梁人杰

(南京理工大學(xué) 測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè),江蘇 南京 210094)

1 引言

1879年，愛(ài)迪生發(fā)明了白熾燈，人類(lèi)從此進(jìn)入了電氣照明的新時(shí)代，白熾燈因此被譽(yù)為人類(lèi)進(jìn)入現(xiàn)代文明的里程碑。正如很多史學(xué)家所認(rèn)為的，人類(lèi)照明技術(shù)的發(fā)展史與人類(lèi)的文明史同樣久遠(yuǎn)。作為照明技術(shù)重要內(nèi)容之一的照明控制技術(shù)，也同樣如此。

從愛(ài)迪生控制電燈泡的機(jī)械式電氣開(kāi)關(guān)開(kāi)始，照明控制技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)歷了一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，如圖1所示。歷史上每一次重大的科技突破，照明控制技術(shù)也隨之前進(jìn)了一大步。迄今為止，照明智能控制技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)經(jīng)歷和跨越了電氣時(shí)代、微電子時(shí)代、計(jì)算機(jī)時(shí)代和網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)代，并度過(guò)了照明光源的幾次革命。今天的照明智能控制技術(shù)正是與人類(lèi)的光源技術(shù)、電氣技術(shù)、微電子技術(shù)、微機(jī)技術(shù)、自控技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的學(xué)科交叉，緊密結(jié)合和相互滲透的結(jié)晶。

圖1 照明控制技術(shù)發(fā)展歷程與趨勢(shì)Fig.1 The development course and trend of lighting control technology

在數(shù)碼時(shí)代、信息社會(huì)、網(wǎng)絡(luò)世界的今天，照明智能控制技術(shù)把現(xiàn)代照明推向了節(jié)能化、智能化、信息化、人性化、藝術(shù)化、個(gè)性化的全新高度。照明智能控制的重要地位，必不可少，已越來(lái)越受到人類(lèi)的青睞。

電氣化、自動(dòng)化、智能化是照明智能控制前進(jìn)的足跡。今后，照明智能控制將伴隨著人類(lèi)高新技術(shù)的征程，向著智慧化的方向前進(jìn)。

2 優(yōu)勢(shì)與理念

照明智能控制通過(guò)節(jié)能模型控制、智能開(kāi)關(guān)、智能調(diào)光、“軟開(kāi)/軟關(guān)”、紅外傳感器隨機(jī)實(shí)現(xiàn)“人來(lái)燈亮，人走燈滅”或“人來(lái)燈亮，人走燈暗”，光敏傳感器結(jié)合自然光的恒照度照明，各種燈光場(chǎng)景設(shè)定，定時(shí)、分時(shí)與分區(qū)照明，抵御電網(wǎng)波動(dòng)與浪涌等一系列照明控制策略，可實(shí)現(xiàn)照明節(jié)能與呵護(hù)光源[1～8]。在建筑室內(nèi)照明智能控制領(lǐng)域，照明節(jié)能率可達(dá)15%～75%，延長(zhǎng)光源壽命2～4倍。在道路照明領(lǐng)域，按目前控制水平，一般節(jié)能率約10%～15%，最好的大致也能接近30%左右。

實(shí)現(xiàn)室內(nèi)照明的人性化、個(gè)性化和藝術(shù)化燈光場(chǎng)景，及其一鍵化的便捷控制，以及城市夜景照明或裝飾照明的各種動(dòng)態(tài)藝術(shù)燈光演示，把人類(lèi)的光環(huán)境提升到一個(gè)全新的境界。

傳統(tǒng)的光源，特別是曾一度是主流照明光源的氣體放電光源，可控性能極差，開(kāi)關(guān)次數(shù)越多壽命越短，大范圍調(diào)光會(huì)面臨工作狀態(tài)的惡化，功率因數(shù)補(bǔ)償不盡理想，并非能夠適應(yīng)與發(fā)揮智能照明控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，而LED、OLED、QLED等固態(tài)光源，沒(méi)有脆弱的燈絲或其陰極，所具有的微秒響應(yīng)時(shí)間的可控特性，豐富的光譜，體積與結(jié)構(gòu)充分的“柔性”，以及能適應(yīng)任意降功率或調(diào)光使用等一系列優(yōu)勢(shì)，成為了智能照明控制技術(shù)的天然配偶，使得照明智能控制技術(shù)如虎添翼，同時(shí)，智能照明控制的功效提升，又更加凸顯了LED等固態(tài)光源的優(yōu)勢(shì)，使其變得越發(fā)不可戰(zhàn)勝，進(jìn)一步鞏固和增強(qiáng)其成為主流照明光源的霸主地位。

今后，LED等固態(tài)光源與照明智能控制融合，將會(huì)突破傳統(tǒng)的照明方法，超越傳統(tǒng)照明的功能，產(chǎn)生史詩(shī)般的神奇功績(jī)。

推廣綠色照明，追求節(jié)能低碳，如果僅一味崇拜光源的發(fā)光效率，有失偏頗。照明智能控制自適應(yīng)的優(yōu)化控制，能充分發(fā)揮照明節(jié)能的潛能，可以把實(shí)際的照明功率密度值LPD降到極致，遠(yuǎn)低于最新照明標(biāo)準(zhǔn)制定的指標(biāo)。

綜上所述，今天，照明智能控制的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)使人類(lèi)產(chǎn)生了新的理念。如果忽視照明智能控制，綠色照明事業(yè)將會(huì)停滯不前，照明的現(xiàn)代化將無(wú)從談起，照明智能控制技術(shù)已成為綠色照明的基石。

3 現(xiàn)狀與發(fā)展

目前，主流的照明智能控制系統(tǒng)主要是總線式照明智能控制系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)、LED城市夜景照明控制系統(tǒng)、城市路燈/景觀照明無(wú)線集中監(jiān)控系統(tǒng)和一體化的LED智能燈具等大類(lèi)。

3.1 總線式照明控制網(wǎng)絡(luò)

國(guó)內(nèi)外，總線式照明智能控制系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)，有基于分布式控制總線DCS(Distributed control System)原理和現(xiàn)場(chǎng)控制總線(Field Control System)原理的測(cè)控系統(tǒng)，而目前在建筑照明領(lǐng)域，應(yīng)用更多的是后者。

現(xiàn)場(chǎng)控制總線是一種由一系列嵌入微處理機(jī)的分布式智能控制模塊組成的控制總線，可脫離主控設(shè)備運(yùn)行，不會(huì)因上位機(jī)故障而癱瘓，可靠性高，是自動(dòng)控制領(lǐng)域以數(shù)字通信替代傳統(tǒng)4～20mA模擬信號(hào)傳輸標(biāo)準(zhǔn)和普通開(kāi)關(guān)量信號(hào)傳輸方式的新一代控制總線，屬于全數(shù)字、可自主運(yùn)行、串行式、多點(diǎn)互聯(lián)、可尋址、雙向通信的智能通信測(cè)控系統(tǒng)?；诂F(xiàn)場(chǎng)控制總線的照明智能控制系統(tǒng)，遵循ISO/OSI，TCP/IP通信協(xié)議和IEEE802局域網(wǎng)(以太網(wǎng))標(biāo)準(zhǔn)，有與這些標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的開(kāi)放性能、通信帶寬、傳輸速率、傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌瑸榱擞行ㄐ?，共享介質(zhì)訪問(wèn)控制方式采用載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢驗(yàn)方式(CSMA/CD)，大多數(shù)總線式照明智能控制系統(tǒng)的底層遵循IEEE802局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，采用非屏蔽五類(lèi)線，全二線聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓试S為總線型、星型、樹(shù)型，但不可為環(huán)型。總線傳輸速率為9.6Kbps。而通過(guò)網(wǎng)橋、交換機(jī)，或光纖傳輸與光纖交換機(jī)，總線式照明智能控制系統(tǒng)可以擴(kuò)展成中、大型的照明智能控制網(wǎng)絡(luò)。

