趙春鋒， 范小蘭， 汪敬華， 張世鴻

（1.上海工程技術(shù)大學(xué)工程實訓(xùn)中心;2.東華大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，上海 201620）

0 引言

照明控制系統(tǒng)是智能家居的核心組成部分，決定了家庭自動化系統(tǒng)的整體能力。智能照明控制系統(tǒng)是集多種照明控制方式、現(xiàn)代化數(shù)字控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一身的控制系統(tǒng)。它的出現(xiàn)和發(fā)展，不僅可以滿足現(xiàn)代建筑中的照明需求，提升照明環(huán)境品質(zhì)，還可以充分利用和節(jié)約能源，使建筑物更加節(jié)能、環(huán)保。對于改善現(xiàn)代人類的生活質(zhì)量，創(chuàng)造舒適、安全、便利、綠色的生活空間有著非常重要的意義。從發(fā)展趨勢看，新建筑均會實現(xiàn)一定程度的智能照明，智能照明系統(tǒng)的日益普及將是一種必然，在未來，沒有智能照明系統(tǒng)的住宅將不合時代潮流。

電工實習(xí)是面向全校工科學(xué)生開設(shè)的實踐課程，是學(xué)生在校內(nèi)所接受的比較全面的具有工程訓(xùn)練性質(zhì)的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)之一。電工實習(xí)能使學(xué)生了解相關(guān)技術(shù)的發(fā)展前沿，培養(yǎng)學(xué)生動手能力和工程實踐能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)及專業(yè)發(fā)展方向的定位奠定了良好的基礎(chǔ)。為此，實習(xí)教學(xué)在內(nèi)容安排上盡量做到在有限的時間里讓學(xué)生學(xué)到盡可能多的知識和技能，通過直接的工程實踐訓(xùn)練來培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力，進(jìn)而培養(yǎng)創(chuàng)新精神。照明線路安裝與調(diào)試一直是高校電工實習(xí)中的重要環(huán)節(jié)［1-4］，隨著技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用型本科人才的知識結(jié)構(gòu)、層次結(jié)構(gòu)應(yīng)緊跟當(dāng)今電工新技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。因此，我校作為卓越工程師計劃的試點單位，在電工實習(xí)中照明線路安裝與調(diào)試實踐模塊引入智能照明控制系統(tǒng)，引領(lǐng)學(xué)生緊跟電工新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，普及電工新技術(shù)智能照明及智能家居的一些電工新技術(shù)的實踐常識，提高當(dāng)代大學(xué)生的電工技術(shù)綜合素質(zhì)，適應(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)的需求，培養(yǎng)工科大學(xué)生的創(chuàng)新能力以及工程實踐能力。對學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)以及畢業(yè)后所從事的工作甚至將來的現(xiàn)代化生活將產(chǎn)生重要影響。

1 智能照明實驗室建設(shè)

1.1 智能照明實驗室硬件條件

我校為配合卓越工程師計劃，于2011年底建設(shè)智能照明控制實驗室，以電工實習(xí)基礎(chǔ)教學(xué)為目的，通過對各類智能照明電氣元件的認(rèn)識、接線、組裝、編程和調(diào)試，進(jìn)行大量的實際操作，從而提高了學(xué)生的動手能力和解決實際問題的能力。為了實現(xiàn)智能照明控制實訓(xùn)教學(xué)要求，將整個實驗室分為2個功能區(qū)域，分別為講課區(qū)和實訓(xùn)區(qū)，實訓(xùn)區(qū)由兩居室樣板房和六套實訓(xùn)臺組成。圖1為智能照明實驗室平面布置示意圖，圖2為智能照明實驗室現(xiàn)場實景。在兩居室樣板房內(nèi)設(shè)置筒燈、熒光燈等多種燈具，燈具的數(shù)量和布放位置能夠同時滿足模擬小型會議室、辦公室、客廳、臥室等不同場合多種燈光場景的需要，使學(xué)生切實體會真實的控制場景。

