LED智能控制的大規(guī)模市場應(yīng)用發(fā)展趨勢

溫源

LED智能控制的定義

LED智能控制是指利用智能化的人機界面，智能化的信號網(wǎng)絡(luò)控制，智能化的供電網(wǎng)絡(luò)控制，智能化的燈具控制來實現(xiàn)智能化的光。

智能化的光是目的，人機界面是手段，信號控制和供電控制是介質(zhì)。智能化的光是指光要按需分配，否則就是浪費，浪費就不智能了。在一個有智能化的光的環(huán)境下，人們可以通過人機界面來設(shè)定燈光的需求，由傳感網(wǎng)絡(luò)來感知需求，根據(jù)需求比配光的輸出模式，模式一旦確定燈具端的光輸出就可以通過信號網(wǎng)絡(luò)來控制了。

下面圖1顯示了上海世博會世博軸的光環(huán)境，前段是鋼結(jié)構(gòu)玻璃幕墻建筑，上面布有3萬只LED星光燈，在其星空模式下功耗只有峰值的1％，起到了良好的通過控制節(jié)能的理念。此外，后面的膜結(jié)構(gòu)建筑附近沒有任何高桿燈，而是利用頂棚膜的反射提供照明環(huán)境，光環(huán)境非常柔和，近一公里長的反射光光環(huán)境提高了世博會的夜景照明品位。

LED智能控制具有四大趨勢，即頂層控制英特網(wǎng)化，供電控制自動化，節(jié)能控制交互化以及故障反饋自動化。

頂層控制英特網(wǎng)化

英特網(wǎng)鏈接了世界，同時也正在鏈接物體，作為物聯(lián)網(wǎng)的一部分，燈光也要聯(lián)網(wǎng)，這是大勢所趨。以現(xiàn)在的市場應(yīng)用來看，第一步首先要做的是——LED頂層控制要能夠連入網(wǎng)絡(luò)。這個并不難，重要將原本的物理開關(guān)盒調(diào)光裝置的界面換成是圖形界面或虛擬界面，使得燈光和控制的空間分布關(guān)系相對分離。

圖2給出了一個有趣的例子，在第28界國際照明設(shè)計師協(xié)會(InternationaI Association of Lighting Designers簡稱IALD)大獎頒獎會上，現(xiàn)場大家對一件通過WlFl控制的LED背心感到非常興奮。如圖，LED背心上的文字是20米外坐在會場上的人通過電腦來發(fā)出顯示內(nèi)容的。從純技術(shù)角度講，這并不難，但是從大會上這件LED背心顯示的其中一句話“LED ERA(LED時代)”來講，LED真的是進入多元化應(yīng)用時代了，其控制方式的英特網(wǎng)化趨勢也是非常明顯。這一趨勢將加速擴張，影響到眾多LED應(yīng)用。

頂層控制使用英特網(wǎng)架構(gòu)的好處是，整個照明網(wǎng)絡(luò)可以無窮盡擴展。以下圖圖3為例，假設(shè)一片區(qū)域的物理空間由體育館、游泳館和體育場構(gòu)成，則他們的照明控制完全可以通過英特網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，如距離遠可采用光纖等實現(xiàn)互聯(lián)，若近可采用最常規(guī)網(wǎng)絡(luò)鏈接，同樣的道理，可以采用無線控制。

當然，在這一架構(gòu)下，總控的位置其實是無所謂的，所有的控制只要通過應(yīng)用層的軟件就能實現(xiàn)，背后是SQL數(shù)據(jù)庫來對空間中的照明設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)進行管理。(圖4)

當然，在上面這個架構(gòu)的要求下，接入層再往下應(yīng)該有集成控制器這一的終端設(shè)備，集成控制器的作用時接收英特網(wǎng)信號，將信號翻譯成燈具總線信號，總線信號經(jīng)過燈具，燈具本身可以解讀為控制信號，從而實現(xiàn)燈具控制。如下圖圖5所示。Bus-Y表示一種照明控制總線。它通過集成控制器接入英特網(wǎng)。

照明供電控制自動化

上面一節(jié)講了照明燈具控制的英特網(wǎng)化，其實照明供電控制自動化是基于相似的概念，也就是說所有的照明燈具的供電回路的控制開關(guān)都被聯(lián)網(wǎng)，傳統(tǒng)的物理開關(guān)變?yōu)檐浖_關(guān)。一旦所有開關(guān)變成軟件開關(guān)，顯然通過一個總控服務(wù)器軟件可以定義所有電回路的控制邏輯，這個邏輯可以是基于時間的管理，基于照度需求的管理，等等。人們可以設(shè)定和修改照明供電控制，實現(xiàn)高度智能的實時控制。如下圖圖6所示，我們?nèi)匀患僭O(shè)目標受控空間由體育場，體育館和游泳館構(gòu)成。圖6所表達的是三個場館的照明供電控制通過網(wǎng)絡(luò)由控制服務(wù)器實現(xiàn)實時控制，從而構(gòu)成一個智能開關(guān)燈控制系統(tǒng)。

下面圖7表達的是底層開關(guān)燈控制系統(tǒng)的架構(gòu)。

總結(jié)上述智能開關(guān)燈控制系統(tǒng)[1]，其分為主體育場智能開關(guān)燈控制系統(tǒng)、主體育館智能開關(guān)燈控制系統(tǒng)、游泳館智能開關(guān)燈控制系統(tǒng)和總控室智能開關(guān)燈控制系統(tǒng)四個部分。主體育場智能開關(guān)燈控制系統(tǒng)、主體育館智能開關(guān)燈控制系統(tǒng)、游泳館智能開關(guān)燈控制系統(tǒng)可分別作為一個獨立的系統(tǒng)運行，分別對所控區(qū)域進行定時、手動開關(guān)燈操作，可以統(tǒng)計所控區(qū)域的功率、電流、開關(guān)記錄等信息?？瑟毩⒅谱鲌蟊?。同時三個區(qū)域的開關(guān)燈控制服務(wù)器通過交換機與總控室開關(guān)燈控制服務(wù)器聯(lián)網(wǎng)?？偪刂剖议_關(guān)燈服務(wù)器與三個區(qū)域的開關(guān)燈服務(wù)器通過以太網(wǎng)方式進行接口，能夠同時監(jiān)測三個區(qū)域的開關(guān)燈狀態(tài)及歷史記錄，可單獨或一起進行各區(qū)域的開關(guān)燈控制操作。

