智能照明系统方案开发设计

20世纪90年代初，随着计算机技术和网络技术的发展，人们对于工作生活环境、能源节约更高的要求，在一些建筑物中的重要场所，简单的开关控制已不能满足需求，从而产生了智能照明控制方式。照明控制已不再简单归属于楼宇自动化系统。所谓智能照明控制，就是根据某一区域的功能、每天不同的时间、室内外亮度或该区域的用途来自动控制照明设备，并能够实现集中统一管理与监控的功能，结合现代照明技术与照明艺术，科学地管理照明设备，让人们不仅在照明技术参数指标方面达到标准的要求，而且在舒适、明亮并富有艺术魅力的照明环境工作和生活。

楼宇自动化系统已经实现了对照明的分区自动控制，但它于对照明回路的开关控制。智能照明控制系统以环境调光为特色，用弱电的数字信号来调节强电的模拟电压输出，使照明亮度连续可调，同时，又利用计算机可存储的特点，将设定的照明参数、时间参数预先存储起来，达到可预置场景调光以及完成前面提到的各种控制功能。为了能更好地了解智能照明的相关技术，我们必须先建立起有关智能照明控制和传统照明控制的一些概念。

智能照明控制系统是包括了强电和弱电控制的一体化、不可分割的控制系统。传统的照明控制系统是典型的强电控制系统，它的选型配置首先取决于照明回路的数量、负载的容量、负载的类型，这决定了系统的投资主体。它的安装、调试也都必须与照明供电及负载回路紧密结合。楼宇自动化系统中的照明控制是通过计算机发出控制信号，执行端用接触器控制照明回路，是一个典型的弱电控制强电的系统。智能照明控制在智能建筑中的定位是比较灵活的，当它作为独立的照明控制系统出现时，既可以实现独立的照明控制，也可以提供与楼宇自动化系统的接口，实现弱电系统对照明的控制，当它作为楼宇自动化系统的一部分出现时，照明系统又有较大的独立性，*可以脱离智能建筑系统独立工作。所以，无论是把智能照明控制系统划归“强电”还是划归“弱电”，必须要注意到客观上它与强弱电各方的关系。

智能照明和一般常规照明相结合、智能照明和楼宇自动化系统相结合。如果将一个建筑物的所有场所都纳入智能照明控制系统，这样从造价、实用性等多方面考虑都是不可能的和不现实的。一般讲，像宾馆大堂、展览大厅、体育馆、报告厅和多功能厅等大型场所，宴会厅、电视电话会议室、多媒体交流厅以及指挥中心等中型场所，贵宾接待室、小会议室、办公室等小型场所，以及景观照明场所等，都是纳入智能照明控制系统的场所。

智能照明应该突出降低电能消耗的功能。除了上面提到的智能照明场所外，从降低照明电能消耗方面考虑，应对道路照明、公共场所等的照明采用智能照明控制，以降低电能消耗。

（1）集中控制和多点操作功能。在任何一个终端均可控制不同位置的灯具，或者是在不同的终端可以控制同一盏灯。使用各种方式管理灯光控制系统，用户可以使用的方法在任意时候、任意地点控制自己房间中的设备。

（2）软启动和软关断功能。白炽灯的灯丝处于冷态时的电阻值要比热态时小很多。据测算，灯丝启动电流可以达到工作电流的14倍以上。仅仅用开关方式把灯打开，灯丝中将通过非常大的电流，造成冲击，这就是很多白炽灯在开灯的瞬间容易烧坏的原因。

通过把灯慢慢地调亮到设定的水平，称为软启动，灯光慢慢地熄灭称为软关断。开灯时，灯光由暗渐渐变亮；关灯时，灯光由亮渐渐变暗，避免亮度的突然变化刺激人眼，给人眼一个缓冲，保护眼睛，而且避免大电流和高温的突变对灯丝的冲击，保护灯泡，延长灯具的使用寿命。

（3）能成功抑制电网的浪涌电压。具备电压限定和轭流滤波等功能，避免过电压和欠电压对光源的损害。结合照明灯具的软启动和软关断，可以延长灯泡的寿命。降低灯泡的亮度也可以延长灯泡的寿命。减低10%的亮度，灯泡可以延长1倍的寿命，而减少50%，可以延长到20倍。

延长光源寿命不仅可以节省大量资金，而且大大减少更换灯管的工作量，可以降低照明系统的运行费用，管理维护也简单。无论是热辐射光源，还是气体放电光源，电网电压的波动是光源损坏的一个主要原因。因此，有效地抑制电网电压的波动可以延长光源的寿命。

（4）灯光明暗调节功能。无论是在会客、看电视、听音乐或与家人在一起或独自思考，调节不同灯光的亮度，更能创造舒适、宁静、和谐、温馨的气氛，可以通过本地开关来进行光的调亮和调暗，也可以利用集中控制器或者是遥控器，只需要按键或进入功能设置，就可以调节光的明暗亮度，达到预期的照明效果。

（5）全开全关和记忆功能。整个照明系统的灯可以实现一键全开和一键全关的功能。当在入睡或者是离家之前，按一下全关按钮，全部的照明设备将全部关闭。

（6）定时控制功能。通过日程管理模块，实现对灯光的定时开关。例如，办公楼可以根据工作的前后、休息、打扫等不同时间段，执行时间照明控制程序，对办公室、过道、走廊的灯光进行统一地管理，既节约能源，又便于管理。例如在起居室中，可根据时间设定23:00后，场景照明自动切换到睡前场景照明。睡觉前还可以从集中显示器中查看各房间的灯是否关闭。

