白振文 / 朱 彤

(中國(guó)建筑設(shè)計(jì)院有限公司(原中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院)智能工程中心， 北京 100044)

1 研發(fā)背景

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，建筑品質(zhì)的日益提高，用戶對(duì)房屋空間使用功能的設(shè)置越來(lái)越細(xì)化，因此智能化的建筑理念成為當(dāng)今高科技建筑的必然。傳統(tǒng)的電氣安裝技術(shù)已難以滿足現(xiàn)代人的個(gè)性需求，人們需要?jiǎng)?chuàng)新的理念來(lái)裝飾公共環(huán)境和個(gè)人空間。智能照明控制領(lǐng)域已有路創(chuàng)、邦奇、ABB等國(guó)際品牌公司開(kāi)創(chuàng)了市場(chǎng)先河，發(fā)展趨勢(shì)已逐步形成，國(guó)內(nèi)也有眾多公司紛紛跟進(jìn)。在此背景下，由中國(guó)建筑設(shè)計(jì)院有限公司(原中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院)智能工程中心研制開(kāi)發(fā)的智能建筑區(qū)域控制器系列產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，該系列產(chǎn)品是將計(jì)算機(jī)控制的總線技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)的電氣安裝領(lǐng)域，將建筑物區(qū)域內(nèi)部的電氣設(shè)備控制及普通面板開(kāi)關(guān)控制的照明燈具進(jìn)行系統(tǒng)整合，完成多功能控制和綜合智能管理，可有效地實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制，達(dá)到安全、便捷、可靠和節(jié)能的目的，可廣泛應(yīng)用于家居、公寓、別墅、中小型會(huì)議室、中心機(jī)房以及庭院、走廊、地下車(chē)庫(kù)等，為人們營(yíng)造一個(gè)舒適、安全、綠色的工作和生活環(huán)境。

2 系列產(chǎn)品的研發(fā)

在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)初期，對(duì)于智能照明控制器的核心控制單元選型曾做過(guò)大量的市場(chǎng)調(diào)研。目前，在市場(chǎng)上比較成熟的同類(lèi)產(chǎn)品有兩大類(lèi)：

一類(lèi)以PLC可編程控制器作為核心控制器為代表，采用可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。其特點(diǎn)是：一體化整體設(shè)計(jì)，控制運(yùn)行穩(wěn)定、可靠；但一般組成的控制系統(tǒng)體積較大，價(jià)格較高，配套設(shè)備選型單一。

另一類(lèi)以單片機(jī)作為核心控制器為代表。單片機(jī)具有體積小、系統(tǒng)構(gòu)成靈活、價(jià)格低廉的特點(diǎn)，其構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)也具有較高的可靠性和擴(kuò)展性，大大提高了系統(tǒng)構(gòu)成的軟硬件利用系數(shù)，同時(shí)也為系統(tǒng)的升級(jí)換代提供更多的選擇方式，使得系統(tǒng)應(yīng)用具有優(yōu)異的性價(jià)比，也特別適合于模塊化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

綜合了市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)、配套產(chǎn)品的選擇范圍以及產(chǎn)品的市場(chǎng)定位，最終選用在國(guó)內(nèi)普及率較高的MCS-51系列單片機(jī)為核心控制單元。

在智能照明的新時(shí)代，優(yōu)秀的燈光控制系統(tǒng)可以提升整體照明環(huán)境的品質(zhì)，為用戶帶來(lái)舒適、節(jié)能、環(huán)保的生活體驗(yàn)，本系列智能照明控制產(chǎn)品正是滿足此需求，為用戶量身打造的照明控制應(yīng)用系統(tǒng)。

2.1 CZIB-001基本型家居燈光智能化控制器

圖2 CZIB-001型控制器系統(tǒng)圖

作為基本型的控制器，選用構(gòu)成MCS-51系列單片機(jī)最小控制系統(tǒng)，充分發(fā)揮其軟件、硬件資源，將其自身具有的32個(gè)通用端口定義成16個(gè)輸入端口和16個(gè)輸出端口，只在輸出端口上配置對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路。在輸出控制器件方面：普通繼電器故障率高、工作噪聲大，不宜于家居使用；固態(tài)繼電器采用光電隔離控制技術(shù)，強(qiáng)弱電系統(tǒng)完全隔離，安全可靠且無(wú)噪聲，工作壽命也長(zhǎng)，雖額定工作電流1A/220V略顯小，但可滿足家居環(huán)境應(yīng)用，也完全滿足基本型控制器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)定位。為了更好地?cái)U(kuò)大應(yīng)用范圍，在I/O端口上預(yù)留了一位聯(lián)動(dòng)控制端，使得這種型號(hào)的控制器可完成統(tǒng)一群組控制(總關(guān))，方便用戶的選擇和系統(tǒng)擴(kuò)展升級(jí)。CZZB-001型控制器樣機(jī)實(shí)物如圖1所示。

