張鈺唯 葉煒 許煜

(浙江大學(xué)控制系，杭州 310027)

1 引言

照明是利用各種光源照亮工作和生活場所或個別物體的措施，利用太陽和天空光的稱“天然采光”，利用人工光源的稱“人工照明”。照明控制是對照明使用光的質(zhì)和量的駕馭，對包括人工光源和自然光源在內(nèi)的各種光源的使用狀態(tài)進行調(diào)整，以實現(xiàn)更舒適、更優(yōu)美、更節(jié)能的照明環(huán)境的具體手段。當(dāng)我們把多個調(diào)整照明的手段整合在一起，并使它們之間互相協(xié)調(diào)工作，以達到控制照明這一目的時，就組成了一個照明控制系統(tǒng)。

隨著科技的發(fā)展和人們物質(zhì)、精神生活水平的提高，照明不僅僅是滿足人們視覺上明亮的要求，還要滿足藝術(shù)性要求，要創(chuàng)造出豐富多彩的意境，給人們以視覺享受。自1973年世界上發(fā)生第一次能源危機以來，國際上對照明節(jié)能的逐漸重視起來，并提出了“綠色照明”理念，在發(fā)展綠色照明工程的過程中照明控制起到了非常重要的作用，這也在很大程度上促進了照明控制技術(shù)的發(fā)展。目前，照明已經(jīng)從一種功能性安排轉(zhuǎn)變?yōu)閷崿F(xiàn)功能、創(chuàng)造藝術(shù)、改善環(huán)境、引導(dǎo)行為的復(fù)雜系統(tǒng)，因而要求照明控制兼顧安全、可靠、靈活、經(jīng)濟等諸多方面。

2 照明控制方式

照明對人類的重要性不言而喻，但目前擺在人類面前更大的困惑是日益枯竭的能源，以及發(fā)電、生產(chǎn)過程中對環(huán)境造成的污染，選擇一個合適的照明控制方式是非常重要的。正確的照明控制方式是實現(xiàn)照明藝術(shù)性和舒適性的有效手段，是節(jié)約能源的有效措施［1］。

(1)蹺板開關(guān)控制

蹺板開關(guān)設(shè)置于門口，對于面積較大、燈具較多的房間，采用雙聯(lián)、三聯(lián)、四聯(lián)開關(guān)或多個開關(guān)控制。對于樓道和樓梯照明，多采用雙控方式，使得在任意入口處都可以控制照明燈具。

(2)空氣開關(guān)控制

小型空氣開關(guān)控制在本質(zhì)上類似于蹺板開關(guān)控制，主要用于燈具容量、數(shù)量較大的場所或者室外環(huán)境，如停車庫、大教室、室外路燈、景觀照明等。

(3)定時開關(guān)、聲光控開關(guān)等節(jié)能型開關(guān)控制

對于住宅、公寓樓梯等公共區(qū)域的照明開關(guān)適宜采用紅外移動探測加光控開關(guān)。也可采用智能定時器，按照工作時間及非工作時間不同的時間段切換不同的燈光組合，在滿足需要的前提下投入最少的燈。

(4)手動遙控控制

通過紅外線遙控器，實現(xiàn)在正常狀態(tài)下對各區(qū)域內(nèi)的照明燈具進行手動控制和區(qū)域場景控制。

(5)場景控制

用戶預(yù)設(shè)多種場景，按下一個按鍵，即可調(diào)用到想要的場景，可實現(xiàn)根據(jù)場景需要投入適量的燈具工作，避免浪費。

(6)動靜探測控制

在特定場所或整棟樓宇，根據(jù)人員走動情況對照明燈具進行控制的一種方式。通過調(diào)光模塊和動靜探測器等電氣元件實現(xiàn)照明燈具的自動開關(guān)控制。

(7)恒照度控制

通過調(diào)光模塊和照度動態(tài)檢測器等電氣元件來控制照明場所內(nèi)相關(guān)燈具的開或關(guān)，保持場所的照度不會隨日照等外界因素的變化而改變，始終維持恒定。

