樓宇智能LED控制系統(tǒng)分析

許寧

摘 要：近年來我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，城市化進(jìn)程加快，同時隨著科技的進(jìn)步，LED照明技術(shù)因其極好的照明和節(jié)能效果而得到了越來越廣泛的應(yīng)用。本文針對現(xiàn)代智能樓宇LED燈的應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)了一套樓宇智能LED控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)有線布置的弊端，可以滿足現(xiàn)代城市更加智能、綠色的使用需求。

關(guān)鍵詞：智能；LED照明；控制系統(tǒng)

中圖分類號：TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）02-0035-02

相較于傳統(tǒng)照明中使用的白熾燈和熒光燈，LED照明技術(shù)具有響應(yīng)速度快、發(fā)光效率高、使用壽命長、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，越來越多的被投入應(yīng)用中去。根據(jù)LED燈使用的時間、環(huán)境應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)一套智能的控制系統(tǒng)，可以充分發(fā)揮LED燈的照明優(yōu)勢，提高照明的舒適度，體現(xiàn)智能化的特點(diǎn)，同時還可以符合現(xiàn)代綠色低碳的生活理念。

1 樓宇智能LED控制系統(tǒng)概述

目前，城市的照明中越來越多的選擇LED技術(shù)，與大量的LED燈相呼應(yīng)的控制系統(tǒng)也正在朝著高度集成化和智能化的方向發(fā)展。目前的樓宇智能LED照明系統(tǒng)多從傳統(tǒng)的燈光控制系統(tǒng)發(fā)展而來，但傳統(tǒng)控制系統(tǒng)良莠不齊，部分仍存在比較多的弊端，且沒有形成統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這些控制系統(tǒng)大多采取一個燈具配套一個控制器的方式，這種形式需要使用大量的控制器，需要對每個控制器進(jìn)行單獨(dú)的編碼，不僅浪費(fèi)資源，更拖慢了處理速度，亟待進(jìn)一步的改善。

LED技術(shù)作為新興的照明技術(shù)，擁有廣闊的發(fā)展前景，有逐漸取代傳統(tǒng)霓虹燈而成為主流的趨勢。目前使用的控制系統(tǒng)方案比較缺乏靈活性，智能播放提前預(yù)設(shè)好的幾種效果，無法滿足日益提高的用戶需求。

2 樓宇智能LED控制系統(tǒng)需求分析

2.1 控制點(diǎn)數(shù)量多

在實(shí)際的應(yīng)用中，樓宇需要進(jìn)行布線的樓層較多，每面墻均有幾十個窗口，因此控制點(diǎn)數(shù)量繁多，這就要求控制系統(tǒng)選擇一種穩(wěn)定高效并且統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渫ㄐ欧绞健?/p>

2.2 動態(tài)性控制

在實(shí)際應(yīng)用中，要求所有的控制點(diǎn)都可以根據(jù)用戶的需求，按照預(yù)先設(shè)定的場景實(shí)現(xiàn)各種場景的組合和隨時控制開閉，做到動態(tài)性的控制。要做到這一點(diǎn)，首先需要有良好的人機(jī)界面作為基礎(chǔ)，其次，還需要開發(fā)與之配套的動態(tài)演示機(jī)制和切換機(jī)制。

2.3 同步性

為了做到同時顯示正常畫面，完成樓宇智能控制系統(tǒng)的基本要求，場景顯示需要各個節(jié)點(diǎn)做到同時控制動作，需要完成這個要求，就需要在系統(tǒng)中做到安全的消息機(jī)制，并且需要做到同步的任務(wù)調(diào)度方式。

2.4 實(shí)時性

當(dāng)樓宇LED投入工作時，控制系統(tǒng)需要對其進(jìn)行實(shí)時控制，在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中，網(wǎng)絡(luò)傳輸可能會出現(xiàn)延遲，延遲抖動則會造成LED無法正常顯示，所以必須將延遲控制在合理可控的范圍當(dāng)中，并且需要考慮到網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時性和穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)。

3 樓宇智能LED控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 總體架構(gòu)

根據(jù)樓宇智能LED控制系統(tǒng)的需求和控制對象的特點(diǎn)，將采用以太網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)控制，下位機(jī)對各個節(jié)點(diǎn)則采用直接控制端口的方式，并根據(jù)系統(tǒng)的需求作出相應(yīng)調(diào)整。按照總線拓?fù)浞治?，控制系統(tǒng)整體上屬于星型拓?fù)?，并且將該控制系統(tǒng)分為三個層次。

