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(xiàn)/無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)、電力載波通訊技術(shù)、嵌入式計(jì)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(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)照明設(shè)備的智能化控制。

智能照明 ［1］ 是指利用計(jì)算機(jī)、無(wú)線(xiàn)通訊數(shù)據(jù)傳輸、擴(kuò)頻電力載波通訊技術(shù)、計(jì)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(wú)線(xiàn)遙測(cè)、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(dòng)、定時(shí)控制、場(chǎng)景設(shè)置等功能;并達(dá)到預(yù)定的特點(diǎn)。

分類(lèi)

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(yùn)用無(wú)線(xiàn)Zigbee、WiFi、GPRS等多種物聯(lián)網(wǎng)和IT技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程單燈開(kāi)關(guān)、調(diào)光、檢測(cè)等管控功能，開(kāi)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(guān)燈、商業(yè)照明、學(xué)校機(jī)關(guān)照明等照明系統(tǒng)，用一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)來(lái)進(jìn)行管理。本系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)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(diǎn)：

1、 回路控制和控制箱門(mén)開(kāi)報(bào)警、水浸報(bào)警;

2、 回路電流、電壓、功率因數(shù)、電量檢測(cè)等;

3、 單燈開(kāi)關(guān)和調(diào)光;

4、 單燈電流、電壓、功率因素、電量和溫度檢測(cè)等;

5、 根據(jù)天氣情況和實(shí)際的光照度，實(shí)現(xiàn)燈具的自動(dòng)開(kāi)、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(chǎng)管理功能

8、 預(yù)設(shè)管理功能

9、 每天可進(jìn)行自動(dòng)通、斷電操作;可保證工作日、節(jié)假日按不同的時(shí)間自動(dòng)通、斷電;可對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行分區(qū)、分線(xiàn)路管理或單獨(dú)管理;

10、集成無(wú)線(xiàn)抄表功能，為能耗管理打下基礎(chǔ);

11、監(jiān)控?zé)艟叩拈_(kāi)、關(guān)和亮度，從而顯著延長(zhǎng)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(guó)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(jì)算的系統(tǒng)管理軟件為路燈管理部門(mén)的信息化建設(shè)提供了一套全面的解決方案。

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

2、路燈查控：能實(shí)時(shí)對(duì)安裝了路燈監(jiān)控器的路燈進(jìn)行開(kāi)、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(duì)燈桿、燈具、電線(xiàn)、控制箱、變壓器、電表、開(kāi)關(guān)、監(jiān)控器等路燈設(shè)備實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)信息化管理，具有設(shè)備安裝、報(bào)廢、維修、更換、出入庫(kù)等功能。

4、多媒體功能：具有圖片庫(kù)管理功能、視頻管理功能，使管理更具直觀(guān)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(xiàn)路、控制線(xiàn)路、敷設(shè)情況等功能。

6、輔助分析模塊：具有統(tǒng)計(jì)、報(bào)表、分析、查詢(xún)、負(fù)荷計(jì)算、實(shí)時(shí)讀表、用電分析、電纜長(zhǎng)度計(jì)算等功能。

7、Web信息發(fā)布模塊：與網(wǎng)站實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接，進(jìn)行遠(yuǎn)程管理的功能。

性能特點(diǎn)：

控制路燈開(kāi)關(guān)、亮度調(diào)節(jié)、電流、電壓采集、被盜報(bào)警等，并預(yù)留了溫度采集、燈桿傾斜檢測(cè)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(mǎn)足路燈企業(yè)和工程企業(yè)的使用需求。

1、通過(guò)Zigbee無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng)進(jìn)行通信連接，實(shí)時(shí)在線(xiàn)收信息;

2、高性能嵌入式微處理器技術(shù)，先進(jìn)的電能測(cè)量計(jì)量專(zhuān)用芯片，大容量存儲(chǔ)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(dòng)調(diào)光實(shí)現(xiàn)路燈的亮燈、暗燈的節(jié)能控制;

