基于C-Bus智能照明系統(tǒng)設計與應用

宋艷麗

基于C-Bus智能照明系統(tǒng)設計與應用

宋艷麗

（黃岡職業(yè)技術學院 電子信息學院，湖北 黃岡 438002）

為改善各種場合中傳統(tǒng)的照明燈光系統(tǒng)，應用智能控制技術，實現照明系統(tǒng)的智能控制?；贑-Bus智能照明系統(tǒng)總體框架包括了主控中心、通訊裝置、照明控制器、可編程開關、照度傳感器等基本部分組成，實現控制面板對報告廳等場合燈光的遠程操控，并能根據光照強度實現燈光的自行調控，集無線控制、用戶終端遠程監(jiān)控等功能為一體?；贑-Bus智能照明系統(tǒng)操作便捷，方便擴展和原有照明系統(tǒng)的升級。

智能照明系統(tǒng)；控制平臺；智能控制

隨著5G時代的到來，科技水平發(fā)展迅猛，人們對生活質量要求不斷提升，照明系統(tǒng)在生活中的各種場合不可替代，而且人們對綠色、節(jié)能、智能照明系統(tǒng)需求日益強烈。智能控制技術在照明燈光系統(tǒng)中的應用也迫在眉睫。當前公共場合的照明燈光系統(tǒng)普遍是通過時間段的設置實現白天關晚上開，缺點是無法根據不同的場景需求、不同的光照強度、不同的工作模式科學合理的控制燈具，存在常明燈，照明質量低。一些學者已在智能照明系統(tǒng)展開了一系列研究，本文是將澳大利亞奇勝電器公司的C-Bus技術應用于照明燈光控制系統(tǒng)的改進。

1 C-Bus技術

c-bus即智能照明系統(tǒng)總線，是一種以非屏蔽雙絞線作為總線載體。智能照明燈光系統(tǒng)中應用的C-Bus技術，主要特點是分布式，總線型，可編程，數據通信遵從IEEE802.3（CSMA/CD）協(xié)議，技術發(fā)展日益成熟，在澳大利亞、中國等國家和地區(qū)廣泛應用。C-Bus智能照明系統(tǒng)具有如下特點：

（1）模塊化設計，系統(tǒng)電路簡單，安裝方便。C-Bus系統(tǒng)元件均為模塊結構，系統(tǒng)采用了二線制控制，各個單元可以跳過主控制器而實現直接通信，這樣的“分布式”特點可以極大程度上提高系統(tǒng)的集成度，可靠性更高。而且采用可編程技術使得照明系統(tǒng)在工作狀態(tài)時的輸入對應與輸出單元的控制關系并不依賴計算機。在系統(tǒng)安裝過程中，相比傳統(tǒng)照明方式，可編程技術大大節(jié)省了布線成本、布線時間以及人力。

（2）方便擴展。為適應用戶各種不同的需求，以及不同場景環(huán)境的變化，可以通過軟件編程、稍作線路調整等方式，即可完成照明系統(tǒng)功能的調整，擴展功能較強。

（3）停電不會丟失數據。C-Bus技術的一個重要特點是輸入、輸出單元單獨存儲指令及數據，即使停電，數據仍然保存在存儲器中，再次供電時，系統(tǒng)自動恢復停電前的狀態(tài)數據。

（4）節(jié)能，降低損耗。采用C-Bus技術科學合理控制燈具的使用，不僅實現照明燈具的智能控制，也改善了長明燈耗能的問題，最大程度地利用好自然光源降低燈具的亮度也能比傳統(tǒng)照明方式節(jié)省電能20%-30%。燈具采用了軟起動及軟關斷方式，起到保護燈絲的作用，大大延長了燈具的使用壽命。

五是系統(tǒng)用電安全可靠。供給C-Bus系統(tǒng)的工作電壓為15VDC～36VDC，用戶使用過程中相對安全可靠，可以大大降低用電引起的人身傷害。

2 C-Bus智能照明系統(tǒng)控制思路

為節(jié)能而減少樓道常明燈，C-Bus智能照明系統(tǒng)采用智能控制模式，結合軟、硬件操作系統(tǒng)，從而實現自動化智能照明管理，并集中監(jiān)控，系統(tǒng)可以通過光敏傳感器自動采光、調光科學控制燈具實現節(jié)能，用戶也可以手動控制燈具進行光線調節(jié)，方便了控制和管理。本系統(tǒng)考慮到運作的經濟成本等因素，采用了紅外線傳感器、亮度傳感器、定時開關以及可調光技術，最大限度地節(jié)約能源，既實現了智能化的運行模式，也可以降低運行管理費用。C-Bus智能照明控制系統(tǒng)如下圖1所示，主要由主控中心、通訊裝置、照明傳感器、照度控制器、可編程開關等部分構成。

圖1 智能照明控制系統(tǒng)組成

C-Bus智能照明系統(tǒng)由各個系統(tǒng)網絡控制各樓道照明燈，主控中心是一臺計算機PC，控制命令通過計算機主控中心直接編程，并實現網絡監(jiān)控、故障警告等功能。為方便各個系統(tǒng)網絡間相互關聯(lián)，主控中心可以受局域網上的計算機所控制，從而實現各個網絡的獨立監(jiān)控功能。主控中心與各個網絡之間的通訊紐帶是通訊裝置，主要解決各個系統(tǒng)接口間的通信方式不統(tǒng)一的問題，主要是RS232與RS485信號相互轉換。

