宋艷麗

基于C-Bus智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

宋艷麗

（黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子信息學(xué)院，湖北 黃岡 438002）

為改善各種場(chǎng)合中傳統(tǒng)的照明燈光系統(tǒng)，應(yīng)用智能控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)的智能控制。基于C-Bus智能照明系統(tǒng)總體框架包括了主控中心、通訊裝置、照明控制器、可編程開(kāi)關(guān)、照度傳感器等基本部分組成，實(shí)現(xiàn)控制面板對(duì)報(bào)告廳等場(chǎng)合燈光的遠(yuǎn)程操控，并能根據(jù)光照強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)燈光的自行調(diào)控，集無(wú)線控制、用戶終端遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能為一體。基于C-Bus智能照明系統(tǒng)操作便捷，方便擴(kuò)展和原有照明系統(tǒng)的升級(jí)。

智能照明系統(tǒng)；控制平臺(tái)；智能控制

隨著5G時(shí)代的到來(lái)，科技水平發(fā)展迅猛，人們對(duì)生活質(zhì)量要求不斷提升，照明系統(tǒng)在生活中的各種場(chǎng)合不可替代，而且人們對(duì)綠色、節(jié)能、智能照明系統(tǒng)需求日益強(qiáng)烈。智能控制技術(shù)在照明燈光系統(tǒng)中的應(yīng)用也迫在眉睫。當(dāng)前公共場(chǎng)合的照明燈光系統(tǒng)普遍是通過(guò)時(shí)間段的設(shè)置實(shí)現(xiàn)白天關(guān)晚上開(kāi)，缺點(diǎn)是無(wú)法根據(jù)不同的場(chǎng)景需求、不同的光照強(qiáng)度、不同的工作模式科學(xué)合理的控制燈具，存在常明燈，照明質(zhì)量低。一些學(xué)者已在智能照明系統(tǒng)展開(kāi)了一系列研究，本文是將澳大利亞奇勝電器公司的C-Bus技術(shù)應(yīng)用于照明燈光控制系統(tǒng)的改進(jìn)。

1 C-Bus技術(shù)

c-bus即智能照明系統(tǒng)總線，是一種以非屏蔽雙絞線作為總線載體。智能照明燈光系統(tǒng)中應(yīng)用的C-Bus技術(shù)，主要特點(diǎn)是分布式，總線型，可編程，數(shù)據(jù)通信遵從IEEE802.3（CSMA/CD）協(xié)議，技術(shù)發(fā)展日益成熟，在澳大利亞、中國(guó)等國(guó)家和地區(qū)廣泛應(yīng)用。C-Bus智能照明系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

（1）模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單，安裝方便。C-Bus系統(tǒng)元件均為模塊結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)采用了二線制控制，各個(gè)單元可以跳過(guò)主控制器而實(shí)現(xiàn)直接通信，這樣的“分布式”特點(diǎn)可以極大程度上提高系統(tǒng)的集成度，可靠性更高。而且采用可編程技術(shù)使得照明系統(tǒng)在工作狀態(tài)時(shí)的輸入對(duì)應(yīng)與輸出單元的控制關(guān)系并不依賴計(jì)算機(jī)。在系統(tǒng)安裝過(guò)程中，相比傳統(tǒng)照明方式，可編程技術(shù)大大節(jié)省了布線成本、布線時(shí)間以及人力。

（2）方便擴(kuò)展。為適應(yīng)用戶各種不同的需求，以及不同場(chǎng)景環(huán)境的變化，可以通過(guò)軟件編程、稍作線路調(diào)整等方式，即可完成照明系統(tǒng)功能的調(diào)整，擴(kuò)展功能較強(qiáng)。

（3）停電不會(huì)丟失數(shù)據(jù)。C-Bus技術(shù)的一個(gè)重要特點(diǎn)是輸入、輸出單元單獨(dú)存儲(chǔ)指令及數(shù)據(jù)，即使停電，數(shù)據(jù)仍然保存在存儲(chǔ)器中，再次供電時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)停電前的狀態(tài)數(shù)據(jù)。

（4）節(jié)能，降低損耗。采用C-Bus技術(shù)科學(xué)合理控制燈具的使用，不僅實(shí)現(xiàn)照明燈具的智能控制，也改善了長(zhǎng)明燈耗能的問(wèn)題，最大程度地利用好自然光源降低燈具的亮度也能比傳統(tǒng)照明方式節(jié)省電能20%-30%。燈具采用了軟起動(dòng)及軟關(guān)斷方式，起到保護(hù)燈絲的作用，大大延長(zhǎng)了燈具的使用壽命。

