智能照明控制技术及发展

1、智能照明控制技术及发展之答禄夫天创作创作时间：二零二一年六月三十日本文对近几年来智能照明控制技术及其发展情况进行分析比力,以利于夜景规划与照明设计人员选用.前言：近几年随着科技进步及人类环保、节能观念的加强，人们 对比明领域给予了比以往更多的关注，促使照明控制技术突飞猛 进的发展,且其应用也日益广泛.我们目前执行的设计标准中对 比明控制都有明确的规定：“建筑照明设计标准”(GB50034- 2004)、“城市路途照明设计标准”(CJJ45-2006)、“智能建筑 设计标准”(GB/T50314-2006).本文对近几年来智能照明控制技 术及其发展情况进行分析比力，以利于夜景规划与照明设计人员

2、选用.一、概述智能化照明控制系统(网络化照明)，它是一个集多种照明控 制方式、现代数字控制技术和网络技术于一身的控制系统.惯例控制中被控制对象作为过程，它总是与控制器分离的, 控制器由控制工程师设计，而对象则是给定的.智能控制中，控制对象与控制器(或控制系统)不明显分 离.控制器可以嵌入对象之中成为被控系统的一部份.这样它能 以更为系统化的方法影响整个过程的设计.整个系统由下面三部份组成:现场控制级设备；传感器；与 通信信号传输系统.以下就这三部份内容进行分析闸述.二、现场控制级设备1、现场控制设备的种类：a）智能开关/继电器b）调光器c）可调光电子镇流器d）智能灯具（光源）（带CPU）控制面

3、板（带CPU）2、各种控制设备应满足下列要求：a）呵护功能：光源软启动、热态自动延时启动、软关断、 电源电压浪涌限制b）状态参数检测（故障检测）c）电源异常状态时启动应急照明3、调光装置a）前沿相控调光器可控硅调光器属于这一种，斩波的结果是谐波分量高、 电磁干扰与射频干扰严重.b）后沿相控调光器它采纳功率型MOSFE或IGPT作为开关器件，后沿斩海浪 涌电流小谐波小，但控制电路较复杂、本钱偏高.c）正弦波调光器现在有些厂家已生产正弦波调光器，如果输入是正弦波， 输出也是正弦波的调光器.它可以驱动分歧的负载：金卤灯、日 光灯和其他气体放电灯.与分歧阻抗特性的照明负载相匹配的调光器，见下表.照明负

4、载输入端等效阻抗应配用调光器的类型举例略微呈电感性前沿相位控制调光器白织灯、霓虹灯、带有合适变压器的高压灯略微呈电容性后沿相位控制调光器带功率因数赔偿的荧光灯和多种电子变压器纯电阻性前沿或后沿相位控制均可*后沿相控调光器不成误用于电感性负载，以免开关器件在关 断瞬间受到幅值极高的反电动势的冲击.4、可调光电子镇流器它是采纳调频或脉宽调制(PWM)方式，调节荧光灯灯管的输入功 率，从而到达改变荧光灯输出光通的目的.目前，荧光灯可调光 电子镇流器己较成熟.金卤灯的可调光电子镇流器还在发展中， 目前已推出的是配陶瓷金卤灯的，功率在400W以下.三、传感器分歧的控制战略采纳分歧的传感器.目前经常使用的

5、如下：时钟相当于一个时间开关.利用可预知时间表控制灯的开关.光电传感器采纳光电池将光信号转换为电信号，但其输出信号一般较小, 必需加放年夜电路.可利用它来检测环境的照度或亮度， 根据预先设定的照度(亮度)值来控制灯的开关.人员占有传感器按感应原理可分为：无源红外传感器(PIR),可探测运动的人员发出的热量(红外) 变动；超声波传感器(ULT),可探测由移动听员的反射发 生Doppler效应引起的频率改变.无源红外(PIR)与超声波(ULT)结合的传感器由于PIR有死区，ULT非常敏感易受干扰，有时是将两者结合 的双重技术传感器，但只让其中之一控制灯的开关，以应付事先 不成预知的使用要求.目前用

6、得较多的是这一类.四、通讯、信号传输系统它是传感器与现场控制设备之间的连接.目前智能照明控制系 统中应用的有以下三年夜系统：1、计算机网络系统网络中各节点相互连接的方式和型式称为网络拓扑网络拓扑结构及分类网络拓扑结构有：星形、总线、环形、树形、混合形等.网络系统形式按拓扑结构年夜致可分为：集中式一星形拓扑(以中央控制节点为中心)（b）集散式一主要为星形拓扑（多条理），以中央控制节点为 中心，把分控中心连接起来，分中心再把外围节点连接起 来.（c）分布式一主要为总线拓扑.在分布式系统中处于最末真个灯具既是被控对象又是控制元件, 网络上传输的多是数字信号，多个节点可以共用一条物理传输 介质.提高了