智能開關(guān)燈控制系統(tǒng)是一個基于Profibus現(xiàn)場總線的遠程控制系統(tǒng)，主要負責(zé)進行LED照明回路的遠程開關(guān)控制，還可以監(jiān)控當前運行功率、回路電流等工作狀態(tài)，可以統(tǒng)計歷史運行數(shù)據(jù)，如運行時間、用電量，并可以制作生成數(shù)據(jù)報表并打印。

節(jié)能控制交互化

一般來講，照明在有人時才需要，除非有監(jiān)控檢測需要一定照度。為此，利用智能化的控制來實現(xiàn)節(jié)能是有很大需求的。為了展開這一部分討論，我們看一個實際的案例，蘇州時代廣場的LED智能光墻。該光墻長一百多米，設(shè)計階段考慮了節(jié)能減排的理念決定使用LED(由于是商業(yè)地段，于是采用了RGB全彩燈光)，接下來大家又有了更節(jié)能的想法——有人才有光，無人無光從而實現(xiàn)最大化的節(jié)能。這樣創(chuàng)新想法最終得以實現(xiàn)，如圖8所示，當有人沿著長廊區(qū)域行走，在光墻上方的運動檢測會偵測到人的運動，根據(jù)傳感器的信號反饋，服務(wù)器根據(jù)提前設(shè)定好的燈光場景對行人所在位置提供照明。

圖9所示是傳絡(luò)感器網(wǎng)的基本拓撲圖。傳感器和燈具一樣，通過集成控制器接入TCP／lP網(wǎng)絡(luò)，從而受服務(wù)器控制，同時可以將傳感信號通知服務(wù)器。在這個架構(gòu)下，可以預(yù)見的是，各種傳感器都可以用以LED照明系統(tǒng)的智能控制。

有類似節(jié)能理念的照明系統(tǒng)還有在上海世博會世博軸北廣場上的LED智能地坪項目，如下圖圖10所示。在該項目中，傳感器的類型為壓力傳感器，傳感器和LED燈具集成在一起，燈具通過集成控制器與服務(wù)器雙向通訊。根據(jù)壓力傳感器感受到的壓力值，服務(wù)器實時反饋對燈具的控制進行輸出。景觀照明的模式可以通過服務(wù)器實時修改或設(shè)定。得一提的是，上述值智能系統(tǒng)得到了非常良好的現(xiàn)場反饋，不僅是節(jié)能減排的典型項目，而且反映了基于LED智能控制的照明讓人類生活更美好的理念。

上述兩個案例都是關(guān)于景觀照明的，但是其積極意義將會很大影響LED功能性照明。將傳感器和照明控制融為一體，實現(xiàn)燈光按需分配是綠色照明的終極解決方案。故障反饋自動化

隨著智能控制水平的不斷進步同時伴隨人力成本的提升和運營維護的要求提高，人們對照明系統(tǒng)的的故障反饋有很大的需求，傳統(tǒng)的通過人的觀測來實現(xiàn)故障檢測的手段無法滿足需求。需要有自動化的故障反饋機制。故障反饋自動化有很多種，下面羅列一些方法。

(一)基于視頻監(jiān)視的全生命維護系統(tǒng)

在照明系統(tǒng)中并入IP Camra系統(tǒng)，在遠程通過視頻對燈光控制系統(tǒng)實現(xiàn)檢測。服務(wù)器終端可采用人眼觀察或者加入圖像識別的一些方法來判斷照明系統(tǒng)的工作狀態(tài)是否正常。

(二)燈具端基于雙向通訊的故障反饋

燈具和集成控制器之間建立雙向通訊，燈具內(nèi)部利用lC監(jiān)控電流、電壓、溫度等參數(shù)來發(fā)覺故障，利用雙向通訊及時向服務(wù)器通報故障。這一方法是終極方法，但是考慮到引發(fā)的燈具成本，同時考慮到監(jiān)控電路本身的故障率，目前階段該方案還很不成熟，盡管已有實際應(yīng)用。

(三)集成控制器端基于雙向通訊的故障反饋

該方法是利用集成控制器來檢查回路的電流電壓，若電流電壓值和設(shè)定的正常狀態(tài)不符，集成控制器將信號匯報服務(wù)器，服務(wù)器根據(jù)計算來推斷照明燈具的故障情況。該機制成本較低，能發(fā)現(xiàn)故障，但是實現(xiàn)精確的故障判斷還需要進一步研究。

上面介紹了幾種故障反饋機制，也可以利用傳感器網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險降低故障。如下圖圖11所示，利用多個溫度傳感器檢測環(huán)境溫度，服務(wù)器根據(jù)環(huán)境溫度對照明系統(tǒng)進行管理是不錯的方法，成本低，和照明控制電路系統(tǒng)本身對立，可以避免誤觸發(fā)。

結(jié)論

本論文介紹了LED智能控制的概念，講解了LED智能控制的四大趨勢，即頂層控制英特網(wǎng)化，供電控制自動化，節(jié)能控制交互化以及故障反饋自動化，提供一些LED智能控制的方法及案例供業(yè)界參考。