智能照明是怎樣在家庭中應(yīng)用的

智能照明是指利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、有線/無線通訊技術(shù)、電力載波通訊技術(shù)、嵌入式計算機(jī)智能化信息處理，以及節(jié)能控制等技術(shù)組成的分布式照明控制系統(tǒng)，來實現(xiàn)對照明設(shè)備的智能化控制。

智能照明 ［1］ 是指利用計算機(jī)、無線通訊數(shù)據(jù)傳輸、擴(kuò)頻電力載波通訊技術(shù)、計算機(jī)智能化信息處理及節(jié)能型電器控制等技術(shù)組成的分布式無線遙測、遙控、遙訊控制系統(tǒng)。具有燈光亮度的強(qiáng)弱調(diào)節(jié)、燈光軟啟動、定時控制、場景設(shè)置等功能;并達(dá)到預(yù)定的特點。

分類

城市

城市智能照明系統(tǒng)作為智慧城市的核心子系統(tǒng)，運用無線Zigbee、WiFi、GPRS等多種物聯(lián)網(wǎng)和IT技術(shù)，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程單燈開關(guān)、調(diào)光、檢測等管控功能，開辟了城市照明“管理節(jié)能”的新篇章。

本系統(tǒng)整合了路燈、隧道燈、景觀燈、商業(yè)照明、學(xué)校機(jī)關(guān)照明等照明系統(tǒng)，用一個統(tǒng)一的平臺來進(jìn)行管理。本系統(tǒng)是一個開放的系統(tǒng)，預(yù)留了各種接入方式，可進(jìn)一步打造成智慧城市“云 ”系統(tǒng)。

系統(tǒng)特點：

1、 回路控制和控制箱門開報警、水浸報警;

2、 回路電流、電壓、功率因數(shù)、電量檢測等;

3、 單燈開關(guān)和調(diào)光;

4、 單燈電流、電壓、功率因素、電量和溫度檢測等;

5、 根據(jù)天氣情況和實際的光照度，實現(xiàn)燈具的自動開、關(guān)和調(diào)

光;

6、 靈活的亮燈組合管理、精確控制每一盞燈;

7、 現(xiàn)場管理功能

8、 預(yù)設(shè)管理功能

9、 每天可進(jìn)行自動通、斷電操作;可保證工作日、節(jié)假日按不同的時間自動通、斷電;可對用電設(shè)備進(jìn)行分區(qū)、分線路管理或單獨管理;

10、集成無線抄表功能，為能耗管理打下基礎(chǔ);

11、監(jiān)控燈具的開、關(guān)和亮度，從而顯著延長燈具的有效壽命，減少燈具更換次數(shù)，節(jié)約資源，減少有害氣體污染環(huán)境;

目前我國的城市道路照明管理信息化程度還較低，基于物聯(lián)網(wǎng)和云計算的系統(tǒng)管理軟件為路燈管理部門的信息化建設(shè)提供了一套全面的解決方案。

1、路燈自動巡檢：監(jiān)控中心能對安裝了路燈監(jiān)控器的路燈進(jìn)行自動巡檢，查報故障并自動生成報修單;

2、路燈查控：能實時對安裝了路燈監(jiān)控器的路燈進(jìn)行開、關(guān)、調(diào)節(jié)亮度等功能，或預(yù)設(shè)控制方案，使路燈按照預(yù)設(shè)方案進(jìn)行亮燈。

3、設(shè)備管理：對燈桿、燈具、電線、控制箱、變壓器、電表、開關(guān)、監(jiān)控器等路燈設(shè)備實現(xiàn)計算機(jī)信息化管理，具有設(shè)備安裝、報廢、維修、更換、出入庫等功能。

4、多媒體功能：具有圖片庫管理功能、視頻管理功能，使管理更具直觀化、形象化和親和化。

5、GIS地理信息系統(tǒng)：具有地形、設(shè)施空間、行政區(qū)劃、街區(qū)、道路、建筑物、水系、管溝、路燈線路、控制線路、敷設(shè)情況等功能。

6、輔助分析模塊：具有統(tǒng)計、報表、分析、查詢、負(fù)荷計算、實時讀表、用電分析、電纜長度計算等功能。

7、Web信息發(fā)布模塊：與網(wǎng)站實現(xiàn)無縫對接，進(jìn)行遠(yuǎn)程管理的功能。

性能特點：

控制路燈開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)、電流、電壓采集、被盜報警等，并預(yù)留了溫度采集、燈桿傾斜檢測等功能。

