智能照明系統綜述及淺析

王 輝 溫唯理

（威凱檢測技術有限公司 廣州 510663）

引言

近年來，隨著LED照明技術的發展，照明的管理和控制得到了極大的加強。這為引進物聯網技術、大數據技術、數字控制技術、傳感器技術、機器學習技術等智能技術提供了基礎。智能化逐漸成為照明控制的發展趨勢，滿足人們提高照明舒適度、高節能水平、操作方便等照明需求。與傳統照明相比，智能照明可以實現安全、節能、舒適、高效的目標。因此，智能照明在家庭、辦公、商業和公共設施領域有著更好的發展前景。隨著國內智能照明研發生產技術的發展和產品推廣力度的加大，智能照明在領域的應用有望得到普及。

1 智能照明概念及現狀

1.1 智能照明概念

“智能”是指具有人類或類似人類智能特征的能力，表現為在實現某一目標的過程中，通過感知、決策和執行的一個或多個過程或過程循環，并不斷地從中學習以提高實現目的的能力、效率與效果。為實現產品的“智能”技術或技術解決方案，稱為“智能技術”，它綜合體現了現代通信與信息技術、計算機技術、軟件技術、網絡技術、控制技術、測量技術、音視頻技術、機電技術等的內容。

智能照明可以理解為一種應用了智能技術，具有感知、決策、執行、學習、反饋等能力，并綜合利用這些能力達到預定照明效果的應用[4,7]。

1.2 智能照明現狀

傳統的照明行業已經處于市場競爭白熱化，服務、產品同質化嚴重，企業利潤呈現微薄甚至負利。在這般的市場中競爭，此起彼伏的價格戰，最后兩敗俱傷的情形經常出現，可以很形象的稱為處于“紅海”階段。于是各大企業呈現出轉型升級地趨勢，集中在智能照明的方向中尤為明顯。以佛山照明、歐普、三雄極光、雷士、陽光照明等為首的大型照明企業都在不斷建立智能化標簽，甚至有互聯網、家電企業跨行業加入智能照明領域，如華為、百度、小米、涂鴉智能、科大訊飛、聯通物聯網、中國電信物聯網、阿里巴巴等，該領域目前處于“藍海”階段，各公司都在某個領域有自己的特點或優勢，就能獲取一定的利潤與市場。

加上近年來隨著居民生活水平的持續提高，消費觀念的逐步改變，消費者更愿意看重高品質和體驗感，而智能照明能夠很好的給人們生活帶來便利與新鮮的體驗，這為智能照明的發展帶來了不少機遇。但是由于目前技術百花齊放，沒有統一的標準和權威認證，導致市場培養以及宣傳的缺乏，使消費者很難直接為產品功能買單[1,2]。

2 智能照明系統框架和控制協議

2.1 智能照明系統框架

智能照明系統包括以下組成部分：智能照明服務平臺、智能照明網關、路由器、智能照明控制器、照明設備（燈具）及可選配的傳感器、智能照明控制操作終端、開關面板等組成[5,6]。

以傳感器為主控的系統，由傳感器收集環境與照明關聯的信息，轉變為輸入信號作用于智能照明控制器，為控制器發出照明控制指令的決策提供依據，最終指令作用于照明設備（燈具），從而實現智能照明控制，如圖1。

圖1 傳感器主控系統

以智能照明操作終端為主控的系統，終端將照明劃分為了不同的應用場景，通過運行操作軟件、觸摸屏幕、手勢或語音等方式可以實現遠程/現場對智能照明控制器和照明設備（燈具）的控制，如圖2。

圖2 智能照明操作終端主控系統

以智能照明服務平臺為主控的系統，通過智能照明服務平臺設定好的應用服務、決策方案、實時監控數據等程序，對智能照明控制器和照明設備（燈具）進行控制與遠程管理，如圖3。

圖3 智能照明操作終端主控系統

由于智能照明系統還可以與智能家電系統、樓宇控制系統和其他智能系統相互集成，因此智能照明系統的組件可以與其他控制器和其他云服務平臺進行連接，以實現互聯、共享信息以及協同工作。