圖1 CZIP-001型控制器樣機(jī)

1)基本配置

(1)15路固態(tài)電器輸出(1A/220V)；

(2)16路TTL電平開(kāi)關(guān)量輸入(普通86盒安裝開(kāi)關(guān)面板可用，也可定制多功能面板開(kāi)關(guān)和4×4矩陣按鍵)。

2)功能概述

一般采用集中控制，即：電源線和控制線分開(kāi)獨(dú)立穿線，匯聚到控制器(箱)。如系統(tǒng)圖(圖2)所示：可滿足2居室住戶或中小型會(huì)議室燈光場(chǎng)景控制的智能化需求。

3)典型應(yīng)用

居室控制方面包括門(mén)廳、臥室處設(shè)置總關(guān)控制功能；門(mén)廳、客廳設(shè)置模式開(kāi)關(guān)或多功能開(kāi)關(guān)；廚房、衛(wèi)生間設(shè)置人體感應(yīng)開(kāi)關(guān)。

會(huì)議室控制方面包括：在會(huì)議室兩個(gè)門(mén)口都設(shè)置多功能開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)異地總開(kāi)/總關(guān)功能及3個(gè)以上場(chǎng)景控制功能。

2.2 CZIB-002擴(kuò)展型家居燈光智能化控制器

CZIB-002擴(kuò)展型控制樣機(jī)的實(shí)物如圖3所示。

1)基本配置

(1)15路固態(tài)繼電器輸出(2A/220V電子觸點(diǎn))；

(2)24路TTL電平開(kāi)關(guān)量輸入(普通86盒安裝開(kāi)關(guān)面板可用，也可定制多功能面板開(kāi)關(guān)和4×4矩陣按鍵)；

(3)還可選用擴(kuò)展模塊，包括8路～24路TTL電平開(kāi)關(guān)量輸入模塊(普通86盒安裝開(kāi)關(guān)面板可用，也可定制多功能面板開(kāi)關(guān))、8路～16路繼電器輸出模塊(5A/220V機(jī)械觸點(diǎn))、2路窗簾控制輸出模塊、4路LED燈帶調(diào)光輸出模塊。

2)功能概述

圖4 CZIB-002擴(kuò)展型控制器系統(tǒng)圖

一般采用集中和分布控制方式，即：電源線和控制線分開(kāi)獨(dú)立穿線，匯聚到控制器(箱)和擴(kuò)展模塊(箱)，就近穿線，大大簡(jiǎn)化施工工藝和節(jié)省電源配線。如系統(tǒng)圖(圖4)所示：增加了窗簾控制模式，還可駁接多種傳感器，滿足3居室以上住戶、公寓或中型會(huì)議室燈光場(chǎng)景控制和聯(lián)動(dòng)相關(guān)電氣設(shè)備的控制需求，實(shí)現(xiàn)智能化的控制和管理。

3)典型應(yīng)用

公寓控制方面包括門(mén)廳、臥室處設(shè)置總關(guān)控制功能；門(mén)廳、客廳設(shè)置模式開(kāi)關(guān)和多功能控制開(kāi)關(guān)；廚房、衛(wèi)生間、主要通道設(shè)置人體感應(yīng)開(kāi)關(guān)。

會(huì)議室控制方面包括在門(mén)口處、設(shè)備操作臺(tái)和主席臺(tái)附近都設(shè)置多功能開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)異地總開(kāi)/總關(guān)功能和模式控制功能；8個(gè)以上場(chǎng)景控制功能。

圖3 CZIP-002擴(kuò)展型控制器樣機(jī)

2.3 CZIB-003網(wǎng)絡(luò)型家居燈光智能化控制器

CZIP網(wǎng)絡(luò)型控制器樣機(jī)實(shí)物如圖5所示。將基本型和擴(kuò)展型控制器通過(guò)485總線串聯(lián)接入管理電腦，可實(shí)現(xiàn)更高級(jí)別的智能化控制和管理，包括燈光、插座、空調(diào)、窗簾的時(shí)序優(yōu)化控制和安全管理等，還可接入互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能。