路燈管理器分為模塊式（內(nèi)置燈具中）和外掛式（可內(nèi)置燈桿中），可分別滿足路燈企業(yè)和工程企業(yè)的使用需求。

1、通過Zigbee無線自組網(wǎng)進(jìn)行通信連接，實時在線收信息;

2、高性能嵌入式微處理器技術(shù)，先進(jìn)的電能測量計量專用芯片，大容量存儲器技術(shù);

3、自診斷和自恢復(fù)功能;

4、斷電數(shù)據(jù)保持功能;

5、遠(yuǎn)程或就地自動調(diào)光實現(xiàn)路燈的亮燈、暗燈的節(jié)能控制;

6、無線路由功能，實現(xiàn)通信的中繼功能。

技術(shù)參數(shù)：

無線頻率：2.4G ISM免費頻段

平均功耗：0.4W/0.5W/0.7W

工作溫度：-40℃～85℃

性能特點：

智能照明網(wǎng)關(guān)是實現(xiàn)路燈單燈監(jiān)控的重要硬件設(shè)備，它使用Zigbee無線技術(shù)和燈控器通信，與系統(tǒng)中心的通信可以使用GPRS /CDMA、以太網(wǎng)、Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)或ADSL modem等一般安裝在戶外路燈控制箱內(nèi)。

智能照明網(wǎng)關(guān)內(nèi)置多種功能，包括：時序調(diào)度功能、報警功能、類型轉(zhuǎn)換功能、內(nèi)部實時時鐘等功能。

一般情況下，一個可以管理300個左右的燈控器。

可以通過網(wǎng)關(guān)接入的產(chǎn)品有：控制箱管理器、燈控器、光感檢測器、電纜防盜器、雨雪傳感器等。

1、通過Zigbee無線自組網(wǎng)進(jìn)行通信連接，實時在線收發(fā)信息;

2、進(jìn)行路燈回路控制，具有自診斷和自恢復(fù)功能;

3、具有GPRS/CDMA、以太網(wǎng)、232、485、USB、CAN等通訊接口;

4、高性能嵌入式微處理器技術(shù)，高精度的電能測量計量專用芯片，大容量存儲器技術(shù);

5、具有時鐘和預(yù)設(shè)控制的功能;

6、具有和三相電流、電壓、功率因數(shù)、電量的測量功能;

7、具有水浸報警、控制箱門開報警功能。

技術(shù)參數(shù)：

無線頻率：2.4G ISM免費頻段

工作溫度：-40℃～85℃

伴隨科技的不斷發(fā)展，人民生活水平的提高，對建筑照明系統(tǒng)，廣大市民又提出新要求來。要在滿足基本照明的需求上，還需要來控制智能化、操作簡單化、節(jié)能高效化等幾個方面，因此，這才使得智能照明產(chǎn)生，但智能家居中，照明系統(tǒng)的工作原理與特點有什么？

本在智能家居中，照明控制系統(tǒng)是依據(jù)某個區(qū)域的功能、不同時間、室外的光量度，又或者是這個區(qū)域的用途，以此來控制照明的，這本就屬于智能家居中，最基礎(chǔ)的那部分。

加之，智能照明系統(tǒng)還能來預(yù)設(shè)的，也就是把照明亮度直接就轉(zhuǎn)變成系列的設(shè)置功能，這便是大家所想到的場景，主要是利用調(diào)光器系統(tǒng)，又或者是中央建筑控制系統(tǒng)來自動的調(diào)用的。而在家庭里來使用的時候，能用集成中央控制器的形式，甚至都能有觸屏界面的。

可以說該照明系統(tǒng)本是智能家居中最核心的部分，也很適合于一些大面積的住房，像別墅等，這能讓生活變得更加便利、舒適。同時，照明控制系統(tǒng)又分為獨立式、特定房間式、大型的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)幾種。而調(diào)光設(shè)備需裝在電氣柜里，便于傳感器與控制面板所組成的外部設(shè)備網(wǎng)絡(luò)能更好的來操作。

目前智能控制系統(tǒng)具有以下功能：

1，智能系統(tǒng)設(shè)有中央監(jiān)控裝置，對整個系統(tǒng)實施中央監(jiān)控，以便隨時調(diào)節(jié)照明的現(xiàn)場效果，例如系統(tǒng)設(shè)置開燈方案模式，并在計算機(jī)屏幕上仿真照明燈具的布置情況，顯示各燈組的開燈模式和開/關(guān)狀態(tài)。

2，具有燈具異常啟動和自動保護(hù)的功能;

3，具有燈具啟動時間，累計記錄，和燈具使用壽命的統(tǒng)計功能;