總線式照明智能控制系統(tǒng)所具有的開(kāi)放性，使得運(yùn)用智能網(wǎng)關(guān)、智能路由器、交換機(jī)、光纖與光纖交換機(jī)或無(wú)線基站AP，幾乎可以與任意不同通信協(xié)議的有線或無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，如通過(guò)RS485、WLAN、Wi-Fi、ZigBee、DMX512、GPRS/3G、4G等，既可靈活升級(jí)或擴(kuò)展成為多功能的或大型和遠(yuǎn)程控制的開(kāi)放系統(tǒng)，又可實(shí)現(xiàn)任意地域的便攜電腦、智能手機(jī)、平板電腦等手持終端的無(wú)線移動(dòng)式燈光場(chǎng)景監(jiān)控。

總線式照明智能控制系統(tǒng)，從上世紀(jì)90年代后的歷屆奧運(yùn)會(huì)體育場(chǎng)館照明，到大型建筑、工礦企業(yè)、道路照明、城市夜景、公共照明、高鐵動(dòng)車(chē)、家居建筑等方面已經(jīng)得到了大量應(yīng)用。

照明智能控制系統(tǒng)在多年發(fā)展過(guò)程中，實(shí)際上已從照明控制延伸成為智能建筑、樓宇自動(dòng)化與建筑能源管理系統(tǒng)。在智能家居中除燈光控制外，還可以實(shí)施空調(diào)、采暖、窗簾、天窗、A/V系統(tǒng)、安防、消防、電梯等的測(cè)控管理。

事實(shí)上，由于功能不斷擴(kuò)展，集成傳感器增多，總線式照明智能控制總線已成為物聯(lián)網(wǎng)的成員。

目前，專(zhuān)門(mén)面向照明的總線式智能控制系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)外品牌繁多[9～15]，主流品種有： Philips SCENIO、C-BUS、Dynet、 HDL-BUS、Lon Works、KNX EIB、GRANDAR、luxCONTROL、Nico、i-bus、Instabus、HomeServer、Futronix、DALI、Lutron、E-lighting、ZEIOT、HOTOP、EC-NET、PrecisetechNet、iisfree、DVACO、LIGHTSPACE等。

但是，迄今的總線式照明智能控制系統(tǒng)，在系統(tǒng)設(shè)定上存在專(zhuān)業(yè)性太強(qiáng)，編程麻煩，成為普通用戶(hù)很難隨意調(diào)整設(shè)定的電氣系統(tǒng)，難以普及[16，17]。例如：當(dāng)室內(nèi)燈光場(chǎng)景編程設(shè)定后，如須改變，普通人群無(wú)能為力，必須求助專(zhuān)業(yè)人士解決。還有，一些感應(yīng)傳感器性能比較粗糙，例如：紅外感應(yīng)傳感器僅為單物理參數(shù)鑒別，容易產(chǎn)生錯(cuò)判與誤動(dòng)作；照度傳感器難以實(shí)現(xiàn)較大范圍較準(zhǔn)確的照度平均值測(cè)量，難以做到照明節(jié)能的精準(zhǔn)控制；此外，總線式照明智能控制系統(tǒng)主要是綜合布線，安裝麻煩，改造也較繁瑣；還有，如何實(shí)現(xiàn)真正優(yōu)化控制等問(wèn)題，也需探討如何提升，等等。這都是對(duì)今后發(fā)展的挑戰(zhàn)。

3.2 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線用于照明控制

原則上，很多優(yōu)秀的工業(yè)用現(xiàn)場(chǎng)控制總線FCS，只要開(kāi)發(fā)配套足夠的照明控制總線模塊，都可用于照明智能控制，雖價(jià)格較高，但性能更優(yōu)，如：Lon Works和CAN總線等。LonWorks擁有集成3 CPU的“神經(jīng)元芯片”，并固化了開(kāi)放式的通信協(xié)議LonTalk，全面支持ISO/OSI七層通信模型，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥€允許環(huán)型，是真正的自由拓?fù)?Free Topology)，而且對(duì)傳輸介質(zhì)適應(yīng)能力很廣，允許采用電力線，具有自由傳輸介質(zhì)(Free transmission medium)的優(yōu)勢(shì)，通信速率可達(dá)1.25Mbps。LonWorks開(kāi)放性強(qiáng)，采用網(wǎng)關(guān)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，可輕易擴(kuò)展為任意的大型網(wǎng)絡(luò)或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)監(jiān)控，遠(yuǎn)程監(jiān)控。目前，有的基于LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線的智能家居和照明智能控制品牌已獨(dú)占一方。

3.3 ZigBee用于無(wú)線照明控制

ZigBee是受到蜜蜂按8字翱翔采蜜與群體通信的啟迪而開(kāi)發(fā)，于2004年誕生，之后協(xié)議不斷完善升級(jí)。ZigBee網(wǎng)絡(luò)物理層和媒體訪問(wèn)控制層，基于經(jīng)濟(jì)高效的IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，具有低速率(<250kbps)，短距離(一般10～100m，增大功率可達(dá)1～3km)，短時(shí)延(節(jié)點(diǎn)接入只需30ms)，大容量(最多5000節(jié)點(diǎn))的特點(diǎn)。采用工業(yè)科學(xué)醫(yī)療頻段ISM(Industrial, Scientific and Medical)，915MHz(美國(guó)), 868MHz(歐洲)和2.4GHz(全球)，免執(zhí)照。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇蔀樾切?、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、群集或網(wǎng)狀(Mesh)等配置，每一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)模塊之間可相互通信，不僅本身可以作為監(jiān)控對(duì)象，對(duì)所連接的傳感器直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，還可以自動(dòng)中轉(zhuǎn)別的節(jié)點(diǎn)傳來(lái)的數(shù)據(jù)。配合網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和路由器，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75米無(wú)限擴(kuò)展，類(lèi)似于GPRS/CDMA移動(dòng)網(wǎng)的基站，通訊距離可從標(biāo)準(zhǔn)的75米到幾百米、幾公里，并且支持無(wú)限擴(kuò)展,覆蓋范圍廣闊[18]。

ZigBee技術(shù)成本較低，功耗較小，使用簡(jiǎn)便，芯片齊全，雖然晚于 “藍(lán)牙”短程通信技術(shù)，卻后來(lái)居上。目前，ZigBee無(wú)線通信技術(shù)在軍事和工業(yè)領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用，并已成為物聯(lián)網(wǎng)的重要成員。在民用領(lǐng)域，ZigBee也得到很多廠商的重視，不少照明控制和智能家居品牌基于ZigBee技術(shù)。

ZigBee適合低速傳輸，數(shù)據(jù)量小，體積緊湊，價(jià)格低廉，覆蓋范圍大的組網(wǎng)需求，對(duì)照明領(lǐng)域非常合適。ZigBee網(wǎng)絡(luò)可以獨(dú)立構(gòu)成一種智能照明和智能家居的無(wú)線控制網(wǎng)絡(luò)。LED結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，使得嵌入ZigBee無(wú)線接口開(kāi)發(fā)ZigBee網(wǎng)絡(luò)燈具變得容易。此外，開(kāi)發(fā)嵌入ZigBee無(wú)線接口的照明開(kāi)關(guān)面板，可以方便地替代原有的墻面開(kāi)關(guān)，把電氣控制的家居照明升級(jí)改造為無(wú)線智能控制，無(wú)需改動(dòng)原來(lái)的任何燈具和電源布線，而且成本較低，這些都應(yīng)該引起照明界關(guān)注。