圖1 智能照明實驗室平面布置示意圖

1.2 智能照明KNX控制系統(tǒng)介紹

實訓(xùn)區(qū)的兩居室樣板房及實訓(xùn)臺裝置智能照明控制系統(tǒng)均采用KNX協(xié)議控制系統(tǒng)。在1999年5月，歐洲三大總線協(xié)議EIB、BatiBus和EHSA合并成立了Konnex協(xié)會，提出了KNX協(xié)議，采用KNX協(xié)議的廠家眾多，例如施耐德、西門子、ABB、南京天朔等，在樓宇自動化和智能照明控制網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用廣泛。我校智能照明實驗室采用Schneider施耐德生產(chǎn)的元器件，智能照明控制實訓(xùn)裝置系統(tǒng)示意圖如圖3所示。每套實訓(xùn)裝置均配有網(wǎng)絡(luò)電源模塊、開關(guān)執(zhí)行器、調(diào)光執(zhí)行器、窗簾/開關(guān)驅(qū)動器、USB數(shù)據(jù)接口、多功能按鈕開關(guān)、移動感應(yīng)器、氣象感應(yīng)器、監(jiān)控編程計算機、時鐘管理器等部件組成。所有單元器件（除電源外）均內(nèi)置微處理器和存儲單元，由信號總線連接成網(wǎng)絡(luò)，每個單元均設(shè)置唯一的單元地址，并使用ETS軟件設(shè)定其功能，通過輸出單元控制各照明回路負(fù)載，對白熾燈、熒光燈等多種光源進(jìn)行開關(guān)或調(diào)光，對窗簾開度進(jìn)行控制。通過電腦編程的各元件既可獨立完成諸如開關(guān)、調(diào)光、控制等工作，又可根據(jù)要求進(jìn)行不同組合，從而實現(xiàn)不增加元件數(shù)量而功能卻可靈活改變的效果，同時又可通過中控電腦進(jìn)行本地或遠(yuǎn)程集中監(jiān)視和控制［5-7］。

圖2 智能照明實驗室實景

圖3 智能照明控制實訓(xùn)裝置系統(tǒng)示意圖

2 智能照明控制在電工實習(xí)中的教學(xué)實踐

2.1 實踐教學(xué)內(nèi)容安排

智能照明常用的控制方式有預(yù)設(shè)場景控制、群組組合控制、定時控制、光感探頭控制、就地控制、遠(yuǎn)程控制、圖示化監(jiān)控、應(yīng)急處理、日程計劃安排等。具體內(nèi)容為：①預(yù)設(shè)場景控制。用戶預(yù)設(shè)多種場景，按動一個按鍵，即可調(diào)用需要的場景。②群組組合控制?？稍O(shè)定一個按鍵，對多個照明回路進(jìn)行燈光控制，即一鍵可控制整個場所的照明開關(guān)。③ 定時控制。根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時間，觸發(fā)相應(yīng)的場景，使燈光打開或關(guān)閉。④光感探頭控制。根據(jù)光感探頭探測到的照度，控制照明場所相關(guān)燈具的打開或關(guān)閉?？拷獯暗臒艟呖刹捎霉飧刑筋^，根據(jù)天然光的亮度進(jìn)行開/關(guān)，以節(jié)約用電。⑤ 就地控制。一般情況下，控制過程自動進(jìn)行。在某些情況下，可使用控制面板來強制調(diào)用需要的照明場景模式。⑥應(yīng)急處理。在接收到安保系統(tǒng)、消防系統(tǒng)的警報后，能自動將指定區(qū)域照明全部打開。⑦日程計劃安排?？稍O(shè)定每天不同時間段的照明場景狀態(tài)，并將場景調(diào)用情況進(jìn)行記錄、打印輸出，方便管理。結(jié)合卓越計劃試點班級的實際教學(xué)情況，本著普及智能照明這一電工新技術(shù)，著力提高工程創(chuàng)新能力培養(yǎng)，制定智能照明控制實訓(xùn)項目如表1所示［8-9］。

