一、照明控制系統(tǒng)的概述
1、照明系統(tǒng)控制方式
照明控制可分為開關(guān)控制和調(diào)光控制，調(diào)光控制又包括連續(xù)的調(diào)光控制(被控光源的光通量可連續(xù)的變化)和不連續(xù)的調(diào)光控制(被控光源的光通量只能在若干固定的預(yù)設(shè)值之間變化)。按發(fā)光原理劃分，照明光源通常可分為熱輻射光源和氣體放電光源，其典型的光源分別為白熾燈和熒光燈。熱輻射光源，即利用電能使物體加熱到白熾程度而發(fā)光的光源；氣體放電光源，即利用氣體或蒸氣的放電而發(fā)光的光源。對于熱輻射光源來說，既可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制，也可以實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制，只需要調(diào)節(jié)供給光源的供電電壓即可調(diào)節(jié)光通量的輸出。而對氣體放電光源來說，實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制并非那么簡單，不能簡單的控制供給光源的供電電壓，這類光源都有鎮(zhèn)流器，220V工頻電壓經(jīng)過整流器后再給光源供電，要實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制，必須研制適應(yīng)具體氣體放電光源的匹配鎮(zhèn)流器。通過控制鎮(zhèn)流器的輸出電壓的頻率和電壓來調(diào)節(jié)光源的光通量輸出。
（1）傳統(tǒng)照明控制方式
這種控制方式多以手動控制為主。常見的有以下幾種：其一，利用設(shè)置在燈具配電回路中的開關(guān)(配電回路中的保護(hù)開關(guān)或手動開關(guān)等)來控制配電回路的通斷，從而實(shí)現(xiàn)燈具開關(guān)控制；其二，利用設(shè)置在燈具配電回路中的手動旋鈕調(diào)節(jié)供電回路的電氣參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)燈光的明暗調(diào)節(jié)，即調(diào)光控制。
（2）自動照明控制方式
自動照明控制方式與傳統(tǒng)照明控制方式相比，主要解決的問題是集中控制的問題，自動化程度相對提高，但由于DDC系統(tǒng)本身固有的技術(shù)特點(diǎn)，使得DDC在照明控制系統(tǒng)中表現(xiàn)出明顯不足，不僅無法實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制，而且也很難實(shí)現(xiàn)燈光場景等預(yù)設(shè)置和場景管理等功能。
（3）智能照明控制系統(tǒng)
智能照明控制方式使照明自動控制不再依賴于樓宇設(shè)備自動管理系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)了照明控制的獨(dú)立。同時(shí)該方式不僅具備開關(guān)燈控制，而且還能對光源進(jìn)行調(diào)光控制。它是一個(gè)集多種照明控制方式、現(xiàn)代化數(shù)字控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一身的控制系統(tǒng)。它的出現(xiàn)和發(fā)展，使照明控制和維護(hù)管理變得更為簡單，并為建筑照明提供了多種藝術(shù)效果。
目前，縱觀國內(nèi)外研究開發(fā)的智能照明控制系統(tǒng)，按其通信介質(zhì)主要有總線型、電力線載波型、無線網(wǎng)絡(luò)型等。按照網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以分為集中式和分布式。
① 集中式智能照明控制系統(tǒng)
集中式智能照明控制系統(tǒng)主要為星形拓?fù)洌匆灾醒肟刂乒?jié)點(diǎn)為中心，把若干外圍節(jié)點(diǎn)連接起來的輻射式互連結(jié)構(gòu)。各照明控制器、控制面板等設(shè)備均連接到中央控制器(CPU)上，由中央控制器向照明控制器等末端執(zhí)行單元傳送數(shù)據(jù)包，其結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：照明的控制功能高，故障的診斷和排除簡單，存取協(xié)議簡單，傳輸速率較高。其缺點(diǎn)是：因過分依賴中央控制器，故系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性相對較低。
② 分布式智能照明控制系統(tǒng)
分布式智能照明控制系統(tǒng)以中央監(jiān)控為中心，組建控制主干網(wǎng)和多個(gè)控制子網(wǎng)，各照明控制器，控制面板等設(shè)備均具有中央處理器CPU單元，每個(gè)控制器和面板都可以直接連接在子網(wǎng)上。
為了組建分布式智能照明控制系統(tǒng)，一般是把照明控制器和面板之間通過現(xiàn)場總線相連接，組建現(xiàn)場總線子網(wǎng)。把照明線路中的開關(guān)或控制箱作為現(xiàn)場總線中的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，然后通過現(xiàn)場總線這個(gè)樞紐組成網(wǎng)絡(luò)，所有的控制信號、開關(guān)燈的狀態(tài)信號以及采集的電量信號都通過現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，這樣，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以接受網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)的信息，非常方便地實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間互相監(jiān)測與控制。同時(shí)系統(tǒng)具有現(xiàn)場級設(shè)備的在線故障診斷、報(bào)警、記錄功能，可完成遠(yuǎn)程設(shè)備的參數(shù)設(shè)定、修改等工作，也增強(qiáng)了系統(tǒng)的可維護(hù)性?，F(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有優(yōu)良的系統(tǒng)擴(kuò)展性，可以非常方便增加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，如增加聲音檢測、照度檢測、圖像采集、紅外線信號采集等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通過這些傳感器節(jié)點(diǎn)采集人們活動環(huán)境的變化參數(shù)，上傳至中央監(jiān)控主機(jī)分析、處理、計(jì)算，做出各種控制決策，實(shí)現(xiàn)智能化管理，能夠更好的滿足智能建筑的信息集成要求。
二、基于LonWorks技術(shù)的照明控制系統(tǒng)
基于LonWorks智能節(jié)點(diǎn)的照明控制系統(tǒng)主要是以Neuron芯片作為智能控制節(jié)點(diǎn)，控制下屬的各類執(zhí)行單元。
