智慧照明控制系统的构建特征与技术及在居家和办公中的应用

1　前言

　　智慧型照明控制系统是提供各式建筑物高操控性并进一步提升建筑物至绿能及层次，是节能与数码科技交流汇集的核心产品。该系统规模弹性十分宽广，从小至十余回路的无主机小规模场合以达数千回路的网路型系统均可使用。这是因为现代建筑和居室内的照明不仅为人们的工作、学习和生活提供良好的视觉条件，而且要利用造型光色营造出具有一定美感的室内环境。于是智能照明控制系统应运而生，随着绿色照明工程计划的实施，智能调控的半导体情景照明系统也逐步得到了发展。尤其是实用易用的新一代数码照明控制系统配合各类型建物特性在居家或办公与商业或公共空间均可构建出各类新型方案。

　　为此本文将对智慧型照明控制系统架构与应用模组和特征作研讨，又着重对照明控制系统的‘智慧技术’的实现作分析，并对智慧型照明控制在居家和办公与商业等建筑空间中的应用作介绍。

　　据此，首先对智慧型照明控制系统架构作研讨。图１为智慧型照明控制系统示意框图。它是使用Ｄ－ｂｕｓ总线路（一对数据通信２Ｃ通信线）贯穿整体建物，经由不同位置装设的高科技的数码开关或造型精美款式多样的各种传统开关，组合成高科技的控制系统，使用人员可在任一地点控制其它位置的控制输出装置。进行开/停或调光场景气氛控制。使用者也可经墙面的彩色触控屏幕，用手机上网方式控制；对于各类建筑物，系统也可与各类中央监控系进行整合连线。

1.1 智慧型照明控制系统方案应用特征与模组的应用

　　由图１可以看出，整个照明控制系统通过Ｄ－ｂｕｓ总线方式将各个组成部件作有机相连，其应用特征如下：

　　（1）红外控制模组应配合红外线 感应器使用，白天为常开或常关，晚上由红外线控制。系统是用一种新型红外线连锁控制，常应用于走道或厕所茶水间等场合，配合节电控制，其本功能必须搭配红外控制模组。可依需要设定为下列两种模式之一：平时为开灯状态，下达关命令时，将根据红外线动作延时；或平时为关灯状态，下达开命令时，将根据红外线动作延时。

　　（2）简易型触控开关为彩色触控屏操作，它与通信转换器配合使用，应与现场回路状态同步，同一系统可在多处安装触控屏。需要说明的是，手机也可以成为远方遥控器。出门在外，通过手机画面即可掌握家中的灯光开关状况或回家前遥控预先开启或屋内的照明。

　　（3）动力设备控制

　　本功能需配合电磁 开关控制模组。并注意电磁开关多应用于较大功率的电机设备或空调机或大功率灯组。本系统不仅可控制照明连同空凋或排烟，其送风机可一起控制。而四回路定址动力控制电模组，可控制及监控四组外接的电磁开关，并是编码设定，含四组１０Ａ电模组，内含１２组状态接点输入，为数码界面和２线式通信。

　　（4）时程控制

　　配合网页式时程控制器在总线上，可以上网方式调整时间表或强制开关。通过上网方式修改时程及遥控。控制方式采用群组为单位，不以个别回路为单位，最多可控制１０个群组。而网页式时程控制器功能表现为：可通过网页方式连线即可规划时程（以周为单位）；它每周可使用２种时间表进行不同时程规划；也可控制对象为１２群，控制全栋多区回路，并可通过网页进行远端监视调整设定及遥控某一群；又可独立操作，无需依赖电脑及网路。

　　（5）遥控器操作

　　在客厅内或家庭剧院内，手持一只遥控器即可操作所有的设施。包含影音电视、音响、ＤＶＤ、 窗帘、投影机及灯光与空调，其中灯光是空间气氛最重要的设备，在遥控器上点选观赏、休息、聚会、宁静、热情、温馨等，营造完全不同风格的空间感。

　　（6）配合传统型开关

　　传统型开关造型及材质选择多元化，便于配合装修设计需要。传统型开关便于日后维护更控；配接回路方式与传统作业方式类似。在回路所在灯光附近可以使用传统型开关配合四回路传统开关定址电模板或三回路凭传统型开关界面器组台，传统型开关仍可以设为进行群控或场景。

　　（7）调光控制

　　该功能需配合调光应用模组，当手动调整旋钮时，灯具跟随旋钮进行调光，当常有场景命令时依场景指令。调光应用模组输出高０~１０Ｖ，需搭配额外之调光型电子安定器或可控硅。而调光应用模组是配合节能应用或是会议室、客厅气氛使用；其位址可设定１～６４，有８组场景设定，４组ＤＣＯ～１０Ｖ输出连接调光 镇流器或可控硅，工作电压为ＡＣ　１８Ｖ/ＤＣ　２４Ｖ，４组0～１０ｖｄｃ输入端子连接本地调节钮，数码界面、２线式通讯，调光应用模组额定容量为３００ＶＡＣ/２０Ａ.