4，在供電故障情況下，具有雙路受電柜自動切換并啟動應(yīng)急照明燈組的功能;

5，系統(tǒng)設(shè)有自動/手動轉(zhuǎn)換開關(guān)，以便必要時對各燈組的開、關(guān)進(jìn)行手動操作。

6，系統(tǒng)設(shè)置與其他系統(tǒng)連接的接口，如建筑樓宇自控系統(tǒng)（BA系統(tǒng)），以提高綜合管理水平。

7，具有場景預(yù)設(shè)、亮度調(diào)節(jié)、定時、時序控制及軟啟動、軟關(guān)斷的功能。 隨著智能系統(tǒng)的進(jìn)一步開發(fā)與完善，其功能將進(jìn)一步得到增強(qiáng)。

采用智能照明控制系統(tǒng)總的效應(yīng)如下：

1，實現(xiàn)照明的人性化; 由于不同的區(qū)域?qū)φ彰髻|(zhì)量的要求不同， 要求調(diào)整控制照度，以實現(xiàn)場景控制、定時控制、多點控制等各種控制方案。方案修改與變更的靈活性能進(jìn)一步保證照明質(zhì)量。

2，提高管理水平 將傳統(tǒng)的開關(guān)控制照明燈具的通斷，轉(zhuǎn)變成智能化的管理，使高素質(zhì)的管理意識用于系統(tǒng)，以確保照明的質(zhì)量。

3，節(jié)約能源 利用智能傳感器感應(yīng)室外亮度來自動調(diào)節(jié)燈光，以保持室內(nèi)恒定照度，既能使室內(nèi)有最佳照明環(huán)境，又能達(dá)到節(jié)能的效果。根據(jù)各區(qū)域的工作運行情況進(jìn)行照度設(shè)定，并按時進(jìn)行自動開、關(guān)照明，使系統(tǒng)能最大限度地節(jié)約能源。

4，延長燈具使用壽命 眾所周知，照明燈具的使用壽命取決于電網(wǎng)電壓，由于電網(wǎng)過電壓越高，燈具壽命將會成倍地降低，反之，則燈具壽命將成倍地延長，因此防止過電壓并適當(dāng)降低工作電壓是延長燈具壽命的有效途徑。

系統(tǒng)設(shè)置抑制電網(wǎng)沖擊電壓和浪涌電壓裝置，并人為地限制電壓以提高燈具壽命。采取軟啟動和軟關(guān)斷技術(shù)，避免燈具燈絲的熱沖擊，以進(jìn)一步使燈具壽命延長。

基于2.4G無線控制智能家居照明系統(tǒng)的研究與設(shè)計隨著科技的發(fā)展，越來越多的自動化、智能化的產(chǎn)品進(jìn)入到人們的生活，智能家居正逐漸取代傳統(tǒng)家居，成為一種行業(yè)發(fā)展潮流。智能家居照明系統(tǒng)作為智能家居系統(tǒng)的一個重要子系統(tǒng)，具有高效節(jié)能、管理簡單、控制多樣、成本較低和容易進(jìn)入市場的優(yōu)勢。本文對面向智能家居的智能照明系統(tǒng)進(jìn)行研究和開發(fā)，完成了一種單片機(jī)控制的、低成本的智能家居照明系統(tǒng)。

1.概述智能家居照明系統(tǒng)隸屬于智能家居中的一個子系統(tǒng)，也可以單獨使用。智能家居照明系統(tǒng)能控制不同生活區(qū)域不同場合的各種照明效果輕松解決家居節(jié)能問題、提高生活品質(zhì)。生活中常常遇到這樣的問題，當(dāng)在客廳中看電視或讀書時并不需要太強(qiáng)烈的照明光線不得不關(guān)掉客廳大燈開啟光線相對較暗用于滿足看電視或讀書需要的其他燈具。

為了滿足不同場合的照明要求，需要安裝多種燈具，這給燈具控制帶來極大的不方便，智能照明系統(tǒng)能輕松解決這個問題。只要按下手中的遙控器就能換轉(zhuǎn)場景燈光照明。智能家居照明系統(tǒng)控制方式的解決方案分為有線方式和無線方式。有線方式包括電力線載波的X-10 和CEBUS、電話線方式的HomePNA、以太網(wǎng)方式IEEE802.3 以及專用總線方式的LONWORKS 和IEEE1394 等等。其中用電力線作為網(wǎng)絡(luò)信息的傳輸介質(zhì)的優(yōu)點是：不需要另外布設(shè)電纜，降低施工難度;缺點是傳輸速率只有300Kbps，難以滿足視頻和音頻信號的傳輸，保密性差，接入設(shè)備昂貴等。