智能節(jié)點(diǎn)Neuron芯片一方面可以進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和處理，另一方面也可以通過傳輸線路與其他控制節(jié)點(diǎn)連接，與上位控制機(jī)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)了規(guī)模的擴(kuò)展。構(gòu)成LonWorks控制網(wǎng)絡(luò)的Neuron智能節(jié)點(diǎn)由神經(jīng)元芯片、傳感器、控制設(shè)備、收發(fā)器和電源等組成，。
三、智能照明控制器硬件設(shè)計(jì)思路
LonWorks節(jié)點(diǎn)可以分為兩種：基于神經(jīng)元芯片的節(jié)點(diǎn)和基于主機(jī)的節(jié)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)選擇基于神經(jīng)元芯片的節(jié)點(diǎn)方案。
LonWorks電力線節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)主要有以下幾個(gè)方面內(nèi)容：神經(jīng)元芯片控制模塊(ControlModule)的硬件設(shè)計(jì)，相當(dāng)于普通單片機(jī)硬件設(shè)計(jì)的最小系統(tǒng)；基于神經(jīng)元芯片的I/O接口電路設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)滿足項(xiàng)目需求的I/O接口電路硬件；其他附屬硬件電路設(shè)計(jì)，包括Service電路、復(fù)位電路等等。
1、控制模塊電路設(shè)計(jì)
所謂的控制模塊是在進(jìn)行基于LonWorks技術(shù)的設(shè)備開發(fā)時(shí)候的一個(gè)通用模塊，它把神經(jīng)元芯片、存儲器、收發(fā)器、I/O以及網(wǎng)絡(luò)端口等集成在一起，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的即插即用，達(dá)到高效、低成本開發(fā)的目的。
控制模塊電路的一個(gè)重要功能是實(shí)現(xiàn)神經(jīng)元芯片到電力線收發(fā)器的通信，神經(jīng)元芯片的5個(gè)通信端口可以配置與多種傳輸介質(zhì)接口(網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器)相連接，且可實(shí)現(xiàn)較寬范圍的傳輸速率。它有三種工作方式，分別是單端、差分以及專用工作方式。
2、I/O接口電路設(shè)計(jì)
LonWorks節(jié)點(diǎn)的I/O接口電路是節(jié)點(diǎn)與傳感器、執(zhí)行器以及控制器相連的物理硬件接口。
四、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析
1、系統(tǒng)原理
LonWorks技術(shù)提供了LON網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和Internet連接設(shè)備，從技術(shù)上支持了遠(yuǎn)程監(jiān)控和與Internet無縫連接，為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信提供良好的條件。LonTalk協(xié)議提供一種方案解決LonWorks網(wǎng)絡(luò)與Interent的連接問題，稱為LonTalk/IP通道。在這種方案中，鏈路層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元可以在口網(wǎng)絡(luò)上傳輸，完成了LonWorks地址到對應(yīng)的職地址映射。按OSI標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語來說，就是LonTalk協(xié)議進(jìn)入了IP網(wǎng)絡(luò)。
基于LonWorks技術(shù)實(shí)現(xiàn)一個(gè)遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要選擇與輸入輸出部件相匹配的LonWorks設(shè)備。首先，連接LonWorks現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)和Internet需要信號傳輸介質(zhì)。現(xiàn)有的傳輸介質(zhì)主要有雙絞線、電力線、光纖、同軸電纜和無線電波等，這些傳輸介質(zhì)都可以實(shí)現(xiàn)LonWorks網(wǎng)絡(luò)信號的傳輸。
由于Internet的數(shù)據(jù)通信協(xié)議采用TCP/IP協(xié)議，而基于LonWorks的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中，采用的通信協(xié)議為LonTalk協(xié)議。Echelon公司的i.lom產(chǎn)品就是一個(gè)能將控制網(wǎng)絡(luò)和Internet無縫的連接在一起，取得突破性的產(chǎn)品。它為日常設(shè)備的訪問提供一個(gè)可靠的、安全的Internet通道。我們的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)將采用
i.lon 100 Internet服務(wù)器作為IP遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)接口，使用其數(shù)據(jù)交換和Web服務(wù)器功能。
可以用一個(gè)電力線節(jié)點(diǎn)來代替LonWorks現(xiàn)場控制網(wǎng)絡(luò)，通過該節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)(模擬量或數(shù)字量)，通過網(wǎng)絡(luò)傳送至PC：或由PC發(fā)送控制信號至節(jié)點(diǎn)，這樣基本可以反映出LonWorks網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集、傳輸能力和質(zhì)量。在遠(yuǎn)程監(jiān)控端直接接入局域網(wǎng)PC機(jī)，不考慮Internet上數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶匦浴?/SPAN>
2、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
在該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，由于電力線節(jié)點(diǎn)并不支持信號直接從PC機(jī)上輸入，因此PC機(jī)與電力線節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)類型交換需要通過i.lon 100Internet服務(wù)器來完成的。此外，還用到i.lon 100Intemet服務(wù)器的調(diào)制解調(diào)作用，由于將信號轉(zhuǎn)變?yōu)檩d波信號加載到電力線上，故PC機(jī)與電力線之間還需要對信號進(jìn)行調(diào)制解調(diào)。