3 照明燈具的控制技術(shù)

照明燈具的控制可分為開關(guān)控制和調(diào)光控制，實際上“開”和“關(guān)”控制是調(diào)光控制中的兩個極端，從這個意義上講開關(guān)控制也可屬于調(diào)光控制范圍。調(diào)光控制可調(diào)節(jié)燈具的亮度，調(diào)光的軟啟動和限壓技術(shù)可保護昂貴的燈具不受電沖擊損害，延長燈具的工作壽命，降低運行成本和維護費用，同時調(diào)光還可節(jié)省大量電能。

按發(fā)光原理劃分，照明光源通?？煞譃闊彷椛涔庠春蜌怏w放電光源，其典型的光源分別為白熾燈和熒光燈。對于熱輻射光源來說，只需要調(diào)節(jié)供給光源的電壓即可調(diào)節(jié)光通量的輸出;而對氣體放電光源來說，實現(xiàn)調(diào)光控制并非那么簡單，不能簡單地通過控制供電電壓來調(diào)光，這類光源都有匹配的鎮(zhèn)流器，通過控制鎮(zhèn)流器輸出電壓的頻率和幅值來調(diào)節(jié)光源的光通量輸出。隨著各種新型燈具的不斷涌現(xiàn)，微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)以及計算機技術(shù)的蓬勃發(fā)展，調(diào)光設(shè)備已從小功率單燈家用調(diào)光器發(fā)展到如今用微處理器控制的可對各類電光源進行穩(wěn)定調(diào)光的大功率多通道調(diào)光控制器，常用的調(diào)光技術(shù)因電光源技術(shù)性能的不同可分成前沿相控調(diào)光，后沿相控調(diào)光和正弦波電壓調(diào)光三種。

最早使用照明調(diào)光的劇場舞臺燈光采用可變電阻調(diào)光、調(diào)壓器調(diào)光等笨重的調(diào)光方式，操作控制十分不便。1962年英國開始將可控硅用于調(diào)光，這是調(diào)光方式的一個重大革新，由于可控硅體積小、重量輕、控制方便，至今仍被不少調(diào)光器制造商沿用［2］，可控硅調(diào)光是一種前沿相控方式 (Phase-on)的調(diào)光器。為了解決帶有容性負載燈具的調(diào)光問題，又出現(xiàn)采用MOS晶體管組成的后沿相控調(diào)光方式(Phase-cut)的調(diào)光器，在這種后沿相控方式中，調(diào)光器相控斬割的電壓正弦波下降時間可通過修改晶體管驅(qū)動電路來增大，減少電磁干擾和噪聲。然而前面二種相控方式調(diào)光器總是解決不了正弦波形被斬割和產(chǎn)生高次諧波干擾這兩大問題，而且由于相控斬割方式的工作電流不是在整個正弦波周期內(nèi)流過控制器件的，因而電能的利用效率較低［3］。澳大利亞邦奇電子公司開發(fā)了一種正弦波電壓調(diào)光方法，它的功能等效于可以調(diào)控電壓輸出有效值的變壓器，輸出電壓波形不會因被斬割造成波形畸變或者產(chǎn)生高次諧波干擾，不會污染電網(wǎng)，能量轉(zhuǎn)換效率高，可以調(diào)節(jié)各類燈光。新一代的正弦波調(diào)光設(shè)備采用了脈寬調(diào)制技術(shù) (PWM)，通過調(diào)節(jié)燈具的輸入功率達到改變其輸出光通的目的，調(diào)光的效率很高，電流控制也非常精準(zhǔn)?？烧{(diào)光電子鎮(zhèn)流器就是使用這種技術(shù)，目前熒光燈可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器已比較成熟，金鹵燈的可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器還在發(fā)展中，同時利用PWM控制是降低LED光線輸出的最佳方法，可在保持控制器高效工作的同時，提供一個相對穩(wěn)定的顏色輸出［4，5］。

4 照明系統(tǒng)的控制技術(shù)

