智能照明是怎样在家庭中应用的

智能照明是指利用物联网技术、有线/无线通讯技术、电力载波通讯技术、嵌入式计算机智能化信息处理，以及节能控制等技术组成的分布式照明控制系统，来实现对照明设备的智能化控制。

智能照明 ［1］ 是指利用计算机、无线通讯数据传输、扩频电力载波通讯技术、计算机智能化信息处理及节能型电器控制等技术组成的分布式无线遥测、遥控、遥讯控制系统。具有灯光亮度的强弱调节、灯光软启动、定时控制、场景设置等功能;并达到预定的特点。

分类

城市

城市智能照明系统作为智慧城市的核心子系统，运用无线Zigbee、WiFi、GPRS等多种物联网和IT技术，实现了远程单灯开关、调光、检测等管控功能，开辟了城市照明“管理节能”的新篇章。

本系统整合了路灯、隧道灯、景观灯、商业照明、学校机关照明等照明系统，用一个统一的平台来进行管理。本系统是一个开放的系统，预留了各种接入方式，可进一步打造成智慧城市“云 ”系统。

系统特点：

1、 回路控制和控制箱门开报警、水浸报警;

2、 回路电流、电压、功率因数、电量检测等;

3、 单灯开关和调光;

4、 单灯电流、电压、功率因素、电量和温度检测等;

5、 根据天气情况和实际的光照度，实现灯具的自动开、关和调

光;

6、 灵活的亮灯组合管理、精确控制每一盏灯;

7、 现场管理功能

8、 预设管理功能

9、 每天可进行自动通、断电操作;可保证工作日、节假日按不同的时间自动通、断电;可对用电设备进行分区、分线路管理或单独管理;

10、集成无线抄表功能，为能耗管理打下基础;

11、监控灯具的开、关和亮度，从而显著延长灯具的有效寿命，减少灯具更换次数，节约资源，减少有害气体污染环境;

目前我国的城市道路照明管理信息化程度还较低，基于物联网和云计算的系统管理软件为路灯管理部门的信息化建设提供了一套全面的解决方案。

1、路灯自动巡检：监控中心能对安装了路灯监控器的路灯进行自动巡检，查报故障并自动生成报修单;

2、路灯查控：能实时对安装了路灯监控器的路灯进行开、关、调节亮度等功能，或预设控制方案，使路灯按照预设方案进行亮灯。

3、设备管理：对灯杆、灯具、电线、控制箱、变压器、电表、开关、监控器等路灯设备实现计算机信息化管理，具有设备安装、报废、维修、更换、出入库等功能。

4、多媒体功能：具有图片库管理功能、视频管理功能，使管理更具直观化、形象化和亲和化。

5、GIS地理信息系统：具有地形、设施空间、行政区划、街区、道路、建筑物、水系、管沟、路灯线路、控制线路、敷设情况等功能。

6、辅助分析模块：具有统计、报表、分析、查询、负荷计算、实时读表、用电分析、电缆长度计算等功能。

7、Web信息发布模块：与网站实现无缝对接，进行远程管理的功能。

性能特点：

控制路灯开关、亮度调节、电流、电压采集、被盗报警等，并预留了温度采集、灯杆倾斜检测等功能。

路灯管理器分为模块式（内置灯具中）和外挂式（可内置灯杆中），可分别满足路灯企业和工程企业的使用需求。

1、通过Zigbee无线自组网进行通信连接，实时在线收信息;

2、高性能嵌入式微处理器技术，先进的电能测量计量专用芯片，大容量存储器技术;

3、自诊断和自恢复功能;

4、断电数据保持功能;

5、远程或就地自动调光实现路灯的亮灯、暗灯的节能控制;

6、无线路由功能，实现通信的中继功能。

技术参数：

无线频率：2.4G ISM免费频段

平均功耗：0.4W/0.5W/0.7W

工作温度：-40℃～85℃

性能特点：

智能照明网关是实现路灯单灯监控的重要硬件设备，它使用Zigbee无线技术和灯控器通信，与系统中心的通信可以使用GPRS /CDMA、以太网、Wi-Fi网络或ADSL modem等一般安装在户外路灯控制箱内。

智能照明网关内置多种功能，包括：时序调度功能、报警功能、类型转换功能、内部实时时钟等功能。

一般情况下，一个可以管理300个左右的灯控器。

可以通过网关接入的产品有：控制箱管理器、灯控器、光感检测器、电缆防盗器、雨雪传感器等。

1、通过Zigbee无线自组网进行通信连接，实时在线收发信息;