通過組合，集成了上述幾種簡單的智能照明系統模式，目前實現了更為全面的、可以適用于不同應用場景的一般智能照明系統框架，如圖4。

圖4 一般的智能照明系統框架

2.2 智能照明系統控制協議

控制協議（通訊技術），是智能照明行業發展的根本，在控制系統中需要通過網絡化控制將各層設備相互連接，從而讓各部件互相通信達成協作。控制協議可分為以下3個層級：

1）LED照明控制裝置與燈具電源之間，有模擬接口如0-10V或PWM協議，這也是最早在電子鎮流器采用過的成熟通訊控制技術，現在仍有普遍應用。也有數字接口，典型為數字可尋址照明接口（digital addressable lighting interface）DALI協議，目前該協議已標準化，加上長時間的使用已是一項十分成熟的技術。

2）LED照明控制裝置與網管/路由器、傳感器、開關面板終端等設備之間，也稱之為本地控制。有Wi-Fi無線局域網、ZigBee協議、藍牙Mesh協議、電力載波通信協議（PLC）、DALI、RS-485通信接口等。它們可以用無線技術、總線技術、電力載波技術等不同的連接技術加以區分。顧名思義無線技術是無需另外設計布線，如Wi-Fi、ZigBee、藍牙，它們具有操控靈活簡單，便于升級，成本低等特性；總線技術，需要專門的有線線路將所有設備與控制集中在一條總線上，如DALI、RS-485通信接口，控制十分精準，但對于已完工的照明設施應用升級改造比較繁瑣；電力載波PLC（Power Line Communication），是一種利用了電力線傳輸數據的控制方式，具有國際標準協議，無需重新布線，但控制靈活程度相對較低。

3）智能照明服務器、手機APP與網管/路由器之間，一般取決于以太網、NB-IoT、光纖接入網、互聯網4G/5G技術[3]。

3 現有智能照明系統評述

3.1 現有智能照明系統不足

3.1.1 單一生態平臺模型數據收集缺乏

目前廠商一般提供單一生態平臺，囊括了云端服務器、網關/路由器、控制器、燈具設備等都通過廠商統一的自主開發的連接技術進行互通、用自主平臺進行數據處理與監控。導致由于廠商自身技術主打區域的限制，造成其他領域技術引用匱乏。因廠家自有生態封閉性，面對來自不同領域技術的智能設備無法彼此實現數據共享，互通互控，使得智能照明難以大數據化，去支撐起更為智能的“大腦”。

3.1.2 “人為”特征仍占主體

目前的智能照明設備強調決策以及學習特征，但目前的智能特征仍然沒有較好地被表現以及實踐，人為特征仍然占主體，這種不足具體表現在許多操作上，仍需人為操作手機APP或控制面板終端實現分場景控制，而非真正意義上的“智能”。導致此問題的主要原因還是缺少“數據化”，沒辦法支持智能照明系統實現從感知到決策到學習的全過程。

3.2 解決方案

3.2.1 不同智能平臺實現云互通模型，大數據AI

智能照明設備應可和其他智能設備協同工作，成為整個智能系統中重要的組成部分，互相共享數據實現實時動態的對環境中各項指標如室外天氣、人體生理信息、室內溫濕度、空氣質量等進行監控處理，突破自身生態壁壘，平臺云互通、本地連接設備互通。如人體智能手環能夠實時監測血壓、心率等人體生理信息，并反饋到手環自身服務器平臺，與智能照明服務器平臺通過云端進行數據共享，引入智能AI的分析控制，使之控制照明設備合理切換出對應舒適的光照場景，模型如圖5。

圖5 智能平臺實現云互通模型

上述模型還可集成更多的智能產品進行互聯，收集更大量的信息數據進行處理分析，加上AI智能具有的“自我學習”功能，讓智能照明產品能做到真正“懂人性”。

4 小結

智能照明系統隨著未來地升級完善，平臺云端互通也將產生更大的數據量，將云端大數據與人工智能AI深度結合，無論是產品自身故障監控、用戶的狀態感知、環境實時監測都可統一實現，多生態平臺集成系統，無需人為操控，真正做到以用戶為核心，體驗趨于個性化、無感化，忽略設備的存在去品味高質量光帶來的舒適體驗。本文對智能照明系統相關內容進行了分析和匯總，嘗試探討了系統改進方案與未來發展方向，希望能給讀者帶來一定的參考價值。