7、可靠性，增加了灵活性且降低了本钱.（2）通信协议过去每个设备制造厂家都有自已的通信协议，现大都认同的协 议有：（a）DALI 系统DALI 是英文 Digital Addressable Lighting Interface 的缩 写，意为数字式可寻址照明控制接口标准.它是一种界说了实现 各种智能照明控制模块之间数字通信的接口标准.在欧洲已有多家厂商研究开发符合DALI标准的产物.DALI标准 已被编入欧洲电子镇流器标准（EN60929附录E）.它支持“开放 系统”的概念，分歧制造厂商的产物可以互连，只要它们遵守 DALI标准.DALI技术实现了采纳尽量少的设备，提供高效简便把持的智 能化照明

8、控制方式，我们称其为DALI系统.DALl系统的性能 （功能）价格比高于110V系统，低于复杂的总线系统.DALI系统可以通过DALI/110V转换器实现对带有110V接 口设备的控制，并可通过网关实现与其他总线控制系统的集成 （如BA系统），故具有广泛的应用前景.（b）EIB （欧州总线）系统EIB （European Installation Bus）标准是一个开放式的系 统：可以由任何人、在任何芯片或可供选择的处置平台上实现.EIB是在欧洲占主导位置的楼宇自动化（BA）和家庭自动化（HA ）标准，已被美国消费电子制造商协会（CENA ）吸收作为 家庭网络EIA-776标准.它应用于照明、

9、安保、HVAC、时间事件管理等家庭楼宇领域的 所有分支.它具有分布性、互操性、灵活性、开放性的特点.采纳EIB标准的智能化照明控制系统有许多品牌，例如：ABB i-bus系统.（c）TCP/IP （传输控制协议/网际协议）TCP/IP是一种网络通信协议，他规范了网络上的所有通信设备, 尤其是一个主机与另一个主机之间的数据传输格式以及传送方 式.TCP/IP是因特网的基础协议.它的核心功能是寻址和路由选择以及传输控制.在数据传送中，可以形象的理解为有两个信封：TCP和IP信封.要送递的信息被分成若干段，每一段塞入一个TCP信封，并 在该信封上记录有分段号的信息，再将TCP信封塞入IP年夜信 封里

10、，发送到网上.在接收端，一个TCP软件包收集信封，抽出 数据，按发送关的顺序还原，并加以校验，若发现毛病，TCP 将会要求重发.因此TCP/IP在因特网中几乎可以无毛病地传送 数据.对因特网用户来说，其实不需要了解网络协议的整个结构, 仅需了解IP的地址格式，即可与世界各地进行网络通信.TCP/IP协议组中的协议，为因特网上数据的传输提供了几乎 目前上网所用到的所有服务.采纳TCP/IP协议的智能照明控制系统有产物，例如：HDL-BUS 世奇智能环境艺术照明控制系统.2、无线网络系统GSMGSM 全名为：Global System for Mobile Communications， 中文为全

11、球移动通讯系统，俗称全球通.由欧洲开发的数字移 动德律风网络标准，它的开发目的是让全球各地共同使用一个 移动德律风网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球.GSM 系统包括 GSM 900： 900MHz、GSM1800： 1800MHz 及 GSM- 1900、1900MHz等几个频段.GPRSGPRSGeneral Packet Radio Service，通用无线分组业务，是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到真个、广 域的无线IP连接.通俗地讲，GPRS是一项高速数据处置的技术.它是以“分组”的形式传送资料到用户手上.虽然GPRS是作为 现有GSM网络向第三代移动通信演变的过

12、渡技术，可是它在许 多方面都具有显著的优势.它可以通过手机发送及接收电子邮件，在互联网上浏览等，它 比WAP (手机上网协议)优越，下载资料和通话可以同时进行， 声音传递用GSM,数据传输用GPRS.ZigBeeZigBee是一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术.它是一种介于无线标识表记标帜技术和蓝牙之间的技术提案.主 要用于近距离无线连接.它有自己的无线电标准，在数千个微小 的传感器之间相互协调实现通信.这些传感器只需要很低的功耗, 以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传 感器，因此它们的通信效率非常高.ZigBee技术的主要特点包括以下几个部份：*数据传输速率低*功