3.4 閃聯(lián)(IGRS)標(biāo)準(zhǔn)用于照明控制

閃聯(lián)-IGRS (Intelligent Grouping and Resource Sharing) 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是中國(guó)本土技術(shù)創(chuàng)新制定的信息設(shè)備互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)，于2003年7月17日由“閃聯(lián)”標(biāo)準(zhǔn)工作組發(fā)布。“閃聯(lián)”是中國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部牽頭，由聯(lián)想、TCL、康佳、海信、長(zhǎng)城五家企業(yè)發(fā)起組建的聯(lián)盟。目前，“閃聯(lián)”的國(guó)內(nèi)外成員已超過(guò)100家，在聯(lián)盟內(nèi)部已形成了較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈，包括閃聯(lián)芯片與系列電子產(chǎn)品。閃聯(lián)協(xié)議已成為智能建筑國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)[19]。

閃聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)是建立在TCP/IP協(xié)議之上的應(yīng)用層協(xié)議, 重點(diǎn)解決公共的“連接”問(wèn)題，設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“3C融合”(Communication、Computer、Consumer Electronic-電腦、 通訊、消費(fèi)性電子產(chǎn)品)，“三屏共享”(電視、手提電腦，手機(jī))和“三網(wǎng)融合”(電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng))。

閃聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)可將局域網(wǎng)中的設(shè)備互聯(lián)拓展到廣域網(wǎng)(異構(gòu)網(wǎng))，并可與WSN(Wireless Sensor Network)、Zigbee、Z-wave (丹麥Zensys公司發(fā)布的無(wú)線網(wǎng)技術(shù))、Wi-Fi、3G等通信技術(shù)的聯(lián)接和優(yōu)化結(jié)合，完美實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)融合與應(yīng)用，包括有線與無(wú)線網(wǎng)。

閃聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)是快速、方便、低成本、無(wú)線通信、自動(dòng)發(fā)現(xiàn)、動(dòng)態(tài)組網(wǎng)、資源共享和協(xié)同服務(wù)，可跨屏互動(dòng)、智能控制、電能管理和無(wú)線辦公、娛樂(lè)等。

閃聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)是適合初學(xué)者使用的網(wǎng)絡(luò)連接工具，無(wú)需了解很多IT相關(guān)知識(shí)，使用者可用PDA掌上電腦上網(wǎng)，控制自己家中空調(diào)的開(kāi)機(jī)時(shí)間，處理照明燈光的亮、滅、調(diào)光與復(fù)雜的燈光場(chǎng)景，也能夠使各種家電和電腦在連機(jī)范圍內(nèi)，互相識(shí)別，實(shí)現(xiàn)交互通信。例如，符合IGRS規(guī)范的筆記本電腦和TV互相發(fā)現(xiàn)后，筆記本電腦即可將所擁有的多媒體數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)流的形式分發(fā)到TV上進(jìn)行播放，同時(shí)，筆記本電腦也可以接收TV傳來(lái)的電視節(jié)目流，實(shí)現(xiàn)電視節(jié)目實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。

2007年，國(guó)際著名照明公司飛利浦已經(jīng)加盟“閃盟”?；陂W聯(lián)的智能家居系統(tǒng)，已經(jīng)被市場(chǎng)認(rèn)可與推廣，包括照明智能控制。閃聯(lián)“云服務(wù)平臺(tái)”，可通過(guò)智能手機(jī)、PAD和PC機(jī)，發(fā)揮智能互聯(lián)、資源共享和協(xié)調(diào)服務(wù)的特色，閃聯(lián)智能家居網(wǎng)關(guān)，可構(gòu)筑的照明控制或智能家居網(wǎng)絡(luò)，所有符合IGRS規(guī)范的各類(lèi)照明控制設(shè)備和照明燈具均可接入，組成開(kāi)放性的家居信息與控制網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建節(jié)能、舒適、安全、便利的智能居住環(huán)境，見(jiàn)圖2。

圖2 基于IGRS的無(wú)線家居照明智能控制示意圖Fig.2 Schematic diagram of wireless Home Furnishing lighting intelligent control based on IGRS

目前，IGRS通信已成為物聯(lián)網(wǎng)的重要成員，基于閃聯(lián)的智慧家居和智慧城市的新概念正在實(shí)踐。閃聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)將會(huì)是劃時(shí)代的，很快將會(huì)成就“大氣候”。照明界應(yīng)敏銳領(lǐng)悟機(jī)遇的來(lái)臨，加快開(kāi)發(fā)嵌入閃聯(lián)協(xié)議通信接口的各類(lèi)燈具和家居產(chǎn)品，推動(dòng)照明的智能控制，優(yōu)化控制，使照明電能管理向高水平方向發(fā)展。

3.5 LED城市夜景照明控制系統(tǒng)

LED節(jié)能低碳，色彩豐富，控制性能優(yōu)秀，燈具結(jié)構(gòu)靈巧，在城市夜景照明中已基本取代高耗能的泛光照明技術(shù)，成為城市夜景照明的主流。同時(shí)，因?yàn)長(zhǎng)ED城市夜景照明工程項(xiàng)目的個(gè)性化，藝術(shù)創(chuàng)意的多樣性，而且對(duì)三基色LED色彩變幻場(chǎng)景的要求千差萬(wàn)別，因此系統(tǒng)控制方案可以有更多選擇，商業(yè)化較強(qiáng)也是原因之一。近年來(lái)，非標(biāo)的LED城市夜景照明控制系統(tǒng)層出不窮，不斷創(chuàng)新，成為重要特點(diǎn)[20]。

各種LED夜景照明的智能控制系統(tǒng)也是基于計(jì)算機(jī)通信控制的總線或網(wǎng)絡(luò)，或者是主-從控制的分布式系統(tǒng)。很多運(yùn)用TCP/IP協(xié)議組網(wǎng)，可使一個(gè)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)連接更多的LED景觀燈具，連接距離更長(zhǎng)，在通信帶寬、控制質(zhì)量和可靠性方面都能得到提高，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制更為有效，并且網(wǎng)絡(luò)成本較低。遵循TCP/IP通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)RS485、DMX512、ZigBee、GPRS/3G、CAN 、Wi-Fi等，采用五類(lèi)線、光纖、無(wú)線傳輸，或網(wǎng)關(guān)、交換機(jī)或無(wú)線基站AP，可靈活擴(kuò)展成為大型的多路的LED景觀照明控制系統(tǒng)，構(gòu)筑五彩繽紛的LED燈光場(chǎng)景。系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)便攜電腦、智能手機(jī)、平板電腦等手持終端，實(shí)現(xiàn)無(wú)線移動(dòng)式燈光場(chǎng)景監(jiān)控。

黃以華、廖世文等人開(kāi)發(fā)出一種基于TCP/IP和DMX512協(xié)議的大型分布式LED景觀照明控制系統(tǒng)，由PC計(jì)算機(jī)(上位機(jī))、控制器、解碼器以及LED 景觀燈具組成。PC機(jī)遵循TCP/IP協(xié)議與作為DMX512信號(hào)發(fā)生器的250臺(tái)控制器通信，每臺(tái)控制器再與三臺(tái)DMX512信號(hào)解碼器相連，每臺(tái)解碼器兼做信號(hào)中繼器并與56個(gè)LED 燈通信，解碼器對(duì)DMX512 信號(hào)進(jìn)行頻率調(diào)制和信號(hào)增強(qiáng)，內(nèi)部含有驅(qū)動(dòng)電路的LED 燈具，采用PWM 實(shí)現(xiàn)256 級(jí)調(diào)光，系統(tǒng)采用分布式連接[21]。