6、無(wú)線(xiàn)路由功能，實(shí)現(xiàn)通信的中繼功能。

技術(shù)參數(shù)：

無(wú)線(xiàn)頻率：2.4G ISM免費(fèi)頻段

平均功耗：0.4W/0.5W/0.7W

工作溫度：-40℃～85℃

性能特點(diǎn)：

智能照明網(wǎng)關(guān)是實(shí)現(xiàn)路燈單燈監(jiān)控的重要硬件設(shè)備，它使用Zigbee無(wú)線(xiàn)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(hù)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(shí)序調(diào)度功能、報(bào)警功能、類(lèi)型轉(zhuǎn)換功能、內(nèi)部實(shí)時(shí)時(shí)鐘等功能。

一般情況下，一個(gè)可以管理300個(gè)左右的燈控器。

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

1、通過(guò)Zigbee無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng)進(jìn)行通信連接，實(shí)時(shí)在線(xiàn)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(cè)量計(jì)量專(zhuān)用芯片，大容量存儲(chǔ)器技術(shù);

5、具有時(shí)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(cè)量功能;

7、具有水浸報(bào)警、控制箱門(mén)開(kāi)報(bào)警功能。

技術(shù)參數(shù)：

無(wú)線(xiàn)頻率：2.4G ISM免費(fèi)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(duì)建筑照明系統(tǒng)，廣大市民又提出新要求來(lái)。要在滿(mǎn)足基本照明的需求上，還需要來(lái)控制智能化、操作簡(jiǎn)單化、節(jié)能高效化等幾個(gè)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(diǎn)有什么？

本在智能家居中，照明控制系統(tǒng)是依據(jù)某個(gè)區(qū)域的功能、不同時(shí)間、室外的光量度，又或者是這個(gè)區(qū)域的用途，以此來(lái)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(lái)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(chǎng)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(lái)自動(dòng)的調(diào)用的。而在家庭里來(lái)使用的時(shí)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(shuō)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(shí)，照明控制系統(tǒng)又分為獨(dú)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(lái)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(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)施中央監(jiān)控，以便隨時(shí)調(diào)節(jié)照明的現(xiàn)場(chǎng)效果，例如系統(tǒng)設(shè)置開(kāi)燈方案模式，并在計(jì)算機(jī)屏幕上仿真照明燈具的布置情況，顯示各燈組的開(kāi)燈模式和開(kāi)/關(guān)狀態(tài)。

2，具有燈具異常啟動(dòng)和自動(dòng)保護(hù)的功能;

3，具有燈具啟動(dòng)時(shí)間，累計(jì)記錄，和燈具使用壽命的統(tǒng)計(jì)功能;

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

5，系統(tǒng)設(shè)有自動(dòng)/手動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，以便必要時(shí)對(duì)各燈組的開(kāi)、關(guān)進(jìn)行手動(dòng)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(chǎng)景預(yù)設(shè)、亮度調(diào)節(jié)、定時(shí)、時(shí)序控制及軟啟動(dòng)、軟關(guān)斷的功能。 隨著智能系統(tǒng)的進(jìn)一步開(kāi)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(shí)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(shí)現(xiàn)場(chǎng)景控制、定時(shí)控制、多點(diǎn)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(kāi)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(shí)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(lái)自動(dòng)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(yùn)行情況進(jìn)行照度設(shè)定，并按時(shí)進(jìn)行自動(dòng)開(kāi)、關(guān)照明，使系統(tǒng)能最大限度地節(jié)約能源。

4，延長(zhǎng)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(guò)電壓越高，燈具壽命將會(huì)成倍地降低，反之，則燈具壽命將成倍地延長(zhǎng)，因此防止過(guò)電壓并適當(dāng)降低工作電壓是延長(zhǎng)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(dòng)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(zhǎng)。

