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(shí)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(dòng)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(duì)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(shì)看，新建筑均會(huì)實(shí)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(lái)，沒有智能照明系統(tǒng)的住宅將不合時(shí)代潮流。

電工實(shí)習(xí)是面向全校工科學(xué)生開設(shè)的實(shí)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(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)之一。電工實(shí)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(dòng)手能力和工程實(shí)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(shí)習(xí)教學(xué)在內(nèi)容安排上盡量做到在有限的時(shí)間里讓學(xué)生學(xué)到盡可能多的知識(shí)和技能，通過(guò)直接的工程實(shí)踐訓(xùn)練來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)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(shí)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(shí)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(jì)劃的試點(diǎn)單位，在電工實(shí)習(xí)中照明線路安裝與調(diào)試實(shí)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(shí)踐常識(shí)，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(shí)踐能力。對(duì)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(lái)的現(xiàn)代化生活將產(chǎn)生重要影響。

1 智能照明實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

1.1 智能照明實(shí)驗(yàn)室硬件條件

我校為配合卓越工程師計(jì)劃，于2011年底建設(shè)智能照明控制實(shí)驗(yàn)室，以電工實(shí)習(xí)基礎(chǔ)教學(xué)為目的，通過(guò)對(duì)各類智能照明電氣元件的認(rèn)識(shí)、接線、組裝、編程和調(diào)試，進(jìn)行大量的實(shí)際操作，從而提高了學(xué)生的動(dòng)手能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。為了實(shí)現(xiàn)智能照明控制實(shí)訓(xùn)教學(xué)要求，將整個(gè)實(shí)驗(yàn)室分為2個(gè)功能區(qū)域，分別為講課區(qū)和實(shí)訓(xùn)區(qū)，實(shí)訓(xùn)區(qū)由兩居室樣板房和六套實(shí)訓(xùn)臺(tái)組成。圖1為智能照明實(shí)驗(yàn)室平面布置示意圖，圖2為智能照明實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景。在兩居室樣板房?jī)?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(shí)滿足模擬小型會(huì)議室、辦公室、客廳、臥室等不同場(chǎng)合多種燈光場(chǎng)景的需要，使學(xué)生切實(shí)體會(huì)真實(shí)的控制場(chǎng)景。

圖1 智能照明實(shí)驗(yàn)室平面布置示意圖

1.2 智能照明KNX控制系統(tǒng)介紹

實(shí)訓(xùn)區(qū)的兩居室樣板房及實(shí)訓(xùn)臺(tái)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(huì)，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(dòng)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(shí)驗(yàn)室采用Schneider施耐德生產(chǎn)的元器件，智能照明控制實(shí)訓(xùn)裝置系統(tǒng)示意圖如圖3所示。每套實(shí)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(dòng)器、USB數(shù)據(jù)接口、多功能按鈕開關(guān)、移動(dòng)感應(yīng)器、氣象感應(yīng)器、監(jiān)控編程計(jì)算機(jī)、時(shí)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(chǔ)單元，由信號(hào)總線連接成網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)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(guò)輸出單元控制各照明回路負(fù)載，對(duì)白熾燈、熒光燈等多種光源進(jìn)行開關(guān)或調(diào)光，對(duì)窗簾開度進(jìn)行控制。通過(guò)電腦編程的各元件既可獨(dú)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(shí)現(xiàn)不增加元件數(shù)量而功能卻可靈活改變的效果，同時(shí)又可通過(guò)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(shí)驗(yàn)室實(shí)景

