智能照明实验系统设计

摘要智能照明控制技术随着楼宇智能建筑的崛起而蓬勃发展，日渐成为照明技术发展的一个重要方向。针对智能照明控制技术系统的特点，智能照明控制技术在国内外的发展情况，以及现阶段各种不同的系统进行比较，本文简要地介绍了智能照明控制系统在当代的一些概况。本文简要阐述了照明的意义、目的和方式，一般传统灯具的种类，灯具的选择。然后重点介绍了智能照明控制系统的功能作用和构成。通过系统的各个部分的深入介绍和讨论，详细介绍了数字化可寻址调光接口（简称DALI）智能照明控制系统的结构以及工作原理。本文基于DALI协议设计了一个DALI智能照明控制系统展示平台和一个学生实验平台。详细分析了该平台的功能、意义，以及各部分的工作原理。展示平台系统方面，详细介绍了系统各个部分的组成，结构和功能。该系统能够进行DALI系统多种的场景变换，根据时间自动进行工作状态转换。该系统实现了智能调光功能，对大多数灯具（包括白炽灯、日光灯，配以特殊镇流器的钠灯、水银灯、霓虹灯等）能够根据周围空间光线的强弱进行智能调光，从而能够充分利用自然光实现节能的目的，另外，该系统通过对灯具的色温和色彩的调节，从而达到多种色彩变化的效果。学生实验平台方面，该系统使用DALI器件构造了一个简单的DALI系统，让学生自己动手操作，亲身体验了智能照明控制系统所能造出的光照变化效果。DALI智能照明控制技术作为一种新兴的技术，在日后一定有更广大的应用前景。AbstractIntelligentlightingcontroltechnologywillbeanimportanttrendinlightingtechnologydevelopmentgradually,sinceitdevelopswiththeriseofintelligentbuildings.Thisarticlebrieflyintroducesthegeneralsituationofintelligentlightingcontroltechnologyinallusiontoitscharacteristic,domesticandoverseasdevelopmentandcomparisonofdifferentsystemsatthepresentstage.Thisarticleexpoundsthesignificance,intentionandmeansoflightingandthetypesandchoicesoftraditionallamp.Itthenemphasizesfunctionandcompositionofintelligentlightingcontrolsystem.ItdetailedlyintroducestheconfigurationandprincipleofDigitalAddressableDimmingInterface(DALI)bymeansofpresentationofthesystem.BasedonDALIprotocol,thisarticledesignsademonstrationplatformofintelligentlightingcontroltechnologyandapupillaryexperimentalplatform.Onthepartofdemonstrationplatform,itdescribesitssignificance,functionandprinciple.ThisplatformsystemcanmakemanifoldscenechangesofDALIsystemandconversionoffunctionalmodeautomaticallyaccordingtotime.Thissystemachievesthefunctionofadjustinglights.Itcanmakemostoflamps(incandescent,fluorescent,SodiumlampandNeonlights)adjustlightsaccordingtointensityoflightthusitcanachieveenergyconservationbymakinguseoflightadequately.Inaddition,thissystemcanadjustthecolortemperatureandcolorationoflampstherebyitcanachievethechangeablepurposesofdifferentcolors.PupillaryexperimentalplatformisaplatformsystemofsimpleDALIsystem.Studentcancontrolitbythemselvesandexperiencetheeffectoflightingchangingfromintelligentlightingcontrolsystem.Asaburgeoningtechnology,DALIintelligentlightingcontroltechnologywillhasanextendedforegroundofapplicationinthefuture.Keywords:DALI,intelligentLighting,lightingdisplay,lightingexperiment,lampsTOC\o"1-5"\h\z1绪论 11.1智能照明的概述 11.2智能照明技术的概述 11.2.1国内外智能照明的发展概况 11.2.2智能照明的特点 