白振文 / 朱 彤

(中國建筑設(shè)計院有限公司(原中國建筑設(shè)計研究院)智能工程中心， 北京 100044)

1 研發(fā)背景

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，建筑品質(zhì)的日益提高，用戶對房屋空間使用功能的設(shè)置越來越細化，因此智能化的建筑理念成為當今高科技建筑的必然。傳統(tǒng)的電氣安裝技術(shù)已難以滿足現(xiàn)代人的個性需求，人們需要創(chuàng)新的理念來裝飾公共環(huán)境和個人空間。智能照明控制領(lǐng)域已有路創(chuàng)、邦奇、ABB等國際品牌公司開創(chuàng)了市場先河，發(fā)展趨勢已逐步形成，國內(nèi)也有眾多公司紛紛跟進。在此背景下，由中國建筑設(shè)計院有限公司(原中國建筑設(shè)計研究院)智能工程中心研制開發(fā)的智能建筑區(qū)域控制器系列產(chǎn)品應(yīng)運而生，該系列產(chǎn)品是將計算機控制的總線技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)的電氣安裝領(lǐng)域，將建筑物區(qū)域內(nèi)部的電氣設(shè)備控制及普通面板開關(guān)控制的照明燈具進行系統(tǒng)整合，完成多功能控制和綜合智能管理，可有效地實現(xiàn)優(yōu)化控制，達到安全、便捷、可靠和節(jié)能的目的，可廣泛應(yīng)用于家居、公寓、別墅、中小型會議室、中心機房以及庭院、走廊、地下車庫等，為人們營造一個舒適、安全、綠色的工作和生活環(huán)境。

2 系列產(chǎn)品的研發(fā)

在產(chǎn)品開發(fā)初期，對于智能照明控制器的核心控制單元選型曾做過大量的市場調(diào)研。目前，在市場上比較成熟的同類產(chǎn)品有兩大類：

一類以PLC可編程控制器作為核心控制器為代表，采用可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。其特點是：一體化整體設(shè)計，控制運行穩(wěn)定、可靠；但一般組成的控制系統(tǒng)體積較大，價格較高，配套設(shè)備選型單一。

另一類以單片機作為核心控制器為代表。單片機具有體積小、系統(tǒng)構(gòu)成靈活、價格低廉的特點，其構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)也具有較高的可靠性和擴展性，大大提高了系統(tǒng)構(gòu)成的軟硬件利用系數(shù)，同時也為系統(tǒng)的升級換代提供更多的選擇方式，使得系統(tǒng)應(yīng)用具有優(yōu)異的性價比，也特別適合于模塊化的產(chǎn)品設(shè)計。

綜合了市場發(fā)展趨勢、配套產(chǎn)品的選擇范圍以及產(chǎn)品的市場定位，最終選用在國內(nèi)普及率較高的MCS-51系列單片機為核心控制單元。

在智能照明的新時代，優(yōu)秀的燈光控制系統(tǒng)可以提升整體照明環(huán)境的品質(zhì)，為用戶帶來舒適、節(jié)能、環(huán)保的生活體驗，本系列智能照明控制產(chǎn)品正是滿足此需求，為用戶量身打造的照明控制應(yīng)用系統(tǒng)。

2.1 CZIB-001基本型家居燈光智能化控制器

圖2 CZIB-001型控制器系統(tǒng)圖

作為基本型的控制器，選用構(gòu)成MCS-51系列單片機最小控制系統(tǒng)，充分發(fā)揮其軟件、硬件資源，將其自身具有的32個通用端口定義成16個輸入端口和16個輸出端口，只在輸出端口上配置對應(yīng)的驅(qū)動電路。在輸出控制器件方面：普通繼電器故障率高、工作噪聲大，不宜于家居使用；固態(tài)繼電器采用光電隔離控制技術(shù)，強弱電系統(tǒng)完全隔離，安全可靠且無噪聲，工作壽命也長，雖額定工作電流1A/220V略顯小，但可滿足家居環(huán)境應(yīng)用，也完全滿足基本型控制器產(chǎn)品的設(shè)計定位。為了更好地擴大應(yīng)用范圍，在I/O端口上預(yù)留了一位聯(lián)動控制端，使得這種型號的控制器可完成統(tǒng)一群組控制(總關(guān))，方便用戶的選擇和系統(tǒng)擴展升級。CZZB-001型控制器樣機實物如圖1所示。

圖1 CZIP-001型控制器樣機

1)基本配置

(1)15路固態(tài)電器輸出(1A/220V)；

(2)16路TTL電平開關(guān)量輸入(普通86盒安裝開關(guān)面板可用，也可定制多功能面板開關(guān)和4×4矩陣按鍵)。

2)功能概述

一般采用集中控制，即：電源線和控制線分開獨立穿線，匯聚到控制器(箱)。如系統(tǒng)圖(圖2)所示：可滿足2居室住戶或中小型會議室燈光場景控制的智能化需求。

3)典型應(yīng)用

居室控制方面包括門廳、臥室處設(shè)置總關(guān)控制功能；門廳、客廳設(shè)置模式開關(guān)或多功能開關(guān)；廚房、衛(wèi)生間設(shè)置人體感應(yīng)開關(guān)。