第一層為監(jiān)視控制層，主要負(fù)責(zé)完成LED燈光的實(shí)時控制，包括發(fā)出燈光變換的效果，接受返回的故障信息等，為了防止誤操作等現(xiàn)象的出現(xiàn)，還需要設(shè)置一個實(shí)時控制機(jī)進(jìn)行日常的控制，以提高系統(tǒng)的安全性。第二個部分是直接控制層，這一部分主要由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成，是系統(tǒng)中最為核心的部分，負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換等。主要通過并行和串行兩種控制方式對LED燈的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)控和監(jiān)測，接收和分析主機(jī)的命令，并及時向主機(jī)報(bào)告LED燈的狀態(tài)。第三個部分是LED燈的控制和顯示部分，主要包括所有的LED燈具和控制它們每一個的芯片，它將接收主機(jī)的顯示控制命令，對每一個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制，對獨(dú)立的燈具進(jìn)行顯示和顏色的控制。

3.2 網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)的各種功能就是接收上位機(jī)的各種各樣的控制信息，并根據(jù)接收到的信息對該節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)的燈具進(jìn)行相應(yīng)的控制，網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)本身不會發(fā)出任何信息，它是解析和中轉(zhuǎn)信息的一個關(guān)鍵部位。

節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)首先需要考慮的就是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)量大小和更新速度，整個系統(tǒng)需要CPU處理器模塊、存儲模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊和燈具控制模塊。對于CPU核心處理器，需要控制信號傳輸、快速數(shù)據(jù)傳遞，為做到以上要求需要包含Cache。為保證LED的電流穩(wěn)定，可按照傳統(tǒng)的配電方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過對220V市電輸入的電壓形成5V的恒壓源。在存儲模塊方面，需要一個配置存儲器EPCS來專門保存FPGA的配置信息，雖然Flash也可以做到相應(yīng)的功能，但會大大增加系統(tǒng)的開銷，所以本系統(tǒng)中選用了EPCS的方法。網(wǎng)絡(luò)通信模塊主要根據(jù)信息的傳輸速度進(jìn)行設(shè)計(jì)，為保證傳輸數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤，需要選用成熟穩(wěn)定的以太網(wǎng)嵌入芯片以保證其穩(wěn)定性。而燈具的控制模塊，要想實(shí)現(xiàn)所有燈具的并行控制，就需要對所有燈具進(jìn)行與PWM模塊的直接連接，可以通過PWM的輸出變化來控制燈具的變化。

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的軟件可以和硬件實(shí)現(xiàn)的功能互為補(bǔ)充，軟件的缺點(diǎn)是在穩(wěn)定性方面不如硬件，而軟件除了需要保證穩(wěn)定性，還需要實(shí)現(xiàn)收發(fā)處理數(shù)據(jù)、減少燈光顯示誤差、實(shí)現(xiàn)自動的連接和操作等功能，同時還需要人工對各項(xiàng)功能進(jìn)行測試。

3.3 故障分析與報(bào)警

控制系統(tǒng)可以及時檢測到控制點(diǎn)的實(shí)時工作狀態(tài)，可以對于線路老化、故障和短路等樓宇LED使用中常見的現(xiàn)象進(jìn)行洞察和分析，以保障亮燈率，更方便對其進(jìn)行維修維護(hù)。同時還可以做到及時合理的開關(guān)燈，節(jié)能高效，避免更嚴(yán)重故障的發(fā)生。

控制系統(tǒng)可以采集每一個控制點(diǎn)的信息，對于其中的異常部分，系統(tǒng)將自動報(bào)警，并將報(bào)警信息及時顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上。當(dāng)故障出現(xiàn)時，系統(tǒng)可以自動記錄故障發(fā)生的時間和位置，將報(bào)警的狀態(tài)及時加以記錄。同時，報(bào)警系統(tǒng)可以準(zhǔn)確報(bào)告故障點(diǎn)的位置，方便對其進(jìn)行維修。由于可以對每一個控制點(diǎn)加以控制，因此可以通過無線通訊設(shè)備與中心控制室及時聯(lián)系，隨時確認(rèn)維修的故障點(diǎn)是否已經(jīng)恢復(fù)正常等。

4 結(jié)語

當(dāng)前，樓宇智能LED控制系統(tǒng)已經(jīng)廣泛的被大城市所采用，但技術(shù)方面還存在著亟待改進(jìn)之處。本文分析了樓宇智能LED控制系統(tǒng)的需求，并提出了一種節(jié)約成本、功耗較低、照明效率高并且兼顧穩(wěn)定性和實(shí)用性的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，解決了傳統(tǒng)景觀燈所存在的部分弊端，相信未來隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，一體化的樓宇智能LED控制時代將會到來。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐志宇，胡明忠，丁曉炯，等.基于IntB4TJ工具箱的智能家居照度控制系統(tǒng)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2014，33（4）：87-91.

[2]何佩穎，余建華，龔向東，等.樓宇照明燈聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].照明工程學(xué)報(bào)，2014，（2）：107-113.

[3]顧梁，茅靖峰，程瑩，等.分布式無線智能LED光照度調(diào)控系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)測量與控制，2015，23（1）：115-117，131.