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智能照明系統(tǒng)方案開(kāi)發(fā)
20世紀(jì)90年代初，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)于工作生活環(huán)境、能源節(jié)約更高的要求，在一些建筑物中的重要場(chǎng)所，簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)控制已不能滿(mǎn)足需求，從而產(chǎn)生了智能照明控制方式。照明控制已不再簡(jiǎn)單歸屬于樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)。所謂智能照明控制，就是根據(jù)某一區(qū)域的功能、每天不同的時(shí)間、室內(nèi)外亮度或該區(qū)域的用途來(lái)自動(dòng)控制照明設(shè)備，并能夠?qū)崿F(xiàn)集中統(tǒng)一管理與監(jiān)控的功能，結(jié)合現(xiàn)代照明技術(shù)與照明藝術(shù)，科學(xué)地管理照明設(shè)備，讓人們不僅在照明技術(shù)參數(shù)指標(biāo)方面達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求，而且在舒適、明亮并富有藝術(shù)魅力的照明環(huán)境工作和生活。
樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)照明的分區(qū)自動(dòng)控制，但它僅限于對(duì)照明回路的開(kāi)關(guān)控制。智能照明控制系統(tǒng)以環(huán)境調(diào)光為特色，用弱電的數(shù)字信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)強(qiáng)電的模擬電壓輸出，使照明亮度連續(xù)可調(diào)，同時(shí)，又利用計(jì)算機(jī)可存儲(chǔ)的特點(diǎn)，將設(shè)定的照明參數(shù)、時(shí)間參數(shù)預(yù)先存儲(chǔ)起來(lái)，達(dá)到可預(yù)置場(chǎng)景調(diào)光以及完成前面提到的各種控制功能。為了能更好地了解智能照明的相關(guān)技術(shù)，我們必須先建立起有關(guān)智能照明控制和傳統(tǒng)照明控制的一些概念。
一、智能照明系統(tǒng)簡(jiǎn)介
智能照明控制系統(tǒng)是包括了強(qiáng)電和弱電控制的一體化、不可分割的控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)的照明控制系統(tǒng)是典型的強(qiáng)電控制系統(tǒng)，它的選型配置首先取決于照明回路的數(shù)量、負(fù)載的容量、負(fù)載的類(lèi)型，這決定了系統(tǒng)的投資主體。它的安裝、調(diào)試也都必須與照明供電及負(fù)載回路緊密結(jié)合。樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中的照明控制是通過(guò)計(jì)算機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，執(zhí)行端用接觸器控制照明回路，是一個(gè)典型的弱電控制強(qiáng)電的系統(tǒng)。智能照明控制在智能建筑中的定位是比較靈活的，當(dāng)它作為獨(dú)立的照明控制系統(tǒng)出現(xiàn)時(shí)，既可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的照明控制，也可以提供與樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的接口，實(shí)現(xiàn)弱電系統(tǒng)對(duì)照明的控制，當(dāng)它作為樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的一部分出現(xiàn)時(shí)，照明系統(tǒng)又有較大的獨(dú)立性，完全可以脫離智能建筑系統(tǒng)獨(dú)立工作。所以，無(wú)論是把智能照明控制系統(tǒng)劃歸“強(qiáng)電”還是劃歸“弱電”，必須要注意到客觀(guān)上它與強(qiáng)弱電各方的關(guān)系。
二、智能照明系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域
智能照明和一般常規(guī)照明相結(jié)合、智能照明和樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)相結(jié)合。如果將一個(gè)建筑物的所有場(chǎng)所都納入智能照明控制系統(tǒng)，這樣從造價(jià)、實(shí)用性等多方面考慮都是不可能的和不現(xiàn)實(shí)的。一般講，像賓館大堂、展覽大廳、體育館、報(bào)告廳和多功能廳等大型場(chǎng)所，宴會(huì)廳、電視電話(huà)會(huì)議室、多媒體交流廳以及指揮中心等中型場(chǎng)所，貴賓接待室、小會(huì)議室、領(lǐng)導(dǎo)辦公室等小型場(chǎng)所，以及景觀(guān)照明場(chǎng)所等，都是納入智能照明控制系統(tǒng)的首選場(chǎng)所。