王薇等人開(kāi)發(fā)的總線式LED景觀照明系統(tǒng)，由PC機(jī)(上位機(jī))、主控器(下位機(jī))和多組三路輸出的驅(qū)動(dòng)器組成，PC機(jī)由管理軟件負(fù)責(zé)LED參數(shù)設(shè)置；主控器是微處理機(jī)LPC2119，含有ARM內(nèi)核，32位，64個(gè)通用I/O，可脫機(jī)運(yùn)行，通過(guò)光隔離控制，形成LED白、紅、黃、淺藍(lán)、綠、橙、粉紅等七種顏色以及跑、跳、亮、閃、淡入、淡出等變化。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線CAN，可擴(kuò)展成較大網(wǎng)絡(luò)[22]。

陸杭等人的LED景觀照明系統(tǒng)，由上位機(jī)控制軟件集中處理，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和3G/GPRS，與場(chǎng)景控制器通信，場(chǎng)景控制器再通過(guò)ZigBee無(wú)線網(wǎng)實(shí)現(xiàn)各路LED照明單元的光強(qiáng)及色彩變化，采用輪詢(xún)機(jī)制實(shí)時(shí)采集LED照明單元的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)與廣播幀同步的LED多彩照明場(chǎng)景轉(zhuǎn)換[23]。

丁國(guó)超等人開(kāi)發(fā)的基于可編程片上系統(tǒng)SOPC(System-on-a-Programmable-Chip)的256色LED景觀燈控制系統(tǒng)，系統(tǒng)下層設(shè)計(jì)了可重用IP核(Intellectual Property core)的片上系統(tǒng)、MP3播放器和FAT(File Allocation Table)文件系統(tǒng)，通過(guò)上層軟件完成按照燈具及其布燈的燈光場(chǎng)景數(shù)據(jù)編制，經(jīng)過(guò)仿真和預(yù)覽等步驟后，再下載數(shù)據(jù)到控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)LED景觀燈具的控制[24]。

近些年來(lái)，中國(guó)LED景觀照明智能控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，百花齊放，推陳出新，呈現(xiàn)出一派興旺景象。但是，這些LED景觀照明智能控制系統(tǒng)，基本未涉及到本身運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)和故障報(bào)警的功能，作為智能系統(tǒng)，的確存在重要缺陷。而遠(yuǎn)程的城市景觀照明集中監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)這種燈具數(shù)量龐大而又極其分散的LED景觀照明系統(tǒng)，難以解決現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)監(jiān)測(cè)和故障報(bào)警。然而，在目前的城市夜景照明中，高故障率、低可靠性的問(wèn)題屢屢出現(xiàn)。LED景觀照明燈光演示，因故障時(shí)而發(fā)生的混亂景象，已成為城市夜景環(huán)境中的敗筆。因此，今后，LED景觀照明智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化的運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)和故障報(bào)警，應(yīng)該是主要研究課題之一。

3.6 城市路燈/景觀照明無(wú)線集中監(jiān)控系統(tǒng)

3.6.1 概況

城市照明無(wú)線集中監(jiān)控系統(tǒng)，一般由計(jì)算機(jī)控制中心，數(shù)據(jù)處理及監(jiān)控軟件，地理信息系統(tǒng)(GIS)和全球定位系統(tǒng)GPS，無(wú)線電通信網(wǎng)絡(luò)等組成，可實(shí)現(xiàn)覆蓋城市全市路燈和景觀照明的集中監(jiān)控與管理，包括：運(yùn)行操作，節(jié)能管理，故障檢測(cè)與故障報(bào)警等[25，26]。

城市照明無(wú)線集中監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)具有“遙測(cè)”(遠(yuǎn)程測(cè)量)、“遙控”(遠(yuǎn)程控制)和“遙信”(遠(yuǎn)程通信)功能，即“三遙”；或在“三遙”基礎(chǔ)上再增設(shè)“遙視”(遠(yuǎn)程目標(biāo)圖像傳輸)和“遙調(diào)”(遠(yuǎn)程能源管理)，成為“五遙”系統(tǒng)。有的企業(yè)還提出 “四遙”功能，即在“三遙”基礎(chǔ)上加入“遙急”功能(自動(dòng)啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案)。目前，“遙視”功能普遍并不完善。

已有的城市照明集中監(jiān)控系統(tǒng)的無(wú)線通信平臺(tái)，有的采用230MHz頻道的專(zhuān)用無(wú)線電通訊頻道，如：南京市的城市景觀照明無(wú)線集中監(jiān)控系統(tǒng)，利用公安110的通信平臺(tái)。有的采用公用無(wú)線通訊網(wǎng)GPRS/CDMA，因?yàn)槌鞘蟹涓C式移動(dòng)通訊網(wǎng)基本可無(wú)死區(qū)地實(shí)現(xiàn)全市無(wú)縫監(jiān)控。此外，有的還運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)通信。

目前，對(duì)道路照明節(jié)能控制方式主要有：(1)雙功率鎮(zhèn)流器半夜自動(dòng)降功率，如：250W降到180W，或250W降到150W；(2)半夜自動(dòng)降電壓，如：220V降到180V；這二種方法都不能做到優(yōu)化節(jié)能。(3)采用隔一亮一、隔二亮一、單側(cè)亮燈、雙臂燈單側(cè)亮等關(guān)燈的方法。這些方法，同樣不可能優(yōu)化節(jié)能，還會(huì)造成寬幅路面半幅黑暗，或道路軸線出現(xiàn)亮暗不均的“斑馬效應(yīng)”，危及行車(chē)安全。此外，深夜電壓容易超標(biāo)，對(duì)局部關(guān)燈方法非常不利，將會(huì)縮短燈具壽命。

上述這些簡(jiǎn)單的道路照明節(jié)能控制方法，共同的弊病是：未考慮氣候影響，車(chē)流狀況，環(huán)境因素(例如樹(shù)蔭的影響等)，除了沒(méi)有優(yōu)化節(jié)能，還缺少人性化，并埋下安全隱患。

3.6.2 物聯(lián)網(wǎng)用于公共照明無(wú)線集中監(jiān)控

近幾年物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)始運(yùn)用于城市路燈照明和景觀照明的無(wú)線集中監(jiān)控系統(tǒng)中[27～29]。

上海世博會(huì)基于物聯(lián)網(wǎng)的公共照明監(jiān)控系統(tǒng)，主要是由無(wú)線傳輸終端結(jié)合路燈控制設(shè)備二部分組成。系統(tǒng)可按不同需求，采集不同數(shù)據(jù)和控制方式，如：采集電流、電壓、功率；控制燈的開(kāi)、關(guān)、降功率等。所有的數(shù)據(jù)，按ZigBee協(xié)議，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備連接到監(jiān)控中心，而監(jiān)控室的服務(wù)器只需連接到互聯(lián)網(wǎng)，系統(tǒng)可達(dá)到監(jiān)控市區(qū)內(nèi)的每一處路燈的狀態(tài)，并可以有效地控制和監(jiān)測(cè)路燈的運(yùn)行狀況。此外，物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備還可提供單燈控制，監(jiān)控可跟蹤到點(diǎn)，可加強(qiáng)每個(gè)路燈的管理和監(jiān)控。

