樓宇自控系統的智能照明控制技術

摘 要：本文介紹了智能照明控制系統與樓宇自控系統的含義，基于Zigbee技術闡述了樓宇智能照明系統的設計和實現，并對如何實現樓宇自控系統與智能化照明控制系統的有效集成進行了詳細的闡述。

關鍵詞：樓宇自控系統；智能照明控制技術；Zigbee技術

中圖分類號：TM923 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）07-0177-03

Abstract：This paper introduces the meaning of the intelligent lighting control system and the building automation system. Based on the Zigbee technology，the design and implementation of the building intelligent lighting system are expounded，and the effective integration of the building automatic control system and the intelligent lighting control system is explained in detail.

Keywords：building automation system；intelligent lighting control technology；Zigbee technology

0 引 言

現代社會的各個方面的智能化程度都在不斷提高，建筑行業對智能化的運用也越來越普遍，許多現代化樓宇都采用了智能控制系統。樓宇自控系統的智能照明控制技術可以為樓宇創造科學的照明環境，同時達到節能效果，既有利于樓宇照明管理，又落實了環保理念。以下，筆者對樓宇自控系統和智能照明控制系統都進行了分析。

1 智能照明控制系統的含義

智能照明控制系統是一種利用電磁調壓、電子感應技術實現對供電實時監控跟蹤，并控制電力電壓、電流幅度，從而優化照明效率、質量的現代化系統，其平臺為相應的統一系統。目前，智能照明控制系統可分為兩類，一類是線照明控制系統，而另外一類是智能照明控制系統。與傳統照明控制系統進行對比可以發現，智能照明控制系統具有多方面的優勢。首先，智能照明控制系統能對照明進行自動化控制、管理，這樣不僅可以優化人們的日常工作和生活條件，而且還能夠為人們提供舒適的照明氛圍。其次，智能照明控制系統實現了對電力資源的優化配置，具有節能環保的優點。最后，智能照明控制系統對燈具有保護作用，能有效延長燈具使用壽命。

2 樓宇自控系統的概述

通常情況下，樓宇自控系統屬于一套綜合性的系統，其主要包括中央計算機、控制子系統等部分，并借助計算機技術、傳感技術、現代通信技術等來完成對樓宇的全自動綜合管理。管理內容包括采暖、通風、電梯、監控、配變電與自備電源監控等各個方面。樓宇自控系統一般是借助網絡化方式來對前端設備數據信息進行采集、分析和管理。樓宇自控系統所發揮的功能如下：（1）有利于系統管理、操作、控制、調度策略的制定；（2）有利于控制參數、數據存取；（3）有利于對各種數據信息進行打印；（4）有利于分析系統運行歷史記錄及趨勢。

3 樓宇智能照明系統的設計

3.1 Zigbee系統設計

Zigbee技術是一種近距離雙向無線通訊技術，具有復雜程度低、功耗低、速率低、成本低的特點，適用于短距離的低功耗、低速率電子設備間進行數據的收集、整理和傳輸，間歇性數據，并在典型周期性數據、低反應時間數據等傳輸過程中得到了廣泛的應用。該技術在樓宇照明控制系統中具有很強的實用性。樓宇智能照明系統中Zigbee系統的搭建分為四個部分。第一部分是網絡協調器，其能夠對網絡通信進行維護，以確保其正常運行。實際上，核心處理器與網絡協調器可以進行雙向通信，能夠完成對數據信息的有效接收與發送，以確保信息達到目的節點，更好地提高信息的傳輸效率。第二部分是路由器，適用于通信距離較遠、線路條件較差的情況，其功能是增強信號強度。第三部分是終端。終端是一種省電設備，可以節電，工作依據是傳感器或紅外感應。終端可將感應到的數據信息傳送給下一級，也與子網中心進行雙向通信。第四部分是子網中心。其一般安裝于燈具上，能夠對感應消息進行處理后將它傳遞出去。

3.2 Zigbee組網設計

Zigbee組網設計需要考慮網絡地址分配和網絡拓撲結構。第三代智能照明控制系統拓撲圖如圖1所示。

Zigbee自組網能力十分強大，其每個網絡具有65000個節點。Zigbee大規模的組網能力來源于其底層所選擇的直擴技術，借助非信標模式能夠有效提高網絡擴展的效果。Zigbee組網設計建立在IEEE標準協議之上，所以，需要維護、分配、管理物理地址。在分配地址時，為了避免出現網絡沖突，應確保地址的唯一性。

3.3 Zigbee網絡通信

在對該通信系統進行軟件編寫的過程中，需要對應答幀、控制幀、報警幀的設計給予重視。其中報警幀屬于照明控制系統直觀、正常反應的直接重要保證，可以將照明系統的異常情況消息傳遞給相關節點。應答幀的功能是將當前照明系統的工作狀態反映給需要的單位，可查詢，可反饋。控制幀中有控制參數、控制屬性、源地址、目標地址。