2、进行路灯回路控制，具有自诊断和自恢复功能;

3、具有GPRS/CDMA、以太网、232、485、USB、CAN等通讯接口;

4、高性能嵌入式微处理器技术，高精度的电能测量计量专用芯片，大容量存储器技术;

5、具有时钟和预设控制的功能;

6、具有和三相电流、电压、功率因数、电量的测量功能;

7、具有水浸报警、控制箱门开报警功能。

技术参数：

无线频率：2.4G ISM免费频段

工作温度：-40℃～85℃

伴随科技的不断发展，人民生活水平的提高，对建筑照明系统，广大市民又提出新要求来。要在满足基本照明的需求上，还需要来控制智能化、操作简单化、节能高效化等几个方面，因此，这才使得智能照明产生，但智能家居中，照明系统的工作原理与特点有什么？

本在智能家居中，照明控制系统是依据某个区域的功能、不同时间、室外的光量度，又或者是这个区域的用途，以此来控制照明的，这本就属于智能家居中，最基础的那部分。

加之，智能照明系统还能来预设的，也就是把照明亮度直接就转变成系列的设置功能，这便是大家所想到的场景，主要是利用调光器系统，又或者是中央建筑控制系统来自动的调用的。而在家庭里来使用的时候，能用集成中央控制器的形式，甚至都能有触屏界面的。

可以说该照明系统本是智能家居中最核心的部分，也很适合于一些大面积的住房，像别墅等，这能让生活变得更加便利、舒适。同时，照明控制系统又分为独立式、特定房间式、大型的联网系统几种。而调光设备需装在电气柜里，便于传感器与控制面板所组成的外部设备网络能更好的来操作。

目前智能控制系统具有以下功能：

1，智能系统设有中央监控装置，对整个系统实施中央监控，以便随时调节照明的现场效果，例如系统设置开灯方案模式，并在计算机屏幕上仿真照明灯具的布置情况，显示各灯组的开灯模式和开/关状态。

2，具有灯具异常启动和自动保护的功能;

3，具有灯具启动时间，累计记录，和灯具使用寿命的统计功能;

4，在供电故障情况下，具有双路受电柜自动切换并启动应急照明灯组的功能;

5，系统设有自动/手动转换开关，以便必要时对各灯组的开、关进行手动操作。

6，系统设置与其他系统连接的接口，如建筑楼宇自控系统（BA系统），以提高综合管理水平。

7，具有场景预设、亮度调节、定时、时序控制及软启动、软关断的功能。 随着智能系统的进一步开发与完善，其功能将进一步得到增强。

采用智能照明控制系统总的效应如下：

1，实现照明的人性化; 由于不同的区域对照明质量的要求不同， 要求调整控制照度，以实现场景控制、定时控制、多点控制等各种控制方案。方案修改与变更的灵活性能进一步保证照明质量。

2，提高管理水平 将传统的开关控制照明灯具的通断，转变成智能化的管理，使高素质的管理意识用于系统，以确保照明的质量。

3，节约能源 利用智能传感器感应室外亮度来自动调节灯光，以保持室内恒定照度，既能使室内有最佳照明环境，又能达到节能的效果。根据各区域的工作运行情况进行照度设定，并按时进行自动开、关照明，使系统能最大限度地节约能源。

4，延长灯具使用寿命 众所周知，照明灯具的使用寿命取决于电网电压，由于电网过电压越高，灯具寿命将会成倍地降低，反之，则灯具寿命将成倍地延长，因此防止过电压并适当降低工作电压是延长灯具寿命的有效途径。

系统设置抑制电网冲击电压和浪涌电压装置，并人为地限制电压以提高灯具寿命。采取软启动和软关断技术，避免灯具灯丝的热冲击，以进一步使灯具寿命延长。

基于2.4G无线控制智能家居照明系统的研究与设计随着科技的发展，越来越多的自动化、智能化的产品进入到人们的生活，智能家居正逐渐取代传统家居，成为一种行业发展潮流。智能家居照明系统作为智能家居系统的一个重要子系统，具有高效节能、管理简单、控制多样、成本较低和容易进入市场的优势。本文对面向智能家居的智能照明系统进行研究和开发，完成了一种单片机控制的、低成本的智能家居照明系统。