表1 智能照明控制實訓(xùn)項目表

智能照明控制實訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容分為基礎(chǔ)實踐項目和任務(wù)驅(qū)動型實踐項目兩種?；A(chǔ)實踐內(nèi)容分為照明配電板的安裝、智能家居控制器件的認(rèn)識與實踐、兩地控制及常用照明電路的安裝、智能調(diào)光控制線路的安裝與調(diào)試、窗簾自動控制線路的安裝與調(diào)試5個實訓(xùn)內(nèi)容，5個模塊內(nèi)容相輔相成，內(nèi)容循序漸進(jìn)。實訓(xùn)項目1使學(xué)生的照明電路讀圖、電工常用工具得到應(yīng)用和鍛煉，認(rèn)知照明開關(guān)、插座的規(guī)格及選用原則。實訓(xùn)項目2使學(xué)生了解智能照明元器件的功能和作用，電路接線方法，以及熟悉ETS軟件使用及器件配置方法。實訓(xùn)項目3、4、5通過智能器件的實際安裝、接線、軟件設(shè)置及調(diào)試，掌握普通照明控制線路與智能照明控制線路之間的差異，掌握開關(guān)模塊、調(diào)光模塊、窗簾控制模塊與智能傳感器的線路安裝及軟件配置，實現(xiàn)基于智能照明總線的照明開關(guān)與調(diào)光控制、窗簾自動線路。

任務(wù)驅(qū)動型實踐項目實訓(xùn)時將班級分組，根據(jù)實際情況每個小組3～6名同學(xué)，實訓(xùn)項目6智能家居的場景控制與調(diào)試又分為：①小型會議室的照明設(shè)計與控制，②起居室照明設(shè)計與控制，③ 客廳照明設(shè)計與控制。實訓(xùn)項目7安防控制線路的安裝與調(diào)試，要求智能照明控制系統(tǒng)可與安防實現(xiàn)通訊聯(lián)動，當(dāng)發(fā)生火警或入侵報警時，聯(lián)動報警區(qū)域燈光并向上級報警，又分為：①典型兩居室的安防控制線路的安裝與調(diào)試;②典型辦公室的安防控制線路的安裝與調(diào)試。實訓(xùn)時，根據(jù)專業(yè)和學(xué)生興趣不同，小組完成一個任務(wù)驅(qū)動型實踐項目，學(xué)生需要查閱圖書、廠家等資料，根據(jù)講義中項目要求完成電路設(shè)計，器件選型，接線，編程及調(diào)試。首先，需要學(xué)生根據(jù)空間平面圖設(shè)計現(xiàn)場基本照明布燈圖及照明控制方案;其次，設(shè)計基于智能照明器件的照明電器原理圖，照明控制柜安裝接線圖，進(jìn)行照明配電線路的設(shè)計;再次，進(jìn)行照明線路的安裝，布線槽、控制模塊、照明燈具的安裝，并對安裝后的器件進(jìn)行電氣線路接線，線路檢查確認(rèn);然后，才可進(jìn)行照明控制系統(tǒng)智能器件編程等［10-13］，完成整理調(diào)試。

2.2 教學(xué)成效

通過在電工實習(xí)照明模塊中引入智能照明控制系統(tǒng)的教學(xué)改革和探索，在實驗室現(xiàn)場教學(xué)，將理論教學(xué)與實踐教學(xué)有機地結(jié)合，教學(xué)中將基礎(chǔ)實踐內(nèi)容和任務(wù)驅(qū)動型實踐項目有機結(jié)合，先基礎(chǔ)后綜合設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，自主操作，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生在學(xué)習(xí)和掌握KNX總線基本理論知識、智能器件編程的同時，獲得智能照明控制系統(tǒng)較全面的訓(xùn)練，提高了智能照明新技術(shù)的應(yīng)用能力，使教、學(xué)、用達(dá)到了統(tǒng)一。具備分析與解決問題的能力、實際操作技能和工程應(yīng)用能力，達(dá)到掌握智能照明專業(yè)技能的目的。