11.2.3各种智能照明系统的介绍 31.3智能照明系统的研究意义 41.4本文主要内容 41.5小结 5\o"CurrentDocument"2智能照明系统 62.1照明系统 62.1.1照明的意义、目的 62.1.2照明的方式选择 6\o"CurrentDocument"2.1.3照明光源的选择 72.1.4灯具的选用 92.2智能照明控制系统 102.2.1智能照明系统的结构和组成 102.2.2智能照明体统的系统功能 11\o"CurrentDocument"2.3DALI智能照明系统 11\o"CurrentDocument"2.3.1DALI系统的介绍 11\o"CurrentDocument"2.3.3DALI系统各组成部分 133DALI智能照明控制系统实验设计 193.1DALI智能照明控制系统实验设计 19\o"CurrentDocument"3.1.1功能概述 19\o"CurrentDocument"3.1.2方案设计 193.1.3展示实验平台布线图 203.2学生实验平台 27\o"CurrentDocument"4.总结 28\o"CurrentDocument"5.对智能照明的展望，未来发展趋势 29致谢 30参考文献 301.1智能照明的概述随着科技和经济的高速发展，人民生活水平的不断提高，人们对照明的需求也与日俱增。现代建筑中的照明给人们的工作、学习、生活提供了良好的视觉环境，利用灯具造型和光色协调营造出的环境也带给人舒适的视觉享受。另外，人们开始追求照明和其他相关设备、系统的整体控制效果，追求照明的控制节能。但是，传统的照明系统由于其简单的电气结构和单一的控制方式已远远不能满足人民对现代建筑照明的需求。相比之下，智能照明技术能够充分利用自然光，实现照明管理智能化，对改善工作环境、提高工作效率、减轻供电压力、减少维护费用均具有明显的经济效益和社会效益。因此，现代智能照明系统的应用已日益受到人们的关注和研究［1］。1.2智能照明技术的概述1.2.1国内外智能照明的发展概况随着智能建筑的出现，使得建筑要求和设计方案都跟以往的传统建筑有很多很多的差异。照明作为建筑中必不可少的部分，随着世界各国对智能照明的研究和开发，大量的智能照明技术的出现和发展，智能照明一定会成为新世纪照明技术发展的一个主要方向。预计在21世纪，智能照明技术在建筑和照明中的应用将会进一步的扩大。面对这一发展趋势，开发了不少智能照明设计，如智能照明、智能空调、智能通讯、智能防盗报警监控等设备和系统，包括在照明方面的计算机硬件和软件。此外计算机在照明设计和测试方面也得到广泛应用。奥地利锐高公司开发的DSI技术以及其推动的DALI数字照明技术，澳大利亚邦奇公司开发的Dynalie智能照明控制系统，日本的智能照明建筑特别是现代办公室的智能照明技术等很多方面都非常的值得我们去研究和借鉴［2］。1.2.2智能照明的特点智能照明控制系统一般都具有一下功能：按照照明场所所需要的照明需求的变化，自动调整灯光的亮度和开关，以此达到节能的目的，也延长了照明灯具的使用寿命；通过使用计算机或者其他控制机器进行控制以达到逻辑控制照明，创造出缤纷的灯光组合效果，创造出各种环境气氛；由于计算机的使用，使智能照明能够使用远程控制和监测照明系统也可以单独跟互联网连接，实现集中控制，远程控制。1、良好的节能效果采用智能照明系统最主要的目的就是为了节约能源。智能照明控制系统使用各种不同的计算机编程或者控制机器的设置，对不同时间不同环境的光照度进行精确合理的分配，实现了节能的目的。这种自动调节照度的方式，充分利用了自然光，当自然光不足或者夜晚时候才把灯打开或者调节到相适应的亮度，减少了能源的浪费也保证了所需要的光照度，节能效果十分明显。另外，智能照明系统中对荧光灯等进行调光控制，由于荧光灯一般使用有源滤波可调光电子镇流器，降低了谐波分量，提高了功率因素，降低了无功功率的损耗，也有助于能量的节约［3］。2、延长了光源的寿命智能照明控制系统能够有效的抑制电网中的浪涌电流，同时还具备了电压限定等功能呢，避免了过电压和欠电压对光源的伤害。无论是热辐射光源，还是气体放电光源，电网电压的波动都是光源损坏的一个重要原因，因此，有效的抑制了电网电压的波动可以延长光源的寿命。另外，采用软启动和软关段技术，避免了冲击电流对光源的损害。采用上述方法，光源的寿命通常可以延长数倍甚至数十倍。延长了光源寿命不仅可以节约大量的资金，而且还能够减少更换灯具的工作量，可以降低照明系统的运行费用，管理维护也变得简单。3、改善工作环境，提高工作效率智能照明控制系统采用计算机数字控制和调光模块控制面板控制，可以有效的控制各处灯具的光照度，以达到平衡室内整体的光照度，从而提高了光照度的均匀性。同时，因为在系统中引入了可调光电子镇流器，可以把电流的频率大幅提高， （40KHz〜70KHz）,克服了传统荧光灯低频所产生的频闪对人产生的不舒适、头晕目眩、眼睛疲劳等感觉［4］。4、可实现多种照明效果通过使用智能照明控制系统，灯具组合能够产生多种照明的效果，可以使建筑物更加生动，艺术性更强，给人丰富的视觉效果和美感。按照建筑物内外不同的建筑用途和使用范围，按照不同的时间，不同的用途，不同的效果，相应地预设场景模式，可以达到更丰富更人性化的艺术效果。5、管理维护方便智能照明控制系统对照明的控制方式是以模块式的主动控制为主，手动控制为辅的一种控制模式，而预设的场景参数则以数字形式存储在计算机或者控制模块的内存里面，这些控制信息的设置和更改都是非常方便和容易的。因此，建筑物的照明管理和设备维护将变得更加简单和方便［2］。