河套IT TALK 84：（原創(chuàng)）照亮未來：智能照明技術(shù)的創(chuàng)新與變革（上）

如果你裝修過房子，一定有在家居照明市場(chǎng)里眼花繚亂的各種燈具當(dāng)中挑花眼的經(jīng)歷。從吸頂燈、吊燈、筒燈、壁燈、臺(tái)燈、落地?zé)?、鏡前燈、小夜燈、地腳燈、柜燈、射燈、燈帶、導(dǎo)軌、磁吸，各種紛繁復(fù)雜的種類和用途所困惑吧。但這還只是按照功能劃分的燈。如果在燈的前面再加上“智能”二字，所具備的內(nèi)涵將發(fā)生翻天覆地的轉(zhuǎn)變。

曾經(jīng)，照明只是為了提供光線，讓我們能夠看清周圍昏暗的環(huán)境，滿足基本的視覺需求。然而，隨著科技的不斷進(jìn)步和社會(huì)的不斷發(fā)展，照明的概念已經(jīng)超越了單純的照亮功能，展現(xiàn)出更加廣闊而深遠(yuǎn)的意義。

首先，照明能改善我們生活的質(zhì)量，科學(xué)表明，光線的亮度、色溫和光譜分布可以對(duì)人們的情緒、注意力和生物節(jié)律產(chǎn)生影響。明亮而清晰的照明則激發(fā)活力和專注力，助力我們充滿活力地追逐夢(mèng)想。藍(lán)光對(duì)人體的生物鐘起著調(diào)節(jié)作用，可以抑制褪黑激素的分泌，從而提高警覺性和抑制睡意。柔和而溫暖的燈光可以在繁忙的日常生活中帶來放松和寧?kù)o，增添一份溫馨和安慰；暖色調(diào)的光線有助于促進(jìn)睡眠。在照明設(shè)計(jì)中，模擬自然光的變化可以更好地滿足人們的生物節(jié)律需求。例如，使用智能照明系統(tǒng)可以根據(jù)不同時(shí)段模擬自然光的變化，如晨光效果在早晨逐漸增加亮度和色溫，模擬日落效果在晚上逐漸降低亮度和色溫。這樣的光線變化可以幫助人們保持生物節(jié)律的平衡，提高睡眠質(zhì)量和身體健康。

其次，照明已經(jīng)成為一種藝術(shù)形式和生活方式的象征，越來越注重情景化的體驗(yàn)。它不僅僅是為了點(diǎn)亮房間，通過精心的設(shè)計(jì)和創(chuàng)意的燈光安排，照明可以為人們營(yíng)造出舒適、溫馨或激動(dòng)人心的氛圍和情感體驗(yàn)。無論是餐廳、客廳、書房、玄關(guān)和臥室，照明可以通過調(diào)整亮度、色彩和燈光效果，創(chuàng)造出獨(dú)特的空間感和情感體驗(yàn)。

另外，隨著能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，使得節(jié)能和可持續(xù)性成為現(xiàn)代照明的重要關(guān)注點(diǎn)。智能照明系統(tǒng)的發(fā)展，使得照明能效得到了最大程度的提升。通過智能控制和優(yōu)化，自動(dòng)調(diào)整照明亮度、色溫和光譜分布等，可以減少能源浪費(fèi)，降低照明系統(tǒng)的能耗，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

最后，人工智能和智能家居在照明系統(tǒng)中起到的作用越來越大，這不僅僅是不同的智能照明系統(tǒng)與其他智能設(shè)備（比如手機(jī)）的拉通和控制聯(lián)動(dòng)，而且可以根據(jù)個(gè)人的需求，通過個(gè)性化的智能場(chǎng)景識(shí)別，能隨時(shí)改變燈光和照明的開關(guān)、方向角度、強(qiáng)弱、色溫、搭配組合和色彩變化來迎合不同的個(gè)性化場(chǎng)景和個(gè)性化心境的照明需求。同時(shí)照明也不僅僅是照明，智能照明系統(tǒng)可以作為智能家居系統(tǒng)的一部分，與其他智能設(shè)備（如智能音箱、智能窗簾、智能安防等）進(jìn)行互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)更綜合、智能化的家居體驗(yàn)。

