家居智能照明現狀與發展趨勢探析

曹小兵

(深圳市斯派克光電科技有限公司，深圳 518034)

照明研究

家居智能照明現狀與發展趨勢探析

曹小兵

(深圳市斯派克光電科技有限公司，深圳 518034)

智能照明不只是單一改變光環境的控制，而是集傳感、組網、通信、云計算和物聯網等多種技術與平臺于一體的多元化系統。通過對智能照明市場空間與實施推廣應用進行闡述，進而從技術原理、模塊構建、軟件設計與系統方案等方面探析家居智能照明現狀，并展望其未來發展趨勢。

家居照明；智能控制；系統；方案

0 引 言

隨著國民經濟的快速增長與人們生活質量的不斷提高，智能控制技術也快速應用于居家生活，傳統照明被智能照明替代已成為照明業的發展趨勢。通過智能控制技術的應用可滿足人們對照明環境及氛圍日益豐富的需求，可根據不同的環境和時間需要而設定匹配的照明環境，營造舒適的氛圍，起到美化家居生活環境的作用。智能照明歸屬智能家居大架構下的子系統，隨著智能控制技術的成熟應用，智能系統管理將取代傳統點對點的控制模式，并為人們高質量的生活提供更豐富的智能化功能，在家居生活中得到更廣泛的應用。

1 家居智能照明概況

1.1 市場空間

家居智能照明正處在推廣階段，可謂是百花齊放、百家爭鳴，未來幾年我國照明市場規模預計可突破1 000億美元，而家居智能照明市場的滲透率不足2 %。通過智能控制技術與高效節能LED的融合及推廣應用，現代家居照明將進入“智能”時代，智能照明也是市場需求的必然趨勢，其細化市場前景不可估量。

智能照明系統具備集中智能管理模式，能為人們的家居生活調配出更加優質的光環境。系統的應用將整個家居的智能化管理水平大幅度提升，加之人們

對照明的需求從單一追求光效已提升到注重光質量及舒適度等更高要求，智能照明系統可根據相應要求調整光環境及設置典型模式，更加符合現代生活的需求。智能照明系統的本質是電子化和網絡化的結合，不僅可以實現照明系統的智能控制、自動調節和情景照明的功能，同時也是融入互聯網的一個窗口，從而衍生更多高附加值的服務。

1.2 應用與推廣

1.2.1 應用效果

LED的可控性能給予設計者無限的想象空間，通過智能控制技術能最大限度地滿足人們各種照明環境的需求。相對于傳統家居照明的手動、組動或聲控等單一控制，智能控制系統具有多元化的管理模式，并利用傳感器對環境數據進行監測，管理中心對家居照明燈具實行無線連接、組網管理、亮度調節、光色變化、軟啟動及多場景設置等功能，營造舒適、高效節能和安全的氛圍，滿足人們的生活需求。系統還可按分布形態對整個家庭照明實施智能管理，通過手機或iPad等移動設備實現遠程無線管理，以提高智能系統的管理水平及遠程控制應用體驗，并對每個終端燈的能源消耗及運行狀況進行實時監控，減少維護費用，達到更為節能的運行效果，營造簡單及溫馨舒適的家居生活氛圍。

1.2.2 推廣阻礙

家居智能照明雖有市場需求的積極引導，但相應技術仍需完善。行業技術規范不清晰，無系統的標準規范作為基準，造成當前應用混亂的局面，成為家居智能照明難以在市場迅速全面推廣的最大阻礙。無論是權威機構、產業聯盟及企業均未對家居智能照明進行系統規范，其原因有3方面。

1)采用的無線協議不統一。智能照明系統采用的無線局域網協議主要分為北美IEEE和歐洲HiperLAN兩大陣營，較為常用的有IEEE 802.11系列、HiperLAN、IrDA、HomeRF、Wi-Fi、Bluetooth及ZigBee等無線網絡協議，各自形成自有生態圈，不能相互兼容。制造商在研發、生產及推廣應用過程中無法達成一致，消費者對其認識也很片面，難以獲得大眾的認同。

