基于NB_IoT技術(shù)的景觀燈色彩控制技術(shù)

宗強 宋宇欽 蔣明強

（浙江歐銳杰照明科技有限公司 浙江省湖州市 313000）

1 引言

實現(xiàn)景觀燈光豐富多彩的效果，需要有精密靈巧的控制機構(gòu)和相應(yīng)光源色彩、光學(xué)系統(tǒng)。從手工到機械控制，到近代的機電控制，再到現(xiàn)在的計算機與網(wǎng)絡(luò)控制，控制技術(shù)在不斷變革發(fā)展。上個世紀末，人們開始關(guān)注怎樣設(shè)計才能營造出更好的燈光特效取悅游客。而隨著時代的發(fā)展，各種技術(shù)趨于成熟，對燈光有了全新的要求，特別是統(tǒng)一標準。1986年8月由美國劇場技術(shù)協(xié)會提出了以DMX512 為標準的可控硅調(diào)光亮度信息，同時由于這一數(shù)字傳輸標準具有廣泛的適用性，因此成為了國際標準。該協(xié)議適用于一點對多點的主從控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，根據(jù)DMX512 數(shù)據(jù)傳輸速率的要求以及控制網(wǎng)絡(luò)分散的特點，其物理層的設(shè)計采用RS-485 總線收發(fā)器，總線用一對雙絞線實現(xiàn)控制器與燈具的485 芯片相接。RS-485 總線采用平衡發(fā)送和差分接收，接收靈敏度高，而且抗干擾能力強，信號傳輸距離可達1000m。如果燈具距離控臺過遠，可使用放大器增強信號。DMX512 協(xié)議采用總線型結(jié)構(gòu)，但數(shù)據(jù)都是從控制器到燈具單向傳送，因此不存在各個調(diào)光器之間爭奪總線使用權(quán)而導(dǎo)致信息堵塞的現(xiàn)象。

如今生活水平的提升，人們對文旅的需求不斷增加，特別是好的景觀照明對當(dāng)?shù)氐奈幕厣?、人氣提升，夜晚?jīng)濟增長都有積極的貢獻力量。但現(xiàn)實是很多地方的文物、植被保護提到了一個新的高度，相關(guān)政府組織不太允許進行開溝鋪設(shè)控制線路，但對夜景照明的提升又十分強烈，故無線控制技術(shù)的需求開始日益激增。近年來物聯(lián)網(wǎng)、云計算、5G 等新一代信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，基于此，提出一種基于NB_IoT技術(shù)的景觀燈色彩控制系統(tǒng)，可智能、合理地應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)低速網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建景觀燈照明體系，通過對系統(tǒng)內(nèi)每一盞景觀燈具的無線管控、調(diào)光及監(jiān)測，可有效避免文物、植被破壞，增加夜游經(jīng)濟，提升文旅夜游景觀的特色，展現(xiàn)豐富、生動的城市景象，或文藝，或古樸。

2 現(xiàn)有景觀燈的控制技術(shù)分析

現(xiàn)在市場上流行的景觀燈控制如圖1所示，主要由計算機通過TCP/IP 連接DMX512-01 控制器，DMX512-01 控制器再通過網(wǎng)線與后面的02、03 等依次連接，每個512 控制器有8 個輸出端口，每個端口通過雙絞屏蔽線連接需要控制的景觀燈具，如果是RGB 3 通道的燈具則最多可接170 盞，如果是RGBW 4 通道的燈具，最多可接128 盞。景觀燈之間的通信基于RS-485 通信接口，控制中心通過上位機軟件系統(tǒng)對景觀照明系統(tǒng)進行效果控制。

現(xiàn)今比較主流的控制技術(shù)，對新建景觀項目的實施的可能性會比較大，基建和管線的鋪設(shè)一般會同時進行，但是也有后期復(fù)雜的接線和調(diào)試工序，景觀照明施工中，由于施工人員的技能水平參差不齊，有可能會A、B 信號線接反，信號線與電源線接錯燒壞燈具，信號線與屏蔽線有似連非連的接觸影響信號的穩(wěn)定傳輸，所以調(diào)試工作費時費力，另外對已有的文物景觀的改造因為政策上的不允許開挖和空中走線，所以也是無從下手。

圖1

3 基于NB_IoT的景觀燈控制技術(shù)