13、耗低*本钱低*时延短*平安*网络容量年夜*优良的网络拓扑能力*有效范围小：有效覆盖范围1075米之间，基本上能够覆 盖普通的家庭或办公室环境；*工作频段灵活:使用的频段分别为2.4GHz（全球）、868MHz（欧洲）及915MHz（美国），均为免执照频段.随着IEEE802.15.4标准的发布，世界各年夜无线芯片生产厂商 陆续推出了支持该标淮的无线收发芯片.将ZigBee收发模块嵌 入到光源电器的终端控制中，包括镇流器、人机交换设备等，构 成布线本钱极低，全数字无线寻址全双工通信的照明控制系统. 固然也可以不改变原来的传统技术，而是将传统技术互联的节 点加入ZigBee技术适配器使之成为无线组

14、网.ZigBee技术的呈现，推进了多主（每一个节点具有一定的自主 智能）分布式控制系统的实用化进程.3、电力线路载波（Power Line Communication）它是利用现有电力线（电源线）作为传输媒介，通过载波方式高 速传输模拟或数字信号，实现数据传输和信息交换的一种技术. 目前适用频率范围：50 KHz200 KHz.由于400 V以下民用电力线路对通信而言是一个不确定、无 规则、随机干扰、网络拓扑呈非标准型的通信网，增加了载波 技术开发的难度.目前利用电力线载波进行通信的产物中，主要 使用窄带通信和扩频通信两种方式.当信道容量一按时，信道带 宽与信噪比之间存在着互换关系，增加带宽则

15、可降低对信噪比 的要求，即通过扩展信号的带宽，可有效的提高系统抗干扰的 能力.随着扩频技术的成熟，其应用日益增多.国外在照明控制系统中，载波技术已有应用，国内正在研发中. 我国现有的研究资料有：（a）北京交通年夜学电气工程学院采纳PL2102电力线载波 专用芯片，在研发针对中国电力网（恶劣的环境）用的，高压电力 线路载波通信芯片嵌入电子镇流器一基于电力线载波的可调光 电子镇流器.（b）哈尔滨工业年夜学 徐殿国教授工作室在这方面也做了 许多卓有成效的工作，己应用于“远程全数字路灯监控与管理 系统”中.五、智能照明控制系统的发展方向现场控制设备的研制.特别是金卤灯、高压钠灯的调光、LED灯具的调光

16、通信、传输系统的研究.特别是380V/220V电力线路载波技术，因它无需另布控 制线、容易使用和价廉，具有发展前途.研制各种分歧的系统，以适应分歧范围、分歧控制条 理的需要.楼宇的灯光控制系统、景观的灯光控制系统、城市的灯光控制 系统、区域的灯光控制系统等.智能化灯光控制与天然光控制相结合的系统.天然光是最清洁的能源、最环保的能源，以最年夜限度地合 理利用天然光为目标的人工照明赔偿控制模式，有待深入 研究.利用现代控制理论研究照明控制战略，使其到达真正 意义上的“智能”.图象处置技术应用于照明控制.采纳CCD摄像传感器获取信息（如某个区域的照度值），传 送给图像处置控制器，控制器将获取的数值进

17、行运算，并 与设定值比力判断后输出控制指令至执行机构（开关或调 光）.上世纪90年代，国外已有相关资料，我国现有的研究资料有： （a）湖南师范年夜学汪鲁才和湖南年夜学戴瑜兴教授发 表的论文：基于图像处置技术的智能照明控制研究（湖南省科 技厅资助项目）.由于数字信号处置（DSP）技术在数字图像的处置方面有其共 同的优势，采纳CCD摄像传感器比采纳光电传感器，在工程布 线、传感器装置上工作量小、可靠性高.六、结束语智能照明控制系统生产厂家很多，好的品牌也很多.每个品 牌都有自己的特点，在确定品牌前先从以上所述的三年夜部份 （传感器、现场控制设备、通信系统）了解分析该品牌.同时， 要明确用户的使用要求：开关量控制或调光控制；一幢楼宇或 一个小区或一条景观年夜道或城市的一个景观区域，即控制点 的几多、控制范围的年夜小；与照明控制以外的其他控制系统 的联接要求，如中央控制系统、BA系统、安保系统、舞台灯光 控制系统、音乐喷泉及灯光系统、LED灯具系统等等.对所选的智能照明控制系统的基本要求是：技术先进、功能强 （符合工程的使用要求）、较好的开放性和可扩充性、工作稳 定、平安可靠、设备装置简单、把持维护方便.接口部件可方便 地与其他系统互连、有用户界面友好的中文监控软件便于管理 与监控.总之，设备选型应选性价比高技术成熟的产物.另外