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智能照明控制系统论文

智能照明控制系统

摘要

随着社会的快速进步，人们希望生活的更加舒适,充分的享受生活。

在传统的理念中，越舒适的生活意味着能源的消耗越大。

但是，随着整个人类社会的进步，富裕人口越来越多，整个地球的资源已无法满足这种能源的巨大消耗，崇尚节约能源的低碳生活已是世界的趋势. 

在传统的照明工程中,豪华的宾馆、酒店、商场、写字楼以及住宅等,其单位功耗远远超过一般建筑.随着科技进步及人类环保、节能观念的加强,人们对照明领域给予了更多的关注，促使照明控制技术突飞猛进的发展，且其应用也日益广泛。

智能化照明是随计算机、传感器、通讯、网络与自动控制技术而发展起来的综合技术，正以惊人的速度向各个专业领域渗透。

智能化是任何电子产品必然的发展方向之一。

智能照明控制技术的发展可以使照明更加省电、节能、使用更便捷,在需要的时间给需要的地方以最舒适和高效的照明，提升照明环境质量。

智能化照明更是使照明进一步走向绿色和可持续发展的重要方向。

照明新光源和智能控制技术将在未来的低碳生活中起到决定性的作用.

随着社会的进步，建筑设计也向着更舒适、安全和节省能源的方向发展.智能照明系统充分利用电子技术、通信技术和计算机网络技术将建筑物内的各种照明器具有机的连接在一起,实现有效的管理和控制。

智能照明系统正是智能家居的趋势之一.针对传统照明系统布线麻烦、节能效果差等缺点，我们设计开发了基于CAN总线技术的智能照明系统。

系统中的智能灯光节点能够根据外界光强自适应调整自身灯光亮度，周期性采集室内光强、有无人进出等环境信息，并及时响应用户的控制命令.本文主要介绍了智能调光系统及设计过程中的关键技术环节，包括CAN总线技术的应用,系统网络设计、智能继电器、控制面板、传感器和红外遥控技术,并描述了智能调光系统的主要应用。

关键词：

照明控制技术,智能建筑，智能家居,CAN总线，智能继电器,智能调光,红外遥控

1前言

随着信息控制技术的发展，现代化建筑中的楼宇自控设备和不同功能的系统越来越多，越来越复杂.但无论何种建筑，也不论该建筑的智能化程度有多高，照明控制一直在其楼宇自控系统中占据十分重要的位置。

目前,我国照明用电占建筑用电的20％-30％，该项目是一种基于单片机89C51和CAN总线的智能照明系统硬、软件设计。

该系统可根据对光强度的不同需求，均匀调节环境内光照强度，实现室内照明的人性化、个性化。

传统的控制方法是将被控制的设备用连线引入控制室,这样不仅造成电力电缆铺设过多，增加了投资成本,而且还大大增加了灯回路的辐射干扰，对空间电磁环境造成了污染。

智能照明控制系统为现代化建筑楼宇照明提供了新途径-微机型灯光控制系统。

它采用网络控制技术,使得照明灯的电力线路可以不再经过控制室,而直接引入顶棚或马道。

这种控制方法不仅可以方便地控制灯光的亮度，还减少了电力线路及相应设施投资,减少了灯回路的辐射干扰，而且可以使灯回路采用母线方式布线，线路规整,便于安装维修。

但在目前使用的微机型灯光控制系统中，由于网络通信大多采用RS-232、RS—485、20mA电流环等通信方式,因而普遍存在通信距离短、数据传输速度慢、误码率高、可靠性差等问题。

CAN总线是现场总线的一种，具有通信速率高、开放性好、报文短、纠错能力强以及控制简单、扩展能力强、系统成本低等技术特点和一系列优点。

CAN是一种多主总线,通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。

通信速率可达1MBPS。

CAN总线的微机灯光控制系统就是采用现场总线控制技术，构成全分散式微机灯光控制系统,有效地解决了微机型灯光控制系统的不足。

CAN总线所需的完善的通信协议可由CAN控制器芯片和接口芯片实现,大大降低了系统的开发难度、组成成本,缩短了开发周期.该系统投资少、功能强、可靠性高、便于扩展，特别适合大型的智能办公大厦对灯光设备的控制需要.在市场上具有强劲的竞争力.