會議室控制方面包括：在會議室兩個門口都設(shè)置多功能開關(guān)，實現(xiàn)異地總開/總關(guān)功能及3個以上場景控制功能。

2.2 CZIB-002擴展型家居燈光智能化控制器

CZIB-002擴展型控制樣機的實物如圖3所示。

1)基本配置

(1)15路固態(tài)繼電器輸出(2A/220V電子觸點)；

(2)24路TTL電平開關(guān)量輸入(普通86盒安裝開關(guān)面板可用，也可定制多功能面板開關(guān)和4×4矩陣按鍵)；

(3)還可選用擴展模塊，包括8路～24路TTL電平開關(guān)量輸入模塊(普通86盒安裝開關(guān)面板可用，也可定制多功能面板開關(guān))、8路～16路繼電器輸出模塊(5A/220V機械觸點)、2路窗簾控制輸出模塊、4路LED燈帶調(diào)光輸出模塊。

2)功能概述

圖4 CZIB-002擴展型控制器系統(tǒng)圖

一般采用集中和分布控制方式，即：電源線和控制線分開獨立穿線，匯聚到控制器(箱)和擴展模塊(箱)，就近穿線，大大簡化施工工藝和節(jié)省電源配線。如系統(tǒng)圖(圖4)所示：增加了窗簾控制模式，還可駁接多種傳感器，滿足3居室以上住戶、公寓或中型會議室燈光場景控制和聯(lián)動相關(guān)電氣設(shè)備的控制需求，實現(xiàn)智能化的控制和管理。

3)典型應(yīng)用

公寓控制方面包括門廳、臥室處設(shè)置總關(guān)控制功能；門廳、客廳設(shè)置模式開關(guān)和多功能控制開關(guān)；廚房、衛(wèi)生間、主要通道設(shè)置人體感應(yīng)開關(guān)。

會議室控制方面包括在門口處、設(shè)備操作臺和主席臺附近都設(shè)置多功能開關(guān)，實現(xiàn)異地總開/總關(guān)功能和模式控制功能；8個以上場景控制功能。

圖3 CZIP-002擴展型控制器樣機

2.3 CZIB-003網(wǎng)絡(luò)型家居燈光智能化控制器

CZIP網(wǎng)絡(luò)型控制器樣機實物如圖5所示。將基本型和擴展型控制器通過485總線串聯(lián)接入管理電腦，可實現(xiàn)更高級別的智能化控制和管理，包括燈光、插座、空調(diào)、窗簾的時序優(yōu)化控制和安全管理等，還可接入互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)遠程控制功能。

功能概述：可駁接更多的擴展模塊和多種傳感器，滿足一般大中會議室或別墅等區(qū)域的燈光場景控制和遠程控制需求，實現(xiàn)智慧化的過程控制和全面的安全管理服務(wù)。系統(tǒng)主要采用分布式控制方式，結(jié)合現(xiàn)場實際情況提供整體解決方案和系統(tǒng)維護升級保障。CZIB-003網(wǎng)絡(luò)型控制器系統(tǒng)圖如圖6所示。

圖6 CZIB-003網(wǎng)絡(luò)型控制器系統(tǒng)圖

圖5 CZIP-003網(wǎng)絡(luò)型控制器樣機

2.4 智能化區(qū)域控制器

在上述系列產(chǎn)品軟硬件開發(fā)具備一定規(guī)模、系統(tǒng)控制器及擴展模塊運行穩(wěn)定、安全可靠的前提下，自有工程應(yīng)用平臺模式就將逐步形成。系統(tǒng)應(yīng)用將依據(jù)客戶需要，選用相對應(yīng)的模塊進行組合，大大縮短產(chǎn)品的設(shè)計周期，擴大應(yīng)用范圍，自主研發(fā)的控制軟件也具有更好的適應(yīng)性。作為核心的現(xiàn)場控制器不僅可以完成燈光場景控制，還能在更為廣泛的智能建筑設(shè)備控制領(lǐng)域得到推廣和應(yīng)用，成為真正的智能化區(qū)域控制器。

在控制器投入運行后，還可根據(jù)用戶新的需求進行擴展和升級服務(wù)，成為操作靈活、功能實用、便于維護、智能的電氣控制系統(tǒng)。此系列產(chǎn)品既是一個面向使用者、體現(xiàn)個性化的智能產(chǎn)品，又是一個面向管理者的綜合服務(wù)平臺。其量身定制的個性化的功能可以滿足不同環(huán)境下的控制需求，具有廣泛的應(yīng)用范圍。