照明控制系統(tǒng)以實現(xiàn)顯著的節(jié)能效果為主要目的。有效的控制可以延長光源壽命，改善工作環(huán)境，提高照明質(zhì)量，實現(xiàn)多種照明效果。

(1)傳統(tǒng)照明控制系統(tǒng)

傳統(tǒng)照明系統(tǒng)將照明分為一般照明、局部照明、混合照明等，按照一定的照度標(biāo)準(zhǔn)與其他指標(biāo)進行設(shè)計。在照明的控制方式上多以手動為主，僅能實現(xiàn)簡單的開關(guān)控制與調(diào)光控制。如利用設(shè)置在燈具配電回路中的手動開關(guān)元件控制配電回路的通斷，實現(xiàn)開關(guān)控制;利用設(shè)置在燈具配電回路中的手動調(diào)節(jié)元件調(diào)節(jié)配電回路的電氣參數(shù) (電壓、電流、頻率等)，實現(xiàn)調(diào)光控制。

傳統(tǒng)照明控制方式，功能簡單，有效直觀，造價低廉，但布線復(fù)雜，當(dāng)采用雙控方式或三聯(lián)控制方式時，照明回路中布線的復(fù)雜度隨著控制開關(guān)數(shù)量增多而成倍增加;動力線按需分線，用機械開關(guān)通、斷電源，系統(tǒng)固定后無法再改動，系統(tǒng)擴展維護困難;動力線與控制線重疊，不存在控制信息流的概念，控制相對分散，無法有效管理，過多依賴控制者的個人能力。

(2)自動照明控制系統(tǒng)

隨著照明技術(shù)的發(fā)展，建筑空間布局經(jīng)常變化，照明控制要適應(yīng)和滿足這種變化，如果用傳統(tǒng)控制方式，勢必到處放置蹺板開關(guān)，不美觀也不方便。隨著電氣技術(shù)的發(fā)展，照明控制達到了第二階段—自動控制階段，利用數(shù)字控制技術(shù)來遙控?zé)艟叩拈_關(guān)。通常是控制中心發(fā)出信號，通過直接數(shù)字控制器 (DDC)來控制配電回路中交流接觸器的分合，從而控制配電回路的通斷，實現(xiàn)燈具開關(guān)控制。

采用該種方式，解決了傳統(tǒng)方式控制相對分散和無法有效管理等問題，易于根據(jù)全局情況進行控制計算和判斷，在控制方式、控制時間的選擇上可以統(tǒng)一調(diào)度安排，自動化程度相對提高。但由于DDC系統(tǒng)本身固有的技術(shù)特點，使得自動照明控制系統(tǒng)也表現(xiàn)出不足:無法實現(xiàn)調(diào)光控制，而且也很難實現(xiàn)燈光場景等預(yù)設(shè)置和場景管理等功能;對控制器本身要求很高，必須具有足夠的處理能力和極高的可靠性。盡管DCS逐步取代DDC系統(tǒng)，而且實現(xiàn)了分散控制與集中管理功能，但對于底層的設(shè)備來說仍然是傳統(tǒng)的DDC技術(shù)。

(3)智能照明控制系統(tǒng)

智能照明控制系統(tǒng)是利用計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、自動控制技術(shù)、微電子技術(shù)等現(xiàn)代化的科學(xué)技術(shù)，實現(xiàn)可根據(jù)環(huán)境變化、客觀要求、用戶預(yù)定等條件而自動采集系統(tǒng)中的各種信息，并可對所采集的信息進行相應(yīng)的邏輯分析、判斷，同時對結(jié)果按特定的形式存儲、顯示、傳輸，以及反饋控制等處理，以達到最佳的控制效果［6］。目前的智能照明控制系統(tǒng)多數(shù)采用現(xiàn)場總線技術(shù)，具有數(shù)字化分布式控制的特點和開放性。