五是系統(tǒng)用電安全可靠。供給C-Bus系統(tǒng)的工作電壓為15VDC～36VDC，用戶使用過(guò)程中相對(duì)安全可靠，可以大大降低用電引起的人身傷害。

2 C-Bus智能照明系統(tǒng)控制思路

為節(jié)能而減少樓道常明燈，C-Bus智能照明系統(tǒng)采用智能控制模式，結(jié)合軟、硬件操作系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化智能照明管理，并集中監(jiān)控，系統(tǒng)可以通過(guò)光敏傳感器自動(dòng)采光、調(diào)光科學(xué)控制燈具實(shí)現(xiàn)節(jié)能，用戶也可以手動(dòng)控制燈具進(jìn)行光線調(diào)節(jié)，方便了控制和管理。本系統(tǒng)考慮到運(yùn)作的經(jīng)濟(jì)成本等因素，采用了紅外線傳感器、亮度傳感器、定時(shí)開(kāi)關(guān)以及可調(diào)光技術(shù)，最大限度地節(jié)約能源，既實(shí)現(xiàn)了智能化的運(yùn)行模式，也可以降低運(yùn)行管理費(fèi)用。C-Bus智能照明控制系統(tǒng)如下圖1所示，主要由主控中心、通訊裝置、照明傳感器、照度控制器、可編程開(kāi)關(guān)等部分構(gòu)成。

圖1 智能照明控制系統(tǒng)組成

C-Bus智能照明系統(tǒng)由各個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制各樓道照明燈，主控中心是一臺(tái)計(jì)算機(jī)PC，控制命令通過(guò)計(jì)算機(jī)主控中心直接編程，并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、故障警告等功能。為方便各個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)間相互關(guān)聯(lián)，主控中心可以受局域網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)所控制，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立監(jiān)控功能。主控中心與各個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的通訊紐帶是通訊裝置，主要解決各個(gè)系統(tǒng)接口間的通信方式不統(tǒng)一的問(wèn)題，主要是RS232與RS485信號(hào)相互轉(zhuǎn)換。

系統(tǒng)中的傳感器部分主要采用光電耦合器以實(shí)現(xiàn)根據(jù)亮度自動(dòng)調(diào)整照明燈的亮度及亮滅功能。系統(tǒng)通過(guò)光電耦合器感應(yīng)當(dāng)前環(huán)境的光照強(qiáng)度，編程設(shè)計(jì)以調(diào)節(jié)該區(qū)域的照明燈具。

照度控制器主要包括三個(gè)部分：故障診斷、報(bào)警優(yōu)化設(shè)置的控制器；專用的照明系統(tǒng)自鎖繼電器；驅(qū)動(dòng)電路，是本設(shè)計(jì)中智能照明控制系統(tǒng)的核心部分。智能照明控制系統(tǒng)可包括多個(gè)照明控制器，每個(gè)照明控制器可由主控中心統(tǒng)一控制，也可獨(dú)立工作。

本系統(tǒng)采用可編程開(kāi)關(guān)，此開(kāi)關(guān)的突出特點(diǎn)是弱電、智能、安全便捷，由計(jì)算機(jī)編程設(shè)定可編程開(kāi)關(guān)每個(gè)按鍵的控制回路，操作過(guò)程中可避免漏電、打火和拉弧的危險(xiǎn)。

3 C-Bus智能燈控制實(shí)際應(yīng)用案例

現(xiàn)有一間容納400座的階梯報(bào)告廳，需要在其配電箱安裝照明控制器以實(shí)現(xiàn)照明智能調(diào)控。報(bào)告廳燈具布置可以根據(jù)功能分主席臺(tái)、聽(tīng)眾席兩大板塊，聽(tīng)眾席占據(jù)報(bào)告廳空間的比例較大，可以細(xì)化分多個(gè)區(qū)，例如分別控制主席臺(tái)五個(gè)區(qū)的燈光、聽(tīng)眾席的1區(qū)至9區(qū)燈的開(kāi)或關(guān)，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)報(bào)告廳1/3（1、4、7區(qū)）、2/3（1、4、7、2、5、8區(qū)）、3/3（1-9區(qū)）的燈光照度調(diào)節(jié)功能，報(bào)告廳內(nèi)的燈具分布圖如圖2所示。

