智能照明控制技術及發(fā)展

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

2、選用.一、概述智能化照明控制系統(tǒng)(網絡化照明)，它是一個集多種照明控 制方式、現代數字控制技術和網絡技術于一身的控制系統(tǒng).慣例控制中被控制對象作為過程，它總是與控制器分離的, 控制器由控制工程師設計，而對象則是給定的.智能控制中，控制對象與控制器(或控制系統(tǒng))不明顯分 離.控制器可以嵌入對象之中成為被控系統(tǒng)的一部份.這樣它能 以更為系統(tǒng)化的方法影響整個過程的設計.整個系統(tǒng)由下面三部份組成:現場控制級設備；傳感器；與 通信信號傳輸系統(tǒng).以下就這三部份內容進行分析閘述.二、現場控制級設備1、現場控制設備的種類：a）智能開關/繼電器b）調光器c）可調光電子鎮(zhèn)流器d）智能燈具（光源）（帶CPU）控制面

3、板（帶CPU）2、各種控制設備應滿足下列要求：a）呵護功能：光源軟啟動、熱態(tài)自動延時啟動、軟關斷、 電源電壓浪涌限制b）狀態(tài)參數檢測（故障檢測）c）電源異常狀態(tài)時啟動應急照明3、調光裝置a）前沿相控調光器可控硅調光器屬于這一種，斬波的結果是諧波分量高、 電磁干擾與射頻干擾嚴重.b）后沿相控調光器它采納功率型MOSFE或IGPT作為開關器件，后沿斬海浪 涌電流小諧波小，但控制電路較復雜、本錢偏高.c）正弦波調光器現在有些廠家已生產正弦波調光器，如果輸入是正弦波， 輸出也是正弦波的調光器.它可以驅動分歧的負載：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載相匹配的調光器，見下表.照明負

4、載輸入端等效阻抗應配用調光器的類型舉例略微呈電感性前沿相位控制調光器白織燈、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光器帶功率因數賠償的熒光燈和多種電子變壓器純電阻性前沿或后沿相位控制均可*后沿相控調光器不成誤用于電感性負載，以免開關器件在關 斷瞬間受到幅值極高的反電動勢的沖擊.4、可調光電子鎮(zhèn)流器它是采納調頻或脈寬調制(PWM)方式，調節(jié)熒光燈燈管的輸入功 率，從而到達改變熒光燈輸出光通的目的.目前，熒光燈可調光 電子鎮(zhèn)流器己較成熟.金鹵燈的可調光電子鎮(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.目前經常使用的

5、如下：時鐘相當于一個時間開關.利用可預知時間表控制燈的開關.光電傳感器采納光電池將光信號轉換為電信號，但其輸出信號一般較小, 必需加放年夜電路.可利用它來檢測環(huán)境的照度或亮度， 根據預先設定的照度(亮度)值來控制燈的開關.人員占有傳感器按感應原理可分為：無源紅外傳感器(PIR),可探測運動的人員發(fā)出的熱量(紅外) 變動；超聲波傳感器(ULT),可探測由移動聽員的反射發(fā) 生Doppler效應引起的頻率改變.無源紅外(PIR)與超聲波(ULT)結合的傳感器由于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 不成預知的使用要求.目前用

6、得較多的是這一類.四、通訊、信號傳輸系統(tǒng)它是傳感器與現場控制設備之間的連接.目前智能照明控制系 統(tǒng)中應用的有以下三年夜系統(tǒng)：1、計算機網絡系統(tǒng)網絡中各節(jié)點相互連接的方式和型式稱為網絡拓撲網絡拓撲結構及分類網絡拓撲結構有：星形、總線、環(huán)形、樹形、混合形等.網絡系統(tǒng)形式按拓撲結構年夜致可分為：集中式一星形拓撲(以中央控制節(jié)點為中心)（b）集散式一主要為星形拓撲（多條理），以中央控制節(jié)點為 中心，把分控中心連接起來，分中心再把外圍節(jié)點連接起 來.（c）分布式一主要為總線拓撲.在分布式系統(tǒng)中處于最末真?zhèn)€燈具既是被控對象又是控制元件, 網絡上傳輸的多是數字信號，多個節(jié)點可以共用一條物理傳輸 介質.提高了