2.5 區(qū)域控制器網(wǎng)絡(luò)管理平臺

在智能化區(qū)域控制器應(yīng)用的基礎(chǔ)上，建立更高級別的網(wǎng)絡(luò)管理平臺。通過強大的后臺服務(wù)器和自主研發(fā)的通信軟件接口，既可集成容納其他廠家的智能化設(shè)備組成面向市場、針對客戶的大型應(yīng)用平臺(如：安防防范系統(tǒng)管理平臺、建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)管理平臺、智慧城市管理應(yīng)用平臺等)，也可靈活接入其他智能建筑網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)平臺(如iopeNet建筑綜合管理平臺、BAS集成系統(tǒng)管理平臺等，只要系統(tǒng)通信接口對外開放，都可接入成為系統(tǒng)應(yīng)用中的子系統(tǒng))。

3 系統(tǒng)特點和優(yōu)勢

3.1 模塊設(shè)計、系列化產(chǎn)品應(yīng)用

CZIB系列控制器為系統(tǒng)最基本的控制單元，可獨立運行，也是構(gòu)成控制系統(tǒng)的模塊之一。系列產(chǎn)品之間有向下兼容的特性，與系統(tǒng)相關(guān)的擴展模塊在系列產(chǎn)品中也完全兼容，能在應(yīng)用系統(tǒng)中任意組合選用，真正是為用戶定制的個性化產(chǎn)品。

3.2 集中控制與分布控制相結(jié)合

在系統(tǒng)構(gòu)成中，控制器(箱)將依據(jù)用戶需要和現(xiàn)場實際情況集中放置或通過擴展模塊(箱)分布式放置，可最大限度地滿足就近引線的目的。既節(jié)省工程線纜用量，也大大簡化施工工藝，方便施工。

3.3 照明控制輕松便捷

照明控制方案可分為：

(1)單點控制：開關(guān)單點燈具狀態(tài)；

(2)模式切換控制：按照目標實際需要，任意地切換多點燈具的開關(guān)狀態(tài)(如歡迎模式、會客模式、晚宴模式、基本照明模式等)；

(3)統(tǒng)一群組控制：實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的總開/總關(guān)模式；

(4)傳感器聯(lián)動控制：當有人進入檢測區(qū)，該區(qū)域的燈自動點亮，人離開檢測區(qū)時延時后燈滅；照度不足時自動亮燈，滿足照度標準時自動滅燈等；

(5)時序控制：按時間段，完成區(qū)域內(nèi)多個模式間的切換控制。

各種控制方式可以自由組合。此外，由于各個控制器可將控制狀態(tài)以數(shù)據(jù)的形式傳送回電腦，所以在監(jiān)控中心可以觀察到現(xiàn)場照明燈具的運行狀態(tài)，為用戶帶來舒適、節(jié)能、便捷、環(huán)保的生活體驗。

3.4 系統(tǒng)總線接口設(shè)計執(zhí)行標準

系統(tǒng)總線接口設(shè)計符合國際公認的KNX標準(歐洲安裝總線標準)，目前KNX/EIB標準被認證為是符合IEC 14543-3標準和國家標準GB/Z 20967-2007的智能樓宇家居總線標準。

3.5 系統(tǒng)集成更靈活

通過強大的后臺服務(wù)器和自主研發(fā)的專用軟件通信接口，既可集成容納其他廠家的智能化設(shè)備組成面向市場、針對客戶的大型應(yīng)用平臺(如：安防防范系統(tǒng)管理平臺、建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)管理平臺、智慧城市管理應(yīng)用平臺等)，也可靈活接入其他智能建筑網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)平臺，提供開放的數(shù)據(jù)通信協(xié)議和通信接口。

4 市場應(yīng)用前景分析

該系列產(chǎn)品在研發(fā)初期，經(jīng)過了大量的市場調(diào)研，并與同類產(chǎn)品進行比較，以實用和滿足需要為目標來精心打造，具有適用性廣泛的特點，模塊化設(shè)計和系列化產(chǎn)品定位更能滿足用戶的個性化需求。

自主研發(fā)的產(chǎn)品在性價比方面具有絕對的優(yōu)勢，同時，系統(tǒng)具有自己的知識產(chǎn)權(quán)，在系統(tǒng)應(yīng)用、維護和系統(tǒng)升級方面具有便利條件。

區(qū)域控制器最初的定位為具有通用性、靈活性和耐用性。特別是將區(qū)域控制器與傳感器結(jié)合時，通過軟件升級，可使控制器獲得信息，實現(xiàn)智能化識別和邏輯判斷，融入了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計理念，解決與傳感器接口的可靠性和完善控制工藝后，將會有更大的發(fā)展空間。

智慧城市概念方興未艾，其功能的實現(xiàn)需要由多個神經(jīng)單元來組成，控制器就是神經(jīng)單元的一個組成部分，控制器功能逐步強大后將成為智慧城市神經(jīng)單元中不可或缺的組成部分。

5 結(jié)束語

以iopeNet為基礎(chǔ)平臺、以CZIB控制器為控制神經(jīng)單元的整體解決方案，通過不斷創(chuàng)新和完善，將在業(yè)內(nèi)樹立良好的品牌價值，促進企業(yè)持續(xù)、穩(wěn)定、快速、健康發(fā)展，為智慧城市的建設(shè)添磚加瓦。