功能概述：可駁接更多的擴(kuò)展模塊和多種傳感器，滿足一般大中會(huì)議室或別墅等區(qū)域的燈光場(chǎng)景控制和遠(yuǎn)程控制需求，實(shí)現(xiàn)智慧化的過(guò)程控制和全面的安全管理服務(wù)。系統(tǒng)主要采用分布式控制方式，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況提供整體解決方案和系統(tǒng)維護(hù)升級(jí)保障。CZIB-003網(wǎng)絡(luò)型控制器系統(tǒng)圖如圖6所示。

圖6 CZIB-003網(wǎng)絡(luò)型控制器系統(tǒng)圖

圖5 CZIP-003網(wǎng)絡(luò)型控制器樣機(jī)

2.4 智能化區(qū)域控制器

在上述系列產(chǎn)品軟硬件開(kāi)發(fā)具備一定規(guī)模、系統(tǒng)控制器及擴(kuò)展模塊運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠的前提下，自有工程應(yīng)用平臺(tái)模式就將逐步形成。系統(tǒng)應(yīng)用將依據(jù)客戶需要，選用相對(duì)應(yīng)的模塊進(jìn)行組合，大大縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，自主研發(fā)的控制軟件也具有更好的適應(yīng)性。作為核心的現(xiàn)場(chǎng)控制器不僅可以完成燈光場(chǎng)景控制，還能在更為廣泛的智能建筑設(shè)備控制領(lǐng)域得到推廣和應(yīng)用，成為真正的智能化區(qū)域控制器。

在控制器投入運(yùn)行后，還可根據(jù)用戶新的需求進(jìn)行擴(kuò)展和升級(jí)服務(wù)，成為操作靈活、功能實(shí)用、便于維護(hù)、智能的電氣控制系統(tǒng)。此系列產(chǎn)品既是一個(gè)面向使用者、體現(xiàn)個(gè)性化的智能產(chǎn)品，又是一個(gè)面向管理者的綜合服務(wù)平臺(tái)。其量身定制的個(gè)性化的功能可以滿足不同環(huán)境下的控制需求，具有廣泛的應(yīng)用范圍。

2.5 區(qū)域控制器網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)

在智能化區(qū)域控制器應(yīng)用的基礎(chǔ)上，建立更高級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)。通過(guò)強(qiáng)大的后臺(tái)服務(wù)器和自主研發(fā)的通信軟件接口，既可集成容納其他廠家的智能化設(shè)備組成面向市場(chǎng)、針對(duì)客戶的大型應(yīng)用平臺(tái)(如：安防防范系統(tǒng)管理平臺(tái)、建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)管理平臺(tái)、智慧城市管理應(yīng)用平臺(tái)等)，也可靈活接入其他智能建筑網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)平臺(tái)(如iopeNet建筑綜合管理平臺(tái)、BAS集成系統(tǒng)管理平臺(tái)等，只要系統(tǒng)通信接口對(duì)外開(kāi)放，都可接入成為系統(tǒng)應(yīng)用中的子系統(tǒng))。

3 系統(tǒng)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

3.1 模塊設(shè)計(jì)、系列化產(chǎn)品應(yīng)用

CZIB系列控制器為系統(tǒng)最基本的控制單元，可獨(dú)立運(yùn)行，也是構(gòu)成控制系統(tǒng)的模塊之一。系列產(chǎn)品之間有向下兼容的特性，與系統(tǒng)相關(guān)的擴(kuò)展模塊在系列產(chǎn)品中也完全兼容，能在應(yīng)用系統(tǒng)中任意組合選用，真正是為用戶定制的個(gè)性化產(chǎn)品。

3.2 集中控制與分布控制相結(jié)合

在系統(tǒng)構(gòu)成中，控制器(箱)將依據(jù)用戶需要和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況集中放置或通過(guò)擴(kuò)展模塊(箱)分布式放置，可最大限度地滿足就近引線的目的。既節(jié)省工程線纜用量，也大大簡(jiǎn)化施工工藝，方便施工。

