城市照明控制系統(tǒng)隨著照明主體由單體到群樓再到城市整體的升級而不斷進(jìn)化，控制方式也從回路的開關(guān)控制、主從網(wǎng)絡(luò)控制、無線遠(yuǎn)程控制發(fā)展到現(xiàn)在智慧物聯(lián)網(wǎng)云控制，更智能更便捷的城市亮化需求帶給亮化工作者全新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，在城市亮化日趨成熟的今天，我們該如何思考，打造出不僅符合技術(shù)潮流、滿足城市管理者預(yù)期，而且能夠引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展的照明控制系統(tǒng)?

林軍

北京信達(dá)電通科技發(fā)展有限公司 總工程師

中山大學(xué)半導(dǎo)體照明技術(shù)研究中心 技術(shù)顧問

代表作品：西藏拉薩大昭寺建筑外立面照明控制工程、國家游泳中心(水立方)LED媒體立面設(shè)計(jì)、北京世貿(mào)天階LED天幕工程、上海中心外立面景觀亮化工程、重慶大劇院LED媒體立面工程、蘇州圓融時代廣場LED天幕工程。

一、城市照明控制系統(tǒng)的歷史沿革

城市照明亮化控制系統(tǒng)的發(fā)展日益精進(jìn)，縱觀城市照明控制的發(fā)展軌跡，大體可以總結(jié)為四個大的階段，回路開關(guān)控制、主從網(wǎng)絡(luò)控制、無線遠(yuǎn)程控制、智慧物聯(lián)云控制。

照明回路的開關(guān)控制屬于非智能的回路電氣控制，雖然簡單可靠，但是控制回路無法定時、多為人工開關(guān)，而且無法對燈具進(jìn)行調(diào)光、RGB變光。

圖片|回路開關(guān)控制系統(tǒng)示意圖

主從網(wǎng)絡(luò)控制突破人工控制的多種局限性，實(shí)現(xiàn)定時、準(zhǔn)確等多種優(yōu)勢功能。

圖片|主從網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)示意圖

無線遠(yuǎn)程控制突破再次升級突破地域限制。

圖片|無線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)示意圖

智慧物聯(lián)網(wǎng)云控制包含無線物聯(lián)網(wǎng)云智能照明控制系統(tǒng)、景觀亮化云智能照明控制系統(tǒng)、智慧路燈照明控制系統(tǒng)三個控制系統(tǒng)分支，并且實(shí)現(xiàn)移動智能終端的控制操作。

圖片|鼎立慧聯(lián)云控制器

圖片|鼎立慧聯(lián)物聯(lián)網(wǎng)云智能照明控制系統(tǒng)拓?fù)鋱D(精簡版)

圖片|鼎立慧聯(lián)集成云智能控制器DALI模塊、電量采集模塊的配電箱

智慧物聯(lián)網(wǎng)云控制系統(tǒng)在路燈照明控制、廣告牌照明控制、景觀照明控制、產(chǎn)業(yè)園照明控制、港口碼頭照明控制、古城亮化照明控制、夜景亮化照明控制中都有運(yùn)用。

圖片|信達(dá)科技·西藏拉薩大昭寺建筑外立面亮化

圖片|信達(dá)科技·西安高新區(qū)永陽公園亮化

圖片|信達(dá)科技·西安高新區(qū)都市之門亮化

二、城市照明控制系統(tǒng)的種類和特點(diǎn)

串行SPI控制系統(tǒng)

即DVI視頻輸出的串行SPI控制系統(tǒng)。SPI ( Serial Peripheral Interface一一串行外設(shè)接口)總線是Mototola公司推出的一種同步串行接口技術(shù)。

由于這種控制方式的芯片是專為LED顯示屏設(shè)計(jì)的，而為顯示屏設(shè)計(jì)的LED驅(qū)動芯片是多路的，如8路、16路，所以這種控制方式應(yīng)用較多的是在LED輪廓燈上。如果當(dāng)中有一個LED驅(qū)動芯片出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致整條總線通信中斷。因?yàn)榧壜?lián)方式、出線過多等各方面原因并不適合在LED點(diǎn)光源上應(yīng)用。

