無線及有線一體控制的智能照明控制系統(tǒng)

李少雷，韓鵬

（中國科學(xué)院電子學(xué)研究所北京100080）

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無線及有線一體控制的智能照明控制系統(tǒng)

李少雷，韓鵬

（中國科學(xué)院電子學(xué)研究所北京100080）

摘要：本文是基于無線及有線的智能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。有線控制是為了提高智能照明系統(tǒng)的控制、管理水平。有線控制系統(tǒng)的信號(hào)十分穩(wěn)定，適合大區(qū)域范圍的控制。無線控制家居設(shè)備，不僅操作、安裝方便簡潔，還大大增加了設(shè)備的擴(kuò)展性能。本設(shè)計(jì)主要是將無線控制及有線控制集成為一體，將兩種模式的優(yōu)勢提取出來，做到既穩(wěn)定，又方便，從而實(shí)現(xiàn)了使用使用無線及有線一體控制的智能照明控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)所有的照明設(shè)備，均選用日常燈飾城的照明產(chǎn)品，做到普及化，并且實(shí)現(xiàn)了多元化一體的的智能照明控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：無線；有線；智能照明；方便節(jié)能

當(dāng)下無線控制系統(tǒng)與有線控制系統(tǒng)各顯利弊，若只采用其中一種顯然并不能給智能家居帶來實(shí)質(zhì)性的“智能化、簡單化”體現(xiàn)，兩相結(jié)合無疑是最好的選擇?，F(xiàn)在有很多專家指出，無線控制與有線控制的整合是大勢所趨：以總線布置為核心，再輔以無線技術(shù)，既能夠有效降低成本，提升拓展性，也利于實(shí)現(xiàn)室內(nèi)室外的智能化控制。

1　設(shè)計(jì)方案

文中主要研究并且設(shè)計(jì)出了一套無線及有線一體控制的智能照明控制系統(tǒng)，其中詳細(xì)的介紹了這套控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案、有線設(shè)備的設(shè)計(jì)與選擇、無線網(wǎng)絡(luò)的組建設(shè)計(jì)等詳細(xì)內(nèi)容。

設(shè)計(jì)這套無線及有線一體控制的智能照明控制系統(tǒng)方案時(shí)，首先需要充分利用有線控制及無線控制的優(yōu)勢，并且將這些優(yōu)勢發(fā)揮出來，以便實(shí)現(xiàn)最大限度的智能便利；同時(shí)利用智能家居或者其他成熟產(chǎn)品中的技術(shù)，以及它們的運(yùn)營管理模式，就可以大大提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性，并且可以有效地提高管理效率，大大降低了使用和維護(hù)的成本［1］。

圖1　總體線路連接結(jié)構(gòu)示意圖

從圖1中可以看出，每個(gè)部分模塊的作用如下：

中央控制計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)配置各個(gè)分機(jī)模塊，使其能夠正常使用或組網(wǎng)，同時(shí)通過中央控制計(jì)算機(jī)控制整體系統(tǒng)。

控制模塊專門用于處理傳感器的信息反饋，此處標(biāo)有兩個(gè)傳感器，可根據(jù)需求，調(diào)整傳感器的具體功能，例如光感、紅外、微波等。

調(diào)光模塊和調(diào)光器是有線部分體現(xiàn)智能照明的關(guān)鍵，用于實(shí)現(xiàn)燈具的光亮度調(diào)整，達(dá)到智能化控制［2］。

圖1中，每個(gè)燈具都只標(biāo)記出了一個(gè)，可根據(jù)不同需求，改變數(shù)量、種類等。

有線部分，總線信號(hào)采用的是DALI信號(hào)總線，面板在進(jìn)行邏輯編程后，將控制命令存儲(chǔ)在控制單元本地，具有控制燈具模式選擇的功能。

其他則為無線部分，利用的是Zjgbee無線網(wǎng)絡(luò)，其最大的特點(diǎn)是自動(dòng)組網(wǎng)，上電即用。從而時(shí)刻可無線控制路燈燈具［3］。

2　有線設(shè)備的設(shè)計(jì)與選擇

本文的有線智能照明控制系統(tǒng)主要以DALI信號(hào)總線為核心，選擇的是可以在DALI信號(hào)線使用的設(shè)備，主要結(jié)構(gòu)如圖2所示［4］。