7、可靠性，增加了靈活性且降低了本錢.（2）通信協(xié)議過去每個設備制造廠家都有自已的通信協(xié)議，現大都認同的協(xié) 議有：（a）DALI 系統(tǒng)DALI 是英文 Digital Addressable Lighting Interface 的縮 寫，意為數字式可尋址照明控制接口標準.它是一種界說了實現 各種智能照明控制模塊之間數字通信的接口標準.在歐洲已有多家廠商研究開發(fā)符合DALI標準的產物.DALI標準 已被編入歐洲電子鎮(zhèn)流器標準（EN60929附錄E）.它支持“開放 系統(tǒng)”的概念，分歧制造廠商的產物可以互連，只要它們遵守 DALI標準.DALI技術實現了采納盡量少的設備，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）價格比高于110V系統(tǒng)，低于復雜的總線系統(tǒng).DALI系統(tǒng)可以通過DALI/110V轉換器實現對帶有110V接 口設備的控制，并可通過網關實現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.（b）EIB （歐州總線）系統(tǒng)EIB （European Installation Bus）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置平臺上實現.EIB是在歐洲占主導位置的樓宇自動化（BA）和家庭自動化（HA ）標準，已被美國消費電子制造商協(xié)會（CENA ）吸收作為 家庭網絡EIA-776標準.它應用于照明、

9、安保、HVAC、時間事件管理等家庭樓宇領域的 所有分支.它具有分布性、互操性、靈活性、開放性的特點.采納EIB標準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/網際協(xié)議）TCP/IP是一種網絡通信協(xié)議，他規(guī)范了網絡上的所有通信設備, 尤其是一個主機與另一個主機之間的數據傳輸格式以及傳送方 式.TCP/IP是因特網的基礎協(xié)議.它的核心功能是尋址和路由選擇以及傳輸控制.在數據傳送中，可以形象的理解為有兩個信封：TCP和IP信封.要送遞的信息被分成若干段，每一段塞入一個TCP信封，并 在該信封上記錄有分段號的信息，再將TCP信封塞入IP年夜信 封里

10、，發(fā)送到網上.在接收端，一個TCP軟件包收集信封，抽出 數據，按發(fā)送關的順序還原，并加以校驗，若發(fā)現毛病，TCP 將會要求重發(fā).因此TCP/IP在因特網中幾乎可以無毛病地傳送 數據.對因特網用戶來說，其實不需要了解網絡協(xié)議的整個結構, 僅需了解IP的地址格式，即可與世界各地進行網絡通信.TCP/IP協(xié)議組中的協(xié)議，為因特網上數據的傳輸提供了幾乎 目前上網所用到的所有服務.采納TCP/IP協(xié)議的智能照明控制系統(tǒng)有產物，例如：HDL-BUS 世奇智能環(huán)境藝術照明控制系統(tǒng).2、無線網絡系統(tǒng)GSMGSM 全名為：Global System for Mobile Communications， 中文為全

11、球移動通訊系統(tǒng)，俗稱全球通.由歐洲開發(fā)的數字移 動德律風網絡標準，它的開發(fā)目的是讓全球各地共同使用一個 移動德律風網絡標準，讓用戶使用一部手機就能行遍全球.GSM 系統(tǒng)包括 GSM 900： 900MHz、GSM1800： 1800MHz 及 GSM- 1900、1900MHz等幾個頻段.GPRSGPRSGeneral Packet Radio Service，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，提供端到真?zhèn)€、廣 域的無線IP連接.通俗地講，GPRS是一項高速數據處置的技術.它是以“分組”的形式傳送資料到用戶手上.雖然GPRS是作為 現有GSM網絡向第三代移動通信演變的過

