為：無源紅外傳感器(PIR),可探測運(yùn)動(dòng)的人員發(fā)出的熱量(紅外) 變動(dòng)；超聲波傳感器(ULT),可探測由移動(dòng)聽員的反射發(fā) 生Doppler效應(yīng)引起的頻率改變.無源紅外(PIR)與超聲波(ULT)結(jié)合的傳感器由于PIR有死區(qū)，ULT非常敏感易受干擾，有時(shí)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 不成預(yù)知的使用要求.目前用

6、得較多的是這一類.四、通訊、信號(hào)傳輸系統(tǒng)它是傳感器與現(xiàn)場控制設(shè)備之間的連接.目前智能照明控制系 統(tǒng)中應(yīng)用的有以下三年夜系統(tǒng)：1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)相互連接的方式和型式稱為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及分類網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有：星形、總線、環(huán)形、樹形、混合形等.網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)形式按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)年夜致可分為：集中式一星形拓?fù)?以中央控制節(jié)點(diǎn)為中心)（b）集散式一主要為星形拓?fù)洌ǘ鄺l理），以中央控制節(jié)點(diǎn)為 中心，把分控中心連接起來，分中心再把外圍節(jié)點(diǎn)連接起 來.（c）分布式一主要為總線拓?fù)?在分布式系統(tǒng)中處于最末真?zhèn)€燈具既是被控對(duì)象又是控制元件, 網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)亩嗍菙?shù)字信號(hào)，多個(gè)節(jié)點(diǎn)可以共用一條物理傳輸 介質(zhì).提高了

7、可靠性，增加了靈活性且降低了本錢.（2）通信協(xié)議過去每個(gè)設(shè)備制造廠家都有自已的通信協(xié)議，現(xiàn)大都認(rèn)同的協(xié) 議有：（a）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).它是一種界說了實(shí)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).在歐洲已有多家廠商研究開發(fā)符合DALI標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)物.DALI標(biāo)準(zhǔn) 已被編入歐洲電子鎮(zhèn)流器標(biāo)準(zhǔn)（EN60929附錄E）.它支持“開放 系統(tǒng)”的概念，分歧制造廠商的產(chǎn)物可以互連，只要它們遵守 DALI標(biāo)準(zhǔn).DALI技術(shù)實(shí)現(xiàn)了采納盡量少的設(shè)備，提供高效簡便把持的智 能化照明

8、控制方式，我們稱其為DALI系統(tǒng).DALl系統(tǒng)的性能 （功能）價(jià)格比高于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(shí)現(xiàn)對(duì)帶有110V接 口設(shè)備的控制，并可通過網(wǎng)關(guān)實(shí)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.（b）EIB （歐州總線）系統(tǒng)EIB （European Installation Bus）標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)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置平臺(tái)上實(shí)現(xiàn).EIB是在歐洲占主導(dǎo)位置的樓宇自動(dòng)化（BA）和家庭自動(dòng)化（HA ）標(biāo)準(zhǔn)，已被美國消費(fèi)電子制造商協(xié)會(huì)（CENA ）吸收作為 家庭網(wǎng)絡(luò)EIA-776標(biāo)準(zhǔn).它應(yīng)用于照明、

9、安保、HVAC、時(shí)間事件管理等家庭樓宇領(lǐng)域的 所有分支.它具有分布性、互操性、靈活性、開放性的特點(diǎn).采納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).（c）TCP/IP （傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議）TCP/IP是一種網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，他規(guī)范了網(wǎng)絡(luò)上的所有通信設(shè)備, 尤其是一個(gè)主機(jī)與另一個(gè)主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸格式以及傳送方 式.TCP/IP是因特網(wǎng)的基礎(chǔ)協(xié)議.它的核心功能是尋址和路由選擇以及傳輸控制.在數(shù)據(jù)傳送中，可以形象的理解為有兩個(gè)信封：TCP和IP信封.要送遞的信息被分成若干段，每一段塞入一個(gè)TCP信封，并 在該信封上記錄有分段號(hào)的信息，再將TCP信封塞入IP年夜信 封里