1.概述智能家居照明系统隶属于智能家居中的一个子系统，也可以单独使用。智能家居照明系统能控制不同生活区域不同场合的各种照明效果轻松解决家居节能问题、提高生活品质。生活中常常遇到这样的问题，当在客厅中看电视或读书时并不需要太强烈的照明光线不得不关掉客厅大灯开启光线相对较暗用于满足看电视或读书需要的其他灯具。

为了满足不同场合的照明要求，需要安装多种灯具，这给灯具控制带来极大的不方便，智能照明系统能轻松解决这个问题。只要按下手中的遥控器就能换转场景灯光照明。智能家居照明系统控制方式的解决方案分为有线方式和无线方式。有线方式包括电力线载波的X-10 和CEBUS、电话线方式的HomePNA、以太网方式IEEE802.3 以及专用总线方式的LONWORKS 和IEEE1394 等等。其中用电力线作为网络信息的传输介质的优点是：不需要另外布设电缆，降低施工难度;缺点是传输速率只有300Kbps，难以满足视频和音频信号的传输，保密性差，接入设备昂贵等。

无线方式包括红外线方式的IrDA、无线局域网方式的IEEE802.11 系列、家庭射频技术的HomeRF、蓝牙的IEEE802.15.1、ZigBee 的IEEE802.15.4 等等。无线方式解决了布线的难题，同时也能满足视频和音频信号的传输。本文以2.4G 射频技术为基础介绍一种智能家居照明系统。2.系统方案系统方案框图如图1 所示。本方案采用STC12C5A08AD 作为MCU控制器，STC12C5A08AD 是宏晶科技公司最新一代单片机，采用第6 代保密技术，程序烧写后无法解密，增强了保密功能。

速度比普通的8051单片机快8~12 倍，内建4 个16 位定时器，功耗比较低。MCU 的控制信号通过光耦控制可控硅来控制灯具的明亮程度，在强电控制接口加有电流检测回路，检测强电电流的大小，用作检测反馈。通讯方式采用2.4G 无线通信模块，无需布线，降低成本，控制方式灵活，遥控范围广，通讯速度快。本方案一共可以控制12 路灯具，适用于家庭照明控制。

图1 系统方案框图3. 2.4G模块用于2.4GHz 通讯的通用芯片常见的有挪威Nordic 公司的nRF2401无线芯片模组，以色列RFWave 公司的RFW102 无线芯片模组等［5］。根据设计需求及成本考虑，本设计中采用Nordic 公司的nRF2401进行无线数据传输。nRF2401 是一个单片无线收发一体芯片，工作在2.4GHz ISM 频段，完全集成功率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调整电路。采用QFN24 5×5 毫米封装，应用电路使用外围元件少（见图2）;采用FSK 调制方式，125 个频道，能满足多频及跳频需要;传输速率高达1Mbps，具有高数据吞吐量;功耗低，电源电压1.9V~3.6V 满足低功耗设计需要;芯片内部设有专门稳压电路，使用各种电源包括DC/DC 开关电源均有较好的通信效果。

图2 2.4G 通讯电路4.照明控制常用的调光方法有：脉冲宽度调制（PWM）调光法、改变半桥逆变器供电电压调光法、脉冲调频调光法、脉冲调相调光法和可控硅相控调光法。可控相控调光法具有体积小、价格合理和调光功率范围宽等优点，本系统最终采用可控硅相控调光来调节灯具的明亮程度。应用可控硅相控原理，通过控制可控硅的导通角，将电网输入的正弦波电压斩掉一部分，以降低输出电压的平均值，达到控制灯具供电电压，从而实现调光。可控硅相控调光对照明系统的电压调节速度快，调光精度高，调光参数可以分时段实时调整。由于调光电路主要是电子元件组成，相对来说体积小、设备质量轻、成本低。可控硅相控调光电路如图3 所示。单片机的控制信号经74HC04反相后送到光耦MOC3023，光电隔离后输入到可控硅T16C6F 的控制极，控制可控硅的导通角，实现调光。

图3 可控硅相控调光电路5.结束语基于单片机控制的智能家居照明系统，具有成本低、开发时间短、安装维护方便、容易满足客户不同需求等优点，市场前景广阔。目前我国的消费水平并不高，对于系统庞大的高档智能家居需求并不大，而智能家居照明系统的低成本，在家居市场上应用越来越广泛。本文介绍的基于单片机控制的智能家居照明系统具有一定的市场推广价值。

责任编辑：ct