智能家居照明控制系統(tǒng)的研究與設計

張瑋　李凱雯

摘 要：該研究針對智能家居照明需求，設計一套智能照明控制系統(tǒng)。智能照明控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)智能化、自動化、照明設備聯(lián)網(wǎng)聯(lián)動，還可以達到可觀的節(jié)能效果，延長燈具的壽命，同時實現(xiàn)照明遠程管理，提高照明系統(tǒng)的管理水平。

關鍵詞：智能家居 照明控制 研究 設計

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）006-127-03

1 引言

隨著信息技術的高速的發(fā)展，我國智能樓宇和數(shù)字城市的建設進程日益加快，家居環(huán)境的日益智能化也為人類提供了更加安全、更加便利、更加舒適和更加環(huán)保的生活方式。智能照明技術除了大力推廣使用新型節(jié)能光源及高性能照明燈具等措施外，應用信息化技術改造傳統(tǒng)照明系統(tǒng)的粗放式能源使用方式，可以精細利用能源，實現(xiàn)場景預設、亮度調(diào)節(jié)，軟啟動、自動控制等復雜的照明控制功能。

相對于傳統(tǒng)的手動或者聲控控制方式，智能照明系統(tǒng)可以實現(xiàn)照明控制智能化。采用智能照明控制系統(tǒng)，可以使照明系統(tǒng)工作在全自動狀態(tài)，系統(tǒng)將按預先設定的預案進行工作；可以改善工作環(huán)境，緩解眼睛疲勞，提高工作效率；可以達到可觀的節(jié)能效果，能對大多數(shù)燈具進行智能調(diào)光，減少不必要的浪費；可以提高管理水平，實現(xiàn)能源管理自動化，通過分布式網(wǎng)絡，只需一臺計算機就可實現(xiàn)對整幢大樓的管理，減少維護費用。

2 系統(tǒng)設計

本系統(tǒng)設計的目標是一現(xiàn)代化家居環(huán)境（包括客廳、臥室、書房、餐廳、廚房、衛(wèi)浴室以及陽臺等區(qū)域）的照明控制系統(tǒng)。住宅的照明設計在滿足照度標準和照度質(zhì)量的基礎上，注重照明節(jié)能和智能化控制。

2.1 系統(tǒng)功能

照明控制系統(tǒng)重點突出控制靈活、使用方便、功能強大的特點。本系統(tǒng)具有以下功能：

（1）集中控制和多點控制功能：在任何一個地方的終端均可控制不同地方的燈；或者是在不同地方的終端可以控制同一盞燈。

（2）聯(lián)動功能：當住宅內(nèi)發(fā)生某一事件時，整套照明系統(tǒng)可以做出相應的聯(lián)動配合。當照明電源出現(xiàn)故障時，自動完成對照明系統(tǒng)的檢測，并報警顯示故障位置，啟動應急照明電源。

（3）軟啟動功能：開燈時，燈光由暗逐漸變亮，關燈時，燈光由亮逐漸變暗，避免亮度的突然變化刺激人眼，同時避免大電流和高溫的突變對燈具的沖擊，可以起到保護燈具、延長燈具使用壽命的作用。

（4）燈光明暗調(diào)節(jié)功能：調(diào)節(jié)不同燈光的亮度，更能為您創(chuàng)造舒適、寧靜、和諧、溫馨的氣氛，可以讓你更深的體會生活。

（5）全開全關和記憶功能：整個照明系統(tǒng)的燈可以實現(xiàn)一鍵全開和一鍵全關的功能。當您在離家之前。你可以按一下全關按鈕，非必須的照明設備將全部關閉，免除了跑遍全部房間的煩惱。

（6）時間控制功能：通過時間設置程序來設定這些照明設備的起/停。如臥室燈在早晨定時開啟；客廳燈在晚上定時關閉。

（7）節(jié)能控制功能：通過設置照度值以及根據(jù)照度自控，實現(xiàn)在滿足照明的情況下、節(jié)約能源。

（8）場景預置功能：通過預置場景模式，只需進行一次編程，實現(xiàn)一個按鍵控制一組燈光的照明效果。

2.2 家居環(huán)境特點

根據(jù)家居環(huán)境的照明要求，客廳、臥室、書房、餐廳、廚房、衛(wèi)浴室以及陽臺均選用相應規(guī)格的節(jié)能燈吸頂安裝；廚房和衛(wèi)浴間選用防潮燈。本住宅照明線路采用了塑料絕緣銅芯導線，住宅進戶線截面為10mm2 ，插座分支回路截面為4mm2，燈具分支回路截面為2.5mm2。

（1）客廳。

家居生活中，在客廳中活動的時間比較長而且類型比較多，因此，客廳是全家活動的主要場所?？蛷d的用途多，照明要求很高，因而對它進行照明設計的關鍵是照明方式要靈活，且照明功能和效果要多樣化?？蛷d照明系統(tǒng)包含一般照明、會客照明以及電視背景照明。一般照明采用客廳中央安裝的大型吊燈為主照明以及客廳周圍一些壁燈作為輔助照明。會客是客廳內(nèi)主要活動之一，會客照明應該提供令人愉悅的會客環(huán)境，良好的環(huán)境照明足以能讓談話者看到對方臉部的細節(jié)和眼神，需要不止一個方向的照明。采用帶有調(diào)光器的一對落地燈或者臺燈，可以為談話者提供和諧的照明效果。電視背景照明可以緩解在黑暗中看電視會引起的眼睛疲勞。

客廳可以采用一個帶多場景模式的控制器實現(xiàn)多種不同燈光組合的照明效果，通過遙控器可隨心所欲地改變照明場景，給客人營造一種溫馨、浪漫、高雅的燈光環(huán)境。