10、，發(fā)送到網(wǎng)上.在接收端，一個(gè)TCP軟件包收集信封，抽出 數(shù)據(jù)，按發(fā)送關(guān)的順序還原，并加以校驗(yàn)，若發(fā)現(xiàn)毛病，TCP 將會(huì)要求重發(fā).因此TCP/IP在因特網(wǎng)中幾乎可以無毛病地傳送 數(shù)據(jù).對(duì)因特網(wǎng)用戶來說，其實(shí)不需要了解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的整個(gè)結(jié)構(gòu), 僅需了解IP的地址格式，即可與世界各地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信.TCP/IP協(xié)議組中的協(xié)議，為因特網(wǎng)上數(shù)據(jù)的傳輸提供了幾乎 目前上網(wǎng)所用到的所有服務(wù).采納TCP/IP協(xié)議的智能照明控制系統(tǒng)有產(chǎn)物，例如：HDL-BUS 世奇智能環(huán)境藝術(shù)照明控制系統(tǒng).2、無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)GSMGSM 全名為：Global System for Mobile Communications， 中文為全

11、球移動(dòng)通訊系統(tǒng)，俗稱全球通.由歐洲開發(fā)的數(shù)字移 動(dòng)德律風(fēng)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，它的開發(fā)目的是讓全球各地共同使用一個(gè) 移動(dòng)德律風(fēng)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，讓用戶使用一部手機(jī)就能行遍全球.GSM 系統(tǒng)包括 GSM 900： 900MHz、GSM1800： 1800MHz 及 GSM- 1900、1900MHz等幾個(gè)頻段.GPRSGPRSGeneral Packet Radio Service，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)，提供端到真?zhèn)€、廣 域的無線IP連接.通俗地講，GPRS是一項(xiàng)高速數(shù)據(jù)處置的技術(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(dòng)通信演變的過

12、渡技術(shù)，可是它在許 多方面都具有顯著的優(yōu)勢.它可以通過手機(jī)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(jī)上網(wǎng)協(xié)議)優(yōu)越，下載資料和通話可以同時(shí)進(jìn)行， 聲音傳遞用GSM,數(shù)據(jù)傳輸用GPRS.ZigBeeZigBee是一種新興的短距離、低速率、低功耗無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù).它是一種介于無線標(biāo)識(shí)表記標(biāo)幟技術(shù)和藍(lán)牙之間的技術(shù)提案.主 要用于近距離無線連接.它有自己的無線電標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個(gè)微小 的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信.這些傳感器只需要很低的功耗, 以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)傳感器傳到另一個(gè)傳 感器，因此它們的通信效率非常高.ZigBee技術(shù)的主要特點(diǎn)包括以下幾個(gè)部份：*數(shù)據(jù)傳輸速率低*功

13、耗低*本錢低*時(shí)延短*平安*網(wǎng)絡(luò)容量年夜*優(yōu)良的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠芰?有效范圍?。河行Ц采w范圍1075米之間，基本上能夠覆 蓋普通的家庭或辦公室環(huán)境；*工作頻段靈活:使用的頻段分別為2.4GHz（全球）、868MHz（歐洲）及915MHz（美國），均為免執(zhí)照頻段.隨著IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，世界各年夜無線芯片生產(chǎn)廠商 陸續(xù)推出了支持該標(biāo)淮的無線收發(fā)芯片.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(jī)交換設(shè)備等，構(gòu) 成布線本錢極低，全數(shù)字無線尋址全雙工通信的照明控制系統(tǒng). 固然也可以不改變?cè)瓉淼膫鹘y(tǒng)技術(shù)，而是將傳統(tǒng)技術(shù)互聯(lián)的節(jié) 點(diǎn)加入ZigBee技術(shù)適配器使之成為無線組

14、網(wǎng).ZigBee技術(shù)的呈現(xiàn)，推進(jìn)了多主（每一個(gè)節(jié)點(diǎn)具有一定的自主 智能）分布式控制系統(tǒng)的實(shí)用化進(jìn)程.3、電力線路載波（Power Line Communication）它是利用現(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(hào)，實(shí)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.由于400 V以下民用電力線路對(duì)通信而言是一個(gè)不確定、無 規(guī)則、隨機(jī)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)物中，主要 使用窄帶通信和擴(kuò)頻通信兩種方式.當(dāng)信道容量一按時(shí)，信道帶 寬與信噪比之間存在著互換關(guān)系，增加帶寬則

