无线及有线一体控制的智能照明控制系统

李少雷，韩鹏

（中国科学院电子学研究所北京100080）



无线及有线一体控制的智能照明控制系统

李少雷，韩鹏

（中国科学院电子学研究所北京100080）

摘要：本文是基于无线及有线的智能照明系统的设计。有线控制是为了提高智能照明系统的控制、管理水平。有线控制系统的信号十分稳定，适合大区域范围的控制。无线控制家居设备，不仅操作、安装方便简洁，还大大增加了设备的扩展性能。本设计主要是将无线控制及有线控制集成为一体，将两种模式的优势提取出来，做到既稳定，又方便，从而实现了使用使用无线及有线一体控制的智能照明控制系统。本系统所有的照明设备，均选用日常灯饰城的照明产品，做到普及化，并且实现了多元化一体的的智能照明控制系统。

关键词：无线；有线；智能照明；方便节能

当下无线控制系统与有线控制系统各显利弊，若只采用其中一种显然并不能给智能家居带来实质性的“智能化、简单化”体现，两相结合无疑是最好的选择。现在有很多专家指出，无线控制与有线控制的整合是大势所趋：以总线布置为核心，再辅以无线技术，既能够有效降低成本，提升拓展性，也利于实现室内室外的智能化控制。

1　设计方案

文中主要研究并且设计出了一套无线及有线一体控制的智能照明控制系统，其中详细的介绍了这套控制系统的总体设计方案、有线设备的设计与选择、无线网络的组建设计等详细内容。

设计这套无线及有线一体控制的智能照明控制系统方案时，首先需要充分利用有线控制及无线控制的优势，并且将这些优势发挥出来，以便实现最大限度的智能便利；同时利用智能家居或者其他成熟产品中的技术，以及它们的运营管理模式，就可以大大提高系统运行的安全性和可靠性，并且可以有效地提高管理效率，大大降低了使用和维护的成本［1］。

图1　总体线路连接结构示意图

从图1中可以看出，每个部分模块的作用如下：

中央控制计算机负责配置各个分机模块，使其能够正常使用或组网，同时通过中央控制计算机控制整体系统。

控制模块专门用于处理传感器的信息反馈，此处标有两个传感器，可根据需求，调整传感器的具体功能，例如光感、红外、微波等。

调光模块和调光器是有线部分体现智能照明的关键，用于实现灯具的光亮度调整，达到智能化控制［2］。

图1中，每个灯具都只标记出了一个，可根据不同需求，改变数量、种类等。

有线部分，总线信号采用的是DALI信号总线，面板在进行逻辑编程后，将控制命令存储在控制单元本地，具有控制灯具模式选择的功能。

其他则为无线部分，利用的是Zjgbee无线网络，其最大的特点是自动组网，上电即用。从而时刻可无线控制路灯灯具［3］。

2　有线设备的设计与选择

本文的有线智能照明控制系统主要以DALI信号总线为核心，选择的是可以在DALI信号线使用的设备，主要结构如图2所示［4］。

图2　有线智能照明模块结构示意图

中央控制计算机通过DALI总线控制所有模块，从图2可以看出，该控制模块主要由电源模块、调光模块、智能面板、感应模块这4个部分构成。

该系统上的这些模块，可以相对独立的工作，也可以在指定下组合工作。例如传感模块向外发出的数据包，在总线上的指定模块都可以接收到，不过只有得到命令的模块执行。

当然，还可以增加额外模块。比如添加了DALI/以太网网关，可以达到两个作用：第一，完成了DALI信号网络与其他网络的互相连接，并且实现了相互网络间的数据传输，同时可以通过控制智能家电等便利功能，就可以实现远程异地控制功能；第二，可以通过外接的其他控制模块进行集中控制，比如控制面板，从而管理所有DALI信号总线上的设备。

3　智能照明控制系统软件控制方式设计

由于本系统的所有受控灯具均是采用的开关控制方式［5］，所以本系统软件的主要设计控制方式如下：

亮度控制：原理则为传感器，在自然光能够照射的场所时，即可利用亮度控制灯具开关。这个功能主要是依据自然光的光照强度，是否达到传感器设置的值，从而控制灯具的亮度。在室外照明中，比如庭院、停车场、道路等照明，都会根据自然光强度的变化，来调整灯具的开关等。比如到了黄昏，自然光暗淡，就会自动启动道路上的路灯；到了黎明，太阳慢慢升起，自然光也慢慢变强，就会自动去关闭室外灯光。

面板控制：在本系统中，只配备了一个面板控制，其实相当于就是一个手动的开关。在实际使用中，根据不同的要求，增加面板的数量。每个按键如何控制回路，都可以根据实际如何使用进行编程。