基于2.4G無(wú)線(xiàn)控制智能家居照明系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)隨著科技的發(fā)展，越來(lái)越多的自動(dòng)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(gè)重要子系統(tǒng)，具有高效節(jié)能、管理簡(jiǎn)單、控制多樣、成本較低和容易進(jìn)入市場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)。本文對(duì)面向智能家居的智能照明系統(tǒng)進(jìn)行研究和開(kāi)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(gè)子系統(tǒng)，也可以單獨(dú)使用。智能家居照明系統(tǒng)能控制不同生活區(qū)域不同場(chǎng)合的各種照明效果輕松解決家居節(jié)能問(wèn)題、提高生活品質(zhì)。生活中常常遇到這樣的問(wèn)題，當(dāng)在客廳中看電視或讀書(shū)時(shí)并不需要太強(qiáng)烈的照明光線(xiàn)不得不關(guān)掉客廳大燈開(kāi)啟光線(xiàn)相對(duì)較暗用于滿(mǎn)足看電視或讀書(shū)需要的其他燈具。

為了滿(mǎn)足不同場(chǎng)合的照明要求，需要安裝多種燈具，這給燈具控制帶來(lái)極大的不方便，智能照明系統(tǒng)能輕松解決這個(gè)問(wèn)題。只要按下手中的遙控器就能換轉(zhuǎn)場(chǎng)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(xiàn)方式和無(wú)線(xiàn)方式。有線(xiàn)方式包括電力線(xiàn)載波的X-10 和CEBUS、電話(huà)線(xiàn)方式的HomePNA、以太網(wǎng)方式IEEE802.3 以及專(zhuān)用總線(xiàn)方式的LONWORKS 和IEEE1394 等等。其中用電力線(xiàn)作為網(wǎng)絡(luò)信息的傳輸介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)是：不需要另外布設(shè)電纜，降低施工難度;缺點(diǎn)是傳輸速率只有300Kbps，難以滿(mǎn)足視頻和音頻信號(hào)的傳輸，保密性差，接入設(shè)備昂貴等。

無(wú)線(xiàn)方式包括紅外線(xiàn)方式的IrDA、無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)方式解決了布線(xiàn)的難題，同時(shí)也能滿(mǎn)足視頻和音頻信號(hào)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(xiě)后無(wú)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(gè)16 位定時(shí)器，功耗比較低。MCU 的控制信號(hào)通過(guò)光耦控制可控硅來(lái)控制燈具的明亮程度，在強(qiáng)電控制接口加有電流檢測(cè)回路，檢測(cè)強(qiáng)電電流的大小，用作檢測(cè)反饋。通訊方式采用2.4G 無(wú)線(xiàn)通信模塊，無(wú)需布線(xiàn)，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(jiàn)的有挪威Nordic 公司的nRF2401無(wú)線(xiàn)芯片模組，以色列RFWave 公司的RFW102 無(wú)線(xiàn)芯片模組等［5］。根據(jù)設(shè)計(jì)需求及成本考慮，本設(shè)計(jì)中采用Nordic 公司的nRF2401進(jìn)行無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。nRF2401 是一個(gè)單片無(wú)線(xiàn)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(jiàn)圖2）;采用FSK 調(diào)制方式，125 個(gè)頻道，能滿(mǎn)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(mǎn)足低功耗設(shè)計(jì)需要;芯片內(nèi)部設(shè)有專(zhuān)門(mén)穩(wěn)壓電路，使用各種電源包括DC/DC 開(kāi)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(jià)格合理和調(diào)光功率范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)最終采用可控硅相控調(diào)光來(lái)調(diào)節(jié)燈具的明亮程度。應(yīng)用可控硅相控原理，通過(guò)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(shí)現(xiàn)調(diào)光?？煽毓柘嗫卣{(diào)光對(duì)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(shí)段實(shí)時(shí)調(diào)整。由于調(diào)光電路主要是電子元件組成，相對(duì)來(lái)說(shuō)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(hào)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(shí)現(xiàn)調(diào)光。

圖3 可控硅相控調(diào)光電路5.結(jié)束語(yǔ)基于單片機(jī)控制的智能家居照明系統(tǒng)，具有成本低、開(kāi)發(fā)時(shí)間短、安裝維護(hù)方便、容易滿(mǎn)足客戶(hù)不同需求等優(yōu)點(diǎn)，市場(chǎng)前景廣闊。目前我國(guó)的消費(fèi)水平并不高，對(duì)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(chǎng)上應(yīng)用越來(lái)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(chǎng)推廣價(jià)值。

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