圖3 智能照明控制實(shí)訓(xùn)裝置系統(tǒng)示意圖

2 智能照明控制在電工實(shí)習(xí)中的教學(xué)實(shí)踐

2.1 實(shí)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(chǎng)景控制、群組組合控制、定時(shí)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(jì)劃安排等。具體內(nèi)容為：①預(yù)設(shè)場(chǎng)景控制。用戶預(yù)設(shè)多種場(chǎng)景，按動(dòng)一個(gè)按鍵，即可調(diào)用需要的場(chǎng)景。②群組組合控制?？稍O(shè)定一個(gè)按鍵，對(duì)多個(gè)照明回路進(jìn)行燈光控制，即一鍵可控制整個(gè)場(chǎng)所的照明開關(guān)。③ 定時(shí)控制。根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時(shí)間，觸發(fā)相應(yīng)的場(chǎng)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(cè)到的照度，控制照明場(chǎng)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(guò)程自動(dòng)進(jìn)行。在某些情況下，可使用控制面板來(lái)強(qiáng)制調(diào)用需要的照明場(chǎng)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(bào)后，能自動(dòng)將指定區(qū)域照明全部打開。⑦日程計(jì)劃安排?？稍O(shè)定每天不同時(shí)間段的照明場(chǎng)景狀態(tài)，并將場(chǎng)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(jì)劃試點(diǎn)班級(jí)的實(shí)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(shí)訓(xùn)項(xiàng)目如表1所示［8-9］。

表1 智能照明控制實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目表

智能照明控制實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容分為基礎(chǔ)實(shí)踐項(xiàng)目和任務(wù)驅(qū)動(dòng)型實(shí)踐項(xiàng)目?jī)煞N?；A(chǔ)實(shí)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(shí)與實(shí)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(dòng)控制線路的安裝與調(diào)試5個(gè)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，5個(gè)模塊內(nèi)容相輔相成，內(nèi)容循序漸進(jìn)。實(shí)訓(xùn)項(xiàng)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(shí)訓(xùn)項(xiàng)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(shí)訓(xùn)項(xiàng)目3、4、5通過(guò)智能器件的實(shí)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(shí)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(dòng)線路。

任務(wù)驅(qū)動(dòng)型實(shí)踐項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)時(shí)將班級(jí)分組，根據(jù)實(shí)際情況每個(gè)小組3～6名同學(xué)，實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目6智能家居的場(chǎng)景控制與調(diào)試又分為：①小型會(huì)議室的照明設(shè)計(jì)與控制，②起居室照明設(shè)計(jì)與控制，③ 客廳照明設(shè)計(jì)與控制。實(shí)訓(xùn)項(xiàng)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(shí)現(xiàn)通訊聯(lián)動(dòng)，當(dāng)發(fā)生火警或入侵報(bào)警時(shí)，聯(lián)動(dòng)報(bào)警區(qū)域燈光并向上級(jí)報(bào)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(shí)訓(xùn)時(shí)，根據(jù)專業(yè)和學(xué)生興趣不同，小組完成一個(gè)任務(wù)驅(qū)動(dòng)型實(shí)踐項(xiàng)目，學(xué)生需要查閱圖書、廠家等資料，根據(jù)講義中項(xiàng)目要求完成電路設(shè)計(jì)，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(jì)現(xiàn)場(chǎng)基本照明布燈圖及照明控制方案;其次，設(shè)計(jì)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(jì);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(duì)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(guò)在電工實(shí)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(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)地結(jié)合，教學(xué)中將基礎(chǔ)實(shí)踐內(nèi)容和任務(wù)驅(qū)動(dòng)型實(shí)踐項(xiàng)目有機(jī)結(jié)合，先基礎(chǔ)后綜合設(shè)計(jì)，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(shí)、智能器件編程的同時(shí)，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(wèn)題的能力、實(shí)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(yǔ)

電工實(shí)習(xí)是實(shí)踐教學(xué)過(guò)程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是學(xué)生鞏固電工所學(xué)理論知識(shí)、培養(yǎng)專業(yè)技能和實(shí)際工作能力的重要課程，是學(xué)生提高動(dòng)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(guó)民經(jīng)濟(jì)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(shí)驗(yàn)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(duì)智能照明控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用有了直觀的認(rèn)識(shí)和了解，通過(guò)實(shí)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(chǎng)景設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了他們的動(dòng)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］。

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