15、可降低對(duì)信噪比 的要求，即通過擴(kuò)展信號(hào)的帶寬，可有效的提高系統(tǒng)抗干擾的 能力.隨著擴(kuò)頻技術(shù)的成熟，其應(yīng)用日益增多.國外在照明控制系統(tǒng)中，載波技術(shù)已有應(yīng)用，國內(nèi)正在研發(fā)中. 我國現(xiàn)有的研究資料有：（a）北京交通年夜學(xué)電氣工程學(xué)院采納PL2102電力線載波 專用芯片，在研發(fā)針對(duì)中國電力網(wǎng)（惡劣的環(huán)境）用的，高壓電力 線路載波通信芯片嵌入電子鎮(zhèn)流器一基于電力線載波的可調(diào)光 電子鎮(zhèn)流器.（b）哈爾濱工業(yè)年夜學(xué) 徐殿國教授工作室在這方面也做了 許多卓有成效的工作，己應(yīng)用于“遠(yuǎn)程全數(shù)字路燈監(jiān)控與管理 系統(tǒng)”中.五、智能照明控制系統(tǒng)的發(fā)展方向現(xiàn)場控制設(shè)備的研制.特別是金鹵燈、高壓鈉燈的調(diào)光、LED燈具的調(diào)光

16、通信、傳輸系統(tǒng)的研究.特別是380V/220V電力線路載波技術(shù)，因它無需另布控 制線、容易使用和價(jià)廉，具有發(fā)展前途.研制各種分歧的系統(tǒng)，以適應(yīng)分歧范圍、分歧控制條 理的需要.樓宇的燈光控制系統(tǒng)、景觀的燈光控制系統(tǒng)、城市的燈光控制 系統(tǒng)、區(qū)域的燈光控制系統(tǒng)等.智能化燈光控制與天然光控制相結(jié)合的系統(tǒng).天然光是最清潔的能源、最環(huán)保的能源，以最年夜限度地合 理利用天然光為目標(biāo)的人工照明賠償控制模式，有待深入 研究.利用現(xiàn)代控制理論研究照明控制戰(zhàn)略，使其到達(dá)真正 意義上的“智能”.圖象處置技術(shù)應(yīng)用于照明控制.采納CCD攝像傳感器獲取信息（如某個(gè)區(qū)域的照度值），傳 送給圖像處置控制器，控制器將獲取的數(shù)值進(jìn)

17、行運(yùn)算，并 與設(shè)定值比力判斷后輸出控制指令至執(zhí)行機(jī)構(gòu)（開關(guān)或調(diào) 光）.上世紀(jì)90年代，國外已有相關(guān)資料，我國現(xiàn)有的研究資料有： （a）湖南師范年夜學(xué)汪魯才和湖南年夜學(xué)戴瑜興教授發(fā) 表的論文：基于圖像處置技術(shù)的智能照明控制研究（湖南省科 技廳資助項(xiàng)目）.由于數(shù)字信號(hào)處置（DSP）技術(shù)在數(shù)字圖像的處置方面有其共 同的優(yōu)勢，采納CCD攝像傳感器比采納光電傳感器，在工程布 線、傳感器裝置上工作量小、可靠性高.六、結(jié)束語智能照明控制系統(tǒng)生產(chǎn)廠家很多，好的品牌也很多.每個(gè)品 牌都有自己的特點(diǎn)，在確定品牌前先從以上所述的三年夜部份 （傳感器、現(xiàn)場控制設(shè)備、通信系統(tǒng)）了解分析該品牌.同時(shí)， 要明確用戶的使用要求：開關(guān)量控制或調(diào)光控制；一幢樓宇或 一個(gè)小區(qū)或一條景觀年夜道或城市的一個(gè)景觀區(qū)域，即控制點(diǎn) 的幾多、控制范圍的年夜?。慌c照明控制以外的其他控制系統(tǒng) 的聯(lián)接要求，如中央控制系統(tǒng)、BA系統(tǒng)、安保系統(tǒng)、舞臺(tái)燈光 控制系統(tǒng)、音樂噴泉及燈光系統(tǒng)、LED燈具系統(tǒng)等等.對(duì)所選的智能照明控制系統(tǒng)的基本要求是：技術(shù)先進(jìn)、功能強(qiáng) （符合工程的使用要求）、較好的開放性和可擴(kuò)充性、工作穩(wěn) 定、平安可靠、設(shè)備裝置簡單、把持維護(hù)方便.接口部件可方便 地與其他系統(tǒng)互連、有用戶界面友好的中文監(jiān)控軟件便于管理 與監(jiān)控.總之，設(shè)備選型應(yīng)選性價(jià)比高技術(shù)成熟的產(chǎn)物.另外