停車庫物聯(lián)網(wǎng)智慧照明控制系統(tǒng)

朱亮亮, 周愛農(nóng)

(重慶市設(shè)計院, 重慶 400015)

0 引 言

國內(nèi)絕大部分車庫照明控制依賴物業(yè)管理人員的手動控制,雖然很多項目在設(shè)計期間均考慮分組分時控制,甚至有些車庫設(shè)置感應(yīng)控制等多種控制方式,但在項目建成后投入使用期間車庫日常管理實際由物業(yè)公司負(fù)責(zé),而很多物業(yè)公司為節(jié)約運行成本,車庫管理人員很少且缺乏技術(shù)職能培訓(xùn)(不懂操作或懶惰等),或為節(jié)約電費和燈具更換周期直接關(guān)閉75%照明燈源,僅使用25%燈源維持基本照度需求。這樣就造成車庫內(nèi)長期照度不足,不僅影響人的視線及識別度,而且照度不均勻會出現(xiàn)一片亮一片暗的情況,舒適感很差[1]。

目前,主流智能照明系統(tǒng)采用的多是總線獨立式控制技術(shù)方案,照明供電與控制采用分離方式。隨著我國智慧城市的全面發(fā)展,在技術(shù)層面以移動技術(shù)為代表的物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新一代信息技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷完善和發(fā)展,在社會層面通過維基、社交網(wǎng)絡(luò)、FabLab、綜合集成等工具和方法的應(yīng)用,智慧照明得以實現(xiàn)以用戶自主創(chuàng)新、控制開放、協(xié)同管理為主要特征的全面智慧化管理和運行。筆者所在項目研發(fā)團隊基于某公司研究開發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)光環(huán)境系統(tǒng),以電力線作為信號傳輸線(電力載波技術(shù)),結(jié)合實際停車庫工程中照明控制的需求及安裝等特點,設(shè)計了物聯(lián)網(wǎng)智慧照明控制系統(tǒng),其不同于目前國際國內(nèi)主流智能照明控制系統(tǒng)。

1 技術(shù)特性及原理

停車庫物聯(lián)網(wǎng)智慧照明控制系統(tǒng)是全數(shù)字化光源系統(tǒng)與智能照明管理系統(tǒng)及互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)相互融合的新一代智慧照明系統(tǒng),可以做到照明控制器與光源之間的供電、控制回路合二為一(即沒有控制線路,將照明控制信號通過電力線與改變的交流電信號波形傳送至被控?zé)艟?,控制信號不受傳輸距離的限制,其穩(wěn)定傳輸距離可達1 000 m以上;可以實現(xiàn)現(xiàn)場開關(guān)、手機APP、后臺計算機等全方位傳輸控制,控制回路分配也可以在不更改任何物理線路的條件下按需隨意更改控制照明LED燈具組,系統(tǒng)造價大約只有目前國外智能照明系統(tǒng)的10%,同時無需鋪設(shè)控制線,控制設(shè)備模塊化、簡潔化;大大簡化工程施工線路和控制元件的復(fù)雜程度,且在不改造線路的情況下可以實現(xiàn)單燈照度調(diào)節(jié)[2-3]。

物聯(lián)網(wǎng)智慧照明控制系統(tǒng)原理:依靠連接在電力線上的主控制器和與每個被控?zé)艟哌B接的解碼控制器相結(jié)合來實現(xiàn)對多個燈進行照明控制。具體方法如下:主控制器接收從遠程控制終端傳來的照明控制信號后,按照約定協(xié)議對照明控制信號進行編碼;按照數(shù)據(jù)序列的內(nèi)容依次控制交流電信號的波形,形成一組代表控制信號的波形數(shù)據(jù)組;波形數(shù)據(jù)組通過電力線傳給解碼控制器;解碼控制器接收到從主控制器傳來的波形數(shù)據(jù)組后,對波形數(shù)據(jù)組中每個波形所代表的數(shù)據(jù)進行解析,并按照波形數(shù)據(jù)組中波形的排列順序?qū)⒔馕龀龅臄?shù)據(jù)進行編碼,形成與波形數(shù)據(jù)組對應(yīng)的接收數(shù)據(jù)信號;解碼器從數(shù)據(jù)信號中獲得照明控制信號中所需要控制燈具的地址位數(shù)據(jù)和控制燈具亮度的亮度位數(shù)據(jù),對照約定的通信協(xié)議,只有燈具地址位的數(shù)據(jù)與解碼控制器所對應(yīng)燈具的位置數(shù)據(jù)相一致時,解碼控制器才向燈具發(fā)出照明亮度控制信號,改變燈具的亮度,實現(xiàn)照明控制。智慧照明控制系統(tǒng)示意如圖1所示。