智能照明應(yīng)該突出降低電能消耗的功能。除了上面提到的智能照明場(chǎng)所外，從降低照明電能消耗方面考慮，應(yīng)對(duì)道路照明、公共場(chǎng)所等的照明采用智能照明控制，以降低電能消耗。
三、智能照明系統(tǒng)的功能特點(diǎn)
（1）集中控制和多點(diǎn)操作功能。在任何一個(gè)終端均可控制不同位置的燈具，或者是在不同的終端可以控制同一盞燈。使用各種方式管理燈光控制系統(tǒng)，用戶(hù)可以使用最簡(jiǎn)便的方法在任意時(shí)候、任意地點(diǎn)控制自己房間中的設(shè)備。
（2）軟啟動(dòng)和軟關(guān)斷功能。白熾燈的燈絲處于冷態(tài)時(shí)的電阻值要比熱態(tài)時(shí)小很多。據(jù)測(cè)算，燈絲啟動(dòng)電流可以達(dá)到工作電流的14倍以上。僅僅用開(kāi)關(guān)方式把燈打開(kāi)，燈絲中將通過(guò)非常大的電流，造成沖擊，這就是很多白熾燈在開(kāi)燈的瞬間容易燒壞的原因。
通過(guò)把燈慢慢地調(diào)亮到設(shè)定的水平，稱(chēng)為軟啟動(dòng)，燈光慢慢地熄滅稱(chēng)為軟關(guān)斷。開(kāi)燈時(shí)，燈光由暗漸漸變亮；關(guān)燈時(shí)，燈光由亮漸漸變暗，避免亮度的突然變化刺激人眼，給人眼一個(gè)緩沖，保護(hù)眼睛，而且避免大電流和高溫的突變對(duì)燈絲的沖擊，保護(hù)燈泡，延長(zhǎng)燈具的使用壽命。
（3）能成功抑制電網(wǎng)的浪涌電壓。具備電壓限定和軛流濾波等功能，避免過(guò)電壓和欠電壓對(duì)光源的損害。結(jié)合照明燈具的軟啟動(dòng)和軟關(guān)斷，可以延長(zhǎng)燈泡的壽命。降低燈泡的亮度也可以延長(zhǎng)燈泡的壽命。減低10%的亮度，燈泡可以延長(zhǎng)1倍的壽命，而減少50%，可以延長(zhǎng)到20倍。
延長(zhǎng)光源壽命不僅可以節(jié)省大量資金，而且大大減少更換燈管的工作量，可以降低照明系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，管理維護(hù)也簡(jiǎn)單。無(wú)論是熱輻射光源，還是氣體放電光源，電網(wǎng)電壓的波動(dòng)是光源損壞的一個(gè)主要原因。因此，有效地抑制電網(wǎng)電壓的波動(dòng)可以延長(zhǎng)光源的壽命。
（4）燈光明暗調(diào)節(jié)功能。無(wú)論是在會(huì)客、看電視、聽(tīng)音樂(lè)或與家人在一起或獨(dú)自思考，調(diào)節(jié)不同燈光的亮度，更能創(chuàng)造舒適、寧?kù)o、和諧、溫馨的氣氛，可以通過(guò)本地開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行光的調(diào)亮和調(diào)暗，也可以利用集中控制器或者是遙控器，只需要按鍵或進(jìn)入功能設(shè)置，就可以調(diào)節(jié)光的明暗亮度，達(dá)到預(yù)期的照明效果。
（5）全開(kāi)全關(guān)和記憶功能。整個(gè)照明系統(tǒng)的燈可以實(shí)現(xiàn)一鍵全開(kāi)和一鍵全關(guān)的功能。當(dāng)在入睡或者是離家之前，按一下全關(guān)按鈕，全部的照明設(shè)備將全部關(guān)閉。
（6）定時(shí)控制功能。通過(guò)日程管理模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光的定時(shí)開(kāi)關(guān)。例如，辦公樓可以根據(jù)工作的前后、休息、打掃等不同時(shí)間段，執(zhí)行時(shí)間照明控制程序，對(duì)辦公室、過(guò)道、走廊的燈光進(jìn)行統(tǒng)一地管理，既節(jié)約能源，又便于管理。例如在起居室中，可根據(jù)時(shí)間設(shè)定23:00后，場(chǎng)景照明自動(dòng)切換到睡前場(chǎng)景照明。睡覺(jué)前還可以從集中顯示器中查看各房間的燈是否關(guān)閉。
（7）場(chǎng)景設(shè)置。對(duì)于固定模式的場(chǎng)景無(wú)需逐一開(kāi)關(guān)燈和調(diào)光，只進(jìn)行一次編程，就可以按一個(gè)鍵控制一組燈，這就是場(chǎng)景設(shè)置功能。只需一次輕觸操作即可實(shí)現(xiàn)多路燈光場(chǎng)景的轉(zhuǎn)換，還可以得到想要的燈光和電器的組合場(chǎng)景。智能照明控制系統(tǒng)借助各種不同的“預(yù)設(shè)置”控制方式和控制組件，對(duì)不同時(shí)間不同環(huán)境的光照度進(jìn)行精確設(shè)置和合理管理，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。這種自動(dòng)調(diào)節(jié)照度的方式，充分利用室外的自然光，只有當(dāng)必需時(shí)才把燈點(diǎn)亮或點(diǎn)亮到要求的亮度，利用最少的能源保證所要求的照度水平，節(jié)電效果十分明顯，一般可達(dá)30%以上。