（7）场景设置。对于固定模式的场景无需逐一开关灯和调光，只进行一次编程，就可以按一个键控制一组灯，这就是场景设置功能。只需一次轻触操作即可实现多路灯光场景的转换，还可以得到想要的灯光和电器的组合场景。智能照明控制系统借助各种不同的“预设置”控制方式和控制组件，对不同时间不同环境的光照度进行精确设置和合理管理，实现节能。这种自动调节照度的方式，充分利用室外的自然光，只有当必需时才把灯点亮或点亮到要求的亮度，利用最少的能源保证所要求的照度水平，节电效果十分明显，一般可达30%以上。

（8）本地开关。可以按照平常的习惯直接控制本地的灯光。根据需求，开关可以任意设定所需控制对象，比如门厅的按钮可以用来关闭所有的灯光，既节能、安全，又非常方便。

（9）红外、无线遥控。在任一个房间，用红外手持遥控器控制所有联网灯具(无论灯具是否处在本房间内)的开关状态和调光状态，不需要进入房间后开灯，在进入任一间居室前就可以用遥控器打开灯光。

（10）远程公共数据网络控制。通过任何一部普通电话或手机，实现对灯光或场景的远程控制。该功能可以模拟主人不在家的灯光状况，以迷惑可能出现的窃贼。

（11）照明系统还有停电自锁的功能。当家里停电，来电以后所有的灯将保持熄灭状态。智能照明系统还能够和安防系统联动。当有警情发生时候，设置在家里阳台上的灯会不停闪烁报警。

智能照明控制系统由控制对象与控制器通过网络组成。整个系统由三部分组成:现场控制单元、现场检测单元、信号传输及系统管理单元，智能照明系统的结构图如图1所示。

1、智能照明系统的现场控制单元

现场控制单元包括智能开关/继电器、调光器、可调光电子镇流器、智能灯具、控制面板、时钟管理器等控制装置。控制装置应具有光源软启动、热态自动延时启动、软关断、电源电压浪涌限制等保护功能、状态参数检测的检测功能及电源异常状态时启动应急照明功能。

（1）智能继电器：智能继电器用来直接控制照明设备供电线路的开启与关闭，它是一种执行装置。6路智能开关模块接线示意图如图2所示。通过RS-485网络接收智能主机或智能控制面板，经过微控制器的控制程序分析、解码、计算后来驱动各路继电器线圈，从而达到控制继电器吸合与断开的目的。它具有本地手动开启、输出状态显示、场景模式存储等功能。

（2）调光控制器：调光模块是控制系统中的主要设备。它的主要功能是对不同功能的灯具进行配电、无级连续调光和开关控制。能适应电源电压、频率的变化，具有抑制电磁干扰，改善电源电压输出波形，防止高启动电流和热冲击，以及通过软启动特性和软关断技术来保护灯具、延长灯具寿命。调光控制又分为:前沿相控调光方式(可控硅调光控制器)、后沿调光控制方式(MOS管调光器)、正弦波电压变换调光器以及可调光电子镇流器可调光电子镇流器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400 W以下。六路荧光灯调光模块接线示意图如图3所示。

（3）控制面板：智能照明中的控制面板相当于传统照明系统中的照明开关，安装在便于操作的地方。人们可以通过操作控制面板上的按钮，来启动照明系统中的灯光控制回路组合或调用预设置和记忆在调光模块和开关模块中的某个灯光场景，实现系统中由不同的照明回路、不同的亮暗搭配而成的灯光效果。

（4）时钟管理器：用于一周或一年内复杂照明事件和任务的时序设定，可对客厅、餐厅、卧室、洗手间、走廊、景观照明等系统具有周期性控制特点的场所实施时序控制。一台时钟管理器可管理多个区域，每个区域可有多个回路、多个场景。此外，还有液晶显示触摸屏。

2、智能照明系统的现场检测单元

主要包括智能传感器、电压、电流检测单元等，是系统中实现照明智能管理的自动信息传感元件，具有动静检测、照度动态检测和接收红外线遥控三种功能。不同的控制策略采用不同的传感器。

（1）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，必须加调理电路，可利用来检测环境的照度或亮度，根据预先设定的照度(亮度)值来控制灯的开关或调光。

（2）静动传感器：①无源红外传感器，可探测运动的人员发出的热量(红外)变化；②超声波传感器，可探测由移动人员的反射产生多普勒效应引起的频率改变；③无源红外与超声波结合的传感器。由于无源红外传感器有检测死区，超声波传感器非常敏感易受干扰，源红外与超声波结合的传感器是将两者结合的双项技术传感器，做到了功能互补、克服了两种传感器的不足，能够完成事先不可预知的使用要求。

3、智能照明系统的信息传输系统

智能照明控制系统与工业自动控制系统，从系统结构上基本相同，大致可分为监控层和现场层。各层之间通过网络进行信息交换，实现各种照明控制。与工业控制系统大量使用标准的现场总线协议不同，智能照明更加注重照明产品的功能化和专业化，各生产厂家的产品更多采用自主的总线技术和通信协议。

智能照明控制系统是一个由控制器、主通信干线、分支、信息接口及控制终端等部分构成的对各照明区域控制和信号采样的网络系统。智能照明的控制终端由各类调光模块、控制面板、照度动态检测器及动静探测器等元件构成，对各区域分别实施不同的具体控制，主控制器和终端之间通过信息接口等连接，实现控制信息的传输。智能照明控制系统实现了对照明系统的集中或分散式的控制，实现了对灯具的合理使用，对于节约用电、提高照明质量、延长灯具寿命、减少导线使用都具有现实意义。

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