隨著智能照明控制技術(shù)被越來越廣泛地認可和使用，相關(guān)產(chǎn)品層出不窮，需求量也逐漸加大，一些廠商已經(jīng)開始設(shè)計符合一定標(biāo)準(zhǔn)的照明網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)架，制造相應(yīng)的燈光網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品?，F(xiàn)有的智能照明控制標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)其開發(fā)背景和功能特點可分為以下兩類:一類是智能家居協(xié)議中的燈光控制部分，這類照明系統(tǒng)多依托于樓宇設(shè)備管理系統(tǒng)。下面是其中一些主流協(xié)議。

●X-10［7］

X-10是電力載波的國際通用協(xié)議，它是將120KHz的編碼信號加載到60Hz(我國是50Hz)的電力線上，由發(fā)射端將一串 X-10信號 (地址碼和操作碼)以廣播的形式發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)，然后網(wǎng)絡(luò)中的每個接收端可以收到X-10信號，首先甄別地址碼，如果地址碼匹配則執(zhí)行后面的操作碼，因此每個接收端都必須預(yù)先設(shè)定一個地址碼。電力線將電能傳到各個電器，同時也將所有的電燈、電器連成了網(wǎng)絡(luò)。

X-10是世界上最早出現(xiàn)的，也是最簡單的家庭自動化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它合理的利用了電力線的網(wǎng)絡(luò)資源，使電力線除了傳送電流之外還能起到了網(wǎng)線的作用，省去了大量的開槽布線的費用，是這套系統(tǒng)的最大的一個優(yōu)勢。在智能家居20余年的發(fā)展歷程中，X-10技術(shù)是最耀眼的明星，但照明控制仍是其最具特色的方面。

●CEBus［8］

CEBus的全稱是消費電子總線 (Consumer Electronics Bus)，它的發(fā)展可以追溯到1984年，直到1992年，所有的CEBus規(guī)格說明書才得以發(fā)布。

參照ISO的OSI網(wǎng)絡(luò)協(xié)議建議書，CEBus可劃分為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，其物理層是開放的，目前支持的媒介有電力線、雙絞線、同軸電纜、紅外線和無線電等。特別是電力線，利用了家庭中已有的走線，不需要另外布線，因而對于現(xiàn)有住宅的改造非常方便，同時不同的媒介能滿足不同設(shè)備對通訊量的要求?？偩€中的每個節(jié)點的地位是平等的，不需要一個主控設(shè)備。對于多節(jié)點競爭訪問網(wǎng)絡(luò)資源的解決方法是采用沖突檢測和沖突解決 (CSMACD/CR)，網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點的控制關(guān)系通過綁定來實現(xiàn)，從而使整個智能建筑中的電器系統(tǒng)能成為一個智能的整體。

CEBus在很多方面彌補了X-10的不足，它的物理層幾乎定義了所有的傳輸介質(zhì)，尋址能力也得到了很大的加強。

●Lonworks［9、10］

在80年代后期，埃施朗公司 (Echelon)開始開發(fā)LonWorks技術(shù)平臺。LonWorks控制網(wǎng)是以對等方式工作，監(jiān)控傳感器、控制執(zhí)行器之間可靠地通信，并管理網(wǎng)絡(luò)操作，提供對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)全面接入的任何裝置集合。LonTalk通信協(xié)議是LonWorks技術(shù)的核心，該協(xié)議提供一套通信服務(wù)，使裝置中的應(yīng)用程序能對其他裝置發(fā)送和接收報文而無需知道網(wǎng)絡(luò)拓撲、名稱、地址或其他裝置的功能。

基于Lonworks智能節(jié)點的照明控制系統(tǒng)主要是以Neuron芯片作為智能控制節(jié)點控制下屬的各類執(zhí)行單元。智能節(jié)點Neuron芯片一方面可以進行現(xiàn)場照明信息的采集和處理，另一方面也可以通過傳輸線路與其他控制節(jié)點連接，與上位控制機進行通信，實現(xiàn)規(guī)模擴展。

LonWorks總線技術(shù)擁有支持電力線載波收發(fā)等獨特優(yōu)勢，并降低了布線復(fù)雜度，可直接實現(xiàn)與Ethemet的互聯(lián)，具有通訊速率高、通信距離遠的特點，在應(yīng)用層給用戶很大的自由度，有很好的靈活性，目前在世界范圍內(nèi)應(yīng)用廣泛。