1.2.3各种智能照明系统的介绍从20世纪90年代以来，出现的照明控制系统都是基于现场总线技术而发展过来的。照明控制按是否开放可分为两类：封闭协议和开放协议。封闭协议有C-Bus和Dynet等;开放协议有EIB、DALI、X-10和HBS等。上述总线协议，除了X-10协议以外，都采用电源线和控制总线分离的结构。1、 C-Bus协议C-Bus即Clipsalbus的简称，是Clipsal公司的封闭总线协议，采用两线制双绞线，即一对线上既有提供总线设备工作电源（15〜36V/DC）,又传输总线设备信息，总线设备之间直接通讯，无须通过中央控制器。C-Bus的传输协议为CSMA/CD，可设成线形、星形或树形拓扑结构但不支持环形结构［5］。2、 Dynet协议Dynet协议是Dynalite公司面向照明系统的封闭控制总线协议。Dynet协议采用4线制两队双绞线，即一对双绞线提供DC12V总线设备工作电源，另一对双绞线用于传输总线的设备信息。Dynet是一种基于RS485四线制的传输协议，只支持线形网络拓扑结构。C-Bus和Dynet进入我国比较早，已经有了一定的成绩。3、 EIB总线协议欧洲安装总线EIB（EuropeanInstalLingBus）是在欧洲占据主导地位的楼宇/家庭自动化标准。EIB协议是由中立的，非盈利组织EIBA统一管理，任何愿意遵循EIB协议的制造厂商均可申请并通过EIB认证后生产出EIB产品。1999年，EIB进入中国，目前EIB在中国设置有两个培训中心，30多家代理集成商。厦门国际会展中心、上海新国际博览中心等多个大型建筑均使用EIB协议构造智能照明控制系统。鉴于其优异表现，该协议已被美国消费电子制造商协会（CEMA）列为EIA766标准⑸。4、X-10和HBSX-10采用电源线载波技术，在北美取得了巨大的商业成绩。该协议产品无须另外布置控制线，易用和价廉，是它的最大卖点HBS是日系企业推出的家庭网络协议。2001年4月7日，日本松下公司基于HBS的WR31202也采用两线制主从结果，通过控制面板设置地址，大大提高了产品的易用性。封闭协议与技术发展的潮流不符，研究和开发智能照明控制系统时，原则上应遵循某种开放协议，鉴于需求的多样性，应按需选择相应的开放协议，以满足不同的需求［6］。1.3智能照明系统的研究意义智能照明控制系统的研究不仅仅为了目前国际上先进的研究课题，代表着提高住宅照明光环境质量和住宅价值，节约能源和保护环境，这也是实现人居环境可持续发展的关键技术之一，并具有广泛的应用前景。具体的研究意义如下：1、提高住宅照明光环境质量。在建筑物的照明光环境设计中除了要充分考虑视觉环境、照度强弱、亮度分布、视觉舒适、眩光控制、显隐色性、照明装置的外观等外，还要考虑到人体对不同季节不同时间对光的需求的不同所产生的生理和心理变化所作出的调整，具体的情况采用不同的光源和光照强度。2、体现以人为本的照明控制思想，根据人们的行为习惯和住宅的光环境决定照明的控制特点，创造出一个人性化、艺术化、舒适、高雅的家庭光环境。舒适的照明光环境令人心情愉快，工作效率提高；而优良的智能照明控制系统不仅能实现舒适的照明光环境，而且节能、维护方便，真正实现绿色照明。3、它是构成智能建筑的一个重要组成部分。智能照明控制系统可以独立运行，实现对光环境的合理控制，同时具有连接功能以及具有可扩展性，可把建筑物智能照明系统作为智能建筑的子系统，并与建筑物内电气器具控制系统共同构成建筑智能化网络系统［2］。1.4本文主要内容第一章介绍了智能照明以及智能照明系统发展的概况、各种不同照明系统的特点、研究意义和主要研究的内容。第二章主要介绍了照明的意义、目的，照明的方式，光源和灯具的选择等内容。主要介绍了智能照明系统的结构和构成以及其功能，并主要介绍了DALI智能照明控制系统的构成以及各部分的结构。第三章主要介绍本人基于DALI智能照明控制系统所设计的一个展示系统和一个学生实验系统。详细介绍了展示系统的各部分组成，各子系统和各模块的功能、展示效果等。并在原有设计的系统基础上提出一些扩展和发展。介绍了学生实验系统的意义、结构、功能和扩展。最后主要阐述了本人对本次毕业设计的一些总结和感想，以及对智能照明系统在未来的预想和展望。1.5小结本章首先简要的介绍了智能照明控制技术的概况和各种不同照明系统的特点，分析了论文的研究意义，最后对本文主要研究的内容作出了简单的概括。2智能照明系统照明系统自从人类学会了使用火以后，人们开始懂得了照明，以对抗漫长的黑夜和寒冷的天气。照明经历了从火、油到电的发展历程。照明工具也经历了无数的变革，从简单的火把、蜡烛，到后来的油灯、煤油灯。直到百多年前爱迪生发明了电灯，照明进入了一次全新的变革。另外，照明从单一的灯具，逐渐形成了简单的照明系统。由此，照明系统走进了人们的生活里。照明的意义、目的在《辞海》中“照明”的含义如下：利用各种光源照亮工作和生活场所或个别物体的措施。利用太阳和天空光的称“天然采光”；利用人工光源的称“人工照明”。照明的首要目的是创造良好的可见度和舒适愉快的环境。可见，“照明”是一种措施，它包含“天然采光”和“人工照明”。（摘自－－《辞海》）照明以人为本，应为人的视觉生理需求和视觉心理感受作为照明的出发点，这是照明的宗旨。照明的目的是人们通过视感觉，认识世界、改造世界，进而为人类生存、生活、劳作服务。因此，无论是从事照明产品的研究和生产，还是照明工程的设计和安装都应有“以人为本”的思想理念。在照明产品、照明设计以及照明工程实施过程中，注重照明的功效性、照明的安全性、照明的舒适性，以此达到人们视觉生理需求和良好的心理感受，营造出有利于人们生活、工作、活动的光环境。