圖片|DVI視頻輸出的串行SPI控制系統(tǒng)示意圖

主從網(wǎng)絡(luò)控制

即基于擴(kuò)展DMX512的控制方式。DMX512通信方式是采用了異步通信格式，每個調(diào)光點(diǎn)由11位組成，其中一個是起始位，8位調(diào)光數(shù)據(jù)，兩次傳輸能512個調(diào)光點(diǎn)。DMX512控制線采用5針XLR(有時候是3針)連接設(shè)備。規(guī)范中用一條兩對導(dǎo)線(4個連接口)來實(shí)現(xiàn)屏蔽，但只需要其中一對，第二對導(dǎo)線用于未指定的可選場合中。

圖片|基于擴(kuò)展DMX512的控制系統(tǒng)示意圖

物聯(lián)網(wǎng)的云控制方式

云智能照明控制系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)云技術(shù)、無線通信技術(shù)和智能照明技術(shù)，具有簡單、實(shí)用、智能、節(jié)能、高性價比等優(yōu)點(diǎn)。以云智能照明控制器為基礎(chǔ)設(shè)備，用戶能夠快速搭建起高效的智能照明管理平臺，并借助手機(jī)、電腦、PAD等終端隨時隨地對現(xiàn)場照明進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控和管理。全能型云智能照明控制器具有良好的擴(kuò)展性，通過外接擴(kuò)展設(shè)備可實(shí)現(xiàn)開關(guān)回路擴(kuò)展、能源監(jiān)測、電流電壓采集、環(huán)境信息監(jiān)測等功能。

圖片|信達(dá)科技物聯(lián)網(wǎng)云智能照明控制臺

三、城市照明控制系統(tǒng)的技術(shù)限制

1基于DVI視頻輸出的SPI控制方式特點(diǎn)技術(shù)限制

ⅰ 信號帶寬較寬，最高可達(dá)10MHz;

ⅱ 由于信號頻率高，所以傳輸距離較短;

ⅲ 構(gòu)成圖像的刷新率高，最高幀刷新率達(dá)800Hz、灰度等級高，單色可達(dá)16bit(65536色階)， RGB三基色可顯示280萬色;

ⅳ 由于是信號串行通訊，任何一個信號鏈路出現(xiàn)故障都會導(dǎo)致后續(xù)通訊中斷，信號傳輸處于無序不受控狀態(tài)。

2基于擴(kuò)展DMX512的控制方式特點(diǎn)及技術(shù)限制

DMX512通信方式是采用了異步通信格式，每個調(diào)光點(diǎn)由11位組成，其中一個是起始位，8位調(diào)光數(shù)據(jù)，兩次傳輸控制512個調(diào)光點(diǎn)(RGB燈控制170.66，RGBW燈控制128)，目前為了拓展DMX512的潛力和應(yīng)用的需求，大部分采用非標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展DMX512，擴(kuò)展了DMX512的控制點(diǎn)達(dá)4096(RGB燈控制1365.33，RGBW控制1024)。

ⅰ 每個控制點(diǎn)為總線地址可編程，個別點(diǎn)失控不影響后續(xù)傳輸;

ⅱ 信號線采用6類網(wǎng)線時傳輸長度可達(dá)100米(實(shí)際應(yīng)用控制在 70米之內(nèi));

ⅲ 灰度等級僅8bit(單色256級色階，三基色可顯示16兆色);

ⅳ 受DMX512協(xié)議限制，信號帶寬不高(250KHz),所以刷新率不高，僅能滿足視頻圖像的基本要求。

3基于物聯(lián)網(wǎng)的云控制方式技術(shù)限制

ⅰ 由于采用了云控制技術(shù)操作，管理更加方便，實(shí)現(xiàn)了不受地域限制的遠(yuǎn)程操控，包括手機(jī)、PAD等移動操控;

ⅱ 可以在云服務(wù)器端對燈具進(jìn)行運(yùn)營數(shù)據(jù)管理及資產(chǎn)管理;

ⅲ 雙向通訊，可以采集景觀照明燈具的各項(xiàng)參數(shù)及環(huán)境參數(shù)(電流、電壓、功耗、亮度、溫度等);

ⅳ 由于受嵌入式控制器(ARM)性能及通訊條件的限制，目前較多的物聯(lián)網(wǎng)云控制器大部分都作為回路及單燈的開關(guān)控制，我們已經(jīng)通過RS485總線接通了DALI調(diào)光模塊，可對單燈進(jìn)行調(diào)光控制。

四、城市照明控制系統(tǒng)的發(fā)展及創(chuàng)新

1無線控制與有線控制的結(jié)合

ⅰ 以光纖為主的有線網(wǎng)絡(luò)是最為穩(wěn)定可靠的，是項(xiàng)目規(guī)劃的首選;