圖2　有線智能照明模塊結(jié)構(gòu)示意圖

中央控制計(jì)算機(jī)通過DALI總線控制所有模塊，從圖2可以看出，該控制模塊主要由電源模塊、調(diào)光模塊、智能面板、感應(yīng)模塊這4個(gè)部分構(gòu)成。

該系統(tǒng)上的這些模塊，可以相對(duì)獨(dú)立的工作，也可以在指定下組合工作。例如傳感模塊向外發(fā)出的數(shù)據(jù)包，在總線上的指定模塊都可以接收到，不過只有得到命令的模塊執(zhí)行。

當(dāng)然，還可以增加額外模塊。比如添加了DALI/以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，可以達(dá)到兩個(gè)作用：第一，完成了DALI信號(hào)網(wǎng)絡(luò)與其他網(wǎng)絡(luò)的互相連接，并且實(shí)現(xiàn)了相互網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)可以通過控制智能家電等便利功能，就可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程異地控制功能；第二，可以通過外接的其他控制模塊進(jìn)行集中控制，比如控制面板，從而管理所有DALI信號(hào)總線上的設(shè)備。

3　智能照明控制系統(tǒng)軟件控制方式設(shè)計(jì)

由于本系統(tǒng)的所有受控?zé)艟呔遣捎玫拈_關(guān)控制方式［5］，所以本系統(tǒng)軟件的主要設(shè)計(jì)控制方式如下：

亮度控制：原理則為傳感器，在自然光能夠照射的場所時(shí)，即可利用亮度控制燈具開關(guān)。這個(gè)功能主要是依據(jù)自然光的光照強(qiáng)度，是否達(dá)到傳感器設(shè)置的值，從而控制燈具的亮度。在室外照明中，比如庭院、停車場、道路等照明，都會(huì)根據(jù)自然光強(qiáng)度的變化，來調(diào)整燈具的開關(guān)等。比如到了黃昏，自然光暗淡，就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)道路上的路燈；到了黎明，太陽慢慢升起，自然光也慢慢變強(qiáng)，就會(huì)自動(dòng)去關(guān)閉室外燈光。

面板控制：在本系統(tǒng)中，只配備了一個(gè)面板控制，其實(shí)相當(dāng)于就是一個(gè)手動(dòng)的開關(guān)。在實(shí)際使用中，根據(jù)不同的要求，增加面板的數(shù)量。每個(gè)按鍵如何控制回路，都可以根據(jù)實(shí)際如何使用進(jìn)行編程。

場景模式：智能化的一鍵場景模式，是根據(jù)不同用戶的不同要求，來達(dá)到不同的場景模式設(shè)置［6］。

智能照明控制系統(tǒng)軟件程序流程圖如圖3所示。該系統(tǒng)軟件每次開始之后，首先必須進(jìn)行初始化；然后設(shè)定要發(fā)送的參數(shù)命令，直接發(fā)送；之后根據(jù)命令要控制的燈具種類，發(fā)送給相應(yīng)的區(qū)域即可。反饋狀態(tài)信息主要是讓系統(tǒng)讀取具有傳感器傳回功能的外部信息，從而可以更好的手動(dòng)調(diào)整參數(shù)。

圖3　智能照明控制系統(tǒng)軟件程序流程圖

4　無線網(wǎng)絡(luò)的組建設(shè)計(jì)

無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)如下：

中心控制計(jì)算機(jī)首先配置好所有ZjgBee模塊，使所有模塊正常組網(wǎng)，然后再使用控制軟件控制整個(gè)系統(tǒng)［7］。

控制模塊由zjgbee（Coordjnator）、zjgbee（Router）、微型計(jì)算機(jī)組成。

zjgbee（Coordjnator）是網(wǎng)絡(luò)組建的中心協(xié)調(diào)器，亦是控制模塊的最重要的部分。

zjgbee（Router）是網(wǎng)絡(luò)其他節(jié)點(diǎn)，接收到協(xié)調(diào)器的指令后，再將這些指令通過串口發(fā)送給微型計(jì)算機(jī)，就可以根據(jù)指令要求控制相應(yīng)路燈的開關(guān)或調(diào)節(jié)亮度［8］。