2)現有家居照明采用多接口實現照明燈的調光調色，多以墻壁開關為主，其控制點分散，讓老年人和特殊群體使用不方便，不能簡單而便捷地進行集中控制操作。

3)市場定位過于“高、大、上”，遠遠超出普通消費者的消費預期，很難被市場接受。一套Philips Hue高達1 000多元，小米推出的Yeelight燈泡每只也要100多元，這樣的價格定位，唯有少數體驗者可接受，普通消費者只能望而卻步。

2 家居智能照明設計與研究

2.1 智能控制功能

家居智能照明系統是以計算機網絡控制平臺為核心，采用數字化、模塊化及分布式的總線架構，實現對照明燈的控制及管理。系統的中央處理器(central processing unit，CPU)與各控制模塊間通過網絡總線搭建實時的信息通信網絡，根據外圍環境的變化調控指令進行遠程及自動化管理。最大限度地實現人性化管理模式，配備一定的可補充及擴展功能，在不重新增添設備或者鋪設電纜電路的情況下，利用計算機編程技術增加或升級系統功能。

2.2 智能控制方案

家居智能照明系統由智能控制器(room control unit，RCU)、信息采集處理器、終端燈和信息顯示4大模塊構成，并利用組網、通訊、控制及綜合管理技術對終端燈進行控制及管理。系統的外接傳感器把相應信號傳輸到RCU，實時反饋居家環境信息，RCU通過以太網和網關通信與控制器局域網絡(controller area network，CAN)進行數據交換，將RCU的指令傳達到終端燈，同時在控制面板上顯示相關信息，讓操控者清楚地了解各種數據，方便操控。其工作架構參見圖1。

圖1 家居智能照明系統架構圖

2.3 模塊構建系統

家居智能照明系統的硬件由調光模塊、輸入模塊、啟閉模塊、人機界面、傳感器、PC接口和時間模塊等構建而成，并承擔相應的系統任務。

1)調光模塊以CPU為核心，利用控制可控硅開啟角調節輸出的電壓平均幅值對終端燈進行調控。

2)輸入模塊接收無源節點的信息，通過總線把信息傳輸給CPU。

3)啟閉模塊由繼電器構成，控制電源的開關對終端燈的啟閉進行控制。

4)人機界面提供直觀的操作界面，顯示照明場景狀態、編程及完成各種控制指令的操作，同時將指示傳達到CPU，運算處理后對終端燈發出各種指令。

5)傳感器作為家居照明的“感知中樞”，主要采用紅外線傳感、光敏傳感、聲敏傳感、超聲波傳感、霍爾傳感和環境光傳感等各類傳感器，對終端燈所處環境及外部信息進行收集及監測。

6)時間管理模塊同控制系統總線上的設備是相互協調與配合的，完成各種自動化任務與時間的控制任務。

2.4 軟件系統方案

智能照明系統的設計方案通常是將整個系統的程序劃分為若干部分，通過雙音多頻(DTMF)信號發送、接收、顯示及控制指令生成等功能，編制對應部分的軟件流程圖，應用51C語言編寫相應程序。在整個編程中采用模塊化及功能系統化的設計原則，具備清晰的結構，便于程序的編制，具有升級與功能擴展等特點，并依據主機與從機的使用特點將系統軟件劃分為主從程序。

2.4.1 主機程序流程

在智能照明系統中主機相當于網絡服務中心，也是組網實現智能控制的基礎。主機負責網絡的總體協調工作，把子系統組合起來形成一個體系，讓組網、通信、指令及執行程序按預訂方案進行，不會產生混亂而影響系統工作，其流程如圖2所示。

圖2 主機程序流程圖

2.4.2 子系統程序流程

智能照明系統中的子系統主要是執行主機的控制命令，管理系統內每盞或每組燈工作狀況，進行信息反饋，其程序流程如圖3所示。

圖3 從機程序流程圖

2.5 系統功能

智能照明系統需充分體現照明舒適性和高效節能的特點，應用范圍涵蓋客廳、臥室、書房、走廊、廚房、衛生間及車庫等所有家居場所，因此家居智能照明系統應具備以下典型功能。

1)定時控制。對家居照明進行任意時間和某盞或某組燈的控制，當長時間沒有人居住時，則可設置某盞或某組燈在預定時間自動開啟，起到安全警示的作用。

2)感應控制。對衛生間、走廊及通道等公共區域的燈設置為感應控制狀態，實現人到燈亮與人走燈滅的節能模式。

3)場景調控。將具有智能控制功能的燈組網在一起，根據不同時間、不同場景及應用者喜好輕松實現各種照明模式，并對同一區域的多組燈光進行控制，既方便操作，又能賦予同一空間不同的燈光效果，營造出舒適氛圍滿足家居照明需求。