圖2 報(bào)告廳室內(nèi)燈具分布圖

報(bào)告廳左右兩邊窗戶附近安裝光敏傳感器，采集室外自然光的強(qiáng)度，并傳輸信號(hào)至主控中心，以便控制調(diào)節(jié)報(bào)告廳內(nèi)1-9區(qū)的燈光亮度，隨時(shí)調(diào)節(jié)光線至主控中心設(shè)置的適合各種會(huì)議場(chǎng)合的燈光強(qiáng)度。同時(shí)設(shè)計(jì)者也可以通過(guò)主控中心預(yù)先編程設(shè)置多種會(huì)議場(chǎng)景燈光模式，在報(bào)告廳的各個(gè)入口處及主席臺(tái)入口處均合理安裝適量的可編程的用戶控制開(kāi)關(guān)，確保用戶方便在出入口控制報(bào)告廳里的各個(gè)區(qū)域燈具的亮滅、亮度及會(huì)議場(chǎng)景燈光模式。

本實(shí)例中的報(bào)告廳燈光智能控制系統(tǒng)就是采用了C-Bus控制技術(shù)，如下圖3所示，報(bào)告廳內(nèi)照明系統(tǒng)通過(guò)輸入控制輸出，另外還有系統(tǒng)控制部分輔助、協(xié)調(diào)輸入與輸出之間的通信。報(bào)告廳內(nèi)照明系統(tǒng)實(shí)際上是若干個(gè)二線制單元連接而成的網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)單元都有自己獨(dú)立的微處理器，分配獨(dú)立的唯一地址，互不干涉，通過(guò)可編程系統(tǒng)，用戶可以自行定義每個(gè)單元的獨(dú)立功能。當(dāng)用戶或照明傳感器有輸入時(shí)，輸入單元將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為二線制可傳輸信號(hào)進(jìn)行傳輸，并與建立一一對(duì)應(yīng)關(guān)系的輸出單元實(shí)現(xiàn)信號(hào)對(duì)接，從而將輸入單元的控制信號(hào)傳輸?shù)礁鱾€(gè)燈具負(fù)載回路，控制相應(yīng)的輸出回路。

圖3 C-Bus智能燈光管理系統(tǒng)硬件組成

本案例中的系統(tǒng)控制單元輔助提供報(bào)告廳燈光智能控制系統(tǒng)所需要的15VDC～36VDC工作電壓，并提供PC計(jì)算機(jī)與各個(gè)輸入、輸出單元間信號(hào)傳輸接口，建立實(shí)時(shí)跟蹤系統(tǒng)，從顯示屏上實(shí)時(shí)監(jiān)控各區(qū)燈具的工作狀態(tài)。

本案例中的輸入單元包括手動(dòng)輸入單元和自動(dòng)輸入單元兩部分。手動(dòng)輸入單元由輸入模塊、場(chǎng)景控制器、紅外遙控組成；自動(dòng)輸入單元由紅外探測(cè)器、定時(shí)模塊、照明傳感器、輔助輸入模塊組成。輸入模塊是人機(jī)交互的重要樞紐，目前多采用按鍵開(kāi)關(guān)（如圖4所示）或觸摸屏，可讓用戶自行分別設(shè)置單區(qū)域燈的開(kāi)/關(guān)、定時(shí)、調(diào)光、漸亮、漸滅、場(chǎng)景選擇、童鎖等功能；本案例加入了紅外探測(cè)器，主要是發(fā)射和接收紅外線以探測(cè)是否有人體活動(dòng)，能在報(bào) 告廳的主席臺(tái)左右兩側(cè)的過(guò)道處實(shí)現(xiàn)“人來(lái)燈亮，人走燈滅”功能，減少報(bào)告廳過(guò)道等不經(jīng)?；顒?dòng)區(qū)的長(zhǎng)明燈；定時(shí)模塊主要實(shí)現(xiàn)燈具工作時(shí)長(zhǎng)的定時(shí)功能；而照明系統(tǒng)的自動(dòng)控制功能則需要輔助輸入模塊采集外界環(huán)境的信號(hào)加以判斷、響應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖4 用戶開(kāi)關(guān)輸入模塊

輸出單元主要包括回路繼電器、回路調(diào)光器（如圖5所示）、模擬輸出模塊等部分組成，用于接收C-Bus總線的信號(hào)，控制相應(yīng)燈具負(fù)載回路。

圖5 回路繼電器、回路調(diào)光器

本系統(tǒng)闡述了智能照明控制系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)和智能照明控制設(shè)計(jì)思路與要求，介紹了以報(bào)告廳室內(nèi)燈光控制為例的C-Bus智能照明系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)用案例，為推廣和應(yīng)用智能照明系統(tǒng)提供了參考和借鑒。

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2020-09-01

宋艷麗，女，湖北當(dāng)陽(yáng)人，碩士，副教授。研究方向：智能控制。

TM923.02

A

1672-1047（2020）05-0124-03

10.3969/j.issn.1672-1047.2020.05.31

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