中易云物聯(lián)網(wǎng)科技提出了基于企業(yè)“云中心”的公共照明物聯(lián)網(wǎng)解決方案。系統(tǒng)為“四遙”功能，即：在“三遙”基礎(chǔ)上加入“遙急”功能(自動(dòng)啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案)。

今后，4G將日趨成熟，將物聯(lián)網(wǎng)城市路燈/景觀照明無(wú)線集中監(jiān)控系統(tǒng)建立在3G或4G城市無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)架上，更新?lián)Q代，在數(shù)據(jù)的傳送速率和容量方面將比GPRS有全面提升，“五遙”系統(tǒng)將得以完善。

2013年，作者涉及的在滬寧高速公路試驗(yàn)段的道路照明研究工作已經(jīng)完成，今后跨越城際和省際高速公路的道路照明無(wú)線集中監(jiān)控系統(tǒng)將會(huì)加速發(fā)展，對(duì)高速公路全程的“五遙”道路照明監(jiān)測(cè)管理，將有更高的要求。

4 一體化固態(tài)智能燈具

近幾年，隨著LED進(jìn)入主流照明，LED結(jié)合小型傳感器、集成電路，單片機(jī)MUC，特別是專(zhuān)用集成電路ASIC(Application Specific Integrated Circuit)，涌現(xiàn)出了照明智能開(kāi)關(guān)以及一體化的固態(tài)智能燈具新品[30～33]。

這種照明智能開(kāi)關(guān)主要接受環(huán)境物理量的控制，實(shí)現(xiàn)光控、時(shí)控、聲控、紅外探測(cè)控制、雷達(dá)探測(cè)控制、超聲探測(cè)控制，或者上述物理量的雙參數(shù)聯(lián)合控制等，例如：聲光控自動(dòng)開(kāi)關(guān)；“紅外感應(yīng)+光控”的自動(dòng)開(kāi)關(guān)；“雷達(dá)探測(cè)+光控”的自動(dòng)開(kāi)關(guān)等。由于現(xiàn)代微電子技術(shù)的發(fā)展，特別是LED等固態(tài)照明光源的進(jìn)步，結(jié)構(gòu)上已可實(shí)現(xiàn)把上述的智能電子開(kāi)關(guān)嵌入到LED燈具內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)單燈自動(dòng)化，構(gòu)成一體化的智能燈具。這是一種離散式的非網(wǎng)絡(luò)化照明自動(dòng)控制類(lèi)別。

作為例子，一種可實(shí)現(xiàn)“人來(lái)燈亮，人走燈滅”節(jié)能照明的一體化紅外感應(yīng)LED智能燈具，原理框圖如圖3所示。因?yàn)槿魏螠囟雀哂?273℃(絕對(duì)零度)的物體或生物都會(huì)有紅外線輻射，采用熱釋電紅外線傳感器和菲涅爾透鏡構(gòu)成探測(cè)單元。菲涅爾透鏡前加上一種濾光片，使紅外光線通過(guò)的中心波長(zhǎng)為9μm—10μm，專(zhuān)用于體溫37℃人體的紅外輻射探測(cè)，抑制其它輻射干擾。菲涅爾透鏡提高探測(cè)器的光學(xué)靈敏度以增大探測(cè)距離。延時(shí)電路實(shí)現(xiàn)燈具點(diǎn)亮后適當(dāng)延長(zhǎng)點(diǎn)燈時(shí)間，以確保人們步行行走距離上有足夠時(shí)間的安全照明。有的還帶有智能化的延時(shí)功能，開(kāi)關(guān)在檢測(cè)到人體的每一次活動(dòng)后會(huì)自動(dòng)順延一個(gè)延時(shí)時(shí)間段，并且以最后一次人體活動(dòng)為延時(shí)時(shí)間的起始點(diǎn)。

圖3 一體化紅外感應(yīng)LED智能燈具原理框圖Fig.3 Integrated infrared induction principle diagram of LED lamp

還有一種例子，是微波雷達(dá)探測(cè)控制的LED雙亮度智能燈具。基于微波的“似光性”和多普勒效應(yīng)，采用集成化小型平板式雷達(dá)天線，結(jié)合鑒頻技術(shù)，單片機(jī)和與雷達(dá)探測(cè)器控制信號(hào)接口的LED變功率驅(qū)動(dòng)電源，可實(shí)現(xiàn)LED燈具的雙亮度照明。如：“人來(lái)燈亮，人走燈暗”，燈亮?xí)r100%亮度，燈暗時(shí)降為30%亮度，特別適合地下建筑或晚間背景光很弱場(chǎng)合的人性化節(jié)能照明。圖4所示為一體化微波雷達(dá)雙亮度LED智能燈具的控制策略。

圖4 一體化雙亮度LED雷達(dá)感應(yīng)燈具的控制策略Fig.4 Control strategy of integrated double brightness LED radar induction lamp

一體化固態(tài)智能燈具的發(fā)展，可簡(jiǎn)易實(shí)現(xiàn)照明節(jié)能，應(yīng)用靈活，成本較低，可靠性高，廣泛推廣所引起的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益非常顯著。目前出現(xiàn)的一體化固態(tài)智能燈具只是智能燈具的雛形，今后必將沿著準(zhǔn)確可靠控制和功能品種豐富的方向發(fā)展。

5 創(chuàng)新與超越

5.1 優(yōu)化控制

在此，以道路照明為例討論優(yōu)化節(jié)能控制。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年中國(guó)城市的道路照明和景觀照明用電量約占中國(guó)總發(fā)電量的4%至5%，約相當(dāng)于三峽電站發(fā)電總量的900億千瓦時(shí)。2012年底，全國(guó)等級(jí)公路約360萬(wàn)公里，高速公路約10萬(wàn)公里，居世界前列，大部分尚未考慮道路照明。目前，為大幅減少交通事故率，滬寧高速公路試驗(yàn)段的照明研究已經(jīng)完成，今后如果高速公路和部分等級(jí)公路都實(shí)施道路照明，中國(guó)目前路燈數(shù)量超過(guò)2000萬(wàn)盞的數(shù)字將會(huì)急劇增加，耗電將暴增，加強(qiáng)節(jié)能迫在眉睫。

在能源危機(jī)，節(jié)能低碳的嚴(yán)峻形勢(shì)下，道路照明節(jié)電應(yīng)在推廣新能源照明和LED照明的同時(shí)，提升節(jié)能控制水平，進(jìn)一步提升節(jié)能效率。而優(yōu)化節(jié)能，則是照明智能控制技術(shù)肩負(fù)的首要?dú)v史使命[34，35]。但是，目前的道路照明節(jié)能控制手段，遠(yuǎn)未達(dá)到優(yōu)化節(jié)能控制的目標(biāo)，甚至落后于建筑照明智能控制的節(jié)能水平。對(duì)道路照明，如果僅采用路燈定時(shí)ON/OFF控制或簡(jiǎn)單的降功率控制策略，不可能把實(shí)際的照明功率密度值(LPD)降到理想境界，而且也不夠人性化。

為提升道路照明或公共照明的節(jié)能管理水平，挖掘照明節(jié)能潛力，真正實(shí)現(xiàn)高效的人性化節(jié)能管理，應(yīng)淘汰傳統(tǒng)的道路照明監(jiān)控方式, 作者認(rèn)為應(yīng)建立新型的基于物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的系統(tǒng)集成的道路照明能源優(yōu)化控制系統(tǒng)RLEOCS(Road light energy optimization control system)。