那些单纯追求“亮起来”，忽视照明功效和艺术品位的现象;盲目追求“大气”、“越亮越好”，忽视节能与环境保护，浪费电能造成光污染的现象;忽视或不重视照明功能和照明安全的现象;忽视或不重视照明舒适和光生态环境保护，进而影响人们的身心健康的光污染现象;某些盲目追求“政绩”、“面子”、“形象”工程等等现象，应该坚决克服和纠正。让我们的照明能提供人们更加健康和提升生活质量的视觉光环境［3］。2.1.2照明的方式选择灯具按其安装部位或使用功能而构成的基本形式称为照明方式。它分为一般照明、分区一般照明、局部照明和混合照明四种。1、一般照明为照亮整个场地而均匀设置，使整个场地水平照度基本均匀的一种照明方式称为一般照明。它不考虑特殊局部需要。下列情况宜采用单独装设一般照明。⑴受生产技术条件限制，不适宜装设局部照明或采用混合照明不合理时。⑵工作位置密度很大，而对光照方向无特殊要求的场所。一般照明在工厂的车间、办公室、体育馆、教室等广泛采用。2、分区一般照明根据需要为提高特定区域照度的一般照明称为分区一般照明。它根据工作面布置的实际情况，将灯具集中或分区集中均匀布置在工作区上方，使室内不同被照面上产生不同的照度，从而有效地节约电能。当某一区域需要高于一般照明照度时，可采用分区一般照明。此种照明常以工作对象为重点，按工作区布置灯具［7］。3、局部照明为满足某些部位（仅限于工作面上某个局部）的特殊需要而设置的照明称为局部照明。其优点是:⑴按视觉对象的照度需求，给每个必要的对象进行照明，易于单独地控制。⑵通过给某一对象特别高的照度，有效地突出对象。它只限于照亮一个有限的工作区，通常采用从最适宜的方向装设台灯、射灯或反射型灯，为了防止眼睛适应亮度的过度变化，应同时采用至少为局部照明照度20%以上的一般照明［7］。4、混合照明以上各种方法并用。2.1.3照明光源的选择⑴白炽灯、卤素灯将灯丝通电加热到白炽状态，利用热辐射发出可见光的电光源。所有用电的照明灯具中，白炽灯的效率是最低的，它所消耗的电能只有很小的部分，即12％－18％可转化为光能，而其余部分都以热能的形式散失了。至于照明时间，这种电灯的使用寿命通常不会超过1000小时。在这一点上，卤素灯就比一般的白炽灯要长很多。卤素灯的外形一般都是一个细小的石英玻璃管，和白炽灯相比，其特殊性就在于钨丝可以“自我再生”。实际上，在这种灯的灯丝和玻璃外壳中充有一些卤族元素，如碘和溴。当灯丝发热时，钨原子被蒸发向玻璃管壁方向移动。在它们接近玻璃管时，钨蒸气被“冷却”到大约800°C并和卤素原子结合在一起，形成卤化钨（碘化钨、溴化钨）。卤化钨向玻璃管中央移动，又落到被腐蚀的灯丝上。因为卤化钨很不稳定，遇热后就会分解成卤素蒸气和钨这样钨又在灯丝上沉积下来，弥补了被蒸发的部分。如此循环，灯丝的使用寿命就会延长很多。所以，卤素灯的灯丝就可以做的相对较小，灯体也很小巧。卤素灯一般用在需要光线集中照射的地方，比如用于写字台或居室局部的照明［8］。⑵荧光灯荧光灯即低压汞灯，它是利用低气压的汞蒸气在放电过程中辐射紫外线，从而使荧光粉发出可见光的原理发光，因此它属于低气压弧光放电光源。荧光灯内装有两个灯丝。灯丝上涂有电子发射材料三元碳酸盐（碳酸钡、碳酸锶和碳酸钙），俗称电子粉。在交流电压作用下，灯丝交替地作为阴极和阳极。灯管内壁涂有荧光粉。管内充有400Pa-500Pa压力的氩气和少量的汞。通电后，液态汞蒸发成压力为0.8Pa的汞蒸气。在电场作用下，汞原子不断从原始状态被激发成激发态，继而自发跃迁到基态，并辐射出波长253.7nm和185nm的紫外线（主峰值波长是253.7nm，约占全部辐射能的70-80%；次峰值波长是185nm,约占全部辐射能的10%）,以释放多余的能量。荧光粉吸收紫外线的辐射能后发出可见光。荧光粉不同，发出的光线也不同，这就是荧光灯可做成白色和各种彩色的缘由。由于荧光灯所消耗的电能大部分用于产生紫外线，因此，荧光灯的发光效率远比白炽灯和卤钨灯高，是目前最节能的电光源［8］。⑶LEDLED（LightEmittingDiode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。普通照明用的白炽灯和卤钨灯虽价格便宜，但光效低（灯的热效应白白耗电），寿命短，维护工作量大，但若用白光LED作照明，不仅光效高，而且寿命长（连续工作时间100000小时以上），几乎无需维护。目前，德国Hella公司利用白光LED开发了飞机阅读灯；澳大利亚首都堪培拉的一条街道已用了白光LED作路灯照明；我国的城市交通管理灯也正用白光LED取代早期的交通秩序指示灯。可以预见不久的将来，白光LED定会进入家庭取代现有的照明灯。LED光源具有使用低压电源、耗能少、适用性强、稳定性高、响应时间短、对环境无污染、多色发光等的优点，虽然价格较现有照明器材昂贵，仍被认为是它将不可避免地现有照明器件［8］。⑷其他灯具沼气灯是把沼气的化学能转变为光能的一种燃烧装置。它和沼气灶具一样，是广大农村沼气用户重要的沼气用具。特别是在偏僻、边远无电力供应的地区，用沼气进行照明，其优越性尤为显著。钠灯是利用钠蒸气放电产生可见光的电光源，钠灯又分低压钠灯和高压钠灯［8,9］。2.14.灯具的选用灯具是附件和灯罩的总称。灯罩的作用首先是提高光源所发出的光通量的利用率，用灯具效率几表征。灯罩使光源光通量重新分布，并把它分配在需要的范围内;其次是保护视觉，避免或减轻光源高亮度的刺激;灯罩对光源也起着一定的保护作用;灯具本身对房间而言，可以成为一件很好的装饰品。灯具有很多种分类方式，其中一种较好的分类方法是根据安装方式分类，可以分为:暗装灯具、吸顶灯具、悬吊灯具、壁灯具、合灯具等。1、 暗装灯具这种灯具暗装在室内顶棚上，适合于低矮顶棚的房间，可以得到光线的多样性变化。