室外照明控制技術(shù)研究

梁雙

（北京新時空科技股份有限公司上海分公司，上海200040）

1 概述

隨著國內(nèi)LED 照明技術(shù)的出現(xiàn)，照明相關(guān)行業(yè)均得到了前所未有的發(fā)展機遇，尤其是室外照明行業(yè)更是日新月異，發(fā)展迅速。LED 是一種固態(tài)照明光源，和傳統(tǒng)光源相比，具有顯著的優(yōu)勢特性，如壽命更長、更加節(jié)能、色彩豐富、體積更小。因此，LED 照明基本取代了傳統(tǒng)照明。經(jīng)過十余年的發(fā)展，目前已經(jīng)衍生出了諸多細分產(chǎn)品如光電玻璃、貼膜屏等。然而室外照明作為新興行業(yè)，控制技術(shù)還在探索積累中，一些技術(shù)細節(jié)仍需要探討。本文暫且把照明控制系統(tǒng)分為了LED 控制系統(tǒng)和智能照明管理控制系統(tǒng)，前者是效果變化的控制系統(tǒng)。后者是用戶界面的操作系統(tǒng)，可以把它理解為更高層次的控制系統(tǒng)，用于管理前者，是LED 控制系統(tǒng)的管理系統(tǒng)。

三基色分別為R（紅）G（綠）B（藍）色，這3 種顏色也叫加法三原色，其他顏色都可以通過這3 種顏色的混合而顯示，比如，紅藍混色為品紅色；紅綠混色為黃色；藍綠混色為青色。人們把品紅、黃、青3 種顏色叫作減法三原色或者三原色，因此，燈具調(diào)光僅需要控制同一時刻各種顏色燈珠的輸出值即可顯示出不同的色彩效果。

按照燈珠的控制要求，燈具可分為開關(guān)控制和調(diào)光控制，可調(diào)光燈具又包含亮度和色彩可調(diào)。其中開關(guān)控制不難理解，調(diào)光控制則包含多種控制方式，主要包括前沿切相、后沿切相、1-10V、DALI、DMX512 等控制方式。前3 種不適用室外照明暫且不予討論。

DALI 最大可實現(xiàn)64 個獨立地址單元的控制，可分為16個場景或組控制，相對于1-10V 調(diào)光控制DALI 的優(yōu)勢在于每個節(jié)點僅有地址碼，信號衰減幅度小于1-10V 信號，最大控制距離不宜超過200m。相對于DMX512 調(diào)光控制，此控制協(xié)議僅能實現(xiàn)靜態(tài)的照明控制，雙向通訊也使得其傳輸效率遠低于DMX512 協(xié)議，因此，DALI 適合小型半室外的雨棚過道照明控制或者說更適合室內(nèi)照明控制。

DMX512 控制方式由舞臺燈光控臺衍生而來。在實際運用中由主控器、分控器直接驅(qū)動LED 的RGB 線序，此控制方式可以實現(xiàn)多通道單燈單地址或分段控制，既可以實現(xiàn)多燈分組控制又可以單燈分段控制，燈具地址可以手動或由主控器自動分配，分組數(shù)和場景數(shù)均由主控器特性決定。其250kbit/s 的波特率比DALI 協(xié)議高出200 多倍，在動態(tài)效果展示上優(yōu)勢明顯。在室外照明行業(yè)中運用最為廣泛。

DMX512 協(xié)議最大可控制512 個通道，其中每組R（或G、B）需要用一個單獨的通道控制，而RGB 組合后才可以作為一個像素點顯示不同的顏色，因此，DMX512 分控器的單個端口可以實現(xiàn)170 個像素點的單獨控制。同樣部分產(chǎn)品因白色亮度需要加強而增設(shè)了W（白）色，開發(fā)了RGBW 色的燈具。通過上述方式不難算出，DMX512 分控器的單個端口可以實現(xiàn)128 個像素點的單獨控制。矩陣式的像素點排布讓燈具可以實現(xiàn)顯示屏的效果，如需要顯示一個字母，約需要64 個像素點，即高度8 個像素，寬度8 個像素；需要顯示一個中文簡體漢字則約需要256 個像素點，即高度16 個像素，寬度16 個像素；需要顯示一個視頻則約需要600伊480 個像素。同等面積下像素密度越高可顯示的效果越細膩，控制系統(tǒng)布置也就更密集。

在當今這個信息時代，商業(yè)顯示屏、大型燈光秀在各大城市隨處可見。動輒就是十萬像素、百萬像素甚至更高，單靠主控器和分控器很難滿足中大型照明需求，此時，必須增設(shè)拓展層，利用光電交換機或光纖收發(fā)器，實現(xiàn)中大型照明項目的系統(tǒng)拓展。光纖可以有效延長照明控制的覆蓋范圍，在光信號傳輸過程中，衰減小，傳輸距離遠，抗干擾能力強，區(qū)別傳統(tǒng)的電信號，可有效抗擊復(fù)雜的電磁環(huán)境干擾，在中大型照明項目中運用較為廣泛[1]。

