楼宇自控系统与智能化照明控制系统的设计研究

　　摘要：本文介绍了智能照明控制系统与楼宇自控系统的含义, 基于Zigbee技术阐述了楼宇智能照明系统的设计和实现, 并对如何实现楼宇自控系统与智能化照明控制系统的有效集成进行了详细的阐述。

　　关键词：楼宇自控系统; 智能照明控制技术; Zigbee技术;

　　0 引言

　　现代社会的各个方面的智能化程度都在不断提高, 建筑行业对智能化的运用也越来越普遍, 许多现代化楼宇都采用了智能控制系统。楼宇自控系统的智能照明控制技术可以为楼宇创造科学的照明环境, 同时达到节能效果, 既有利于楼宇照明管理, 又落实了环保理念。以下, 笔者对楼宇自控系统和智能照明控制系统都进行了分析。

　　1 智能照明控制系统的含义

　　智能照明控制系统是一种利用电磁调压、电子感应技术实现对供电实时监控跟踪, 并控制电力电压、电流幅度, 从而优化照明效率、质量的现代化系统, 其平台为相应的统一系统。目前, 智能照明控制系统可分为两类, 一类是线照明控制系统, 而另外一类是智能照明控制系统。与传统照明控制系统进行对比可以发现, 智能照明控制系统具有多方面的优势。首先, 智能照明控制系统能对照明进行自动化控制、管理, 这样不仅可以优化人们的日常工作和生活条件, 而且还能够为人们提供舒适的照明氛围。其次, 智能照明控制系统实现了对电力资源的优化配置, 具有节能环保的优点。最后, 智能照明控制系统对灯具有保护作用, 能有效延长灯具使用寿命。

　　2 楼宇自控系统的概述

　　通常情况下, 楼宇自控系统属于一套综合性的系统, 其主要包括中央计算机、控制子系统等部分, 并借助计算机技术、传感技术、现代通信技术等来完成对楼宇的全自动综合管理。管理内容包括采暖、通风、电梯、监控、配变电与自备电源监控等各个方面。楼宇自控系统一般是借助网络化方式来对前端设备数据信息进行采集、分析和管理。楼宇自控系统所发挥的功能如下: (1) 有利于系统管理、操作、控制、调度策略的制定; (2) 有利于控制参数、数据存取; (3) 有利于对各种数据信息进行打印; (4) 有利于分析系统运行历史记录及趋势。

　　3 楼宇智能照明系统的设计

　　3.1 Zigbee系统设计

　　Zigbee技术是一种近距离双向无线通讯技术, 具有复杂程度低、功耗低、速率低、成本低的特点, 适用于短距离的低功耗、低速率电子设备间进行数据的收集、整理和传输, 间歇性数据, 并在典型周期性数据、低反应时间数据等传输过程中得到了广泛的应用。该技术在楼宇照明控制系统中具有很强的实用性。楼宇智能照明系统中Zigbee系统的搭建分为四个部分。第一部分是网络协调器, 其能够对网络通信进行维护, 以确保其正常运行。实际上, 核心处理器与网络协调器可以进行双向通信, 能够完成对数据信息的有效接收与发送, 以确保信息达到目的节点, 更好地提高信息的传输效率。第二部分是路由器, 适用于通信距离较远、线路条件较差的情况, 其功能是增强信号强度。第三部分是终端。终端是一种省电设备, 可以节电, 工作依据是传感器或红外感应。终端可将感应到的数据信息传送给下一级, 也与子网中心进行双向通信。第四部分是子网中心。其一般安装于灯具上, 能够对感应消息进行处理后将它传递出去。

　　3.2 Zigbee组网设计

　　Zigbee组网设计需要考虑网络地址分配和网络拓扑结构。Zigbee自组网能力十分强大, 其每个网络具有65000个节点。Zigbee大规模的组网能力来源于其底层所选择的直扩技术, 借助非信标模式能够有效提高网络扩展的效果。Zigbee组网设计建立在IEEE标准协议之上, 所以, 需要维护、分配、管理物理地址。在分配地址时, 为了避免出现网络冲突, 应确保地址的唯一性。

　　3.3 Zigbee网络通信

　　在对该通信系统进行软件编写的过程中, 需要对应答帧、控制帧、报警帧的设计给予重视。其中报警帧属于照明控制系统直观、正常反应的直接重要保证, 可以将照明系统的异常情况消息传递给相关节点。应答帧的功能是将当前照明系统的工作状态反映给需要的单位, 可查询, 可反馈。控制帧中有控制参数、控制属性、源地址、目标地址。

　　4 楼宇智能照明系统的实现

　　4.1 Zigbee无线网络的实现

　　通常情况下, Zigbee节点中一般涉及到原理图设计、PCB绘制等多方面内容, 具有体积小、成本低等要求, 而主要芯片电路复杂程度又很高, 双层板设计很适用。设计核心电路时, 需完成设计原理图、选择芯片、设计PCB等工作。在进行DA电路设计过程中, 要按照要求进行设计原理图、DA芯片和射频部分等工作。楼宇智能照明系统采用的开发技术是单片机。Zigbee节点的主要职责是接收串口数据, 并对其进行处理。