该课题的关键技术是CAN总线技术。

CAN（controllerareanetwork）是一种有效支持分布式实时控制的串行通信网络。

CAN总线控制器可工作于多种方式，并采用无损结构逐位仲裁竞争方式向总线发布数据，它废除了站地址编码，代之以对通信数据进行编码，这可使不同节点同时接收到相同的数据，使CAN总线构成的网络测控节点之间的数据通信实时性更强,并且容易构成冗余结构，提高系统的可靠性和灵活性。

当系统有错误出现多节点同时向总线发送数据时，系统将不会出现总线短路，损坏某些节点的问题,而且CAN节点在错误严重情况下具有自动关闭功能,保证不会出现RS485网络中因个别节点出现问题，使得总线处于死锁状态.难点在于采用CAN总线技术组网，连接各种类型的照明控制装置,来实现能量管理，实现照明的定时控制和按需求控制等功能。

2发展背景

从20世纪60年代开发了白炽灯、荧光灯、高强度放电灯所使用的电子调光器，到20世纪90年代以来,国外以计算机技术为基础开发出灯光自动调光系统、自动关停系统和自动补偿系统，也称“智能照明”的新型照明控制系统，并已有定型产品得以良好的推广和运用,使建筑照明由传统控制走向计算机控制或无人控制的新领域.自1984年美国建成第一座智能建筑以来的十几年中,在世界范围内,智能建筑以一种崭新的面貌和技术，迅速在各地展开。

尤其是亚洲的日本、新加坡、台湾等国家和地区，为了适应智能建筑的发展,进行了大量的研究和实践,相继建成了一批具有智能化的建筑。

照明系统经历了以下几个方式：

（1）传统照明控制方式

照明控制可分为开关控制和调光控制,调光控制又包括连续的调光控制和不连续的调光控制。

按发光原理划分,照明光源通常可分为热辐射光源和气体放电光源，其典型的光源分别为白炽灯和荧光灯。

热辐射光源，即利用电能使物体加热到白炽程度而发光的光源；气体放电光源，即利用气体或蒸气的放电而发光的光源。

对于热辐射光源来说，既可以实现开关控制，也可以实现调光控制,只需要调节供给光源的供电电压即可调节光通量的输出。

而对气体放电光源来说，实现调光控制并非那么简单，不能简单的控制供给光源的供电电压，这类光源都有镇流器，220V工频电压经过整流器后再给光源供电,要实现调光控制,必须研制适应具体气体放电光源的匹配镇流器.通过控制镇流器的输出电压的频率和电压来调节光源的光通量输出.

传统方式对照明控制而言,简单，有效,直观。

但它过多依赖控制者的个人能力，控制相对分散和无法有效管理，其实时性和自动化程度太低.

（2）自动照明控制方式

这种控制方式利用数字控制技术来遥控灯具的开关。

通常是控制中心发出信号，通过直接数字控制器来控制配电回路中的交流接触器的分合，从而控制配电回路的通断，实现灯具开关控制。

采用该种方式，解决了传统方式控制相对分散和无法有效管理等问题，实现了照明控制的自动化但却无法实现调光控制功能。

自动照明控制方式与传统照明控制方式相比，主要解决的问题是集中控制的问题,自动化程度相对提高，但由于DDC系统本身固有的技术特点,使得DDC在照明控制系统中表现出明显不足，不仅无法实现调光控制，而且也很难实现灯光场景等预设置和场景管理等功能。

DDC系统的主要优点是易于根据全局情况进行控制计算和判断,在控制方式、控制时间的选择上可以统一调度安排.不足的是，对控制器本身要求很高，必须具有足够的处理能力和极高的可靠性，当系统任务量增加时,控制器的效率和可靠性将急剧下降。

尽管集散控制系统逐步取代DDC系统，而且实现了分散控制与集中管理功能,但对于底层的设备来说，仍然是传统的DDC技术，唯有把现场总线技术应用到现场设备级管理后，这个问题才能得到根本性解决。