然而即便是光纖拓展仍有不適用的地方，如城市整體亮化、山體亮化。這些項目要么超出了光纖的傳輸距離，要么沒有敷設(shè)條件，此時，將運用4GIPVPN 技術(shù)。這是一種虛擬專用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。功能是在公用網(wǎng)絡(luò)上建立專用網(wǎng)絡(luò)，進行加密通訊。因此，在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中有廣泛運用，采用雙網(wǎng)卡結(jié)構(gòu)的網(wǎng)關(guān)通過對數(shù)據(jù)包的加密和遠程轉(zhuǎn)換利用公網(wǎng)IP 接入Internet，實現(xiàn)遠程訪問。VPN 則可以通過服務(wù)器、硬件、軟件等多種方式實現(xiàn)，是目前大型城市燈光秀的有力支撐。

2 智能照明管理控制系統(tǒng)

說起照明管理控制系統(tǒng)則必須提到EIB。EIB 是歐洲安裝總線的英文簡稱，是目前整個照明行業(yè)中使用最為廣泛的行業(yè)標準。隨著2007 年被確定為我國國家標準，EIB 在行業(yè)發(fā)展中起到規(guī)范和引領(lǐng)作用。若干年后，基于此標準又誕生了智能電氣安裝技術(shù)標準Knnnex，簡稱KNX。目前，國內(nèi)幾乎所有室外照明項目都采用了這一國際標準。

KNX/EIB 系統(tǒng)的功能特點包括：智能化、美化環(huán)境、保障照度一致性、延長燈具壽命、節(jié)約能源、綜合控制、安裝簡便、易于維護、降低投資成本維護管理成本、提高回報率等。可以根據(jù)不同時段不同亮度調(diào)整燈具亮度充分利用環(huán)境光，可實現(xiàn)淡入淡出，人來燈亮人走燈滅的效果；營造舒適愉悅的工作生活環(huán)境，可以抑制電網(wǎng)電壓的沖擊延長燈具的使用壽命，通過智能控制亮度和開啟時間減少約30%的電能，通過計算機系統(tǒng)對各個照明回路的工作狀態(tài)進行實時監(jiān)控，即使反饋系統(tǒng)故障位置及類別等報告信息，助力維保人員快速搶修。

KNX/EIB 系統(tǒng)是分布式開放系統(tǒng)，系統(tǒng)可通過主干線進行擴展，理論傳輸距離達到1000m，滿足絕大多數(shù)照明工程需求。系統(tǒng)通過RS-232、USB 接口或以太網(wǎng)與中控電腦連接，提供多種通信協(xié)議接口，支持TCP/IP 協(xié)議，可在局域網(wǎng)上進行控制，同步控制燈具、窗簾、空調(diào)等設(shè)施。也可以與BAS 樓宇自控系統(tǒng)、BMS 物業(yè)管理系統(tǒng)連接。即便是應(yīng)急照明消防、安防等功能均可按照要求設(shè)置，真正實現(xiàn)系統(tǒng)開放，符合智能大廈發(fā)展趨勢。

3 室外照明工程技術(shù)的運用

一些莊重的場合通常會用單色溫，比如，上海的外灘古建用的3000K 暖色體現(xiàn)古建的莊重和歷史凝重感，蘇州周莊古鎮(zhèn)用3000K 暖色靜態(tài)體現(xiàn)了小橋流水詩意江南的特色，這些僅涉及智能照明管理控制系統(tǒng)，這些項目相對簡單，比較容易實施，控制投入也較低。

一些大型地標建筑，商業(yè)氛圍濃重的地塊，能夠反映出都市繁華景象的建筑則需求用彩色和動畫烘托氛圍，表達出城市的活力與朝氣。這種項目的室外照明涉及LED 控制系統(tǒng)和智能照明管理系統(tǒng)。如東方之門，夜幕降臨開始建筑開啟絢麗的表演模式，整個門造型仿佛一座巨大的門型顯示屏，輪回播放著園林蘇州園林、江南水鄉(xiāng)、百戲之祖、帆船田徑，通過一扇“門”展示一座城。而深夜模式為輪廓勾邊效果，僅保留建筑夜間可視，在保證深夜基礎(chǔ)模式效果的前提下達到節(jié)能減排目的。還有一些整個城市的照明工程，范圍非常大，控制系統(tǒng)必然會通過4GIPVPN 控制方式，由GPS 同步授時器實現(xiàn)各節(jié)點同步聯(lián)動。如2016 年杭州的G20 峰會城市燈光秀，燈光秀由70伊105盞LED 等組成，分別安裝在錢江新城核心區(qū)沿岸的30棟高層建筑外立面上，運用聲、光、電等現(xiàn)代化的視覺效果配上配以大型音樂配暖、自然山水、人文、建筑及杭州logo 等元素，文字、燈光、影像顯示在錢塘江沿岸30 多幢高樓串成的一幅“巨幕”上，呈現(xiàn)一幅幅具有“中國氣派、江南韻味”的畫卷。

4 結(jié)語

在電子信息技術(shù)日新月異的今天，任何事物都在不停地發(fā)展，新的科技產(chǎn)物如雨后春筍。要求人們緊跟時代步伐，不斷學(xué)習(xí)創(chuàng)新，時刻保持在新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式的前端，充分運用高科技，高速成長，為祖國繁榮昌盛貢獻微薄力量。