陳越

一種分布式LED智能照明系統(tǒng)

陳越

（廣東開放大學(xué)（廣東理工職業(yè)學(xué)院）機(jī)器人學(xué)院，廣東 廣州 510091）

針對(duì)市場現(xiàn)有LED智能照明系統(tǒng)功能單一、應(yīng)用不靈活等問題，介紹了一種具有分布式二層組網(wǎng)結(jié)構(gòu)的LED智能照明系統(tǒng)。系統(tǒng)可以通過多種接入介質(zhì)連接照明節(jié)點(diǎn)，提高照明場景的多樣性、系統(tǒng)靈活性、可靠性和可維護(hù)性，適用于大規(guī)模的照明工程。

LED；智能照明；照明節(jié)點(diǎn)；主網(wǎng)設(shè)計(jì)

早在10多年前，安裝在樓道內(nèi)的聲控?zé)艟鸵呀?jīng)成功開啟了智能照明的新時(shí)代：當(dāng)有人經(jīng)過，感應(yīng)到聲響時(shí)，照明燈光自然亮起；無人模式下燈光處于熄滅狀態(tài)，如此節(jié)電又方便。這只是智能照明最為簡單的應(yīng)用方式。隨著半導(dǎo)體、通信、計(jì)算機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的不斷發(fā)展，LED智能照明系統(tǒng)已經(jīng)走進(jìn)人們的生產(chǎn)生活，在道路照明、景觀照明、樓宇照明等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。市場上現(xiàn)有的LED智能照明系統(tǒng)往往針對(duì)某一類特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)，從系統(tǒng)服務(wù)器到照明節(jié)點(diǎn)的接入方式單一，支持的照明設(shè)備類型也很有限。這些缺陷不僅局限了智能照明系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，影響了照明工程實(shí)施的靈活性，也限制了系統(tǒng)的應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大。隨著國家對(duì)LED照明產(chǎn)業(yè)持續(xù)的大力扶持和LED光源對(duì)傳統(tǒng)光源替代率的逐年提高，LED智能照明市場對(duì)功能強(qiáng)大、高效節(jié)能、架設(shè)靈活、監(jiān)控方便、安全性高并且能適應(yīng)各種公共照明應(yīng)用場合的新一代LED智能照明系統(tǒng)的需求越來越迫切。因此，本文介紹了一種具有分布式二層組網(wǎng)結(jié)構(gòu)的LED智能照明系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)具有分布式二層組網(wǎng)、照明節(jié)點(diǎn)多介質(zhì)接入等特點(diǎn)，具備照明時(shí)間序列照明、智能燈光場景、按需照明、矢量照明、環(huán)境數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、告警與維護(hù)等功能，系統(tǒng)組成如圖1所示。

2 主網(wǎng)設(shè)計(jì)

主網(wǎng)采用 TCP/IP通信協(xié)議和分布式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖2所示。即使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的某個(gè)局部出現(xiàn)故障，也不會(huì)影響全網(wǎng)的操作，因而具有很高的可靠性。

通信介質(zhì)既可以是以太網(wǎng)雙絞線，也可以是無線GPRS，無線GPRS通信方式的引入，將使網(wǎng)橋設(shè)置的靈活性大大增加。

采用無線GPRS通信方式的便攜工作站也將使得大型照明應(yīng)用工程的設(shè)計(jì)和維護(hù)更加方便——照明應(yīng)用設(shè)計(jì)人員可以通過便攜工作站在照明現(xiàn)場設(shè)計(jì)、修改和預(yù)覽照明效果，提升照明場景設(shè)計(jì)的便利性和有效性；系統(tǒng)維護(hù)人員也可以在工作站監(jiān)控軟件的協(xié)助下在現(xiàn)場更有效地排查系統(tǒng)故障。

另外，在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，服務(wù)器主機(jī)還可以通過它所連接的GPRS短信模塊向值班維護(hù)人員的手機(jī)發(fā)出告警短信，實(shí)現(xiàn)大型照明工程的無人值守監(jiān)控。

圖1 智能照明系統(tǒng)組成

圖2 系統(tǒng)主網(wǎng)結(jié)構(gòu)