●EIB［11］

EIB是歐洲安裝總線 (European Installing Bus)的簡稱，1990年，歐洲主要電氣制造商共同制定了EIB協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。EIB出現(xiàn)較晚，但發(fā)展比較迅速，目前在全球已經(jīng)擁有110多家生產(chǎn)廠商。

和CEBus類似，EIB網(wǎng)絡(luò)也是一個完全對等的分布式網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)上的每個設(shè)備都具有相等的地位。EIB中每個Domain最多可以有15個域 (Area)，每個域最多可以有15條線 (Line)，而每條線最多可容納255個設(shè)備。EIB的元器件均為模塊化元件，主要分為傳感器和執(zhí)行器兩類，分散安裝在建筑的不同區(qū)域，通過總線連接起來。每個傳感器及執(zhí)行器均內(nèi)置微處理器及存儲器，故這些元器件可分別獨立工作，任何一個元件的損壞不會影響系統(tǒng)其他部分運行，因此具有高度的安全性。

在EIB電氣安裝總線的標(biāo)準(zhǔn)上，ABB開發(fā)出一套i-bus智能系統(tǒng)［12］。系統(tǒng)的所有功能都通過一條總線來控制，可以完成照明、電動百葉窗、供暖系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)的控制，尤其在燈光照明控制上，其具有很強的靈活性，可實現(xiàn)照明的開關(guān)控制、調(diào)光控制、場景控制、遠程控制、延時控制、定時控制、光線感測控制、紅外線遙控、移動感測控制、與其他設(shè)備系統(tǒng)的聯(lián)動控制等，充分體現(xiàn)了EIB的特點。

T-bus也是基于 EIB標(biāo)準(zhǔn)的兩線網(wǎng)絡(luò)，其最大的特點就是在大型建筑內(nèi)只需一根T-bus總線即可通過電纜傳輸信號，憑借專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換設(shè)備，實現(xiàn)不同接口和不同設(shè)備之間的連通。

●HBS［13、14］

家庭總線系統(tǒng) (Home Bus System，HBS)是由日系企業(yè):日立、三菱、松下、東芝等聯(lián)合提出的概念，由日本電子工業(yè)聯(lián)合會/無線工程電子協(xié)會HBS標(biāo)準(zhǔn)委員會制定。協(xié)議主要用于電器開關(guān)量以及簡單模擬量的控制，采用專用總線，具有抗干擾強、響應(yīng)速度快、開發(fā)成本及風(fēng)險較低的特點。

HBS對開放系統(tǒng)互連七層模型做了精簡，由三層結(jié)構(gòu)組成，分為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和命令層。HBS以雙絞線和同軸電纜為通訊介質(zhì)，介質(zhì)的最大長度為200m，HBS總線上的信號采用脈寬編碼方式。協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層主要是通訊幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計，在介質(zhì)訪問子層，HBS采用帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問(CSMA/CD)協(xié)議。命令層定義所有傳送信息，使網(wǎng)絡(luò)上傳送的信息在整個系統(tǒng)中有唯一解釋。

另一類協(xié)議是著名的燈光設(shè)備制造商單獨開發(fā)出來的，或者是某一領(lǐng)域的廠商聯(lián)合起來專門設(shè)計的實用性很強的調(diào)光系統(tǒng)。

●DALI［15、16］

數(shù)字化可尋址調(diào)光接口 (Digital Addressable lighting interface， 簡 稱 DALI)，1994 年 列 入IEC60929標(biāo)準(zhǔn)，得到國際主要芯片、燈具、鎮(zhèn)流器和夾具制造商的支持，商業(yè)化應(yīng)用開始于1998年。