無線方式包括紅外線方式的IrDA、無線局域網(wǎng)方式的IEEE802.11 系列、家庭射頻技術(shù)的HomeRF、藍(lán)牙的IEEE802.15.1、ZigBee 的IEEE802.15.4 等等。無線方式解決了布線的難題，同時也能滿足視頻和音頻信號的傳輸。本文以2.4G 射頻技術(shù)為基礎(chǔ)介紹一種智能家居照明系統(tǒng)。2.系統(tǒng)方案系統(tǒng)方案框圖如圖1 所示。本方案采用STC12C5A08AD 作為MCU控制器，STC12C5A08AD 是宏晶科技公司最新一代單片機(jī)，采用第6 代保密技術(shù)，程序燒寫后無法解密，增強(qiáng)了保密功能。

速度比普通的8051單片機(jī)快8~12 倍，內(nèi)建4 個16 位定時器，功耗比較低。MCU 的控制信號通過光耦控制可控硅來控制燈具的明亮程度，在強(qiáng)電控制接口加有電流檢測回路，檢測強(qiáng)電電流的大小，用作檢測反饋。通訊方式采用2.4G 無線通信模塊，無需布線，降低成本，控制方式靈活，遙控范圍廣，通訊速度快。本方案一共可以控制12 路燈具，適用于家庭照明控制。

圖1 系統(tǒng)方案框圖3. 2.4G模塊用于2.4GHz 通訊的通用芯片常見的有挪威Nordic 公司的nRF2401無線芯片模組，以色列RFWave 公司的RFW102 無線芯片模組等［5］。根據(jù)設(shè)計需求及成本考慮，本設(shè)計中采用Nordic 公司的nRF2401進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸。nRF2401 是一個單片無線收發(fā)一體芯片，工作在2.4GHz ISM 頻段，完全集成功率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)整電路。采用QFN24 5×5 毫米封裝，應(yīng)用電路使用外圍元件少（見圖2）;采用FSK 調(diào)制方式，125 個頻道，能滿足多頻及跳頻需要;傳輸速率高達(dá)1Mbps，具有高數(shù)據(jù)吞吐量;功耗低，電源電壓1.9V~3.6V 滿足低功耗設(shè)計需要;芯片內(nèi)部設(shè)有專門穩(wěn)壓電路，使用各種電源包括DC/DC 開關(guān)電源均有較好的通信效果。

圖2 2.4G 通訊電路4.照明控制常用的調(diào)光方法有：脈沖寬度調(diào)制（PWM）調(diào)光法、改變半橋逆變器供電電壓調(diào)光法、脈沖調(diào)頻調(diào)光法、脈沖調(diào)相調(diào)光法和可控硅相控調(diào)光法?？煽叵嗫卣{(diào)光法具有體積小、價格合理和調(diào)光功率范圍寬等優(yōu)點，本系統(tǒng)最終采用可控硅相控調(diào)光來調(diào)節(jié)燈具的明亮程度。應(yīng)用可控硅相控原理，通過控制可控硅的導(dǎo)通角，將電網(wǎng)輸入的正弦波電壓斬掉一部分，以降低輸出電壓的平均值，達(dá)到控制燈具供電電壓，從而實現(xiàn)調(diào)光?？煽毓柘嗫卣{(diào)光對照明系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)速度快，調(diào)光精度高，調(diào)光參數(shù)可以分時段實時調(diào)整。由于調(diào)光電路主要是電子元件組成，相對來說體積小、設(shè)備質(zhì)量輕、成本低?？煽毓柘嗫卣{(diào)光電路如圖3 所示。單片機(jī)的控制信號經(jīng)74HC04反相后送到光耦MOC3023，光電隔離后輸入到可控硅T16C6F 的控制極，控制可控硅的導(dǎo)通角，實現(xiàn)調(diào)光。

圖3 可控硅相控調(diào)光電路5.結(jié)束語基于單片機(jī)控制的智能家居照明系統(tǒng)，具有成本低、開發(fā)時間短、安裝維護(hù)方便、容易滿足客戶不同需求等優(yōu)點，市場前景廣闊。目前我國的消費水平并不高，對于系統(tǒng)龐大的高檔智能家居需求并不大，而智能家居照明系統(tǒng)的低成本，在家居市場上應(yīng)用越來越廣泛。本文介紹的基于單片機(jī)控制的智能家居照明系統(tǒng)具有一定的市場推廣價值。