大型 LED智能照明系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和服務(wù)器軟件設(shè)計(jì)關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的安全性和持續(xù)穩(wěn)定性，而聯(lián)機(jī)工作站監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)將影響系統(tǒng)操控的便利性和可維護(hù)性。根據(jù)本系統(tǒng)復(fù)雜程度、數(shù)據(jù)密度、可靠性等綜合考慮，系統(tǒng)采用分布式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，服務(wù)器軟件基于WindowsNt系統(tǒng)和Oracle數(shù)據(jù)庫開發(fā)。

3 子網(wǎng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)通過連接在每個(gè)智能網(wǎng)橋上的子網(wǎng)來控制、查詢各類照明設(shè)備和傳感器設(shè)備，如圖3所示。通過對(duì)智能網(wǎng)橋的硬件電路和嵌入式軟件的精心設(shè)計(jì)，同一個(gè)子網(wǎng)中可以同時(shí)存在RS485、無線ZigBee、電力載波三種接入介質(zhì)，這種創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)將顯著提高子網(wǎng)組網(wǎng)設(shè)計(jì)和施工的靈活性，使得一個(gè)網(wǎng)橋設(shè)備可以適應(yīng)更加復(fù)雜的照明應(yīng)用場合，降低工程施工布線難度，在提高照明場景豐富多樣性、系統(tǒng)靈活性、可靠性和可維護(hù)性的同時(shí)降低照明系統(tǒng)安裝維護(hù)的成本。

圖3 系統(tǒng)子網(wǎng)結(jié)構(gòu)

作為系統(tǒng)關(guān)鍵部件的智能網(wǎng)橋在主網(wǎng)和子網(wǎng)兩側(cè)的通信模塊均采用積木式設(shè)計(jì)，根據(jù)應(yīng)用需求的不同，主網(wǎng)端可以安裝以太網(wǎng)模塊和無線GPRS模塊，在子網(wǎng)端可以安裝RS485、無線ZigBee和電力載波通信三種通信模塊與遠(yuǎn)端設(shè)備連接，這種積木式設(shè)計(jì)將顯著降低網(wǎng)橋的成本。

子網(wǎng)中的設(shè)備控制器是一類因被控照明設(shè)備而異的裝置。不同的照明應(yīng)用場合需要采用不同類型的終端照明設(shè)備，不同類型的照明設(shè)備需要采用不同的設(shè)備控制器。為盡可能地提高該系統(tǒng)的適應(yīng)性和應(yīng)用范圍，系統(tǒng)將對(duì)設(shè)備控制器定義統(tǒng)一的設(shè)備接口協(xié)議，只要符合協(xié)議的設(shè)備都可以連接到系統(tǒng)中來。

通過對(duì)合作者開放協(xié)議，可以聚合產(chǎn)業(yè)鏈中各種照明設(shè)備供應(yīng)商的力量，使得該智能照明系統(tǒng)在功能覆蓋性、應(yīng)用靈活性、施工難易性和產(chǎn)業(yè)規(guī)模效應(yīng)上具備優(yōu)勢。

另外，智能照明系統(tǒng)往往布置在開放的環(huán)境中，無論采用哪種接入介質(zhì)，系統(tǒng)都有被侵入的可能。因此，控制信息不能明文傳輸，必須采取嚴(yán)格的加密措施。在主網(wǎng)中采用已廣泛用于TCPIP通信的AES加密的方式，在子網(wǎng)中針對(duì)嵌入式設(shè)備設(shè)計(jì)專門的加密算法。

4 結(jié)語

本文描述的新一代LED智能照明系統(tǒng)具備功能覆蓋性廣、應(yīng)用靈活性強(qiáng)、易于施工等特點(diǎn)。該系統(tǒng)可以通過多種接入介質(zhì)連接照明節(jié)點(diǎn)，這將大大降低工程施工的復(fù)雜度，同時(shí)提高照明場景的多樣性、系統(tǒng)靈活性、可靠性和可維護(hù)性；系統(tǒng)采用分布式二層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，易于實(shí)現(xiàn)較大的照明工程。

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TP273.5

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.14.062

2095－6835（2019）14－0136－02

〔編輯：王霞〕