DALI是照明控制設(shè)備之間數(shù)據(jù)通信的接口標(biāo)準(zhǔn)，利用它可以將不同廠家生產(chǎn)的電子鎮(zhèn)流器、調(diào)光控制設(shè)備和傳感器等構(gòu)成一個照明控制系統(tǒng)，每個DALI控制系統(tǒng)可通過雙絞線連接最多64個電子鎮(zhèn)流器，而這個 DALI控制系統(tǒng)又可以和另一個DALI控制系統(tǒng)級連構(gòu)成更大控制范圍的照明控制系統(tǒng)，并且通過DALI控制協(xié)議確保每只燈負載和DALI數(shù)控可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器的工作狀態(tài)信號反饋回DALI控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對整個照明系統(tǒng)的控制;同時也可以監(jiān)測鎮(zhèn)流器甚至光源的工作狀態(tài)和故障信息，這給例行維護和集中管理帶來極大的便利。

該技術(shù)的最大特點是可對單個燈具獨立尋址并進行精確控制，即所謂單燈控制，這一理念為控制帶來極大的靈活性，用戶可根據(jù)需要隨心所欲地設(shè)計滿足其需求的照明方案，甚至在安裝結(jié)束后的運行過程中仍可任意修改控制參數(shù)，而無需對線路做任何改動，同時，可保留傳統(tǒng)的布線方式，結(jié)構(gòu)簡單，中間模塊少，簡化安裝，調(diào)試也十分便捷，降低成本，可實現(xiàn)許多基于回路控制的智能照明控制系統(tǒng)無法實現(xiàn)的功能。

●DMX-512［17］

DMX-512協(xié)議是美國劇場技術(shù)協(xié)會 (USITY)制定的數(shù)字多路復(fù)用協(xié)議，適用于一對多的主從式控制系統(tǒng)，其互連形式采用了多點總線結(jié)構(gòu)，不存在信息通路阻塞問題，其連線簡單，可靠性高。協(xié)議對數(shù)據(jù)的格式、數(shù)據(jù)的傳輸、連接電纜和連接方式、聯(lián)結(jié)器等做了規(guī)定?，F(xiàn)在北美地區(qū)呼聲較高的ACN協(xié)議和歐洲地區(qū)的ART-net協(xié)議均在此基礎(chǔ)上發(fā)展而來［18、19］。

ACN是旨在提供下一代燈光控制網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)南冗M控制網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。ACN要完成包括DMX協(xié)議的更多工作。ACN將統(tǒng)一燈光控制網(wǎng)絡(luò)，允許單一網(wǎng)絡(luò)傳輸很多不同種類與燈光有關(guān)的數(shù)據(jù)，并且可以連接來自不同廠家的調(diào)光設(shè)備;它可以應(yīng)用于任何支持TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)中。

Art-Net是一個用10 BaseT技術(shù)，基于 TCP/IP的以太網(wǎng)協(xié)議。其目的是用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)遠程傳輸大量的DMX-512數(shù)據(jù)。它由Artistic Licence發(fā)明且已公布出版，采用這一標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)盟成員不斷擴大。

●C-Bus［20］

C-Bus照明管理系統(tǒng)是澳大利亞 Gerard Industries Dty Ltd于20世紀(jì)90年代初研發(fā)出來的智能型、可編程的照明管理系統(tǒng)。系統(tǒng)中各元件均內(nèi)置微處理器，以數(shù)據(jù)信號方式來傳送、辨識及記憶信息，并通過一對非屏蔽雙絞線作為總線制架構(gòu)使系統(tǒng)的各單元可互相聯(lián)系工作，對室內(nèi)外照明及其他設(shè)施進行控制。

C-Bus系統(tǒng)總線上協(xié)議為CSMA/CD，每個網(wǎng)段可以接100個單元，各網(wǎng)段之間可以靈活連接，如采用網(wǎng)絡(luò)橋、集線器、交換機等，網(wǎng)段數(shù)量不受限制。系統(tǒng)采用自由拓撲結(jié)構(gòu)，可設(shè)計成線形、樹形、星形等拓撲結(jié)構(gòu)，組網(wǎng)非常方便。

●Dynet［21］

Dynet協(xié)議是澳大利亞邦奇電子工程公司在Dynalite智能燈光控制系統(tǒng)中使用的協(xié)議。Dynalite系統(tǒng)是一個真正的分布式控制系統(tǒng)。Dynet網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備都是智能化的，并以點到點方式進行通信。