RLEOCS提升道路節(jié)能管理水平的關(guān)鍵，是要從原來(lái)粗疏的監(jiān)控方式轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與優(yōu)化控制。為此，首先，應(yīng)該全面掌握道路的動(dòng)態(tài)參數(shù),如圖5所示；第二，在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層要按自動(dòng)控制理論，完善優(yōu)化控制方法，建立完善的實(shí)時(shí)分析處理軟件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)，并集成對(duì)應(yīng)的GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、本地氣候預(yù)報(bào)系統(tǒng)、應(yīng)急預(yù)案系統(tǒng)、照明能源管理系統(tǒng)；第三，實(shí)現(xiàn)道路現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)參數(shù)可靠的自適應(yīng)的優(yōu)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，系統(tǒng)方案示意圖見(jiàn)圖6。

圖5 道路照明的動(dòng)態(tài)參數(shù)Fig.5 The dynamic parameters of road lighting

圖6 物聯(lián)網(wǎng)道路照明能源優(yōu)化控制系統(tǒng)示意圖Fig.6 Road lighting energy optimization control system diagram based on the Internet of things

在物聯(lián)網(wǎng)感知層對(duì)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜多變的動(dòng)態(tài)參數(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)，需要集成光電、雷達(dá)、聲學(xué)、電能、圖像、氣象等傳感器和檢測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)交通流量、環(huán)境照度、光源光衰、實(shí)時(shí)氣候、背景亮度、電壓波動(dòng)等動(dòng)態(tài)參數(shù)的變化，按晝夜規(guī)律實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制，并建立預(yù)警機(jī)制。

物聯(lián)網(wǎng)感知層采集和探測(cè)的道路動(dòng)態(tài)信息，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層，由互聯(lián)網(wǎng)、公用網(wǎng)GPRS/3G/4G或ZigBee等,與應(yīng)用層交互通信，M2M(Machine to Machine)。應(yīng)用層的控制信號(hào)與指令，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層抵達(dá)道路現(xiàn)場(chǎng)的路燈群組。 路燈應(yīng)嵌入物聯(lián)網(wǎng)通信接口，自主聯(lián)網(wǎng)，或通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)終端、物聯(lián)網(wǎng)集控器聯(lián)網(wǎng)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“五遙”。

“云端”是為了與建設(shè)中的開(kāi)放式國(guó)家級(jí)的“云服務(wù)中心”互聯(lián)，如：“感知中國(guó)”中心等，以得到照明控制數(shù)據(jù)分析計(jì)算的遠(yuǎn)程支持，以簡(jiǎn)略本地系統(tǒng)。

在控制策略上，為精準(zhǔn)節(jié)能調(diào)節(jié)，對(duì)路燈亮度需實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、連續(xù)平滑調(diào)整，為此應(yīng)采用LED路燈，淘汰氣體放電燈；為簡(jiǎn)化系統(tǒng)，并區(qū)分路段地理特征，系統(tǒng)應(yīng)實(shí)施區(qū)分路段的群組燈具道路照明場(chǎng)景控制，以及按晝夜規(guī)律區(qū)分時(shí)段的群組燈具照明場(chǎng)景控制；為可靠監(jiān)控和故障報(bào)警，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)到燈，檢測(cè)到燈，監(jiān)控到燈，跟蹤到燈。

5.2 新型智能燈具

智能控制技術(shù)可助LED、OLED、QLED等固態(tài)光源挖掘超越傳統(tǒng)功能的潛能。LED等固態(tài)光源全固態(tài)化，光譜豐富，光效極高，電控性好，“細(xì)胞結(jié)構(gòu)”，低壓運(yùn)行，堅(jiān)固耐用。超越傳統(tǒng)功能的創(chuàng)新沒(méi)有智能控制，只依靠光源自身是無(wú)能為力的。智能化控制技術(shù)，光生物科學(xué)成果，微型傳感器技術(shù)，微電子器件IC,博采眾長(zhǎng)，助LED一臂之力，正繼續(xù)傳統(tǒng)光源與照明未竟的事業(yè)，將會(huì)成就史詩(shī)般的夙愿，見(jiàn)圖7。以下討論固態(tài)光源超越傳統(tǒng)照明功能的技術(shù)思路[36～52]。

圖7 智能控制技術(shù)助固態(tài)光源超越傳統(tǒng)功能Fig.7 Intelligent control technology to help a solid-state light source beyond the traditional function

5.2.1 多鑒控制智能燈具

一體化固態(tài)智能燈具，可實(shí)現(xiàn)“人來(lái)燈亮，人走燈滅”的節(jié)能照明，目前尚處發(fā)展初期，如果僅能探測(cè)諸如聲響、紅外輻射或多普勒頻移等單一物理量，可靠性有限。

“單一聲控”可能會(huì)受到雷雨和環(huán)境噪聲的干擾而誤動(dòng)作。“單一紅外感應(yīng)”易受熱源、直射陽(yáng)光干擾，窗門(mén)、空調(diào)的熱風(fēng)口效應(yīng)也可能造成失誤；此外，人體輻射的紅外線穿透能力差，冬天易被衣著阻檔，造成失靈；當(dāng)環(huán)境溫度與人體溫度接近時(shí)，紅外探測(cè)的靈敏度也會(huì)下降。寵物貓狗，老鼠昆蟲(chóng)等小型動(dòng)物有時(shí)也會(huì)造成錯(cuò)判。微波雷達(dá)多普勒頻移探測(cè)，比其他感應(yīng)開(kāi)關(guān)可靠一些。但是，實(shí)踐證明電氣設(shè)備的電磁泄漏也會(huì)變成假信號(hào)。采用以下技術(shù)改進(jìn)，可大幅提高一體化固態(tài)智能燈具的可靠性。

“雙鑒”即應(yīng)用兩種物理量同時(shí)探測(cè)，如：紅外探測(cè)加上微波雷達(dá)探測(cè)等，將提高可靠性。

“多鑒與信號(hào)處理”，如：紅外探測(cè)加上微波雷達(dá)探測(cè)，再結(jié)合微處理或DSP數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行智能信號(hào)處理，可以對(duì)探測(cè)信號(hào)進(jìn)行分析與再鑒別，避免誤判，可靠性明顯提高。

5.2.2 幕簾式紅外感應(yīng)燈

一體化幕簾式紅外感應(yīng)燈具的幕簾式紅外探測(cè)器，通過(guò)特種光學(xué)設(shè)計(jì)，可以改變紅外輻射探測(cè)傳感器的立體角，使得 X方向探測(cè)角度大幅減小，而垂直方向依然是180°的大扇形，探測(cè)立體角變成了好像是一種幕布或窗簾，即：幕簾。紅外探測(cè)的抗干擾能力大幅提高。一般，幕簾式探測(cè)器的探測(cè)平面設(shè)計(jì)成與人員行走的水平方向垂直，或也可雙幕簾式。幕簾位置可靈活設(shè)置，如：置于走廊人員穿越的位置上，或放在人員進(jìn)出的門(mén)口，或水平地置于人體高度位置上，還可以按身體高度鑒別等。

5.2.3 晝夜節(jié)律動(dòng)態(tài)照明燈

非視覺(jué)的光生物效應(yīng)揭示了光對(duì)人體健康、工作效率、睡眠影響的功效。燈具通過(guò)照明光通量、光譜分量與時(shí)間的自適應(yīng)晝夜動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)晝夜節(jié)律動(dòng)態(tài)照明，將可以使人們白天高效率地工作，休息時(shí)放松溫馨，夜晚像嬰兒一樣深度睡眠。