（3）智能照明控制系统

二十一世纪是一个网络化时代，数字控制技术不断提高，网络化管理正逐渐渗透至各种传统控制系统中。

进入二十世纪后，随着人民生活水平不断提高,人们对十照明的要求也发生了很大的改变。

尤其在一些中高档的建筑中，照明不再单纯地为满足人们视觉上的明暗效果，更应具备多种的控制方案，使建筑物更加生动，艺术性更强，给人丰富的视觉效果和美感。

二十世纪90年代初，智能建筑己不再简单地等同于楼宇设备自动管理。

在一些建筑物中的重要场所，简单地开关控制己无法满足要求。

人们开始追求多样化的照明控制方式,使环境能体现出多种艺术效果.智能照明控制方式使照明自动控制不再依赖于楼宇设备自动管理系统，真正实现了照明控制的独立。

同时该方式不仅具备开关灯控制，而且还能对光源进行调光控制。

它是一个集多种照明控制方式、现代化数字控制技术和网络技术于一身的控制系统.它的出现和发展,使照明控制和维护管理变得更为简单,并为建筑照明提供了多种艺术效果。

智能照明控制系统被越来越广泛地接受和使用，这类产品和生产商更是层出不穷。

正确的照明控制方式是实现照明艺术性和舒适性的有效手段，是节约能源的有效措施.绿色照明是指所用照明产品高效率、长寿命、节电、节能、低噪音、低谐波、低电磁干扰。

在照明设计中，合理和正确地选用照明控制方式，不仅是经济性和实用性的良好统一,也是一个实现“绿色照明”的重要环节.与传统照明控制相比,智能照明控制系统功能强、范围广、自动化程度高，实现照明的高层次智能管理，提高工作效率，节约能源，而且能够延长灯具寿命，减少维护费用。

随着智能照明技术的快速发展，智能照明系统的水平将不断提高和快速发展，并形成合力、科学、高效的是实施策略.

3发展现状

在当今世界经济全球化和区域经济一体化的形式下,随着信息行业和计算机产业的高速发展、人们物质与精神生活水平的迅速提高,人们对工作和生活环境的灵活性、高效性和舒适性要求越来越高，传统的工作、居住环境受到了强有力地挑战，人们对照明的要求也越来越高，传统的照明技术受到了时代的强烈冲击，越来越被时代所淘汰,不能适应当今时代低碳节能的要求。

而现代照明技术发生了深刻的变化，“智能照明技术随之出现，并迅速地向前发展，以致形成照明技术发展的一个重要趋势。

智能照明控制系统是一个由中央控制器、主通信干线、分支、信息接口及控制终端等部分构成,是一个对各区域实施相同的控制和信号采样的网络系统。

智能照明的控制终端由调光模块、控制面板、照度动态检测器及动静探测器等单元构成，主控制器和终端之间通过信息接口等元件来连接，实现控制信息的传输.

3。

1目前各类智能照明系统

3.1。

1有线智能控制系统

通常采用一对双绞线作为通讯介质，所有系统控制单元由这对双绞线连接组成控制网络，每个系统控制单元所发出的控制信号在整个控制网络里进行传播,各个系统控制单元接收到控制信息后，则根据系统通讯协议的规定执行相应的动作，从而实现智能网络控制。

这种方案系统单元设计简单，由于采用的专用的双绞线作为通讯介质，所以具有抗干扰性能强、通讯效果好，通讯稳定性高的优点。

现对几种典型的有线智能控制系统进行概述：

（1）DALI系统中国照明网技术论文·智能照明系统

DALI意为数字式可寻址照明控制接口标准，是一种专门的智能照明系统,它定义了实现各种智能照明控制模块之间数字通信的接口标准。

中国照明网技术论文·智能照明系统在欧洲有多家厂商研究开发符合DALI标准的产品,DALI标准已被编入欧洲电子镇流器标准。

它支持“开放系统”的概念,只要它们遵守DALI标准，不同制造厂商的产品可以互连。

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DALI技术实现了采用尽量少的设备,提供高效简便操作的智能化照明控制方式。

DALI系统的性价比高于1~10V系统，低于复杂的总线系统.DALI系统可以通过DALI/1～10V转换器实现对带有1～10V接口设备的控制,并可通过网关实现与其他总线控制系统的集成（如BA系统）,故具有广泛的应用前景。

（2）EIB系统

EIB即欧洲电气接线装置总线智能控制系统,是为电气接线装置专业打的智能化控制系统，照明系统是该系统的一个组成部分。

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EIB总线系统作为欧洲安装总线标准,利用一条双绞线作为控制总线