（8）本地開(kāi)關(guān)。可以按照平常的習(xí)慣直接控制本地的燈光。根據(jù)需求，開(kāi)關(guān)可以任意設(shè)定所需控制對(duì)象，比如門(mén)廳的按鈕可以用來(lái)關(guān)閉所有的燈光，既節(jié)能、安全，又非常方便。
（9）紅外、無(wú)線(xiàn)遙控。在任一個(gè)房間，用紅外手持遙控器控制所有聯(lián)網(wǎng)燈具(無(wú)論燈具是否處在本房間內(nèi))的開(kāi)關(guān)狀態(tài)和調(diào)光狀態(tài)，不需要進(jìn)入房間后開(kāi)燈，在進(jìn)入任一間居室前就可以用遙控器打開(kāi)燈光。
（10）遠(yuǎn)程公共數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)控制。通過(guò)任何一部普通電話(huà)或手機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光或場(chǎng)景的遠(yuǎn)程控制。該功能可以模擬主人不在家的燈光狀況，以迷惑可能出現(xiàn)的竊賊。
（11）照明系統(tǒng)還有停電自鎖的功能。當(dāng)家里停電，來(lái)電以后所有的燈將保持熄滅狀態(tài)。智能照明系統(tǒng)還能夠和安防系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。當(dāng)有警情發(fā)生時(shí)候，設(shè)置在家里陽(yáng)臺(tái)上的燈會(huì)不停閃爍報(bào)警。
四、智能照明的系統(tǒng)組成
智能照明控制系統(tǒng)由控制對(duì)象與控制器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)組成。整個(gè)系統(tǒng)由三部分組成:現(xiàn)場(chǎng)控制單元、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)單元、信號(hào)傳輸及系統(tǒng)管理單元，智能照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
1、智能照明系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)控制單元
現(xiàn)場(chǎng)控制單元包括智能開(kāi)關(guān)/繼電器、調(diào)光器、可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器、智能燈具、控制面板、時(shí)鐘管理器等控制裝置?？刂蒲b置應(yīng)具有光源軟啟動(dòng)、熱態(tài)自動(dòng)延時(shí)啟動(dòng)、軟關(guān)斷、電源電壓浪涌限制等保護(hù)功能、狀態(tài)參數(shù)檢測(cè)的檢測(cè)功能及電源異常狀態(tài)時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急照明功能。
（1）智能繼電器：智能繼電器用來(lái)直接控制照明設(shè)備供電線(xiàn)路的開(kāi)啟與關(guān)閉，它是一種執(zhí)行裝置。6路智能開(kāi)關(guān)模塊接線(xiàn)示意圖如圖2所示。通過(guò)RS-485網(wǎng)絡(luò)接收智能主機(jī)或智能控制面板，經(jīng)過(guò)微控制器的控制程序分析、解碼、計(jì)算后來(lái)驅(qū)動(dòng)各路繼電器線(xiàn)圈，從而達(dá)到控制繼電器吸合與斷開(kāi)的目的。它具有本地手動(dòng)開(kāi)啟、輸出狀態(tài)顯示、場(chǎng)景模式存儲(chǔ)等功能。
（2）調(diào)光控制器：調(diào)光模塊是控制系統(tǒng)中的主要設(shè)備。它的主要功能是對(duì)不同功能的燈具進(jìn)行配電、無(wú)級(jí)連續(xù)調(diào)光和開(kāi)關(guān)控制。能適應(yīng)電源電壓、頻率的變化，具有抑制電磁干擾，改善電源電壓輸出波形，防止高啟動(dòng)電流和熱沖擊，以及通過(guò)軟啟動(dòng)特性和軟關(guān)斷技術(shù)來(lái)保護(hù)燈具、延長(zhǎng)燈具壽命。調(diào)光控制又分為:前沿相控調(diào)光方式(可控硅調(diào)光控制器)、后沿調(diào)光控制方式(MOS管調(diào)光器)、正弦波電壓變換調(diào)光器以及可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器是采用調(diào)頻或脈寬調(diào)制(PWM)方式，調(diào)節(jié)熒光燈燈管的輸入功率，從而達(dá)到改變熒光燈輸出光通的目的。目前熒光燈可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器己較成熟，金鹵燈的可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器還在發(fā)展中，目前已推出的是配陶瓷金鹵燈的，功率在400 W以下。六路熒光燈調(diào)光模塊接線(xiàn)示意圖如圖3所示。