由于正常视线看不到光源，因此眩光极小，适合于对眩光要求严格限制的场所。这种灯具光线的利用率不高、经济效果较差。2、 吸顶灯具这种灯具安装在室内顶棚上，多数情况下用于一般照明，使整个房间感到明亮，适合于低矮空间并且要求空间亮度高的场所。3、 悬吊灯具这种灯具是用管子、链子或软线将灯具从顶拥上垂吊下来，灯具的结构可以灵活多变，可在三维空间内组合灯具。有些灯具可以将开关设在灯具上，使用和安装都很方便。适用于局部照明或提高照度的分区一般照明。4、 壁灯具这种灯具可根据需要安装在墙壁的不同地方，在墙面上可以得到美丽的光分布艺术效果。设计安装时可以与室内一般照明统一考虑。为了避免眩光，壁灯最好采用小功率的光源。5、台灯具台灯可以随时移动，可将光线的重点放在室内的任意地方。在室内一般照明形成的气氛下，用台灯可以创造一个局部安静的明亮小区，满足照度较高的视觉要求。在选用灯具，除了考虑照明设计和灯具的效率外，还须考虑到配光问题，而且要研究灯具的安装位置。照明设计是设计一个房间或区域根据其行为内容而需要的光环境和确定所需的照明方式，而灯具的配光、安装位置等是实现相应光环境的重要因素。不同的灯具配光曲线不同，应根据光环境的要求选用不同的配光曲线。以居住功能为主考虑安装位置，可以有效地利用光源，节约能耗，提高经济性。生活中如果进行实际活动的范围是离开灯具的安装位置，为了得到必要的亮度，就必然消耗过多的能源。在顶棚上安装灯具时，一般其直射下面最亮，在其周围照度逐渐降低，自然会创造出中心感。选用灯具时还应注意灯具外观与室内装饰、家具协调，有助于提高整个房间的美感［2,6］。2.2智能照明控制系统智能照明系统的结构和组成智能照明控制系统按网络的拓扑结构，大致有以下两种型式，总线式和以星形结构为主的混合式。前者灵活性较强，易于扩展，控制相对独立，成本较低。后者可靠性较高，故障诊断和排除简单，存取协议简单，传输速度较高。一般智能照明控制系统都为数字式照明系统，他又系统单元，输入单元和输出单元三部分组成。除了电源以外，每一个但愿设置有唯一的单元地址，地址由软件设定。通过输出单元来控制各个负载回路［10］。1、系统单元提供工作电源，系统时钟和系统节扣，各种接口和网络桥。主系统指对各区域实施相同的控制和信号采样的网络。而子系统则是对各分区实施不同的具体控制的网络。主、子系统之间互相连接，实现数据传输和主被动控制。2、输入单元用于将外部控制信号变换成为网络传输信号，实现可编程控制（如开关、调光、定时、软启动关断等功能）输入开关、红外线接受开关以及多功能的控制面板（提供LCD页面显示和控制方式，更高级的可提供可触摸显示LCD页面显示控制，以图像、蚊子、图片等来作为软按键，可进行多点控制、时许控制、存储多种场景模式等），各种功能的传感器（如红外线传感器、亮度传感器等）通过对周围环境的亮度的监测，调整光源的亮度，使周围环境保持舒适的光照度，以达到有效利用光源，节省能源的目的。3、输出单元智能照明控制系统的输出单元是用于接受来在网络传输信号，控制相应回路的输出以实现控制的部分。输出单元有各种继电器、模拟量输出单元、照明灯具调光接口、红外输出模块等。系统一般采用集总控制和管理，分散执行的方式。即配置中央监控中心和智能照明控制面板，前者有控制计算机、主通信控制器设备，用于对整个系统进行控制和管理工作，通过网络将控制命令与各职能控制面板的可编程控制器进行通信联络，同时接受来自智能控制面板内可编程控制器的有关自动和手动状态，并在一场情况下采取处理措施［10,11］。2.2.2智能照明体统的系统功能智能照明控制系统具有以下的功能：1、智能系统设有中央监控装置，对整个系统实施中央监控，以便随时调节照明效果。2、具有场景预设、亮度调节、定时、时许控制及软启动、软关断功能。随着系统的进一步开发和完善，其功能将进一步得到增强3、具有灯具启动时间，累计记录，和灯具使用寿命的统计功能4、具有灯具异常启动和自动保护的功能5、在供电故障的情况下，具有自启动应急照明灯组的功能6、系统设有自动/手动转换开关，以便必要时对各灯组开、关进行手动操作7、系统设置有与其他系统连接的接口，如建筑楼宇自控系统（BA系统）26］2.3DALI智能照明系统2.3.1DALI系统的介绍数字化可寻址调光接口（简称DALI）,1994年列入IEC60929标准，得到国际主要芯片、灯具、镇流器和夹具制造商的支持，1999年Philips公司对DALI协议做了进一步的完善工作，并在汉诺威国际灯展上推出了基于DALI的系列产品。DALI定义标准时，旨在建立一个结构清晰的简单系统，用于室内的智能、高性能照明管理，受控对象明确为镇流器ODALI是一个数据传输的协议，它定义了电子镇流器与设备控制器之间的通信方式，它不是一种新的总线，但它支持开放式系统，设计应用DALI最初目标是为了优化一个智能型的灯光控制系统，企图制定一个系统结构简单、安装方便、操作容易、功能良好的灯光控制系统，可用于一个房间内的灯光控制，还可以与大楼管理系统（BMS）接口。典型的DALI协议数字调光镇流器由两部分组成：日光灯调光模块和DALI通信控制模块。日光灯调光模块大多选用功率半导体国际整流公司生产的专用IC,如IR2156,IR21511,IR2159。通信模块则选用Microchip公司生产的PIC16F628，PIC16F628与DALI总线交换信息，并对调光模块进行数字控制。鉴于DALI的良好市场前景，芯片公司纷纷推出各自的芯片，其中尤以CypressMicrosystems公司推出的PSOC最有特色。PSOC是一款带嵌入式微控制器的可编程系统级芯片，一块芯片同时完成镇流器的控制和DALI通信，大大简化了设计和生产。