（2）臥室。

臥室是主人休息的地方，需要營造柔和、輕松、寧靜、浪漫的環(huán)境。通過控制中央的吊頂燈、床頭的臺燈、壁燈、四周的筒燈、梳妝臺照明以及衣柜小燈的組合照明，滿足臥室照明的需求。

各種照明的微妙組合提供了完美的臥室設計所需要的平衡。在臥室配置多場景模式的控制器用于控制頂燈、床頭燈、臺燈、壁燈。無線遙控器可以隨心所欲地調(diào)節(jié)每組燈的亮度和開關，以調(diào)整出居家、影院、起夜等不同的照明場景。

（3）書房。

書房需要通過照明將主人的精力集中在工作上。書房的一般照明采用日光燈的燈光覆蓋全室，同時考慮盡可能使用自然光。因此寫字臺應靠近窗邊，燈光配置的最佳位置是光線從書的正上方或左側射入。

書房可以采用一個帶遙控多場景的控制器控制多種不同燈光組合的照明效果，如工作、休息等不同的照明模式，另外通過光線傳感器可以根據(jù)室外光線的變化和窗簾的開關自動調(diào)節(jié)燈光的亮度，使書房保持舒適的照明環(huán)境。

（4）餐廳。

餐廳的照明，要求色調(diào)柔和、寧靜，有足夠的亮度。照明設計應將燈光集中在餐桌上，采用一個懸掛于餐桌上方的燈具來產(chǎn)生照明，通過由調(diào)光器控制的餐廳照明為宴會創(chuàng)造輕松、優(yōu)雅的格調(diào)。

（5）廚房。

廚房的照明應使主婦能愉快而有效地準備餐飲。照明要求沒有陰影，在水平面或垂直面上都應有一定的照明，以方便工作和在櫥柜內(nèi)尋找東西。采用在吊頂上的嵌入式熒光燈以及櫥柜照明燈可以提供較好的照明效果。

（6）衛(wèi)浴室、門廳、走廊、陽臺。

衛(wèi)浴室照明要足夠強。門廳、走廊、陽臺都是居室的過道空間，照明系統(tǒng)需要起到照明和裝飾的雙重作用。人體紅外感應、無線遙控的控制方式比較適合這些場所。人體紅外感應開關結合定時控制，可以實現(xiàn)夜間開門后小夜燈自動亮起，人離開后自動延時關閉。免去了摸黑開燈，離開時忘記關燈的煩惱。

2.3 系統(tǒng)拓撲

系統(tǒng)的結構主要由單片機控制系統(tǒng)、信號采集處理系統(tǒng)、LCD顯示系統(tǒng)以及電燈電源驅(qū)動系統(tǒng)組成，以達到控制照明燈具的目的。外接的傳感器（人體釋熱紅外線傳感器和光敏三極管）或手動開關將信號傳送給單片機后，由單片機控制燈的開關并通過LCD顯示。（如圖1）

利用計算機控制、通訊、管理等技術，基于房內(nèi)的RCU（主控單元）構成專用網(wǎng)絡，對照明系統(tǒng)中多個燈具進行智能化管理與控制，實時反映房內(nèi)狀態(tài)以及主人需求。（如圖2-圖3）

計算機通過以太網(wǎng)以及網(wǎng)關通信器，實現(xiàn)與CAN總線的的數(shù)據(jù)交換，通過對RCU的控制，實現(xiàn)對照明系統(tǒng)的控制。（如圖4）

圖4 系統(tǒng)網(wǎng)絡結構圖

RCU，即客房控制器（Room Control Unit）的簡稱。RCU采用先進的模塊化設計，配置靈活。（如圖5）

2.4 控制方式

（1）本地開關：可以按照平常的習慣直接控制本地的燈光。開關可以任意設定所需照明控制對象。例如門廳的按鈕可以用來關閉所有的燈光，離家時一個按鍵即可關閉所有燈光，既節(jié)能環(huán)保又方便安全。

（2）人體紅外感應、無線遙控：在任一個房間，用手持無線遙控器可以控制所有聯(lián)網(wǎng)燈具（無論此燈具是否處在本房間內(nèi)）的開關狀態(tài)和調(diào)光狀態(tài)。在進入任一個房間前就可以用遙控器打開燈光，無須在黑暗中尋找燈的開關。

（3）計算機/互聯(lián)網(wǎng)控制：通過本地計算機或者互聯(lián)網(wǎng)上的一臺計算機?？梢赃h程控制燈光狀態(tài)及調(diào)光狀態(tài)。

（4）時間場景控制：通過日程管理模塊，可以對燈光的定時開閉進行配置。

本設計方案中，對于門廳、客廳、臥室、書房均采用人體紅外感應控制、無線遙控控制、本地控制以及場景控制等多種控制方式；餐廳、廚房采用本地控制和場景控制；衛(wèi)浴室、走廊、陽臺采用人體紅外感應控制、無線遙控控制以及本地控制。

表1 智能開關選擇

3 結語

照明系統(tǒng)智能控制不僅能營造家居舒適的視覺環(huán)境，更能節(jié)約大量能源。智能家居照明控制系統(tǒng)可以使照明系統(tǒng)運行在全自動狀態(tài)，使照明設備具有聯(lián)動功能，營造更加溫馨舒適的家居生活。智能家居照明控制還可以達到可觀的節(jié)能效果，延長燈具的壽命，同時實現(xiàn)了照明遠程管理，提高了照明系統(tǒng)的管理水平。

參考文獻：

[1] 周芳，劉美根.智能照明控制系統(tǒng)在電氣照明節(jié)能設計中的應用[J].低壓電器，2007（16）.

[2] 許錦標，張振昭.樓宇智能化技術（第3版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.