　　4.2 控制终端的实现

　　楼宇智能照明系统主要包括计算机、平板电脑、智能手机等控制终端。基于Zigbee技术的楼宇智能照明系统应用了数据库技术和图形用户界面开发技术, 并重视用户对终端控制设备运行过程中所提出的要求。为了避免出现设备管理不统一导致混乱, 同时也为了增强针对性, 设计了多种软件语言。要实现楼宇智能照明系统, 首先需要根据相应语言环境来进行控制终端的搭建, 并根据具体情况来对安装包和工具包进行选择。其次, 需按照提示安装, 并创建窗口, 添加构件。要想确保控制终端可以同时对多个任务进行控制, 就需要按照要求设计多进程程序窗口。

　　5 楼宇自控系统与智能化照明控制系统的集成

　　5.1 集成方式

　　一开始时, 楼宇自动系统的照明控制管理方式是接触器, 这种模式的实景控制不太灵活, 且表现不好, 为此逐渐被淘汰。目前, 楼宇自控系统与智能照明控制系统的集成方式主要有两种, 分别是协议转换接口和OPC方式。

　　其中, OPC方式具有操作简单的特点, 能够有效开展系统基层集成工作, 但在实际操作过程中仍具有一定的难度, 容易出现数据遗漏的问题, 且很难确定具体遗漏的数据是哪些。楼宇自控系统与智能照明控制系统的集成会出现两种情况: (1) 楼宇自控系统可以完成对智能照明控制系统数据的有效接收, 但不能对其发出指令, 这种情况下上位机显示为正常运转, 可以安心使用; (2) 楼宇自控系统受到智能照明控制系统的指令, 然后才运作, 这种情况将会引发数据信息的遗漏, 因此在楼宇自控系统中不适用。

　　协议转换接口的集成工作一般能够实现楼宇自控系统、智能照明控制系统、消防安保系统的有效联动, 并按照具体情况合理控制管理区域。协议转换接口的集成方式的优点是比较可靠, 且性价比高。

　　OPC方式和协议转换接口这两种集成方式适用于不同复杂程度的建筑, 对于回路较少、控制简单的公共建筑, 一般建议选择OPC方式;反之, 对于回路较多、控制复杂的建筑物, 一般建议选择协议转换接口的集成方式。

　　5.2 集成方式的选择

　　实际上, 用户一般可以借助电脑软件编程来完成对各回路的调光控制、定时开关控制和场景设置, 并通过在现场安装控制面板, 来完成对楼宇照明的有效控制。同时, 用户还可以结合实际情况修改照明控制方案, 以便使楼宇智能照明控制更加灵活, 更加便利。

　　楼宇照明的基本控制方式主要有四种, 分别是单个控制、群组控制、模式控制和调光控制。其中, 单个控制指的是用一个开关控制单独回路。对于群组回路一般需要借助一个开关来对一组复数回路进行控制, 也就是群组控制。模式控制可以在满足实际要求的同时, 结合用途、时间等信息来对场所照明进行控制。调光控制属于比较常见的亮度调节控制方式, 其实现方式是与照度感应器联动, 或者是调光开关。这四种控制方式具有各自的缺点和优点, 适用于不同的情况, 在选择集成方式时应以实际情况为依据。施工后重新设定集成方式不会影响楼宇自控系统和智能照明控制系统的使用, 也不会对周围环境造成不良影响。区域划分是一项重要工作, 控制效果和控制成本都会受区域划分的影响。为此, 实施中应确保区域划分的合理性, 尽可能地避免出现划分过大不利于控制或划分过小增加控制成本的现象。DDC控制具有简便灵活的特点, 能将不同类型的扩展模块挂接。

　　楼宇自控系统与智能照明控制系统的集成方式是多种多样的, 这些方式各具特色, 在不同的情况下发挥的作用并不相同。为了充分发挥集成方式的优势, 规避其劣势, 应以实际情况为依据进行集成方式的选择, 从而确保集成效果。选择集成方式时, 应考虑以下内容:首先需要考虑的就是系统的集成程度, 选择的集成方式能实现的系统集成程度应满足相关的要求。其次, 选择集成方式时还应考虑系统布局, 尽量提高其简易性, 确保系统实际操作不会对布线工作产生不良影响。此外, 系统的兼容性也是选择集成方式时应考虑的因素。

　　6 结论

　　综上所述, 将智能照明控制系统引入到楼宇控制系统中, 可以更好地满足时代发展需求。实际上, 智能照明控制系统与楼宇自控系统的集成工程复杂程度较高, 需要考虑的因素较多, 为了保证集成方案的合理有效, 应以实际条件为选择依据。

　　参考文献
　　[1] 刘佳琪, 高军军.智能照明控制技术在楼宇自控系统的运用[J].华夏地理, 2016 (3) :95.
　　[2]姚小华.楼宇自动化的主要系统及技术[J].住宅与房地产, 2017 (18) :49-50.