2.3.2DALI系统组成DALI是一种双线控制系统，可以控制16组DALI数控电子镇流器，每组64个DALI数控电子镇流器，每组DALI数控电子镇流器可以在现场由控制装置设置，在不用继电器的情况下，完成对荧光灯照明系统的控制，并且荧光灯的工作状态（场景模式）可以存储在控制电路中。如图2-1所示，为DALI控制系统的接线原理图。该系统分别有控制面板、电子镇流器、场景模块、开关模块、计算机模块等部件，通过三根外电源提供电源和两根DALI数据线作为数据信息传输。图2-1DALI控制系统接线原理图2.3.3DALI系统各组成部分1、布线如图2-2所示，DALI布线是一根5芯电缆，是在单根屏遮线中含有电源线和DALI控制线。其中的DALI控制线应有接线极性保护功能，通过DALI控制信号完成对照明装置的控制，在DALI控制器的控制下，可以使不同荧光灯照明组中的荧光灯照明同时达到同一照明亮度，而且每盏荧光灯的工作状态可以被反馈回照明控制电路，通过照明控制显示电路对每盏荧光灯的工作状态加以显示。DALI电缆保护线DALI控制线DALIDALI电缆保护线DALI控制线DALI控制线电源地线电源火线图2-2DALI5芯电缆2、 电压和电流在DALI协议中，电压和电流值均由镇流器的控制信号来确定。对整个系统来说，这情况稍微有些不同，一般情况下，没有通信时（空闲状态）DALI工系统的控制线电压是16V（发送方可以在20.5V到11.5V间浮动，接收方可以在22.5V到9.5V间浮动），这电压由附加的DALI电源提供;当系统中的电压变为0V时（发送方可以一4.5V到4.5V间浮动，接收方可以在一6.5V到6.5V间浮动），数字信号将变低。3、 DALI的系统电源要求DALI电源在任何情况下必须使电流限制在最大范围内〔250mA）。在实际安装中，电流最好限制在较小范围，这是为了支持改变布局的灵活性和在以后阶段扩充系统。如

果超出限制，系统会出现不稳定性和重启动问题。因为DALI信号在0V到16V间变动，保持电源的极性很重要。另外，在同一条控制线上电源的个数没有限制。DALI硬件包括一个LM78L05ACM（图2.3果超出限制，系统会出现不稳定性和重启动问题。因为DALI信号在0V到16V间变动，保持电源的极性很重要。另外，在同一条控制线上电源的个数没有限制。DALI硬件包括一个LM78L05ACM（图2.3）的具有内部热过载保护和短路电流保护的三端正压调整器。DALI控制器需要一个5V的电源供应，为了控制器和子单元的通讯DALI协议规定一个12V的电源供应［12。+12V+5VR9LM78L05ACMVINVOUTGND4GND1C5C4图2.3DALI供电单元结构图4、DALI控制器单元DALI控制器单元（图2.4）能够作为远程接口和DALI子单元通讯的网关。DALI控制器旨在接收从远程接口来的信号，通过RS232通讯标准，存储和分析接收到的数据，然后使用DALI通讯协议把数据转换为DALI数据。当有一个回应或者反馈从DALI子单元送到远程接口，DALI控制界接收和分析数据，然后数据通过RS232通讯协议被传送到远程端口。DALI控制器单元有以下部分组成：•微控制器•RS232通信接口DALI通信接口DALI发送机DALI接收机LED通信参考图2.4：DALI控制器单元的框图5、DALI微控制器DALI控制器单元是围绕微控制器PIC16F873建立的。它有以下特点：・PIC16F873是一个40针的控制器・低功耗和高速CMOSEEPROM（FLASH）技术・单一的5V电路串行编程能力•低功耗，少于0.6毫安为3V、4MHz，和20mA为3V、32KHz・高性能的RISCCPU，它的FLASH程序存储器是由8K*14字节，其RAM是368*8字节，和它的EEPROMRAM是256*8字节・它有一个振荡器启动定时器和拥有独自可靠的RC振荡器看门狗定时器支持所有的直接、间接和相对的处理方式和可处理可读写地址命令内存适用于商业、工业和扩展温度范围•具有中断能力6、RS232串行通信接口DALI控制器和远程接口是基于RS232通信标准进行通讯。这是一个半双工和设定为9600波特率的串行通信。RS232串行端口包含一个通用异步接收发射机（UART）。UART的传送针传输作为逻辑“1”（负电压）或者逻辑“0”（正电压）的数据出去。在系统闲置状态保持T'或”0“，这种在国际上叫做马克，后来叫做斯贝斯。而UART的传输首先跟随数据发送一个起始位（0）和两个停止位（1）。信号转换的次数就叫做波特率。7、DALI通信接口DALI通信接口的转换传输信号是从控制器发出的5V电压信号到12V的DALI通信协议信号。反向传输就倒转。因此，DALI通信接口分为发射机和接收机［12。⑴DALI发射机DALI协议标准要求数据信号电压在12V,和控制器的信号在5V，DALI发射机电路能够处理数据信号的传输和放大。变送器电路（图2.6）,包括控制电源开关的功率晶体管（Q3）。功率晶体管是由多个晶体管组成（Q1和Q2）。晶体管Q1，是通过一个逆变器连接到微控制器（通过TX管脚）。因此，从控制器来的高等级信号将会打开Q1晶体管，使得Q3晶体管的电源关闭，从控制器送出一个低等级信号将使得Q1晶体管关闭，将Q3晶体管的电源打开。另外的晶体管（Q2）是用流过R1和R2的电流控制的。如果DALI子单元是连接着的，电流和流过功率晶体管的一样。当电流超过250mA时，功率晶体管（Q3）关闭，R1和R2电阻的值是被设定为打开晶体管（Q2）。因此，电流最大值为250mA。图2.6：DALI主控制器的转换器⑵DALI接收器由DALI子单元以DALI协议的方式来接收的数据信号是12V电压，但是控制器的信号电压为5V,DALI接收电路需要进行转换。接收电路包括转换为正确逻辑等级的逆变器和通过周围电阻衰弱后的准确的电压水平［12］。

