智能照明控制技术及发展

１ 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。

常规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。

控制律可以嵌入对象之中成为被控系统的一部分。

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分组成：现场控制级设备、传感器、通信信号传输系统，以下就这三部分内容进行分析阐述。

２ 现场控制级设备（１）现场控制设备的种类：◆　智能开关／继电器◆　调光器◆　可调光电子镇流器◆　智能灯具（光源）（带ＣＰＵ）◆　控制面板（带ＣＰＵ）（２）各种控制设备应满足下列要求：◆　保护功能：光源软启动、热态自动延时启动、软关断、电源电压浪涌限制◆　状态参数检测（故障检测）◆　电源异常状态时启动应急照明（３）调光装置①　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。

②　后沿相控调光器它采用功率型ＭＯＳＦＥ或ＩＧＰＴ作为开关器件，后沿斩波浪涌电流小谐波小，但控制电路较复杂、成本偏高。

③　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。

它可以驱动不同的负载：金卤灯、日光灯和其他气体放电灯。

与不同阻抗特性的照明负载相匹配的调光器，见表１。

【摘 要】近几年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比以往更多的关注，促使照明控制技术突飞猛进地发展，且其应用也日益广泛。

我们目前执行的设计标准中对照明控制都有明确的规定：《建筑照明设计标准》（ＧＢ５００３４－２００４）、《城市道路照明设计标准》（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较，以利于夜景规划与照明设计人员选用。

智能照明控制技术及发展文　■　同济大学 俞丽华注：后沿相控调光器不可误用于电感性负载，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。

照明负载输入端等效阻抗略微呈电感性略微呈电容性纯电阻性表１应配用调光器的类型前沿相位控制调光器后沿相位控制调光器前沿或后沿相位控制均可举例白织灯、霓虹灯、带有合适变压器的低压灯带功率因数补偿的荧光灯和多种电子变压器（４）可调光电子镇流器它是采用调频或脉宽调制（ＰＷＭ）方式，调节荧光灯灯管的输入功率，从而达到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。

３ 传感器不同的控制策略采用不同的传感器。

目前常用的如下：（１）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。

（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：◆　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。

◆　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。

◆　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，以应付事先不可预知的使用要求。

目前用得较多的是这一类。

４ 通信、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大系统：４．１ 计算机网络系统（１）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大致可分为：◆　集中式——星形拓扑（以中央控制节点为中心）。

◆　集散式——主要为星形拓扑（多层次），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。

◆　分布式——主要为总线拓扑。

在分布式系统中处于最末端的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。

提高了可靠性，增加了灵活性且降低了成本。

（２）通信协议过去每个设备制造厂家都有自已的通信协议，现多数认同的协议有：①　ＤＡＬＩ系统ＤＡＬＩ是英文Ｄｉｇｉｔａｌ　Ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ　Ｌｉｇｈｔｉｎｇ　Ｉｎｔｅｒ－ｆａｃｅ的缩写，意为数字式可寻址照明控制接口标准。

它是一种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。

在欧洲已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（ＥＮ６０９２９附录Ｅ）。

它支持“开放系统”的概念，不同制造厂商的产品可以互连，只要它们遵守ＤＡＬＩ标准。

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，我们称其为ＤＡＬＩ系统。

ＤＡＬｌ系统的性能（功能）价格比高于１～１０Ｖ系统，低于复杂的总线系统。

ＤＡＬＩ系统可以通过ＤＡＬＩ／１～１０Ｖ转换器实现对带有１～１０Ｖ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。

②　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理平台上实现。

ＥＩＢ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，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、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。

采用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。

③　ＴＣＰ／ＩＰ（传输控制协议／网际协议）ＴＣＰ／ＩＰ是一种网络通信协议，它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，可以形象地理解为有两个信封：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大信封里，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，若发现差错，ＴＣＰ将会要求重发。

因此ＴＣＰ／ＩＰ在因特网中几乎可以无差错地传送数据。

对因特网用户来说，并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。

采用ＴＣＰ／ＩＰ协议的智能照明控制系统有产品，例如：ＨＤＬ－ＢＵＳ世奇智能环境艺术照明控制系统。

４．２ 无线网络系统（１）ＧＳＭＧＳＭ全名为：Ｇｌｏｂａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　Ｍｏｂｉｌｅ　Ｃｏｍ－ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，中文为全球移动通信系统，俗称“全球通”。

由欧洲开发的数字移动电话网络标准，它的开发目的是让全球各地共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球。

ＧＳＭ系统包括ＧＳＭ９００：９００ＭＨｚ、ＧＳＭ１８００：１８００ＭＨｚ、ＧＳＭ１９００：１９００ＭＨｚ等几个频段。

（２）ＧＰＲＳＧＰＲＳ——Ｇｅｎｅｒａｌ　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，提供端到端的、广域的无线ＩＰ连接。

通俗地讲，ＧＰＲＳ是一项高速数据处理的技术。

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渡技术，但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。

（３）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记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分：数据传输速率低；功耗低；成本低；时延短；安全；网络容量大；优良的网络拓扑能力；有效范围小：有效覆盖范围１０～７５ｍ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ＩＥＥＥ　８０２．１５．４标准的发布，世界各大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，构成布线成本极低，全数字无线寻址全双工通信的照明控制系统。

当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网。

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。

４．３ 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：５０ＫＨｚ～２００ＫＨｚ。

由于４００Ｖ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，可有效地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。

我国见到的研究资料有：①　北京交通大学电气工程学院采用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，低压电力线路载波通信芯片嵌入电子镇流器——基于电力线载波的可调光电子镇流器。

②　哈尔滨工业大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，已应用于“远程全数字路灯监控与管理系统”中。

５ 智能照明控制系统的发展方向（１）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。

（２）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，是很有发展前途的。