Dynet網(wǎng)絡(luò)由主干網(wǎng)和子網(wǎng)構(gòu)成。每個子網(wǎng)都可以通過一臺網(wǎng)橋與主干網(wǎng)相連，主干網(wǎng)最多可聯(lián)接64個子網(wǎng)，每個子網(wǎng)可連接64個模塊，系統(tǒng)最多可連接4 096個模塊。數(shù)據(jù)在子網(wǎng)的傳輸速率為9.6kbps，主干網(wǎng)的傳輸速率可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的大小設(shè)定，最高可以達到57.6kbps。Dynalite系統(tǒng)可以通過Dlight軟件來進行設(shè)定和調(diào)整，Dlight軟件還可以對系統(tǒng)的運行情況進行監(jiān)控，自動檢測損壞燈具及報告燈具壽命、工作運行狀態(tài)等，從而管理整個系統(tǒng)。

上述協(xié)議在照明控制領(lǐng)域都有自己的特色，如DMX-512常用于戶外的燈光表演，ACN和 Art-net協(xié)議是在DMX-512協(xié)議基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，在娛樂業(yè)調(diào)光領(lǐng)域運用較廣;EIB是一個在歐洲占據(jù)主導(dǎo)地位的樓宇自動化標(biāo)準(zhǔn)，在國內(nèi)的一些大型工程中也逐漸得到應(yīng)用，如廈門國際會展中心、上海新國際博覽中心等，但由于其價格方面的原因，在普通家庭的照明設(shè)計中尚不多見;別墅型場所適合采用HBS系統(tǒng);DALI協(xié)議主要是對可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器進行控制，可以將控制落實到單只燈具;CEBus多用于鐵路站場的智能化照明系統(tǒng)［22］;C-bus和 Dynet協(xié)議是專門的調(diào)光網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，在調(diào)光功能上均有自己的特色。這些協(xié)議在各自的領(lǐng)域均有自己的優(yōu)勢，占據(jù)一定的市場，所以在短時期內(nèi)無法將照明網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一到一種協(xié)議上，在設(shè)計照明控制系統(tǒng)的時候應(yīng)該根據(jù)使用場所、控制范圍、用戶要求、外部銜接系統(tǒng)等選擇適當(dāng)?shù)膮f(xié)議。

5 無線照明控制技術(shù)

縱觀各種現(xiàn)有的照明控制系統(tǒng)，采用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)構(gòu)成一個完整的集通信、設(shè)備控制、安全防范等功能于一體的智能系統(tǒng)，控制范圍和應(yīng)用范圍都越來越廣泛，卻難以脫離各種線纜的羈絆。當(dāng)用戶需要增加新的功能或者進行技術(shù)升級和設(shè)備更換時，每次都要重新布線、安裝、組態(tài)和調(diào)試，大大增加了時間和成本的投入。在這種情況下無線技術(shù)開始慢慢滲透到照明控制系統(tǒng)中，無線通信技術(shù)和照明控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，發(fā)揮兩者優(yōu)勢實現(xiàn)智能、高效、便捷的照明控制。

GPRS(General Packet Radio Service)，通用無線分組業(yè)務(wù)是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無線IP連接。通俗地講GPRS是一項高速數(shù)據(jù)處理的技術(shù)，和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌且苑獍絹韨鬏數(shù)?，每個包的前面有一個分組頭 (其中的地址標(biāo)志指明該分組發(fā)往何處)，數(shù)據(jù)傳送之前并不需要預(yù)先分配信道，建立連接;而是在每一個數(shù)據(jù)包到達時，根據(jù)數(shù)據(jù)包頭中的信息臨時尋找一個可用的信道資源將該數(shù)據(jù)包發(fā)送出去。在這種傳送方式中，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收方同信道之間沒有固定的占用關(guān)系，信道資源可以看作是由所有用戶共享使用。利用GPRS網(wǎng)絡(luò)可以將照明控制系統(tǒng)的燈具或者執(zhí)行器的監(jiān)控信息通過即時消息方式發(fā)送給用戶，實時監(jiān)控控制系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài);結(jié)合已有的照明控制系統(tǒng)形成廣域的智能控制網(wǎng)絡(luò)，大大減少系統(tǒng)監(jiān)控和維護的人力物力，提高系統(tǒng)性能;也可以通過GPRS公用通信網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)實施對地域分散的照明控制系統(tǒng)的集中監(jiān)控和統(tǒng)一管理。