3.3 照明控制輕松便捷

照明控制方案可分為：

(1)單點(diǎn)控制：開(kāi)關(guān)單點(diǎn)燈具狀態(tài)；

(2)模式切換控制：按照目標(biāo)實(shí)際需要，任意地切換多點(diǎn)燈具的開(kāi)關(guān)狀態(tài)(如歡迎模式、會(huì)客模式、晚宴模式、基本照明模式等)；

(3)統(tǒng)一群組控制：實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的總開(kāi)/總關(guān)模式；

(4)傳感器聯(lián)動(dòng)控制：當(dāng)有人進(jìn)入檢測(cè)區(qū)，該區(qū)域的燈自動(dòng)點(diǎn)亮，人離開(kāi)檢測(cè)區(qū)時(shí)延時(shí)后燈滅；照度不足時(shí)自動(dòng)亮燈，滿足照度標(biāo)準(zhǔn)時(shí)自動(dòng)滅燈等；

(5)時(shí)序控制：按時(shí)間段，完成區(qū)域內(nèi)多個(gè)模式間的切換控制。

各種控制方式可以自由組合。此外，由于各個(gè)控制器可將控制狀態(tài)以數(shù)據(jù)的形式傳送回電腦，所以在監(jiān)控中心可以觀察到現(xiàn)場(chǎng)照明燈具的運(yùn)行狀態(tài)，為用戶帶來(lái)舒適、節(jié)能、便捷、環(huán)保的生活體驗(yàn)。

3.4 系統(tǒng)總線接口設(shè)計(jì)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

系統(tǒng)總線接口設(shè)計(jì)符合國(guó)際公認(rèn)的KNX標(biāo)準(zhǔn)(歐洲安裝總線標(biāo)準(zhǔn))，目前KNX/EIB標(biāo)準(zhǔn)被認(rèn)證為是符合IEC 14543-3標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/Z 20967-2007的智能樓宇家居總線標(biāo)準(zhǔn)。

3.5 系統(tǒng)集成更靈活

通過(guò)強(qiáng)大的后臺(tái)服務(wù)器和自主研發(fā)的專(zhuān)用軟件通信接口，既可集成容納其他廠家的智能化設(shè)備組成面向市場(chǎng)、針對(duì)客戶的大型應(yīng)用平臺(tái)(如：安防防范系統(tǒng)管理平臺(tái)、建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)管理平臺(tái)、智慧城市管理應(yīng)用平臺(tái)等)，也可靈活接入其他智能建筑網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)平臺(tái)，提供開(kāi)放的數(shù)據(jù)通信協(xié)議和通信接口。

4 市場(chǎng)應(yīng)用前景分析

該系列產(chǎn)品在研發(fā)初期，經(jīng)過(guò)了大量的市場(chǎng)調(diào)研，并與同類(lèi)產(chǎn)品進(jìn)行比較，以實(shí)用和滿足需要為目標(biāo)來(lái)精心打造，具有適用性廣泛的特點(diǎn)，模塊化設(shè)計(jì)和系列化產(chǎn)品定位更能滿足用戶的個(gè)性化需求。

自主研發(fā)的產(chǎn)品在性價(jià)比方面具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，系統(tǒng)具有自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，在系統(tǒng)應(yīng)用、維護(hù)和系統(tǒng)升級(jí)方面具有便利條件。

區(qū)域控制器最初的定位為具有通用性、靈活性和耐用性。特別是將區(qū)域控制器與傳感器結(jié)合時(shí)，通過(guò)軟件升級(jí)，可使控制器獲得信息，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和邏輯判斷，融入了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)理念，解決與傳感器接口的可靠性和完善控制工藝后，將會(huì)有更大的發(fā)展空間。

智慧城市概念方興未艾，其功能的實(shí)現(xiàn)需要由多個(gè)神經(jīng)單元來(lái)組成，控制器就是神經(jīng)單元的一個(gè)組成部分，控制器功能逐步強(qiáng)大后將成為智慧城市神經(jīng)單元中不可或缺的組成部分。

5 結(jié)束語(yǔ)

以iopeNet為基礎(chǔ)平臺(tái)、以CZIB控制器為控制神經(jīng)單元的整體解決方案，通過(guò)不斷創(chuàng)新和完善，將在業(yè)內(nèi)樹(shù)立良好的品牌價(jià)值，促進(jìn)企業(yè)持續(xù)、穩(wěn)定、快速、健康發(fā)展，為智慧城市的建設(shè)添磚加瓦。