智能照明控制技术

1、智能照明控制技术概述前言：随着社会的快速进步，人们希望生活的更加舒适，充分的享受生活。在传统的理念中，越舒适的生活意味着能源的消耗越大。但是，随着整个人类社会的进步，富裕人口越来越多，整个地球的资源已无法满足这种能源的巨大消耗，崇尚节约能源的低碳生活已是世界的趋势。在传统的照明工程中，豪华的宾馆、酒店、商场、写字楼以及住宅等，具单位功耗远远超过一般建筑。随着科技进步及人类环保、节能观念的加强，人们对照明领域给予了更多的关注，促使照明控制技术突飞猛进的发展，且其应用也日益广泛。智能化照明是随计算机、传感器、通讯、网络与自动控制技术而发展起来的综合技术，正以惊人的速度向各个专业领域渗透。智能化是任

2、何电子产品必然的发展方向之一。智能照明控制技术的发展可以使照明更加省电、节能、使用更便捷，在需要的时间给需要的地方以最舒适和高效的照明，提升照明环境质量。智能化照明更是使照明进一步走向绿色和可持续发展的重要方向。照明新光源和智能控制技术将在未来的低碳生活中起到决定性的作用。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较，供同行参考：一、概述智能化照明控制系统是一个集多种控制方式、现代数字控制技术和网络技术、照明技术于一身的控制系统。智能照明控制系统由系统单元、输入单元和输出单元三部分组成。除电源设备外，每一单元设置唯一的单元地址，并用软件设定其功能。系统可以实现如下功能：1、全自动调光

3、智能照明控制系统由于配用了各种传感器和控制器，因此可全自动运行。系统可设定有若干个不同照度的基本状态，这些状态可以按预先设定的程序进行切换。对于不同的场景模式，只要在相应的控制面板上进行操作即可调入所需的场景，用户还可以通过可编程控制面板对场景进行实时调节以适应不同要求，甚至可以平滑调光，以便将照度调整到需要的状态。众所周之，灯具效率和房间墙面反射率会随时间推移而衰减，设计照度是一个在寿命期内的平均值，因此初始照度均高于需要的照度，而后期照度则不足。这不仅造成照度的前后不一致，而且还会由于开始时照度偏高而造成不必要的能源浪费。采用智能照明控制后，虽然设计全照度仍可能偏高，但由于可以智能调光，系

4、统将会按照预先设置的标准值使照明区域保持恒定的照度，而不受灯具效率降低和墙面反射率衰减的影响。2、对自然光源充分利用智能照明控制系统在昼间可通过调节控光设备来调节控制自然光，并与照明系统连动。当天气、时间发生变化时，系统可以自动调节，以保证室内的照度维持在预先设定的水平。对自然光的调节可通过控制百页窗的角度、窗帘的开合，以及利用导光管和光导纤维将外部自然光导入室内并进行调节的技术。3、运行节能智能照明控制系统能对大多数灯具（包括白炽灯、LED灯、无极灯、可调光的荧光灯、配以调光镇流器的钠灯、金卤灯等）进行智能调光，在需要的地方、在需要的时间给以充分的照明，及时关掉不需要的灯具，调节灯具的亮度。

5、4、延长光源寿命众所周知，光源和电器损坏的主要原因是电网的浪涌电压和过电压，采取智能调光则可以延长光源的寿命。智能照明控制系统采用软启动的稳压方式，能控制电网在运行时，尤其是开关过程中的冲击电压和浪涌电压，从而大大延长设备的使用寿命。二、有线智能控制系统通常采用一对双绞线作为通讯介质，所有系统控制单元由这对双绞线连接组成控制网络，每个系统控制单元所发出的控制信号在整个控制网络里进行传播，各个系统控制单元接收到控制信息后，则根据系统通讯协议的规定执行相应的动作，从而实现智能网络控制。这种方案系统单元设计简单，由于采用的专用的双绞线作为通讯介质，所以具有抗干扰性能强、通讯效果好，通讯稳定性高的优点

6、。现对几种典型的有线智能控制系统进行概述：1、DALI系统DALI是英文Dig计alAddressableLightingInterface的缩写,意为数字式可寻址照明控制接口标准，是一种专门的智能照明系统，它定义了实现各种智能照明控制模块之间数字通信的接口标准。在欧洲有多家厂商研究开发符合DALI标准的产品，DALI标准已被编入欧洲电子镇流器标准。它支持“开放系统”的概念，只要它们遵守DALI标准，不同制造厂商的产品可以互连。DALI技术实现了采用尽量少的设备，提供高效简便操作的智能化照明控制方式。DALl系统的性价比高于110V系统，低于复杂的总线系统。DALI系统可以通过DALI/110