4)遠程控制。應用者通過手機或iPad等移動設備，與智能控制系統通過無線連接，實現遠程管理，掌控家居照明的運行狀況。

3 家居智能照明的發展趨勢

隨著人們生活水平的不斷提高，對家居照明的個性化要求越來越高。智能控制技術的不斷升級和完善使智能化程度和水平越來越高，因此，其應用程序逐步變得操作簡單且功能豐富多彩。創新是推動技術進步的動力，創新對于各行各業都有著深遠影響，智能照明的創新趨勢主要有以下幾方面。

3.1 個性化需求

隨著智能照明系統功能越來越豐富和多樣化，未來的家居照明將不再單單是對燈開關明暗的調節控制。應用者在注重外在時尚感與個性化設計的同時，會追求更多功能；在重視光環境的品質與健康安全的同時，會融入更多情感與喜好的個性化改造(do it yourself，DIY)。DIY則可直接準確地表達及實現應用者最真實的照明效果需求，因此，對智能照明進行系統性DIY將成為發燒友們的生活樂趣。

3.2 數據挖掘技術

智能照明系統不僅可根據環境變化和應用者預定模式進行設置，還可系統地采集各種信息，利用數據挖掘技術對收集信息進行相對應的邏輯分析和運算判斷，按需求對信息實施存儲、顯示及傳送，進而做出符合需求的工作狀態信息反饋及調控設置，以達成預期目的。

3.3 聯動與智能

智能照明系統在家居中應用分布廣泛，且涉及的控制節點數量多，并不是簡單地把照明設備加入智能程序就可以實現智能照明，而是必須擁有完善的控制系統，兼顧創新技術與實用產品的結合。系統將會從單一的照明智能化，發展到與其他家用電器通過組網無縫連接的聯動控制，實現家居智能系統的全面組網。

3.4 無線遠程控制

智能手機和iPad等攜帶方便的終端設備已得到全面普及，應用者無需任何專業培訓就能靈活地在終端設備上進行各種程序的操控，終端設備是家居智能照明最方便實用的控制端，也為家居智能照明的推廣積累了大量的潛在用戶。未來家居智能照明的競爭將會集中在“軟件、服務、云”3個方面，需要依靠軟件來實現增值服務。同時，人與照明之間將會有更多的互動與創新，把家居智能照明的人性化與個性化進行完美的體現。

3.5 市場推廣

隨著智能控制技術的成熟應用，原來以經營有線產品為主的集成商和代理商，會隨著市場需求的變化而推廣無線智能照明產品。同樣，高端智能照明集成商也將增加兼容性較強的無線類產品，拓寬業務范圍及增加市場銷售的靈活性。

4 小 結

家居智能照明的核心價值是以科技創新為基礎，滿足基于人與光節律要求的多元化選擇，并得到應用者的全新體驗及認可。同時，也需制定統一的技術標準來規范家居智能照明的方案設計、生產及安裝，讓普通消費者接受更具親民價格的產品，順應新型城鎮化建設與智慧城市建設的國家發展規劃，推廣高效節能的智能照明產品。

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Analysis of current situation and development trend of smart home lighting

Cao Xiaobing

(Shenzhen SPARK Optoelectronics S&T Co., Ltd., Shenzhen 518034, P.R.China)

Intelligent lighting is not just a single change of light environment control, but also the sensing, networking, communications, cloud computing and networking and other technologies and platforms to fuse together in a variety of systems. Through the application of the smart lighting market space and the implementation of the application, and then from the technical principle, module construction, software design and system design, and other aspects of the smart home lighting, and the future development trend of the future.

home lighting; intelligent control; system; scheme

2016- 01-18

曾小兵，男，主要從事智能照明研究。