5.2.4 恒照度燈

天然光采光與人工光源照明結(jié)合有利于照明節(jié)能。一體化燈具內(nèi)的照度傳感器，按照明標(biāo)準(zhǔn)要求，實(shí)現(xiàn)燈具的恒照度連續(xù)調(diào)節(jié)，無(wú)論晴天、陰天、間智能控制照度調(diào)節(jié)，持之以恒。

5.2.5 長(zhǎng)壽命燈

LED光效極高，實(shí)際上已經(jīng)給通過(guò)智能熱管理，延長(zhǎng)LED壽命，提供了機(jī)遇，一體化長(zhǎng)壽命LED燈具在光效和壽命之間權(quán)衡利弊，將應(yīng)付自如。

5.2.6 模擬天然光燈(全可見(jiàn)光光譜燈具)

天然光對(duì)人體的健康、工作效率、心理、生理、情緒的功效，是人工光源所不可替代的。天然光照明舒適愉快。天然光照明的教室，學(xué)生思想集中，考試成績(jī)更優(yōu)。

特別對(duì)于地下建筑，如：地下商場(chǎng)，地鐵，隧道，地下商業(yè)街，地下軍事建筑，防空設(shè)施，戰(zhàn)略隱蔽建筑，礦井，潛艇，宇宙飛船，醫(yī)院等，一體化的模擬天然光燈具(全可見(jiàn)光譜燈具) 將會(huì)得到青睞。嵌入式的智能技術(shù)，將把LED全光譜的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮盡致，燈具的光譜能量分布特性調(diào)節(jié)模擬至天然光水平，這是傳統(tǒng)光源望塵莫及的。

5.2.7 汽車(chē)智能前大燈

自適應(yīng)復(fù)雜行車(chē)狀態(tài)，自動(dòng)光譜調(diào)節(jié)穿透霧氣，會(huì)車(chē)時(shí)大燈指向自動(dòng)調(diào)節(jié)，遠(yuǎn)光、近光、強(qiáng)光、弱光、控光(配光特性)自動(dòng)調(diào)節(jié)，前方遇障前投射光指向(方位角與俯仰角)自動(dòng)調(diào)節(jié)。

5.2.8 植物生長(zhǎng)燈

光對(duì)植物的生長(zhǎng)至關(guān)重要。光譜對(duì)植物如同肥料和營(yíng)養(yǎng)劑。研究表明，例如：400～520nm(藍(lán)色)和610～720nm(紅色)的光譜，對(duì)于光合作用貢獻(xiàn)最大；520～610nm(綠色)的光譜，被植物吸收的比率很低。此外，不同的農(nóng)作物、蔬菜或樹(shù)木，對(duì)光譜喜好并非相同。植物在生長(zhǎng)期的各個(gè)階段，對(duì)光譜偏愛(ài)也不盡相同。智能控制技術(shù)結(jié)合LED光源可以實(shí)現(xiàn)植物生長(zhǎng)燈的光譜與時(shí)序關(guān)系的控制。

5.2.9 老人照明燈

老年人視網(wǎng)膜功能衰弱，水晶體硬化，透光能力減弱，識(shí)別藍(lán)色和綠色的能力變差，瞳孔變小，80歲老人的瞳孔白天和夜晚的收縮差接近于零，而且對(duì)眩光敏感，受到眩光影響后恢復(fù)能力減弱。因此，對(duì)老人的照明需求與普通人不同。光譜和光通量都要適時(shí)調(diào)節(jié)，特殊設(shè)計(jì)，并智能控制。

5.2.10 光理療燈

非視覺(jué)光生物功效證明，光如同藥物一樣可以治病，幾乎從來(lái)沒(méi)有一種激素能如光那樣對(duì)人類(lèi)產(chǎn)生如此大的作用，而且沒(méi)有化學(xué)藥物的種種副作用。405～420nm藍(lán)色光譜對(duì)老年癡呆癥、抑郁癥、情感障礙、粉刺有效；600～950nm紅光還可以治療皺紋和酒糟鼻?；谥悄芸刂萍夹g(shù)的“光理療燈具”，可以像藥物用量一樣，對(duì)光譜、光強(qiáng)、時(shí)序等因人而異進(jìn)行智能調(diào)節(jié)。

5.2.11 兒童智力開(kāi)發(fā)照明

美國(guó)有研究表明，兒童智力的開(kāi)發(fā)應(yīng)該從視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)和味覺(jué)五個(gè)方面入手，豐富的色彩可通過(guò)兒童的視覺(jué)影響兒童的智商、情商和性格。長(zhǎng)時(shí)間接觸黑白色會(huì)對(duì)兒童的性格產(chǎn)生不良影響，藍(lán)色燈光有利于提高孩子的智商。智能控制可以調(diào)節(jié)燈光的色彩促進(jìn)培養(yǎng)兒童聰明健康成長(zhǎng)。

5.2.12 動(dòng)物生長(zhǎng)燈

動(dòng)物生長(zhǎng)與照明光譜密切相關(guān)，光譜和光強(qiáng)對(duì)飼養(yǎng)動(dòng)物的作用，甚至比飼料還要重要。例如： 紅光能使雞群安靜，推遲性成熟，提高產(chǎn)蛋量；綠光提高雞的增重率，加快性成熟，增強(qiáng)公雞繁殖力；藍(lán)光也能增強(qiáng)公雞的配種力。此外，長(zhǎng)時(shí)間光照能促進(jìn)雞的性成熟，阻止換羽。在冬季、春季，適當(dāng)增加光照可提高雞的產(chǎn)蛋量；短時(shí)間、低強(qiáng)度光照在雞的育肥期有利于體內(nèi)脂肪積累，對(duì)育肥有利。LED智能控制，對(duì)光強(qiáng)和光譜智能調(diào)節(jié)，可達(dá)到養(yǎng)雞的最佳經(jīng)濟(jì)效益。

5.2.13 LED發(fā)光建筑裝飾材料

固態(tài)光源如同細(xì)胞般的結(jié)構(gòu)，融合于建筑材料是發(fā)展方向之一。而結(jié)合智能控制技術(shù)，融入藝術(shù)創(chuàng)意，將會(huì)產(chǎn)生令人震撼、刺激、神奇、驚嘆、高雅、溫馨、美妙、趣味的藝術(shù)與心理效應(yīng)，極具觀賞價(jià)值，極有應(yīng)用市場(chǎng)，極有發(fā)展前景。智能控制的LED建筑材料，將建筑、照明和裝飾融為一體，動(dòng)/靜結(jié)合自如，將改變建筑的設(shè)計(jì)方法和人類(lèi)的生活方式，產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。如果沒(méi)有智能控制技術(shù)，則LED建筑材料將會(huì)黯然失色。

6 展望未來(lái)