7、V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。其代表为锐高公司luxCONTROL照明控制系统和飞利浦公司的Scenio照明控制系统。2、EIB系统EIB是英文EuropeanInstallationBus的缩写，即欧洲电气接线装置总线智能控制系统，是为电气接线装置专业打造的智能化控制系统，照明系统是该系统的一个组成部分。EIB总线系统作为欧洲安装总线标准，利用一条双绞线作为控制总线，取代了传统数量繁多的导线，使照明、调光、百叶窗、场景控制、用电负荷控制、保安、供热系统实现智能化，并成为一个完整的总线系统。EIB总线系统

8、也可依据外部环境的变化自动调节总线中设备的状态，达到安全、节能、人性化的效果，并能在今后的使用中根据用户的要求增加或修改系统的功能，而无须重新铺设电缆，真正成为灵活的电气安装系统，这是传统的电缆铺设方式所无法做到的。EIB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理平台上实现。该系统该系统是在欧洲占主导地位的楼宇自动化（BA）和家庭自动化（HA）标准，采用EIB标准的智能化照明控制系统有许多品牌，例如：ABBi-bus系统、西门子instabus智能总线系统。3、DMX512系统和DMX-NET系统DMX512系统是当今使用最广的灯光通讯协议，光范应用在舞台灯光及景观照明系

9、统中。该系统为美国剧院技术协会把Colortran公司CMX192中的Bandrate从153.6Kbit/s提升至250Kbit/s及192CH变为512CH后发表（CMX与DMX结构大致相同）。由于结构简单、成本低、安装使用方便，各大厂商先后把DMX512接口加到产品上，它的使用非常广泛。DMX512协议成功推广的原因是数十年来电脑灯具的迅速发展及大量使用于大型演出以及城市景观照明的迅猛发展，DMX512可产生的各种奇妙的照明效果。DMX512控制线采用5针XLR（有时候是3针）连接设备，母接口适用于发送器，而公接口适用于接收器。DMX-NET系统是把计算网络技术和DMX512标准整合在一

10、起形成的智能照明控制系统。该系统融合两种技术的优点，使整个系统的带宽、距离、可靠性和双向等功能的实现，这意味着在一个网络里可同时连接的设备更多，且连接的距离更长，传输控制协议使可调光照明系统的控制质量和可靠性更高，双向通讯使设备的远程监测和控制更有效，因而构筑大规模可靠的可调光照明系统的网络成本更低。4、其他除此之外，还有许多类似的总线制照明控制系统，它们的功能近似，通讯协议各不相同，如美国路创电子公司的GRAFIK6000R智能照明控制系统、澳大利亚邦奇公司的Dynalite智能照明控制系统，日本松下公司的EMIT全二线WRT2040型智能照明控制系统、瑞朗公司的RL-X10智能照明控制系统

11、以及奇胜公司采用总线制加红外遥控器组成的C-Bus智能照明控制系统系统等。三、电力线路载波控制系统电力线路载波(PowerLineCommunication)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：50KHz200KHz。在电力线上通过载波方式进行系统联网，每个系统控制单元所发出的控制信号都通过载波方式在整个电力线里进行传播，各个系统控制单元从电力线上接收到控制信息后，则根据系统通讯协议的规定执行相应的动作，从而实现智能网络控制。这种方案与总线方案相比，取消了专用的网络线，安装或扩展也较为简单，只需连接电源

12、线就可实现网络控制。但此方案在具体应用上往往由于电力线的干扰问题而变得不稳定。电力线路载波信号会随着距离增大快速衰减，公用变压器线路工频谐波对其干扰也很大。电力线上众多电气设备都均是载波通讯的干扰源，其中以电子类产品较为严重，它们或者产生干扰信号，影响系统单元的接收，或者吸收系统单元所发出的载波信号，使其它单元无法正确接收，从而使控制失灵。为了解决这类问题，需要在此类电器的电源进线和总电源进线处安装各种阻波器来隔阻干扰，保障载波通讯的稳定和可靠性。由于目前我国的电源质量欠佳，造成通信的可靠性不高，且成本很高，因此其技术进入使用的难度很大，目前较难进行市场推广。由于400V以下民用电力线路对通信

13、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品中，主要使用窄带通信和扩频通信两种方式。当信道容量一定时，信道带宽与信噪比之间存在着互换关系，增加带宽则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和国内电源质量的提高，其应用将成为可能。国外在照明控制系统中，载波技术已有应用，其代表品牌为美国埃施朗(Echelon)公司，国内则正在研发中。四、无线智能照明系统随着无线通讯技术的发展和物联网的兴起，采用无线通讯的智能网络控制系统开始出现。这种系统的每个系统控制单元所发出的控制信