8、器件电子镇流器DALI数字电子镇流器的工作原理框图如图2-7所示，途中的实现表示功率信号，虚线表示控制信号和监测信号，其中的微控制器是电路的核心。利用其中的EEPROM可以存储有关DALI数字电子镇流器的工作状态信息。图2-8为数字可调光电子镇流器实物图[13]。灯负载00交流输入灯负载00交流输入灯丝供电电路 |L_F*fT__Z_DALI控制信号收发器微控制器电路DALI控制信号收发器微控制器电路EEPROM图2-7DALI数字电子镇流器的工作原理框图图2-7DALI数字电子镇流器的工作原理框图图2-8数字可调光电子镇流器3DALI智能照明控制系统实验设计3.1DALI智能照明控制系统实验设计作为当今世上最先进的智能照明控制系统之一的DALI智能照明控制系统，其功能的强大不能简单的交代清楚，文字的表达也只能描画出它的一二。因此，构建一个实验系统，展示出DALI系统的功能和效果是最直观最有效的方法。本实验系统基于DALI协议构建一个展示平台，让读者更好的了解DALI系统的功能与效果。3.1.1功能概述构建一个DALI单区域智能照明控制系统，系统将实现场景预设、亮度调节，软启动软关断等复杂的照明控制功能，给学生展示一个聚集当今智能照明先进技术的实验平台。（1）使照明系统运行在全自动状态。可预先设置若干场景，根据预设定的时间自动地在各种工作状态之间转换。（2）照明设备的联动功能。当实验平台内有事件发生时，需要的照明组能够做出相应的联动配合。（3）智能调光功能。对大多数灯具（包括白炽灯、日光灯，配以特殊镇流器的钠灯、水银灯、霓虹灯等）能够根据周围空间光线的强弱进行智能调光，从而能够充分利用自然光实现节能的目的。3.1.2方案设计本方案采用DALI智能照明控制系统。DALI是专用的照明控制协议，它是一项标准化、开放的数字通信协议（IEC60929）,它定义了电子镇流器与控制器之间的通信方式，允许控制器和荧光灯、白炽灯等照明灯具之间的通信，DALI不能用于其他控制系统。DALI镇流器内部是智能型的，DALI系统中每个镇流器有其独立的地址，因此可以实现对每个荧光灯的亮度分别进行调光控制。通过DALI系统发出指令，可.不必在主回路上设计开关。DALI系统可向照明装置发出指令，又可以接收照明装置反馈的信号。DALI系统可以很容易的重新配置。通过软件设置，可容易改变照明的场景、功能，而不需要改变硬件。当照明系统需要扩展而增加新镇流器时，无论在DALI系统的什么地方，只要将镇流器连到DALI网络上即可，不需重新配线。DALI镇流器的编址是在系统调试时完成的，DALI系统的编址是虚地址，可以自动产生地址，也可以人工产生地址。DALI系统通过网关集成于BMS中，可以接受BMS控制命令，或返回子系统的运行状态参数。DALI安装简单方便，DALI接口有2条主电源线，2条控制线，对线材无特殊要求，安装时无极性要求，但主电源线与控制线需隔离开，控制线无需屏蔽，但控制线上电流在250mA，线长300m时压降不超过2V。在DALI总线中连接传感器，传感器编址后可以唯一寻址。结合本智能照明实验系统的功能要求，DALI网络上需配置有为DALI网络提供电源的DALIPS；5.7寸彩色触摸式屏幕x-touchPANEL,以实现灯光寻址编程菜单界面功能；控制两个照明灯组的模块DALIGC,用以实现开关调光功能；控制四个灯光场景模块DALISC，通过普通点动开关分配给相应的灯光场景；超小型继电器模块DALIRM,可根据DALI指令开关各种电气负载；以及用以实现人体红外开关，室内与自然光补偿照度可配合遥控器使用的DALIMsensor等；综上所述，DALI智能照明控制系统电路图3-1如下(此图为锐高公司开发的DALI智能照明控制系统最新的结构图)[14：图3-1DALI智能照明控制系统电路图3.1.3展示实验平台布线图展示实验的目的在于对DALI智能照明系统的各种功能和具体表现有一个感性认识，通过该展示实验平台，我们可以看到整个DALI智能照明系统是如何运作，控制模块如何对灯具进行实时有效的控制，也能够直接看到灯具的具体场景变化、光亮度、彩度的变化，以及自动感应红外线探头对外部环境变化使得灯具的变化等。本智能照明实验系统中，所有电气零件、灯具、电子镇流器等全部使用奥地利锐高(TridonicAtco)公司的产品。在此，特别鸣谢锐高公司广州总代理达世威电气有限公司的销售主管/DALI系统项目主管李博先生的技术支持。本实验系统有DALI智能照明控制系统展示平台1套，规格尺寸为2m*1.5m的平台，用以向学生展示较为完整的、先进的DALI智能照明控制系统。本实验系统有两大部分组成，分别是灯具展示部分和监测控制部分。具体布线图3-2如下：111r-i111r-i1、灯具展示部分灯具展示部分由5个灯具组合模块构成。它们分别是荧光灯色温展示组、荧光灯场景模式组、LED灯组、非电子镇流器控制组、荧光灯色彩展示组。通过不同的组合模块的表现，充分现实出DALI智能照明控制系统对各种不同灯具的适用性和全面的控制性能。⑴荧光灯色温展示组该组主要表现出DALI智能照明系统对光源的色温可调节性。如图3-3，荧光灯色温展示组是在一个长1180mm宽250mm深110mm的槽里构建的一个灯组。里面有4支T8型28W的荧光灯（2700K\6500K各两支），槽外有用于混色的白色遮光罩盖住。