圖1 智慧照明控制系統(tǒng)示意

系統(tǒng)主要由主控制器、多個解碼控制器及與解碼器相連的燈具組成。主控制器的輸入端與電力線的進線端相連,輸出端通過電力線與多個解碼控制器連接,每個解碼控制器均連接需要控制的燈具。其中主控制器包括過零檢測電路、主控制電路、波形改變電路和供電電路。解碼控制器包括信號藕合電路、邊沿捕獲電路、主控制電路和供電電路,解碼控制器連接在燈具電源控制器上,通過控制燈具電源控制器實現(xiàn)對燈具的控制。具體的技術(shù)處理和實施方式如下:

(1) 主控制器將接收到的照明控制信號變換成傳送數(shù)據(jù)信號,包括依次排列的起始位、命令位、燈具地址位、燈具亮度數(shù)據(jù)位和結(jié)束位,是由“0”或“1”組成的一組數(shù)據(jù)序列。

(2) 主控制器將電力線上交流信號中的正弦波形依次分成多個波形段,改變每個波形段的波形,使波形段處于兩種波形狀態(tài),由多個波形段組成一個波形數(shù)據(jù)組,波形段的數(shù)量與傳送數(shù)據(jù)信號的位數(shù)相同,且其中一種波形段對應(yīng)于傳送數(shù)據(jù)信號中的“0”,另一種波形段對應(yīng)于傳送數(shù)據(jù)信號中的“1”,即把傳送數(shù)據(jù)信號變換成交流電信號上的一個波形數(shù)據(jù)組,波形段的排列順序與傳送數(shù)據(jù)信號的數(shù)據(jù)序列一致。

(3) 波形數(shù)據(jù)組經(jīng)電力線傳送至解碼控制器,解碼控制器把傳來的波形數(shù)據(jù)組進行解析,得到照明控制信號中所需要控制燈具的地址位數(shù)據(jù)和燈具亮度數(shù)據(jù)位的數(shù)據(jù),只有燈具地址位的數(shù)據(jù)與解碼控制器所對應(yīng)燈具的位置數(shù)據(jù)相一致時,解碼器才向燈具發(fā)出照明控制信號,從而改變燈具的亮度,實現(xiàn)照明控制。

(4) 交流電信號中的波形段是由一個正半周波形與相鄰的負(fù)半周波形組成的全波波形。每個半周波代表一個數(shù)據(jù)位,由前至后,奇數(shù)/偶數(shù)的波形段為正半周波形,偶數(shù)/奇數(shù)的波形段為負(fù)半周波形。

2 系統(tǒng)特點

停車庫物聯(lián)網(wǎng)智慧照明控制系統(tǒng)具有自動組網(wǎng),無額外控制線纜,在不改變原有物理布線回路的情況下通過系統(tǒng)軟件實現(xiàn)功能區(qū)域細(xì)分管理,如車道區(qū)域、停車位區(qū)域、人行道區(qū)域、出入口區(qū)域等獨立設(shè)置燈光控制策略,使不同區(qū)域的燈光根據(jù)不同時間自動運行在最合適的狀態(tài),從而降低用戶后期使用維護成本,甚至可以結(jié)合相應(yīng)雷達感應(yīng)設(shè)備在傳統(tǒng)控制開關(guān)模式以外實現(xiàn)自動光亮度調(diào)節(jié)、車來燈亮/車走燈滅或減弱背景光亮度,在不影響正常工作的情況下按需照明。停車庫物聯(lián)網(wǎng)智慧照明控制系統(tǒng)主要構(gòu)架如圖2所示。