今天，我們就展開聊一下智能照明這個(gè)話題。

首先，讓我們回顧一下照明系統(tǒng)的發(fā)展歷史。

• • 1884 年：英國(guó)科學(xué)家約瑟夫·斯旺（Joseph Swan）發(fā)明了現(xiàn)代電燈開關(guān)。這一發(fā)明為人們方便地控制電燈的開關(guān)提供了重要的解決方案，并成為后來電氣照明系統(tǒng)的重要組成部分。

  • 1901年：美國(guó)發(fā)明家Peter Cooper Hewitt獲得了一項(xiàng)關(guān)于氣體放電熒光燈的專利。

  • 1934年：熒光管的改進(jìn)。由于技術(shù)改進(jìn)，熒光燈的可靠性和效率得到了顯著提升，廣泛應(yīng)用于商業(yè)和工業(yè)照明。

  • 1950年代至1960年代：熒光燈的廣泛普及。熒光燈開始在家庭、辦公室和公共場(chǎng)所得到廣泛應(yīng)用，取代了傳統(tǒng)的白熾燈。

  • 1962年：Egon Lübbers和Herbert Paul Maruska在德州儀器（Texas Instruments）工作期間，成功制造了第一顆工作在綠光波長(zhǎng)范圍的發(fā)光二極管，使用的是鎵砷化物（GaAsP）材料。同年，通用電氣科學(xué)家尼克·霍洛尼亞克（Nick Holonyak Jr.）使用合金化合物鎵砷化銦（GaAsP）發(fā)明了第一個(gè)紅色發(fā)光二極管（LED）。

  • 1971 年：美國(guó)物理學(xué)家Edward Miller和Jacques Pankove在1971年發(fā)明了藍(lán)色LED。他們使用的是氮化鎵材料，并成功制造出工作在藍(lán)色波長(zhǎng)范圍的LED。緊接著第二年，Herb Maruska和Wally Rhines在斯坦福大學(xué)進(jìn)行的研究中，于1972年制造了第一個(gè)使用摻鎂氮化鎵材料的藍(lán)紫色LED。藍(lán)色LED的發(fā)明對(duì)于現(xiàn)代光電子技術(shù)的發(fā)展和照明行業(yè)的進(jìn)步具有重要意義。

  • 1972 年：通用電氣（General Electric）工作的電氣工程師M. George Craford 成功地發(fā)明了一種高亮度、高效率的黃色LED，使用的是鎵砷化物（GaAsP）材料。這項(xiàng)發(fā)明對(duì)于LED技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用具有重要意義。

  • 1986 年：在斯坦福大學(xué)的研究中，Maruska和Rhines成功地開發(fā)了鎂摻雜的氮化鎵（GaN:Mg）材料，并制造出了工作在藍(lán)色波長(zhǎng)范圍的LED。這一發(fā)明被認(rèn)為是藍(lán)色LED技術(shù)的重要里程碑，為后續(xù)的藍(lán)色LED研究和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

  • 1993 年：物理學(xué)家 Isamu Akaski 和 Hiroshi Amano 開發(fā)出用于藍(lán)色 LED 的高質(zhì)量氮化鎵。通過 Akaski 和 Amanos 的開發(fā)，電氣工程師 Shuji Nakamura 創(chuàng)造了第一個(gè)高亮度藍(lán)色 LED，從而迅速引領(lǐng)了白色 LED 的發(fā)展。開啟了數(shù)字照明革命。

  • 1998 年：DALI – 最廣泛使用的數(shù)字照明控制協(xié)議發(fā)布。DALI（Digital Addressable Lighting Interface）協(xié)議是由歐洲照明工業(yè)協(xié)會(huì)（ZVEI）主導(dǎo)發(fā)起的。旨在為照明系統(tǒng)提供一種統(tǒng)一的數(shù)字控制標(biāo)準(zhǔn)。歐洲照明工業(yè)協(xié)會(huì)與照明行業(yè)的各個(gè)利益相關(guān)者合作，包括制造商、供應(yīng)商和系統(tǒng)集成商，共同推動(dòng)DALI協(xié)議的制定和推廣。