系統(tǒng)中的傳感器部分主要采用光電耦合器以實現根據亮度自動調整照明燈的亮度及亮滅功能。系統(tǒng)通過光電耦合器感應當前環(huán)境的光照強度，編程設計以調節(jié)該區(qū)域的照明燈具。

照度控制器主要包括三個部分：故障診斷、報警優(yōu)化設置的控制器；專用的照明系統(tǒng)自鎖繼電器；驅動電路，是本設計中智能照明控制系統(tǒng)的核心部分。智能照明控制系統(tǒng)可包括多個照明控制器，每個照明控制器可由主控中心統(tǒng)一控制，也可獨立工作。

本系統(tǒng)采用可編程開關，此開關的突出特點是弱電、智能、安全便捷，由計算機編程設定可編程開關每個按鍵的控制回路，操作過程中可避免漏電、打火和拉弧的危險。

3 C-Bus智能燈控制實際應用案例

現有一間容納400座的階梯報告廳，需要在其配電箱安裝照明控制器以實現照明智能調控。報告廳燈具布置可以根據功能分主席臺、聽眾席兩大板塊，聽眾席占據報告廳空間的比例較大，可以細化分多個區(qū)，例如分別控制主席臺五個區(qū)的燈光、聽眾席的1區(qū)至9區(qū)燈的開或關，同時也實現報告廳1/3（1、4、7區(qū)）、2/3（1、4、7、2、5、8區(qū)）、3/3（1-9區(qū)）的燈光照度調節(jié)功能，報告廳內的燈具分布圖如圖2所示。

圖2 報告廳室內燈具分布圖

報告廳左右兩邊窗戶附近安裝光敏傳感器，采集室外自然光的強度，并傳輸信號至主控中心，以便控制調節(jié)報告廳內1-9區(qū)的燈光亮度，隨時調節(jié)光線至主控中心設置的適合各種會議場合的燈光強度。同時設計者也可以通過主控中心預先編程設置多種會議場景燈光模式，在報告廳的各個入口處及主席臺入口處均合理安裝適量的可編程的用戶控制開關，確保用戶方便在出入口控制報告廳里的各個區(qū)域燈具的亮滅、亮度及會議場景燈光模式。

本實例中的報告廳燈光智能控制系統(tǒng)就是采用了C-Bus控制技術，如下圖3所示，報告廳內照明系統(tǒng)通過輸入控制輸出，另外還有系統(tǒng)控制部分輔助、協(xié)調輸入與輸出之間的通信。報告廳內照明系統(tǒng)實際上是若干個二線制單元連接而成的網絡，每個單元都有自己獨立的微處理器，分配獨立的唯一地址，互不干涉，通過可編程系統(tǒng)，用戶可以自行定義每個單元的獨立功能。當用戶或照明傳感器有輸入時，輸入單元將輸入信號轉換為二線制可傳輸信號進行傳輸，并與建立一一對應關系的輸出單元實現信號對接，從而將輸入單元的控制信號傳輸到各個燈具負載回路，控制相應的輸出回路。

圖3 C-Bus智能燈光管理系統(tǒng)硬件組成

本案例中的系統(tǒng)控制單元輔助提供報告廳燈光智能控制系統(tǒng)所需要的15VDC～36VDC工作電壓，并提供PC計算機與各個輸入、輸出單元間信號傳輸接口，建立實時跟蹤系統(tǒng)，從顯示屏上實時監(jiān)控各區(qū)燈具的工作狀態(tài)。

本案例中的輸入單元包括手動輸入單元和自動輸入單元兩部分。手動輸入單元由輸入模塊、場景控制器、紅外遙控組成；自動輸入單元由紅外探測器、定時模塊、照明傳感器、輔助輸入模塊組成。輸入模塊是人機交互的重要樞紐，目前多采用按鍵開關（如圖4所示）或觸摸屏，可讓用戶自行分別設置單區(qū)域燈的開/關、定時、調光、漸亮、漸滅、場景選擇、童鎖等功能；本案例加入了紅外探測器，主要是發(fā)射和接收紅外線以探測是否有人體活動，能在報 告廳的主席臺左右兩側的過道處實現“人來燈亮，人走燈滅”功能，減少報告廳過道等不經常活動區(qū)的長明燈；定時模塊主要實現燈具工作時長的定時功能；而照明系統(tǒng)的自動控制功能則需要輔助輸入模塊采集外界環(huán)境的信號加以判斷、響應來實現。

圖4 用戶開關輸入模塊

輸出單元主要包括回路繼電器、回路調光器（如圖5所示）、模擬輸出模塊等部分組成，用于接收C-Bus總線的信號，控制相應燈具負載回路。

圖5 回路繼電器、回路調光器

本系統(tǒng)闡述了智能照明控制系統(tǒng)優(yōu)勢和智能照明控制設計思路與要求，介紹了以報告廳室內燈光控制為例的C-Bus智能照明系統(tǒng)實際運用案例，為推廣和應用智能照明系統(tǒng)提供了參考和借鑒。

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2020-09-01

宋艷麗，女，湖北當陽人，碩士，副教授。研究方向：智能控制。

TM923.02

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1672-1047（2020）05-0124-03

10.3969/j.issn.1672-1047.2020.05.31

[責任編輯：劉良瑞]