圖2 停車庫物聯(lián)網(wǎng)智慧照明控制系統(tǒng)主要構(gòu)架

用戶只要通過互聯(lián)網(wǎng)頁面接入系統(tǒng),無需下載APP,即可通過計算機、手機、平板、現(xiàn)場無線開關(guān)輕松調(diào)用不同燈光場景。用戶管理員可遠程監(jiān)控、維護,并管理整個建筑的照明;系統(tǒng)可以根據(jù)用戶需求進行個性化設(shè)計,實現(xiàn)開關(guān)控制、亮度調(diào)節(jié)、背景光調(diào)節(jié)、雷達感應(yīng)、場景控制、軟分組控制、時序控制、燈光計劃表、遠程控制、手持控制、電能計量等多樣化需求。其中亮度調(diào)節(jié)和背景光調(diào)節(jié)最具特色,亮度調(diào)節(jié)可以實現(xiàn)對單燈10%～100%范圍的接近無極調(diào)光,解決現(xiàn)有車庫照明為節(jié)約電能只開25%照明燈而導(dǎo)致的照度均勻性和舒適性不足的問題。智慧照明系統(tǒng)通過單燈亮度調(diào)節(jié),實現(xiàn)整個車庫整體照度均勻,且能耗降到最低。停車庫智慧照明的時序控制可以根據(jù)一年四季不同的工作情況,通過空間照度感應(yīng)設(shè)定豐富的燈光計劃任務(wù),自動運行燈光計劃,自動控制燈光而無需人工干預(yù)。

停車庫智慧照明控制系統(tǒng)的另外一大特色是系統(tǒng)的開放性,可以結(jié)合整個城市物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析的成果,利用不同停車庫運行的各種特性(如高峰期、低峰期、客戶停車習(xí)慣等分析數(shù)據(jù))來制定車庫的照明控制計劃,自動控制車庫照明,甚至可以結(jié)合其他一些系統(tǒng)云數(shù)據(jù),如預(yù)約停車系統(tǒng),對即將來停車輛預(yù)約停車,點對點分配最佳停車位置,在車輛進入車庫入口時相應(yīng)開啟或提高預(yù)約車位的行車路線及停車位照明燈的照度,在滿足使用需求的前提下實現(xiàn)最大化節(jié)能。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

智能照明控制系統(tǒng)在實際停車庫中應(yīng)用,要采集停車庫實際使用數(shù)據(jù)(日常車輛出入頻率、高低峰時段、客戶使用習(xí)慣等數(shù)據(jù)),大致有3種采集方式:通過物業(yè)管理統(tǒng)計數(shù)據(jù);前期運行一段時間的停車管理系統(tǒng)、車位誘導(dǎo)系統(tǒng)以及停車庫監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù);在未來大數(shù)據(jù)逐漸成熟完備的條件下,通過大數(shù)據(jù)平臺直接獲取類似停車庫使用的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集后根據(jù)數(shù)據(jù)特征針對性地設(shè)計停車庫系統(tǒng)方案。目前,物聯(lián)網(wǎng)智慧照明控制系統(tǒng)具備開關(guān)控制、亮度調(diào)節(jié)、背景光、雷達感應(yīng)、場景控制、軟分組控制、時序控制、燈光計劃表、遠程控制、手持遙控等控制功能。以某停車庫各區(qū)域(行車道、停車位、出入口)系統(tǒng)策略化管理為例,分別列出如下管理方式:

(1) 開光控制和亮度調(diào)節(jié)。根據(jù)空間所需,通過計算機、手機、遙控器及智能開關(guān)控制燈光開啟與關(guān)閉。

(2) 背景光。燈光保持最低20%亮度,以提供必要的照明?？筛鶕?jù)時段選擇性地關(guān)閉部分燈光,出入口保持100%亮度。

(3) 雷達感應(yīng)。當(dāng)雷達檢測到人、車時燈光自動調(diào)節(jié)至預(yù)設(shè)亮度,當(dāng)人、車離開后燈光減弱至背景光,通過系統(tǒng)關(guān)閉雷達感應(yīng)功能;出入口關(guān)閉雷達感應(yīng)功能。