　　（8）日光节电控制

　　节能应用：户外照明强烈时临近窗边或屋顶的灯回路可以自动调节较暗，并依据时间表调节户外灯光强度，并应与温度控制开关配合使用。其温度控制开关功能为超过一定温度时可以通过Ｄ－ｂｕｓ总线发出特别群开或群关命令，用以控制空调设备供电与否，常用于空调节能管理，它内含温度传感器，控制电源为８Ａ/２２０ＶＡＣ.

　　（9）空调温度节电控制

　　应与温度控制开关配合使用。它在２７℃以上开始供电２３℃温度过低时即断电，正常工作范围在２３℃~２７℃之间。节能应用：当室外气温到达２７℃以上时，才开放该区的空调供电，当户外温度低于２４℃则暂停空调供电。

　　（10）中控系统整合控制应与通信转换器配合使用。系统提供通信开放协定（ＭＯＤｂｕｓ），供各类型楼宇自控系统整合，可同步回应主系统目前各回路状态和接受系统控制命令。其通信转换器可提供ＲＳ４８５～ＲＳ２３２转换功能，最大１６节点ＬＴ定址（回路数６４回），具备ＲＳ４８５或ＲＳ２３２界面之Ｄ－ＢＵＳ网关，通讯速度为９６００Bit.

　　（11）多处操作

　　全系统允许在多处所对指定回路道行操控。在数码开关上或触控荧幕上，可以同步显示对应回路的ｏｎ／ｏｆｆ状态，按一次为开，再按一次为关。

　　（12）场景控制

　　对指定之各回路决定为开/关，或预约调光度以营造一种空间气氛。按一次同群组成员为开，部分为关，部分为调节强度。

　　（13）群控操作

　　采用同开同关操作，例如上班时，按上班按钮，将所有办公室及门厅照明开启，下班时，再按下班按钮即可开关。ＬＴ４５００输出高０~１０Ｖ，需搭配额外的调光型电子安定器或可控硅。各分回路通过设定方式结合为一群组，按一次同群组各回路一齐开一齐关。

　　智慧型照明控制系统除上述应用特征与模组外，还有配平面圆形照明监控软件、专用定时器、变压器及１６回路弹性照明控制器等。

　　下文分析的是在智慧型照明控制系统的‘智慧’在技术上如何实现。

1.２ 智慧型照明控制系统的“智慧”技术的实现

　　当今ＤＳＰ、１６位单片微控制器等芯片均是实现“智慧”技术核心的有效选择，然而从高性价比的角度出发，其Ｓｐａｒｔａｎ－４　ＦＰＧＡ型芯片是作为“智慧”技术核心的选择是比较理想的。原因是现场可编程阵列（ｆｉｅｌｄ　ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ｇａｔｅ　ａｒｒａｙ，ＦＰＧＡ）是一种嵌入式ＩＣ，使用计算元件可配置 矩阵，以硬件的逻辑进行软件设计。与传统微处理器和ＤＳＰ的固定计算功能不同，ＦＰＧＡ设备重新布置内部结构以执行计算任务。ＦＰＧＡ在设计上是完全平行的，因此很多应用子系统可以使用专门硬件资源，独立同步运行。在ＦＰＧＡ构造当中，将软件代码转化成高度优化的硬件的实施方法被称作合成。由于可能有多种硬件实施方法可以满足要求，ＦＰＧＡ编译器可以进行复杂的优化、路径选择和确认。设计采用信息流的形式。ＬＥＤ灯光控制系统的主芯片采用Ｓｐａｒｔａｎ－４　ＦＰＧＡ芯片，片上拥有丰富的存储器资源和用于实时数据运算的硬件乘法器资源，这些逻辑资源为复杂的情景照明控制和智能控制策略提供了充足的硬件基础，同时ＦＰＧＡ性能稳定，极少出现死机现象。图２为Ｓｐａｒｔａｎ－４　ＦＰＧＡ型芯片在智慧ＬＥＤ灯光系统中应用。

　　图２中ＬＣＤ面板为用户提供交互信息显示，根据不同的设计要求，可以用按键输入或触模屏方式输入控制参数。情景模式数据存储在Ｆｌａｓｈ之中，并可以通过ＵＳＢ－ＲＳ　２３２接口，由台式或笔记本软件进行查询与修改，以方便系统功能的在线升级。ＲＡＭ存储器根据实际需求，选择ＳＲＡＭ或ＳＤＲＡＭ，主要用来进行复杂运算的临时数据存储，或者作为在ＦＰＧＡ中实现嵌入式处理器ＮＩＯＳⅡ时所必需的外部存储器。

　　（1）控制系统中的Ｉ/Ｏ扩展主要用于实现红外遥控功能和有线遥控面板功能。在房间较多和较大时，有必要多扩展出一些控制面板，以方便使用；在要求较高的场合也可以使用红外遥控方式，将红外接收 探头分布到所有要控制的范围内，就可以方便地进行情景照明控制。