（3）控制面板：智能照明中的控制面板相當(dāng)于傳統(tǒng)照明系統(tǒng)中的照明開(kāi)關(guān)，安裝在便于操作的地方。人們可以通過(guò)操作控制面板上的按鈕，來(lái)啟動(dòng)照明系統(tǒng)中的燈光控制回路組合或調(diào)用預(yù)設(shè)置和記憶在調(diào)光模塊和開(kāi)關(guān)模塊中的某個(gè)燈光場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中由不同的照明回路、不同的亮暗搭配而成的燈光效果。
（4）時(shí)鐘管理器：用于一周或一年內(nèi)復(fù)雜照明事件和任務(wù)的時(shí)序設(shè)定，可對(duì)客廳、餐廳、臥室、洗手間、走廊、景觀(guān)照明等系統(tǒng)具有周期性控制特點(diǎn)的場(chǎng)所實(shí)施時(shí)序控制。一臺(tái)時(shí)鐘管理器可管理多個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域可有多個(gè)回路、多個(gè)場(chǎng)景。此外，還有液晶顯示觸摸屏。
2、智能照明系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)單元
主要包括智能傳感器、電壓、電流檢測(cè)單元等，是系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)照明智能管理的自動(dòng)信息傳感元件，具有動(dòng)靜檢測(cè)、照度動(dòng)態(tài)檢測(cè)和接收紅外線(xiàn)遙控三種功能。不同的控制策略采用不同的傳感器。
（1）光電傳感器：采用光電池將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，但其輸出信號(hào)一般較小，必須加調(diào)理電路，可利用來(lái)檢測(cè)環(huán)境的照度或亮度，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的照度(亮度)值來(lái)控制燈的開(kāi)關(guān)或調(diào)光。
（2）靜動(dòng)傳感器：①無(wú)源紅外傳感器，可探測(cè)運(yùn)動(dòng)的人員發(fā)出的熱量(紅外)變化；②超聲波傳感器，可探測(cè)由移動(dòng)人員的反射產(chǎn)生多普勒效應(yīng)引起的頻率改變；③無(wú)源紅外與超聲波結(jié)合的傳感器。由于無(wú)源紅外傳感器有檢測(cè)死區(qū)，超聲波傳感器非常敏感易受干擾，源紅外與超聲波結(jié)合的傳感器是將兩者結(jié)合的雙項(xiàng)技術(shù)傳感器，做到了功能互補(bǔ)、克服了兩種傳感器的不足，能夠完成事先不可預(yù)知的使用要求。
3、智能照明系統(tǒng)的信息傳輸系統(tǒng)
智能照明控制系統(tǒng)與工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上基本相同，大致可分為監(jiān)控層和現(xiàn)場(chǎng)層。各層之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換，實(shí)現(xiàn)各種照明控制。與工業(yè)控制系統(tǒng)大量使用標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議不同，智能照明更加注重照明產(chǎn)品的功能化和專(zhuān)業(yè)化，各生產(chǎn)廠(chǎng)家的產(chǎn)品更多采用自主的總線(xiàn)技術(shù)和通信協(xié)議。
五、智能照明系統(tǒng)方案總結(jié)
智能照明控制系統(tǒng)是一個(gè)由中央控制器、主通信干線(xiàn)、分支、信息接口及控制終端等部分構(gòu)成的對(duì)各照明區(qū)域控制和信號(hào)采樣的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。智能照明的控制終端由各類(lèi)調(diào)光模塊、控制面板、照度動(dòng)態(tài)檢測(cè)器及動(dòng)靜探測(cè)器等元件構(gòu)成，對(duì)各區(qū)域分別實(shí)施不同的具體控制，主控制器和終端之間通過(guò)信息接口等連接，實(shí)現(xiàn)控制信息的傳輸。智能照明控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)照明系統(tǒng)的集中或分散式的控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)燈具的合理使用，對(duì)于節(jié)約用電、提高照明質(zhì)量、延長(zhǎng)燈具壽命、減少導(dǎo)線(xiàn)使用都具有現(xiàn)實(shí)意義。
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