14、号都以无线电波的进行传播，各个系统控制单元接收这些传播信息，然后根据系统通讯协议的规定执行相应的动作，从而实现智能网络控制。与电力线载波方案一样，由于没有专用的网络线，安装或扩展非常简单。对于ZigBee系统甚至可以使用电池供电，不用连接电源线，使用非常灵活方便，同时也降低了用户的总体应用成本。现代无线通讯技术和计算机网络技术的发展，已经解决了无线通讯可靠性和互相申扰等问题，使无线网络技术得到空前的发展。从技术发展方向看，基于有线的照明控制系统，具有布线麻烦，增减设备需要重新布线、系统可扩展性差、系统安装和维护成本高以及移动性能差等缺点，因此无线通信技术，是实现智能照明系统的理想选择。无线网络

15、技术有着无可比拟的先天优势，近几年来得到飞速发展，物联网技术也成为了新的热点。1、ZigBeeZigBee技术主要应用在短距离范围内以及数据传输速率不高的各种电子设备之间，因此非常适用于照明等小型电子设备的无线控制指令传输。其典型的传输数据类型有周期性数据（如传感器）和间歇性数据（如照明控制）。其目标功能是自动化控制，它采用跳频技术，使用的频段分别为2.4GHz（ISM）、868MHz（欧洲）及915MHz（美国）。而且均为免执照频段，有效覆盖范围已达到70200m。2001年8月，美国HONEYWELL等公司发起成立了ZigBee联盟，他们提出的ZigBee技术被确认为IEEE802.15.

16、4标准。2002年，摩托罗拉，飞利浦和三菱等企业加盟ZigBee联盟，06年中国的华为公司也加入了该联盟。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，可构成布线成本极低的全数字无线寻址全双工通信的照明控制系统。ZigBee技术的出现，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，其网络可由一个节点管理若干子节点，最多一个节点可以管理254个子节点。同时该节点还可由上一层网络节点管理。可组成65536个节点的大型网络。因为ZigBee数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本，相比于Wi-Fi和UWB等这些适用于无线局域网和多媒体应用的

17、高速率无线标准而言，价格非常低廉。且ZigBee的响应速度较快，一般从睡眠状态转入工作状态只需15ms,节点连接进入网络只需要30ms,进一步节约了能源。相对而言，Bluetooth需要310s,WiFi需要3s。2、GPRSGPRS即GeneralPacketRadioService,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，提供端到端的、广域的无线IP连接。通俗地讲,GPRS是一项远距离的高速数据处理技术。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渡技术，但是它在许多方面都具有显著的优势。它让用户使用一部手机就能行遍全球

18、，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而数据传输用GPRS。GPRS系统由于应用在公网上，其低廉的数据流包月费用，是照明系统最佳的小数据远传通讯方式。3、其他无线智能控制系统近年来，近距离无线通信技术获得了迅猛的发展。其中主流技术还有红外技术、蓝牙(Blue-tooth)、Wi-Fi和UWB(Ultra-Wideband)技术等，另外还有Z-Wave和MiWi等专有无线技术，它们都有各自的标准、特点和相应的应用领域。对于照明控制系统的特点，ZigBee具有明显的技术优势。蓝牙WI-FI等技术的比较种类Zi

19、gbee蓝牙02.11b(Wi-Fi)移动通信传统数传电台单点覆盖距离50-300m10米50米可达几公里可达16公里网络扩展性自动扩展无无依赖现有网络覆盖无电池寿命数年数天数小时数天数小时-数天复杂性简单复杂非常复杂复杂复杂传输速率250Kbps1Mbps1to11Mbps38.4Kbps一般19.2Kbps频段868Mhz-2.4GHz2.4GHz2.4GHz0.8-1GHz400Mhz-2.4GHz网络节点数65000850无联网所需时间仅30毫秒高达10秒3秒数秒终端设备费用低低高较高高有无网络使用费无无无有安全性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装使用难易非常简单一般难一般难五、智能照明系统的输入输出单元1、输入单元用于将外部控制信号变换成网络上传输的信号；如可编程的多功能（开/关、调光、定时、软启动/软关断等）输入开关、红外线接收开关及红外线遥控器（实现灯光调光或开/关功能）。各种型式及多功能的控制板，（如有的提供LCD页面显示和控制方式，并以图形、文字、图片来做软按键，可进行多点控制、时序控制、存储多种亮模式等），各种功能传感器，通过对周围环境的亮度的检测，调整光源的亮度，使周围环境保持适宜的照度，以达到有效利用自然光，节约电能。以传感器为例，不同的控制方案采用不同的传感器。目前常用的如下：1）时钟相当

21、于一个时间开关。利用可预知时间表控制灯的开关。2）光电传感器采用光电池将光信号转换为电信号，但其输出信号一般较小，必须加放大电路。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。3）人员占有传感器按感应原理可分为：a）无源红外传感器（PIR）,可探测运动的人员发出的热量（红外）变化：b）超声波传感器（ULT）,可探测由移动人员的反射产生Doppler效应引起的频率改变。c）无源红外（PIR）与超声波（ULT）及光电感应器结合的多重传感器由于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，以应付事先不可预知的使用要求，目前用得较多的是这一类。再加上光电感应器则构成最