  • 2002 年：住宅用白光 LED 開始商用

  • 2008：LED燈開始在學(xué)校、辦公室和醫(yī)院流行起來。

  • 2019： LED燈是照明的主要來源，鹵素?zé)艉蜔晒鉄粽诒惶蕴?/span>

過去這幾十年，照明系統(tǒng)經(jīng)歷了從熒光燈到LED燈的徹底轉(zhuǎn)變。毫不夸張地說，LED燈重新定義了照明。相比傳統(tǒng)的白熾燈和熒光燈，LED的能效更高，能將更多的電能轉(zhuǎn)化為可見光，而不會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。這使得LED照明能夠顯著節(jié)省能源和降低能源成本。同時(shí)，LED具有明顯的壽命優(yōu)勢(shì)，通?？梢赃_(dá)到數(shù)萬小時(shí)以上。相比傳統(tǒng)的燈泡，LED的壽命更長(zhǎng)，不容易損壞或燒壞。這減少了更換燈具和維護(hù)的頻率和成本。而且，和傳統(tǒng)的熒光燈不同，LED燈在以下幾個(gè)方面是傳統(tǒng)照明設(shè)備完全不具備的能力：

• • LED能夠產(chǎn)生廣泛的色彩，包括白光和各種彩色光。通過調(diào)整LED的材料和結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)不同色溫和色彩的光線輸出，以滿足不同場(chǎng)景和需求的照明要求。

  • LED照明產(chǎn)品通常較小巧，靈活性高。它們可以設(shè)計(jì)成各種形狀和尺寸，適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，如室內(nèi)照明、戶外照明、汽車照明等。這為照明設(shè)計(jì)師提供了更大的創(chuàng)造空間和靈活性。

  • LED具有良好的可調(diào)光性能，可以根據(jù)需要調(diào)整亮度和光強(qiáng)。此外，LED還可以與智能控制系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)化調(diào)光和智能照明管理，提供更高級(jí)的照明體驗(yàn)和能源管理。

LED的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用改變了傳統(tǒng)照明技術(shù)的格局，為照明行業(yè)帶來了革命性的變化。毫不夸張地說，沒有LED燈，就不會(huì)有智能照明。LED是智能照明解決方案的根基。

但光有這個(gè)根基是不夠的。作為智能照明系統(tǒng)，是需要一系列部件配合來實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能的：

• • 照明對(duì)象：LED燈是典型的照明對(duì)象。作為智能照明系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，LED會(huì)分散到家居場(chǎng)景的各處。

  • 照明控制器：如果是單一燈源，控制器往往與燈集成在一起為單燈控制器，但作為智能照明系統(tǒng)，一般控制器和照明對(duì)象是分離的。通過信號(hào)和指令來完成控制。

  • 網(wǎng)關(guān)/路由器：是所有智能設(shè)備橋接匯聚的節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換。

  • 智能照明云端服務(wù)平臺(tái)：服務(wù)器儲(chǔ)存和處理控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)，分析控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)，提供遠(yuǎn)程控制功能。云端服務(wù)平臺(tái)往往收集和存儲(chǔ)各種傳感器的數(shù)據(jù)，如光照強(qiáng)度、溫度、濕度等。這些數(shù)據(jù)可以用于后續(xù)分析和優(yōu)化照明系統(tǒng)的性能，如能源管理、行為模式識(shí)別等。往往會(huì)對(duì)接生態(tài)應(yīng)用。

  • 智能照明控制終端：一般是通過智能終端等運(yùn)行控制軟件，可以現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行配置和控制。

  • 環(huán)境感知部件（傳感器）：用于感知環(huán)境條件和用戶行為，從而實(shí)現(xiàn)智能控制和自動(dòng)化調(diào)節(jié)。

  • 無線通信模塊：無線通信模塊用于實(shí)現(xiàn)傳感器、燈具和控制設(shè)備之間的無線通信。常見的無線通信技術(shù)包括Wi-Fi、藍(lán)牙、Zigbee等，使各個(gè)部件能夠互相傳遞信息和指令。

這些部件相互配合，通過傳感器感知環(huán)境信息，將數(shù)據(jù)傳輸給網(wǎng)關(guān)或中控器。中控器根據(jù)預(yù)設(shè)的規(guī)則和用戶的需求，通過無線通信模塊發(fā)送控制指令給LED燈和其他控制設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)光、調(diào)色、開關(guān)控制等功能。用戶可以通過控制器、手機(jī)APP或云平臺(tái)與系統(tǒng)交互，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制、設(shè)置場(chǎng)景和定時(shí)控制等操作。整個(gè)系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析，不斷優(yōu)化照明效果和節(jié)能管理。

下一篇，我們會(huì)一一展開來說明這些部件是如何配合工作的。