ZigBee協(xié)議是一項基于 IEEE802.15.4無線標(biāo)準(zhǔn)研制開發(fā)的，關(guān)于組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［24］。它是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技［23］。ZigBee是用于超低功耗的無線個人局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，它是由50多家公司聯(lián)合起草的，具有成本低、功耗小、應(yīng)用領(lǐng)域廣、具有標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)等優(yōu)點。ZigBee協(xié)議滿足 ISO開放系統(tǒng) OSI參考模型，ZigBee協(xié)議的物理層和MAC層采用 IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，上層包括網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層由ZigBee聯(lián)盟定義，用戶層由用戶定義。世界各大無線芯片生產(chǎn)廠商陸續(xù)推出了支持該標(biāo)淮的無線收發(fā)芯片。

ZigBee的自組織成網(wǎng)功能給智能照明網(wǎng)絡(luò)的布建和維護工作帶來極大的便利，只需在網(wǎng)關(guān)節(jié)點處開放權(quán)限、地址，就能收發(fā)節(jié)點數(shù)據(jù);ZigBee的近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低成本等特點都與照明控制系統(tǒng)的要求相符，不但滿足照明控制系統(tǒng)中的基本使用條件，同時功能上滿足智能照明控制的性能和容量需求，而且有利于照明控制技術(shù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用。因此可以將ZigBee收發(fā)芯片嵌入到電光源的終端控制中，構(gòu)成布線成本極低、全數(shù)字無線尋址、全雙工通信的照明控制系統(tǒng);當(dāng)然也可以不改變原來的傳統(tǒng)技術(shù)，在傳統(tǒng)技術(shù)互聯(lián)的節(jié)點加入ZigBee技術(shù)適配器使之成為無線組網(wǎng)。通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)還能夠方便的與現(xiàn)有的其他各種網(wǎng)絡(luò)連接，甚至利用互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)遠程管理。雖然與DALI協(xié)議相比，無線協(xié)議棧需要更多開銷，不過這些開銷都需要與其易于安裝的優(yōu)勢進行權(quán)衡考慮。

ZigBee和GPRS結(jié)合也不失為一種好的照明控制系統(tǒng)方案，充分利用兩者的優(yōu)勢。如圖1所示的博物館照明控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，用來實現(xiàn)對具有不同照明要求的區(qū)域進行分布式、智能化控制:照明終端主控制器接收控制中心通過GPRS發(fā)送的控制信號，然后通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送命令到照明終端控制器，對其進行控制操作或讀取其狀態(tài);同時終端主控器將現(xiàn)場采集的燈具狀態(tài)信息通過GPRS模塊發(fā)送到控制中心;控制中心的管理者通過人機界面對控制網(wǎng)絡(luò)進行配置和管理，發(fā)布控制任務(wù)，同時收集狀態(tài)信息。

6 展望

隨著科技的進步，各種具備互動控制能力的節(jié)能高效的照明設(shè)備將陸續(xù)被發(fā)明使用;對照明設(shè)備的控制功能會越來越靈活，而設(shè)備與控制器的通訊方式將逐步統(tǒng)一;圖像處理等新技術(shù)將不斷應(yīng)用到照明控制中，使得控制效果更準(zhǔn)確、更智能;現(xiàn)代控制理論研究將深入到照明控制策略，達到真正意義上的智能;充分利用先進通信技術(shù)開發(fā)出適用于不同層次需求的照明控制系統(tǒng)，提高系統(tǒng)兼容性，逐漸形成照明控制行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 博物館無線照明控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

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