ⅱ 無線可以作為有線網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)充;

ⅲ 在無線網(wǎng)絡(luò)連接信號穩(wěn)定可靠的條件下可以考慮全無線網(wǎng)絡(luò);

ⅳ 終端的控制器一定要有定時模式、場景模式、節(jié)目單模式，以便信號離線或者不受控的情況下進(jìn)入上述模式，不至于影響燈具的控制。

2從燈具應(yīng)用分類來看控制系統(tǒng)

亮化設(shè)計(jì)中燈光表現(xiàn)形式不同，所選用燈具不同，進(jìn)而適合的控制系統(tǒng)也不同。

若使用以視頻圖像為主的LED點(diǎn)光源、燈條及格柵屏，一般情況下適合DMX512聯(lián)機(jī)控制系統(tǒng)，對視頻、圖像要求高的適合DVI輸出的SPI控制系統(tǒng)，也可無線接入云服務(wù)器。

若使用以表現(xiàn)建筑輪廓且有動態(tài)變化的多段控制的洗墻燈、線條燈，小型項(xiàng)目適合脫機(jī)(SD)DMX512控制系統(tǒng)，大型項(xiàng)目適合聯(lián)機(jī)DMX512聯(lián)機(jī)主從控制系統(tǒng)，也可無線接入云服務(wù)器。

若只使用單色、RGB、RGBW洗墻燈，適合DMX512控制系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)云控制系統(tǒng)。

那么如何才能將多種控制系統(tǒng)融合在一起?可以通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)將不同的控制系統(tǒng)連接在一起，也可以通過RS485總線將控制系統(tǒng)連接在一起，還通過云服務(wù)器將控制系統(tǒng)連接在一起。其中，通過云服務(wù)器將各類控制系統(tǒng)用軟件的方法整合是目前較可行的控制系統(tǒng)綜合方案。

3控制系統(tǒng)綜合的考慮

1)控制系統(tǒng)電磁特性

實(shí)現(xiàn)控制器電磁兼容性：控制系統(tǒng)電磁兼容性需要通過CE認(rèn)證，包括EMC/EMI檢測。

實(shí)現(xiàn)輸出端子電磁隔離：輸出端子與燈具信號間做到完整的磁耦隔離，防止燈具上的噪聲信號反向串?dāng)_，防止某個端口燈具受雷電或物理損壞導(dǎo)致的故障傳導(dǎo)到其他端口。

控制器供電與電網(wǎng)隔離：隔離電網(wǎng)由于雷電或其他原因(如焊接鋼架)導(dǎo)致的波動，電源模塊要具備防浪涌設(shè)計(jì)。

2)控制系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的可靠性，在設(shè)計(jì)中需要滿足以下五個條件：

防宕機(jī)電路：防宕機(jī)電路通過監(jiān)控心跳信號，在出現(xiàn)供電異常、超低溫/高溫異常、通訊線路異常等錯誤時自動觸發(fā)恢復(fù)機(jī)制。

核心部件溫度監(jiān)控：實(shí)時監(jiān)控核心器件工作溫度，對可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行提前預(yù)警。

極端溫度環(huán)境：支持-40℃~80℃的大范圍溫度環(huán)境。

控制器防雷擊保護(hù)：耐受共模6KV瞬時高壓。

電信號保護(hù)及自動恢復(fù)：數(shù)據(jù)線超過6V自動啟動過壓保護(hù)，數(shù)據(jù)線超過100mA自動啟動過流保護(hù)。

城市夜景建設(shè)的發(fā)展一方面體現(xiàn)在亮化設(shè)計(jì)的不斷創(chuàng)新，另一方面體現(xiàn)在亮化控制系統(tǒng)的不斷革新。在城市美化運(yùn)動的大潮下，燈光設(shè)計(jì)者和系統(tǒng)工程師們需要不斷總結(jié)進(jìn)步，研發(fā)出更加穩(wěn)定、便捷、高效的控制系統(tǒng)。

信達(dá)科技擁有15年的城市照明設(shè)計(jì)及實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，核心團(tuán)隊(duì)人員從事過國家體育場(鳥巢)、奧體中心、國家游泳中心、國家會議中心、上海世博會荷蘭館及盧森堡館、上海中心、重慶園博園等眾多大事件照明項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與施工。歡迎來電咨詢。