(4) 軟分組控制。根據(jù)需要,靈活改變分組(不改變物理線路)。

(5) 場景控制。用戶按需預(yù)設(shè),隨時調(diào)用。

(6) 時序控制。

① 行車道、停車位。上下班高峰時間(8∶00～10∶00,17∶00～19∶00),車庫的車流量最大,行車道區(qū)域的燈光調(diào)為100%亮度,關(guān)閉雷達感應(yīng)功能;停車位區(qū)域燈光均調(diào)整為60%亮度,打開雷達感應(yīng)功能,當(dāng)檢測到人或車來時燈光自動調(diào)為100%亮度,當(dāng)人或車離開后燈光自動調(diào)為60%亮度。白天上班時段(11∶00～16∶00),車庫車流量相對較小,行車道區(qū)域燈光均調(diào)整為40%亮度,打開雷達感應(yīng)功能,當(dāng)檢測到人或車來時燈光自動調(diào)為100%亮度,當(dāng)人或車離開后燈光自動調(diào)為40%亮度;停車位控制同8∶00～10∶00。夜間時段(20∶00～24∶00,7∶00～8∶00),車庫車流量小,行車道區(qū)域燈光均調(diào)整為40%亮度,打開雷達感應(yīng)功能,當(dāng)檢測到人或車來時燈光自動調(diào)為80%亮度,當(dāng)人或車離開后燈光自動調(diào)為40%亮度;停車位區(qū)域燈光均調(diào)整為20%亮度,打開雷達感應(yīng)功能,當(dāng)檢測到人或車來時燈光自動調(diào)為50%亮度,當(dāng)人或車離開后燈光自動調(diào)為20%亮度。深夜時段(0∶00～7∶00),車庫車流量非常小,行車道區(qū)域內(nèi)1組燈光關(guān)閉,2組調(diào)整為20%亮度;打開雷達感應(yīng)功能,當(dāng)檢測到人或車來時2組燈光自動調(diào)為50%亮度,當(dāng)人或車離開后2組燈光自動調(diào)為20%亮度,1組燈光不論是否檢測到人或車均不亮起;停車位控制同20∶00～24∶00。

② 停車庫出入口。入口段:白天時段(7∶00～19∶00),入口區(qū)域根據(jù)項目實際測量照度,自然光能滿足要求的部分路段(燈光打開或者關(guān)閉對行車道實際測量照度結(jié)果相同的部分光源),燈光均關(guān)閉。進入過渡段燈光100%亮度,后段根據(jù)實際情況逐級降低亮度,直至與車庫內(nèi)部照度一致。夜間時段(19∶00～7∶00),入口光源根據(jù)項目實際位置,參考外界環(huán)境光測量照度,進行燈光亮度等級設(shè)置(最低20%亮度等級)。進入過渡段燈光參考入口亮度,后段根據(jù)實際情況逐級增加亮度,直至與車庫內(nèi)部照度一致。出口段:白天時段(7∶00～19∶00),前段與車庫光源照度一致,進入過渡段燈光100%亮度,出口處根據(jù)項目實際測量照度,自然光滿足要求的部分路段(燈光打開或關(guān)閉對行車道實際測量照度結(jié)果相同的部分光源),燈光均關(guān)閉;夜間時段(19∶00～7∶00),前段與車庫光源照度一致,進入過渡段燈光根據(jù)實際情況逐級降低亮度,直至與外界環(huán)境光照度一致(最低20%照度)。

(7) 燈光計劃表。行車道可根據(jù)季節(jié)、節(jié)日、活動等單獨編制燈光計劃,系統(tǒng)自動運行。

(8) 遠程控制。系統(tǒng)管理者可通過計算機、手機統(tǒng)一管理控制燈光,根據(jù)實際情況設(shè)置時序等。

4 結(jié) 語

在當(dāng)下智慧化城市全面發(fā)展的時代,以移動技術(shù)為代表的物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新一代信息技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷完善和發(fā)展,停車庫物聯(lián)網(wǎng)智慧照明控制系統(tǒng)(甚至擴展到所有領(lǐng)域的智慧照明控制系統(tǒng))迎合國家創(chuàng)新、綠色、可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略方針,有極其廣泛的市場前景。

收稿日期：2018-04-28