12、渡技術，可是它在許 多方面都具有顯著的優(yōu)勢.它可以通過手機發(fā)送及接收電子郵件，在互聯(lián)網上瀏覽等，它 比WAP (手機上網協(xié)議)優(yōu)越，下載資料和通話可以同時進行， 聲音傳遞用GSM,數據傳輸用GPRS.ZigBeeZigBee是一種新興的短距離、低速率、低功耗無線網絡技術.它是一種介于無線標識表記標幟技術和藍牙之間的技術提案.主 要用于近距離無線連接.它有自己的無線電標準，在數千個微小 的傳感器之間相互協(xié)調實現通信.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據從一個傳感器傳到另一個傳 感器，因此它們的通信效率非常高.ZigBee技術的主要特點包括以下幾個部份：*數據傳輸速率低*功

13、耗低*本錢低*時延短*平安*網絡容量年夜*優(yōu)良的網絡拓撲能力*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標準的發(fā)布，世界各年夜無線芯片生產廠商 陸續(xù)推出了支持該標淮的無線收發(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、人機交換設備等，構 成布線本錢極低，全數字無線尋址全雙工通信的照明控制系統(tǒng). 固然也可以不改變原來的傳統(tǒng)技術，而是將傳統(tǒng)技術互聯(lián)的節(jié) 點加入ZigBee技術適配器使之成為無線組

14、網.ZigBee技術的呈現，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.3、電力線路載波（Power Line Communication）它是利用現有電力線（電源線）作為傳輸媒介，通過載波方式高 速傳輸模擬或數字信號，實現數據傳輸和信息交換的一種技術. 目前適用頻率范圍：50 KHz200 KHz.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、網絡拓撲呈非標準型的通信網，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物中，主要 使用窄帶通信和擴頻通信兩種方式.當信道容量一按時，信道帶 寬與信噪比之間存在著互換關系，增加帶寬則

15、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，其應用日益增多.國外在照明控制系統(tǒng)中，載波技術已有應用，國內正在研發(fā)中. 我國現有的研究資料有：（a）北京交通年夜學電氣工程學院采納PL2102電力線載波 專用芯片，在研發(fā)針對中國電力網（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光 電子鎮(zhèn)流器.（b）哈爾濱工業(yè)年夜學 徐殿國教授工作室在這方面也做了 許多卓有成效的工作，己應用于“遠程全數字路燈監(jiān)控與管理 系統(tǒng)”中.五、智能照明控制系統(tǒng)的發(fā)展方向現場控制設備的研制.特別是金鹵燈、高壓鈉燈的調光、LED燈具的調光

16、通信、傳輸系統(tǒng)的研究.特別是380V/220V電力線路載波技術，因它無需另布控 制線、容易使用和價廉，具有發(fā)展前途.研制各種分歧的系統(tǒng)，以適應分歧范圍、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的人工照明賠償控制模式，有待深入 研究.利用現代控制理論研究照明控制戰(zhàn)略，使其到達真正 意義上的“智能”.圖象處置技術應用于照明控制.采納CCD攝像傳感器獲取信息（如某個區(qū)域的照度值），傳 送給圖像處置控制器，控制器將獲取的數值進

17、行運算，并 與設定值比力判斷后輸出控制指令至執(zhí)行機構（開關或調 光）.上世紀90年代，國外已有相關資料，我國現有的研究資料有： （a）湖南師范年夜學汪魯才和湖南年夜學戴瑜興教授發(fā) 表的論文：基于圖像處置技術的智能照明控制研究（湖南省科 技廳資助項目）.由于數字信號處置（DSP）技術在數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、結束語智能照明控制系統(tǒng)生產廠家很多，好的品牌也很多.每個品 牌都有自己的特點，在確定品牌前先從以上所述的三年夜部份 （傳感器、現場控制設備、通信系統(tǒng)）了解分析該品牌.同時， 要明確用戶的使用要求：開關量控制或調光控制；一幢樓宇或 一個小區(qū)或一條景觀年夜道或城市的一個景觀區(qū)域，即控制點 的幾多、控制范圍的年夜??；與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.對所選的智能照明控制系統(tǒng)的基本要求是：技術先進、功能強 （符合工程的使用要求）、較好的開放性和可擴充性、工作穩(wěn) 定、平安可靠、設備裝置簡單、把持維護方便.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，設備選型應選性價比高技術成熟的產物.另外