　　利用ＦＰＧＡ的丰富逻辑资源，可以将外围电路设计的复杂度降低，数字信号处理可提高可靠性并增强智能化程度。在控制盒中，可以集成诸如色温、亮度、闪烁、眩彩模式、儿童房间和情绪等参数控制，并可独立设定触发这些情景照明模式的条件，利用台式或笔记本电脑软件，不仅可以控制所有的 灯头，而且可以将所有灯头的运行状态参数记录下来，根据厂家提供的ＬＥＤ参数衰减规律，在适当的时期自动修改ＬＥＤ的驱动参数，可以补尝照明特性的衰减。

1.３　智慧型照明控制与建筑空间的构建与应用

　　应该说智慧型照明控制系统是提供各式建筑物高操控性并进一步提升建筑物至绿能及层次与节能及数码科技交流汇集的核心产品。由以上分析可知，其智慧调控的半导体室内情景照明技术将半导体照明技术与现代智慧照明系统的设计理念相结合，并在家庭和智能大厦室内构建出各智慧型照明控制与建筑空间照明方案。

　　（1）家庭空间灯光的多元化

　　 智能家居或数码无疑是网络时代改变居家生活的最新奇的发明，灯光控制不再受限于过去一个开关对一盏灯的死硬配对关系；智慧型灯控重新改变人们对开关的看法；使生活更有情调也更方便。智慧型照明控制系统可以巧妙整合传统开关与数码开关；也可搭配各式数码对讲主机或整合式遥控器或彩色触控屏，使家居操控更多元化、更方便。

　　如出门前在停车区轻触按钮即可开关客厅或房间的照明，回家时轻触按钮即可将沿路的照明预先开启（如图3（ａ）所示）。设计时巧妙运用照明特性，可以使相同空同展现出完全不同的空间情调；使居家生活更多元活泼生动（见图3（ｂ）所示）；卧室内轻触床边按钮即可如阅读或欣赏视频所需的情境灯光组合，临睡前轻触控床边按钮，即可关闭客厅与走道或庭园的各式照明，而不必起身；预先规划好所需的情境模式，轻触彩色触控屏幕即可实现宾客或聚会或欣赏节日或阅读书报等不同情境灯光的选择（见图3（ｃ）所示）。

　　（2）公共空间新要求

　　企业办公大楼、图书馆、车站机场、政府建筑、体育场、校园、美术馆、培训中心、停车场会展中心等占地宽广，其空间特性多元，使照明及空调设施不易掌控。因此，需要省力化的操控管理或时程自动控制，并进一步配合绿化节能的诉求，探取相应的节能控制功能。

　　如管理员在柜台旁的彩色触控屏上，即可掌握并控制全区公共照明与空调回路，无需四处奔走，显现节能且智能的高科技效能。会议室或多功能厅可以配合开会或展示或简报的不同需求，进行场景模式灯光控制，利用墙边的触控屏和分区的数码开关可以选择所需的情境灯光组合；在上班高峰时段照明回路开启，傍晚后进入离峰时段，配合红外感应，人来灯亮人走灯灭。在接待柜台或警卫区或控制室内，经彩色触控屏可集中掌握各分区的照明现况，也可遥控进行；而各分区现场地可设本地开关就近控制。各分区回路配合作息需要，适时自动依预设时间表开停各回路灯光；临时有特别活动时，也可以利用上网方式遥控或修定时间表，大幅简化控制的复杂度。手机也可以成为远方遥控器，出门在外，透过手机画面即可掌握家中的灯光开关状况或回家前遥控预先开启屋内的照明。

　　（3）商业空间舒适方便

　　餐厅、剧院、会议中心、购物中心、商店、医院、酒店或汽车旅馆、娱乐休闲区域等楼层多、空间广的建筑物，需要省力的操控管理或自动控制，也需要配合营业活动需要进行情境照明控制。酒店客房内，轻触床边的 按钮开关即可改变客房不同的照明情境。如温馨、电视欣赏、晚安（如图4所示）。

　　（4）办公室应具有弹性间隔照明控制功能

　　为适应发展与变化，办公室应具备弹性间隔照明控制的功能，如出租型办公大楼，因承租单位的间隔布置变更需要；或企业集团办公大楼，因部门组织调整，间隔布局也随之变更；系统可配合新布局所设的传统型开关需强性配对所需的灯控回路组合；而无需更改天花板内的灯具变化的配电回路控制；解决物业管理单位对新客户所需的服务困扰，也减少因更改电气回路出现安全隐患。由此可见，办公室应具有弹性间隔照明控制功能。

2 结束语

　　智慧照明控制系统通过总线通信来实现控制，系统并配合编程序控制模块。它的优点在于控制线与灯具 电源线分置，照明电源控制模块之间和开关控制器之间通过总线连接，使各个分散的操作元件有机地结合起来，于是，照明电源线路与开关控制回路不再是传统的一一对应关系，而是形成开放的控制关系。

　　智慧照明控制系统对于小规模应用（如智能家居宴会厅等），使用者可以自行设定各开关与控制回路的情境组合，而无需依赖特殊软件或工具.