3 結(jié)語

電工實習(xí)是實踐教學(xué)過程的一個重要環(huán)節(jié)，是學(xué)生鞏固電工所學(xué)理論知識、培養(yǎng)專業(yè)技能和實際工作能力的重要課程，是學(xué)生提高動手能力、縮短與工程技術(shù)人員差距的有效途徑。與傳統(tǒng)照明相比，智能照明可達(dá)到安全、節(jié)能、舒適、高效的目的其先進(jìn)性和優(yōu)越性勿庸質(zhì)疑。近些年，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，智能照明行業(yè)迅速發(fā)展，家居領(lǐng)域的智能照明應(yīng)用有望得以普及。智能照明控制實驗室的建立，引領(lǐng)學(xué)生緊跟電工新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，讓相關(guān)專業(yè)學(xué)生對智能照明控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用有了直觀的認(rèn)識和了解，通過實踐，讓學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握智能照明系統(tǒng)的應(yīng)用操作和場景設(shè)計，增強了他們的動手能力、創(chuàng)新能力，培養(yǎng)了他們的學(xué)習(xí)積極性，提高了當(dāng)代大學(xué)生的電工技術(shù)綜合素質(zhì)［14-16］。

（References）：

［1］ 陳 曦，張九根.智能建筑實驗平臺的系統(tǒng)設(shè)計研究［J］.實驗室研究與探索，2008，27（10）：31-33，147.

［2］ 張小林，周美華，李茂康.綜合性、設(shè)計性實驗教學(xué)改革探索與實踐［J］.實驗室研究與探索，2007，24（7）：94-96.

［3］ 高小平.中國智能家居的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.低壓電器，2005（4）：18-21.

［4］ 金衛(wèi)東.智能家居一定會井噴但不是在即［J］.中國安防，2007（3）：88-90.

［5］ 譚 偉，王 娜，李鋒博，等.智能照明實驗系統(tǒng)的設(shè)計與實施——“建筑智能化系統(tǒng)專業(yè)教學(xué)綜合實驗創(chuàng)新基地”的研究與實踐之一［J］.燈與照明，2006，30（2）：29-31，38.

［6］ 左秀珍.建筑電氣安裝與裝飾照明［M］.北京：機械下業(yè)出版社，2001.

［7］ 陰振勇，李英姿.建筑供電與照明，教學(xué)實驗裝置的研制與開發(fā)［J］.北京建筑工程學(xué)院學(xué)報，2007（3）：56-58.

［8］ 李 斌，靳慧征.項目教學(xué)法在電氣照明系統(tǒng)安裝與調(diào)試課程中的應(yīng)用［J］.萍鄉(xiāng)高等專科學(xué)校學(xué)報，2008（12）：104.

［9］ 錢曉龍.電工電子實訓(xùn)教程［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2009.

［10］ 傅水根，武 靜.深化工程實踐教學(xué)改革，全面促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展［J］.實驗技術(shù)與管理，2008，25（1）：7-10.

［11］ 張國平.基于CDIO模式的電工實習(xí)教學(xué)研究與實踐［J］.實驗室研究與探索，2010，29（10）：336-337，358.

［12］ 瞿 曌.電工實習(xí)中綜合素質(zhì)及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)［J］.實驗技術(shù)與管理，2003，20（3）：63-65.

［13］ 李 平，霍小慧.電工電子實踐教學(xué)模式的改革與探索［J］.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2005，6（5）：84-85.

［14］ 林 健.“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”專業(yè)培養(yǎng)方案研究［J］.清華大學(xué)教育研究，2011，32（2）：47-55.

［15］ 陳啟元.對實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃"工作中幾個問題的認(rèn)識［J］.中國大學(xué)教學(xué)，2012（1）：4-6.

［16］ 史泰岡，高 丹.實施卓越工程師培養(yǎng)計劃 提高學(xué)生實踐創(chuàng)新能力［J］.實驗室研究與探索，2012，31（10）：316-318.