圖4　無線智能照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

網(wǎng)絡(luò)組建方法如下：

由于我采用的是DRF系列的Zjgbee模塊。這個(gè)系列的模塊型號(hào)，目前包括DRF1605、DRF1605H、DRF2617A、DRF2618-ZUSB、DRF2619A及相關(guān)配套的底板，它是基于TI公司CC2530F256芯片，運(yùn)行ZjgBee2007/PRO協(xié)議的ZjgBee模塊，這些模塊具有ZjgBee協(xié)議的所有特點(diǎn)，這點(diǎn)與于其它公司生產(chǎn)的ZjgBee模塊有所區(qū)別。

選用DRF系列的ZjgBee模塊最大原因，就是方便。這系列的Zjgbee模塊自動(dòng)組網(wǎng)，上電即用。針對(duì)現(xiàn)代產(chǎn)品，開發(fā)節(jié)奏要求緊湊，而市場需求變化又非?？欤磐瞥隽诉@種自動(dòng)組網(wǎng)，上電即用的ZjgBee模塊。優(yōu)勢非常明顯，用戶不需要了解內(nèi)部復(fù)雜的ZjgBee協(xié)議，所有ZjgBee協(xié)議的處理，都會(huì)在ZjgBee模塊內(nèi)部自動(dòng)完成。使用產(chǎn)品的用戶只需要通過串口，傳輸有效數(shù)據(jù)即可，這是目前市場上應(yīng)用ZjgBee模塊最簡單的方式［9］。

一個(gè)由1個(gè)Coordjnator + n個(gè)Router構(gòu)成的Zjgbee網(wǎng)路，總共支持9331個(gè)節(jié)點(diǎn)，如圖5所示。

圖5　Zjgbee模塊無線網(wǎng)絡(luò)組建示意圖

5　結(jié)論

本文將有線及無線一體控制技術(shù)應(yīng)用在智能照明控制系統(tǒng)當(dāng)中，同時(shí)對(duì)這個(gè)系統(tǒng)的硬件與軟件分別進(jìn)行了選擇與設(shè)計(jì)。然而近年來有線無線一體化的產(chǎn)品在國內(nèi)的應(yīng)用也是逐步增多，應(yīng)用最多的地方就是網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。當(dāng)然，現(xiàn)在慢慢也在向民用住宅發(fā)展，比如智能家居，就已經(jīng)有有線及無線一體控制的例子，但是普及化并不高。國內(nèi)也有越來越多的公司注意到有線及無線一體化這項(xiàng)技術(shù)，也在進(jìn)行這方面產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)。但是，這項(xiàng)技術(shù)目前存在的問題也非常明顯，就是整套系統(tǒng)相對(duì)家庭來說過于龐大，相對(duì)來說適合于別墅之類的高檔豪華住宅，以及大型寫字樓等。一體化技術(shù)并不適合使用在普通家庭［10］。

參考文獻(xiàn)：

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［3］翟雷，劉盛德，胡咸斌.Zjgbee技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.

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Intelllgent llghtlng control system wlth wlreless and wlred lntegrated control

LI Shao-1ej，HAN Peng
（Institute Of Electronics，Chinese Academy Of Sciences，Beijing 100080，China）

Abstract:Thjs paper js based on the desjgn of wjre1ess and wjred jnte11jgent 1jghtjng system. Cab1e contro1 js to jmprove the contro1 and management 1eve1 of the jnte11jgent 1jghtjng system. The sjgna1 of the wjre contro1 system js very stab1e，whjch js sujtab1e for the contro1 of 1arge areas. Wjre1ess contro1 of househo1d equjpment，not on1y the operatjon，the jnsta11atjon js convenjent and sjmp1e，but a1so great1y jncreased the expansjon of the devjce performance. The desjgn of the wjre1ess contro1 and wjred contro1 set jnto one，the advantages of the two mode1s to extract，so jt js stab1e and convenjent，so as to achjeve the use of wjre1ess and wjred jntegrated contro1 of jnte11jgent 1jghtjng contro1 system. A11 the 1jghtjng equjpment of the system，the 1jghtjng products of the daj1y 1jghtjng Cjty，and the rea1jzatjon of the jntegratjon，and rea1jze the jntegratjon of the jnte11jgent 1jghtjng contro1 system.

Key words:wjre1ess；wjred；jnte11jgent 1jghtjng；convenjent energy savjng

中圖分類號(hào)：TN29

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-6236（2016）07-0073-03

收稿日期：2015-11-04稿件編號(hào)：201511032

基金項(xiàng)目：國家科技863計(jì)劃（2013AA03A104）

作者簡介：李少雷（1990—），男，河南安陽人。研究方向：網(wǎng)絡(luò)與通信工程。