4支荧光灯分别单独使用DALI数字寻址照明接口可调光镇流器控制。通过可触摸控制面板或者计算机分别调节每支荧光灯的色温，通过遮光罩的混合，达到调节整个灯组色温的效果。图3-3荧光灯色温展示组⑵荧光灯场景模式组该组主要表现出DALI智能照明系统对灯组场外部环境的适应性和场景变化的可调性。如图3-4所示，荧光灯场景模式组由6支T5型14W荧光灯组成。每支荧光灯分别单独使用DALI数字寻址照明接口可调光镇流器控制。通过可触摸控制面板或者计算机设定该组灯组的场景模式或者开关时间、亮度等，或者可以DALIMsensor综合传感器进行联动，进行自动控制场景模式和调节灯组。nh 站 nUU UT5矗14V難肥支U 1i:】 a—to-50^⑶LED灯组如图3-5所示，LED灯组在一个1600mm*200mm的区域里构建的一个灯组模块。该模块里，预设置了有4个由LED小灯拼成的英文字母“D”“A”“L”“I”每个字母灯块分别单独由DALI数字可调光LED电子转换器控制，由可触摸控制面板或者计算机设定其工作模式。通过设定，字母灯块会根据设定的程序和内容表现出不同的显示效果，如闪烁、变色等。如图3-6所示为LED灯的RGB控制器［14］。HLDALI1图3-5LED灯组图3-6LED灯的RGB控制器⑷非电子镇流器控制组该组主要表现出DALI智能照明控制系统对白炽灯、卤素灯等传统热辐射发出可见光的电光源的使用性以及对这类灯的可控性。如图3-7所示，该模块预设置了白炽灯、射灯、天花节能灯各一盏，分别由低压卤素灯DALI数字可调光变压器和白炽灯DALI上沿和下沿移相调光器分别控制。通过可触摸控制面板或者计算机设定该组灯组的开关时间、亮度等。图3-7非电子镇流器控制组⑸荧光灯色彩展示组该组主要表现出DALI智能照明系统对灯组的色彩的调节展示。如图3-8,荧光灯色温展示组是在一个长1180mm宽280mm深110mm的槽里构建的一个灯组。里面装有T8型28W三色荧光灯各一支（分别为红、绿、蓝），槽外有用于混色的白色遮光罩盖住。3支荧光灯分别单独使用DALI数字寻址照明接口可调光镇流器控制。通过可触摸控制面板或者计算机分别调节每支荧光灯的色彩亮度，通过遮光罩的混合，达到调节整个灯组色彩变化的效果。图3-8荧光灯色彩展示组2、监测控制部分⑴监测部分监测原件使用一个综合传感器作为对外界光照度或者人的活动的监测。如图3-9所示，本系统使用锐高公司的DSI-SMART监测原件。该原件能够对被监控的环境的光照度进行采样，然后以数字信号传输给控制模块进行灯具的光调节，达到光输出恒定作用。另外，该原件配有完整的检测装置，一个探测器和供选择的红外遥控器（SMART控制器），用于灯具内置和外置安装。图3-10为该原件的实物图［14］。图3-9DSI-SMART监控原件图3-9DSI-SMART监控原件图3-10DSI-SMART监控原件实物图⑵控制部分控制部分由两小部分组成，一为可触摸控制面板DALI-touchPANEL,另一部分由一个场景控制模块和两个可联接普通点动开关组成。如图3-11图3-11展示平台控制部分第一部分可触摸控制面板DALIX-touchPANEL是锐高公司的新产品。如图3-12为该面板的实物图。该面板具有5.7英寸的彩色触摸式屏幕，应用X-touchPANEL的RGBLED作为背光照明。它的控制功能有：手动调光和开关、手动场景选择、时控场景选择序列（最多可设置99个场景）、日历日期控制式场景选择（最多可设置7个日期）、可人工设置各个场景等并能够通过接口对计算机上的软件进行更新［14］。图3-12DALIX-touchPANEL控制面板实物图

第二部分为一个场景控制模块和两个可联接普通点动开关组成，主要负责对灯具的预设好场景的选择和灯具开关控制。如有必要可以增加模块和开关，这样可以实现更多的场景模式的转换和更灵活的灯具开关。如图3-13为四路场景开关模块（SC）,图3-14为两路可联接普通点动开关模块［14］。图3-13DALI四路场景开光模块实物图图3-14DALI两路可联接普通点动开光模块实物图⑶网络连接部分网络连接部分由DALI总线连接出一个转换EIB接口，一个转换USB接口，可实现对EIB总线和计算机的连接。如图3-15。使用一个锐高的DSI-EIB转接口和一个DALI-USB转接口。如图3-16为DSI转换EIB接口、图3-17为DALI转换USB接口［14］。DSI-E1B□ALI-图3-15展示平台网络联接部分图3-16DALIDSI-EIB转换接口实物图 图3-17DALI-USB转换接口实物图3.2学生实验平台本学生实验是一个简单的DALI智能照明控制系统。本实验是上面展示系统的一部分（荧光灯色彩展示模块和控制模块）。我们通过构建一个简单的DALI智能照明控制系统，让学生自己动手对DALI系统的操作，使学生对该系统有一个更深入的认识。如图3-18所示，该系统由荧光灯色彩模块和控制模块组成。首先，我们会预先使用可触摸控制面板DALI-xtouchPANEL对该系统的三盏荧光灯（红、蓝、绿三色）进行寻址和确认。当三盏荧光灯和各DSI-EIB接口、DALI-USB接口的地址确认后，就可以拆除可触摸控制面板（拿到另外一套学生系统使用）。当所有地址确认后，就可以把整个系统给予学生作为实验用系统。学生能够通过计算机设置每盏荧光灯的光亮度，在遮光罩的混色下，可以显示出丰富的色彩。另外，也可以对该系统进行扩展，可加入场景控制模块或者可联接普通点动开关，作为非计算机的控制。当然，这需要预先在可触摸控制面板或者计算机中设定场景模式或者开关状态。a raa itg ^10LSI-EIB呻LI——卫凸口物七DU匚hPftNFL图3