智慧景觀照明系統(tǒng)采用可選擇的多制式無線控制技術(shù)，來實現(xiàn)多場景高性價比應(yīng)用。隨著科技的飛速發(fā)展，在短短幾十年間，鑒于移動通信技術(shù)由2G 發(fā)展到3G，再到4G，然后現(xiàn)在的全球慢慢進入5G 時代。項目通過2G/4G 全網(wǎng)通/NB_IoT/5G(預(yù)留)，4 選1，統(tǒng)一電路通信模塊接口設(shè)計，可直接通過通信模塊更換快速切換通信制式，從而達到不同應(yīng)用場景應(yīng)用不同制式來控制，即在流量選擇上經(jīng)濟節(jié)能，又省去了開溝槽鋪設(shè)控制線路與后期接線的麻煩，同時控制的可靠性又有了大幅的提升。由于NB_IoT 只消耗大約180KHz 的頻段，可直接部署于GSM 網(wǎng)絡(luò)、UMTS 網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò)支持待機時間短、對網(wǎng)絡(luò)連接要求較高設(shè)備的高效連接。其主要特點是覆蓋廣、大連接、成本低、低功耗、架構(gòu)優(yōu)等特點。其安全性繼承了4G 網(wǎng)絡(luò)安全能力，支持雙向鑒權(quán)以及空口嚴格加密來確保用戶數(shù)據(jù)的安全。

本項目的景觀系統(tǒng)的四季變換和節(jié)假日、平時模式，特殊慶典氛圍營造等基于NB_IoT 制式來控制，其中調(diào)光控制器里的調(diào)光輸出有4 路0~255 級PWM 輸出，可以根據(jù)現(xiàn)場需求來控制R、G、B 三原色+W，無論從色彩的飽和度還是日光的還原度上都能最大程度上還原當(dāng)?shù)匚穆镁坝^的特點。系統(tǒng)采用REST 風(fēng)格進行架構(gòu)設(shè)計，基于框架應(yīng)用技術(shù)設(shè)計、組件化的系統(tǒng)，保證靈活擴展，相關(guān)組件相互調(diào)用簡單易用，支持1000 用戶并發(fā)訪問，支持在線人數(shù)200 用戶的訪問能力，首次地圖服務(wù)請求響應(yīng)時間≤3 秒；地圖操作時，呈現(xiàn)平滑流暢，不會出現(xiàn)明顯的等待時間和露白現(xiàn)象。

具體系統(tǒng)控制架構(gòu)如圖2。

景觀燈的天線設(shè)計由傳統(tǒng)的半波長雙極棒狀線外置天線改為內(nèi)置的PCB 線狀天線，天線的頭部引到燈具內(nèi)部防眩器的背面靠近玻璃處固定，在防水等級依舊達到IP66 的前提下，天線的增益、駐波比系數(shù)、功率（TRP）、靈敏度（TIS）等主要參數(shù)影響甚微。考慮到反饋以及控制的及時性，初步設(shè)計考慮以半徑100 米為一個控制單元來做分區(qū)管理，產(chǎn)品連接物聯(lián)平臺可以使用微信小程序等來掃碼進行關(guān)聯(lián)，從而實現(xiàn)在物聯(lián)平臺上對景觀燈具進行色彩變化、開關(guān)、故障診斷等一些列的控制，架構(gòu)如圖3。

考慮到重大節(jié)假日和一些重點夜游觀景點，對燈具變化效果的豐富度、互動性提出了更高的要求，本項目的設(shè)計預(yù)留了5G NG 接口，把5G 的高速度、泛在網(wǎng)、低功耗、低延時與傳統(tǒng)的DMX512 控制相結(jié)合，滿足文旅景觀里的燈光秀、情景互動等更高控制需求，如圖4。

4 結(jié)束語

隨著人們的精神需求提高，文旅景觀照明慢慢被各界接受，以NB_IoT、5G 等新一代的通信技術(shù)為支撐，職能部門可以依靠此技術(shù)對整個城市的景觀燈進行色彩控制、按時、按需開關(guān)燈的管理，每一盞景觀燈也能上傳缺色、過流、不亮等故障信息到控制云臺，配合地圖定位，維修人員可以第一時間定位處理。另外景觀燈色彩的變化能給人帶來不同時節(jié)的視覺享受，可以根據(jù)四季的氣溫、本地景觀的色彩來變換色溫，如夏季以清涼的冷色調(diào)為主，冬季以溫暖的暖色調(diào)為主，國慶、春節(jié)以喜慶色為主，清明可調(diào)至水墨色以寄哀思等。讓景觀燈的色彩控制與整座城市一起呼吸，打造一個完全智慧的新旅游城市。

圖2

圖3

圖4