场景模式：智能化的一键场景模式，是根据不同用户的不同要求，来达到不同的场景模式设置［6］。

智能照明控制系统软件程序流程图如图3所示。该系统软件每次开始之后，首先必须进行初始化；然后设定要发送的参数命令，直接发送；之后根据命令要控制的灯具种类，发送给相应的区域即可。反馈状态信息主要是让系统读取具有传感器传回功能的外部信息，从而可以更好的手动调整参数。

图3　智能照明控制系统软件程序流程图

4　无线网络的组建设计

无线网络设计如下：

中心控制计算机首先配置好所有ZjgBee模块，使所有模块正常组网，然后再使用控制软件控制整个系统［7］。

控制模块由zjgbee（Coordjnator）、zjgbee（Router）、微型计算机组成。

zjgbee（Coordjnator）是网络组建的中心协调器，亦是控制模块的最重要的部分。

zjgbee（Router）是网络其他节点，接收到协调器的指令后，再将这些指令通过串口发送给微型计算机，就可以根据指令要求控制相应路灯的开关或调节亮度［8］。

图4　无线智能照明系统结构图

网络组建方法如下：

由于我采用的是DRF系列的Zjgbee模块。这个系列的模块型号，目前包括DRF1605、DRF1605H、DRF2617A、DRF2618-ZUSB、DRF2619A及相关配套的底板，它是基于TI公司CC2530F256芯片，运行ZjgBee2007/PRO协议的ZjgBee模块，这些模块具有ZjgBee协议的所有特点，这点与于其它公司生产的ZjgBee模块有所区别。

选用DRF系列的ZjgBee模块最大原因，就是方便。这系列的Zjgbee模块自动组网，上电即用。针对现代产品，开发节奏要求紧凑，而市场需求变化又非常快，才推出了这种自动组网，上电即用的ZjgBee模块。优势非常明显，用户不需要了解内部复杂的ZjgBee协议，所有ZjgBee协议的处理，都会在ZjgBee模块内部自动完成。使用产品的用户只需要通过串口，传输有效数据即可，这是目前市场上应用ZjgBee模块最简单的方式［9］。

一个由1个Coordjnator + n个Router构成的Zjgbee网路，总共支持9331个节点，如图5所示。

图5　Zjgbee模块无线网络组建示意图

5　结论

本文将有线及无线一体控制技术应用在智能照明控制系统当中，同时对这个系统的硬件与软件分别进行了选择与设计。然而近年来有线无线一体化的产品在国内的应用也是逐步增多，应用最多的地方就是网络领域。当然，现在慢慢也在向民用住宅发展，比如智能家居，就已经有有线及无线一体控制的例子，但是普及化并不高。国内也有越来越多的公司注意到有线及无线一体化这项技术，也在进行这方面产品的设计开发。但是，这项技术目前存在的问题也非常明显，就是整套系统相对家庭来说过于庞大，相对来说适合于别墅之类的高档豪华住宅，以及大型写字楼等。一体化技术并不适合使用在普通家庭［10］。

参考文献：

［1］杨晓明.施云波.修德斌.基于Zjgbee技术的无线智能家用燃气报警系统［J］.电子设计工程，2010，18（11）：146-149.

［2］魏立明.徐成波.林君.智能照明控制系统设计［J］.吉林建筑工程学院学报，2014，31（2）：74-76.

［3］翟雷，刘盛德，胡咸斌.Zjgbee技术及应用［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2007.

［4］傅炜钢.基于DALI的智能照明系统设计［D］.浙江：浙江大学，2008.

［5］李凌宇.基于DALI协议的智能照明系统控制面板的研究［D］.广东工业大学，2010.

［6］江虹，刘骊.Zjgbee技术在智能家居控制中的应用研究［J］.云南大学学报：自然科学版，2009.31（S1）：109-113.

［7］吴光荣.基于ZIGBEE技术的空调控制系统［J］.机电工程，2009，26（7）：7.

［8］王胜平.基于Zjgbee网络的路灯监控系统的研究［D］.广州：华南理工大学，2010.

［9］张平.甚低功耗无线通信技术——Zjgbee［J］.中兴通信技术，2006，12（4）：8.

［10］邹吉平.基于现场总线的智能照明控制系统分析与应用［J］.灯与照明，2005，29（3）：9-12.

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

中图分类号：TN29

文献标识码：A

文章编号：1674-6236（2016）07-0073-03

收稿日期：2015-11-04稿件编号：201511032

基金项目：国家科技863计划（2013AA03A104）

作者简介：李少雷（1990—），男，河南安阳人。研究方向：网络与通信工程。