6.1 從智能控制到智慧控制

毫無(wú)異議，未來(lái)的照明智能控制技術(shù)，仍將與人類(lèi)的高新技術(shù)并肩前進(jìn)。未來(lái)的人類(lèi)將全面進(jìn)入智慧社會(huì)。智慧就是一種對(duì)事物迅速、靈活、正確、全面綜合理解和正確處理的完美能力。因此，智慧控制必然高于智能控制。從電氣化到智能化，再步入智慧化，這是照明控制技術(shù)發(fā)展的必然。從智能控制發(fā)展到智慧控制，必須要讓控制系統(tǒng)像人一樣去做符合人腦思維的事情。這就是人工智能AI(Artificial Intelligence)。而人工智能、空間技術(shù)和能源技術(shù)曾被稱(chēng)為是20世紀(jì)70年代以后世界的三大尖端技術(shù)之一。到了21世紀(jì)，人工智能仍然與基因工程和納米科學(xué)一起，被列為未來(lái)三大尖端技術(shù)之一?？梢?jiàn)人工智能始終是人類(lèi)追求的目標(biāo)。目前，人工智能的研究進(jìn)展，首先是讓機(jī)器實(shí)現(xiàn)更高層次的感覺(jué)與辨識(shí)，機(jī)器感覺(jué)、機(jī)器視覺(jué)、機(jī)器聽(tīng)覺(jué)、機(jī)器思維等都要和人雷同，現(xiàn)在人臉識(shí)別、指紋識(shí)別、虹膜識(shí)別、掌紋識(shí)別、意念控制都已獲得進(jìn)展。一種專(zhuān)門(mén)為殘疾人服務(wù)的“意念控制機(jī)器人”已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。殘疾人沒(méi)有雙手，甚至不能言語(yǔ)，想喝水的時(shí)候，機(jī)器人就會(huì)端一杯水給他，要吃蛋糕，機(jī)器人就會(huì)送過(guò)來(lái)。在中國(guó)，這種機(jī)器人已經(jīng)有了樣機(jī)?！耙饽羁刂啤币巡簧衩?，也不遙遠(yuǎn)，更不是夢(mèng)。

6.2 意念控制

不久以后，智慧照明系統(tǒng)就是人工智能系統(tǒng)，具有與人 “意念交互”的能力?！爸腔奂揖釉品?wù)平臺(tái)”或“智慧網(wǎng)關(guān)”，將會(huì)按人工智能跟著你的思維去工作，管理好智慧照明系統(tǒng)，讓照明光環(huán)境完全與你的思維情投意合。當(dāng)然，人與“智慧家居云服務(wù)平臺(tái)”或“智慧網(wǎng)關(guān)”的 “腦機(jī)交互”、“意念溝通”，也有“協(xié)議”要遵守的，也要有意念流交互的地址碼、起始碼、確認(rèn)碼和結(jié)束碼，這種“意念碼”屬于人工智能系統(tǒng)能辨認(rèn)的 “意念數(shù)據(jù)流”。而“智慧家居云服務(wù)平臺(tái)”也會(huì)像現(xiàn)在的尋址功能一樣，自動(dòng)識(shí)別是“誰(shuí)”在指揮，該不該聽(tīng)從指揮。

6.3 自由組網(wǎng)

不久以后，照明智慧控制系統(tǒng)將會(huì)在今天自由拓?fù)洹⒆杂蓚鬏斀橘|(zhì)、無(wú)線通信、自動(dòng)發(fā)現(xiàn)、動(dòng)態(tài)組網(wǎng)的成就上，實(shí)現(xiàn)自由組網(wǎng)。

屆時(shí)LED等固態(tài)智能燈具將全都會(huì)嵌入智慧網(wǎng)絡(luò)接口，而無(wú)線的“智慧家居云服務(wù)平臺(tái)”或“智慧網(wǎng)關(guān)”將會(huì)全面受理你接入的任何燈具，會(huì)按你的“想法”指揮組網(wǎng)，大量智慧照明燈具將“接入后不用管”，也無(wú)需你再去搞更換接線、編程、按鍵這些麻煩的事情了。系統(tǒng)越復(fù)雜，功能越強(qiáng)大，而操作必將更為“傻瓜化”。任何學(xué)前兒童都能應(yīng)付自如。

6.4 自由燈光場(chǎng)景

同樣，不久以后，智慧家居，在自由組網(wǎng)基礎(chǔ)上，將實(shí)現(xiàn)自由燈光場(chǎng)景，“智慧家居云服務(wù)平臺(tái)”或“智慧網(wǎng)關(guān)”將按你的“需要”，實(shí)現(xiàn)任意燈光場(chǎng)景。如果明天你改變主意了，那么，就按你的新主意實(shí)現(xiàn)新的燈光場(chǎng)景，重新調(diào)整所有燈具的不同亮度或不同光譜。你是怎么想的，燈光場(chǎng)景就是什么樣的。

6.5 智慧優(yōu)化控制

人們總是埋怨現(xiàn)在的傳感器太遲鈍，計(jì)算機(jī)也太笨了。智能控制總是不盡如人意，甚至貌合神離。不過(guò)，不必?fù)?dān)心，按照目前國(guó)際上研究的階段成果，基于生物芯片的生物電腦或光子計(jì)算機(jī)未來(lái)的傳遞信息和運(yùn)算速度將比人腦思維快100萬(wàn)倍，存儲(chǔ)量可以達(dá)到普通電腦的10億倍，目前已制成的生物電腦分子電路和顯微電路，只有現(xiàn)代計(jì)算機(jī)硅片集成電路的十萬(wàn)分之一大小，嵌入傳感器內(nèi)將產(chǎn)生神奇的性能。因此，不論優(yōu)化控制的模型有多么復(fù)雜，真正的優(yōu)化將迎刃而解。

7 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)在可以概括以下幾點(diǎn)，作為文章的結(jié)尾。

(1)智能控制與固態(tài)光源聯(lián)姻，必將突破傳統(tǒng)的照明方法，超越傳統(tǒng)照明的功能，扭轉(zhuǎn)乾坤，進(jìn)一步改變?nèi)祟?lèi)的生活方式。

(2)節(jié)能照明是智能照明控制首要的歷史使命。目前，道路照明的節(jié)能控制是薄弱環(huán)節(jié)。高速公路和等級(jí)公路的照明已經(jīng)提上議程。提高道路照明優(yōu)化節(jié)能控制的水平迫在眉睫。而推廣LED道路照明燈具與基于物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)化節(jié)能控制系統(tǒng)融合，是優(yōu)選方案，應(yīng)加速研發(fā)。

(3)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制的目標(biāo)是照明智能控制系統(tǒng)的核心任務(wù)，而先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)是實(shí)現(xiàn)核心任務(wù)的技術(shù)保障之一。室內(nèi)外照明的智能控制，應(yīng)深入研究照明優(yōu)化控制的理論，創(chuàng)新系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

(4)照明智能控制已進(jìn)入無(wú)線通信、自由拓?fù)?、自由傳輸介質(zhì)、自動(dòng)發(fā)現(xiàn)、動(dòng)態(tài)組網(wǎng)、光波通信的全新階段，陳舊的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將可能面臨重新洗牌，淘汰出局。全新的“意念控制”、“自由組網(wǎng)”、 “自由燈光場(chǎng)景”技術(shù)將會(huì)誕生。

(5)“云”概念已進(jìn)入快速的實(shí)踐與擴(kuò)張階段，將把人類(lèi)的信息化推向前所未有的全新高度?！霸啤钡纳χ辉谟凇霸贫恕钡膸椭珊?jiǎn)化用戶(hù)的信息設(shè)備，增強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)備的功能。不久，諸如 “云燈具”等智能照明設(shè)備將應(yīng)運(yùn)而生，而且功能強(qiáng)大，且價(jià)格不會(huì)太高。

(6)在照明領(lǐng)域，從道路照明控制到智能家居，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用正在擴(kuò)大。而開(kāi)發(fā)嵌入通信接口的智能燈具和對(duì)應(yīng)的監(jiān)控設(shè)備，則是至關(guān)重要的基本任務(wù)。

(7)今后，建筑室內(nèi)照明和家居照明控制將首選簡(jiǎn)便的無(wú)線通信架構(gòu)，家居照明控制將逐步融合到智能家居系統(tǒng)中。

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