4 樓宇智能照明系統的實現

4.1 Zigbee無線網絡的實現

通常情況下，Zigbee節點中一般涉及到原理圖設計、PCB繪制等多方面內容，具有體積小、成本低等要求，而主要芯片電路復雜程度又很高，雙層板設計很適用。設計核心電路時，需完成設計原理圖、選擇芯片、設計PCB等工作。在進行DA電路設計過程中，要按照要求進行設計原理圖、DA芯片和射頻部分等工作。樓宇智能照明系統采用的開發技術是單片機。Zigbee節點的主要職責是接收串口數據，并對其進行處理。

4.2 控制終端的實現

樓宇智能照明系統主要包括計算機、平板電腦、智能手機等控制終端。基于Zigbee技術的樓宇智能照明系統應用了數據庫技術和圖形用戶界面開發技術，并重視用戶對終端控制設備運行過程中所提出的要求。為了避免出現設備管理不統一導致混亂，同時也為了增強針對性，設計了多種軟件語言。要實現樓宇智能照明系統，首先需要根據相應語言環境來進行控制終端的搭建，并根據具體情況來對安裝包和工具包進行選擇。其次，需按照提示安裝，并創建窗口，添加構件。要想確保控制終端可以同時對多個任務進行控制，就需要按照要求設計多進程程序窗口。

5 樓宇自控系統與智能化照明控制系統的集成

5.1 集成方式

一開始時，樓宇自動系統的照明控制管理方式是接觸器，這種模式的實景控制不太靈活，且表現不好，為此逐漸被淘汰。目前，樓宇自控系統與智能照明控制系統的集成方式主要有兩種，分別是協議轉換接口和OPC方式。

其中，OPC方式具有操作簡單的特點，能夠有效開展系統基層集成工作，但在實際操作過程中仍具有一定的難度，容易出現數據遺漏的問題，且很難確定具體遺漏的數據是哪些。樓宇自控系統與智能照明控制系統的集成會出現兩種情況：（1）樓宇自控系統可以完成對智能照明控制系統數據的有效接收，但不能對其發出指令，這種情況下上位機顯示為正常運轉，可以安心使用；（2）樓宇自控系統受到智能照明控制系統的指令，然后才運作，這種情況將會引發數據信息的遺漏，因此在樓宇自控系統中不適用。

協議轉換接口的集成工作一般能夠實現樓宇自控系統、智能照明控制系統、消防安保系統的有效聯動，并按照具體情況合理控制管理區域。協議轉換接口的集成方式的優點是比較可靠，且性價比高。

OPC方式和協議轉換接口這兩種集成方式適用于不同復雜程度的建筑，對于回路較少、控制簡單的公共建筑，一般建議選擇OPC方式；反之，對于回路較多、控制復雜的建筑物，一般建議選擇協議轉換接口的集成方式。

5.2 集成方式的選擇

實際上，用戶一般可以借助電腦軟件編程來完成對各回路的調光控制、定時開關控制和場景設置，并通過在現場安裝控制面板，來完成對樓宇照明的有效控制。同時，用戶還可以結合實際情況修改照明控制方案，以便使樓宇智能照明控制更加靈活，更加便利。

樓宇照明的基本控制方式主要有四種，分別是單個控制、群組控制、模式控制和調光控制。其中，單個控制指的是用一個開關控制單獨回路。對于群組回路一般需要借助一個開關來對一組復數回路進行控制，也就是群組控制。模式控制可以在滿足實際要求的同時，結合用途、時間等信息來對場所照明進行控制。調光控制屬于比較常見的亮度調節控制方式，其實現方式是與照度感應器聯動，或者是調光開關。這四種控制方式具有各自的缺點和優點，適用于不同的情況，在選擇集成方式時應以實際情況為依據。施工后重新設定集成方式不會影響樓宇自控系統和智能照明控制系統的使用，也不會對周圍環境造成不良影響。區域劃分是一項重要工作，控制效果和控制成本都會受區域劃分的影響。為此，實施中應確保區域劃分的合理性，盡可能地避免出現劃分過大不利于控制或劃分過小增加控制成本的現象。DDC控制具有簡便靈活的特點，能將不同類型的擴展模塊掛接。

樓宇自控系統與智能照明控制系統的集成方式是多種多樣的，這些方式各具特色，在不同的情況下發揮的作用并不相同。為了充分發揮集成方式的優勢，規避其劣勢，應以實際情況為依據進行集成方式的選擇，從而確保集成效果。選擇集成方式時，應考慮以下內容：首先需要考慮的就是系統的集成程度，選擇的集成方式能實現的系統集成程度應滿足相關的要求。其次，選擇集成方式時還應考慮系統布局，盡量提高其簡易性，確保系統實際操作不會對布線工作產生不良影響。此外，系統的兼容性也是選擇集成方式時應考慮的因素。

6 結 論

綜上所述，將智能照明控制系統引入到樓宇控制系統中，可以更好地滿足時代發展需求。實際上，智能照明控制系統與樓宇自控系統的集成工程復雜程度較高，需要考慮的因素較多，為了保證集成方案的合理有效，應以實際條件為選擇依據。

參考文獻：

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[2] 姚小華.樓宇自動化的主要系統及技術 [J].住宅與房地產，2017（18）：49-50.

作者簡介：張清良（1979.12-），男，本科，中級。研究方向：智能樓宇。