城市照明控制系統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化，控制方式也從回路的開關控制、主從網絡控制、無線遠程控制發展到現在智慧物聯網云控制，更智能更便捷的城市亮化需求帶給亮化工作者全新的機遇和挑戰，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潮流、滿足城市管理者預期，而且能夠引領行業發展的照明控制系統?

林軍

北京信達電通科技發展有限公司 總工程師

中山大學半導體照明技術研究中心 技術顧問

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媒體立面設計、北京世貿天階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、城市照明控制系統的歷史沿革

城市照明亮化控制系統的發展日益精進，縱觀城市照明控制的發展軌跡，大體可以總結為四個大的階段，回路開關控制、主從網絡控制、無線遠程控制、智慧物聯云控制。

照明回路的開關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，而且無法對燈具進行調光、RGB變光。

圖片|回路開關控制系統示意圖

主從網絡控制突破人工控制的多種局限性，實現定時、準確等多種優勢功能。

圖片|主從網絡控制系統示意圖

無線遠程控制突破再次升級突破地域限制。

圖片|無線遠程控制系統示意圖

智慧物聯網云控制包含無線物聯網云智能照明控制系統、景觀亮化云智能照明控制系統、智慧路燈照明控制系統三個控制系統分支，并且實現移動智能終端的控制操作。

圖片|鼎立慧聯云控制器

圖片|鼎立慧聯物聯網云智能照明控制系統拓撲圖(精簡版)

圖片|鼎立慧聯集成云智能控制器DALI模塊、電量采集模塊的配電箱

智慧物聯網云控制系統在路燈照明控制、廣告牌照明控制、景觀照明控制、產業園照明控制、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用。

圖片|信達科技·西藏拉薩大昭寺建筑外立面亮化

圖片|信達科技·西安高新區永陽公園亮化

圖片|信達科技·西安高新區都市之門亮化

二、城市照明控制系統的種類和特點

串行SPI控制系統

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

由于這種控制方式的芯片是專為LED顯示屏設計的，而為顯示屏設計的LED驅動芯片是多路的，如8路、16路，所以這種控制方式應用較多的是在LED輪廓燈上。如果當中有一個LED驅動芯片出現故障，將導致整條總線通信中斷。因為級聯方式、出線過多等各方面原因并不適合在LED點光源上應用。

圖片|DVI視頻輸出的串行SPI控制系統示意圖

主從網絡控制

即基于擴展DMX512的控制方式。DMX512通信方式是采用了異步通信格式，每個調光點由11位組成，其中一個是起始位，8位調光數據，兩次傳輸能512個調光點。DMX512控制線采用5針XLR(有時候是3針)連接設備。規范中用一條兩對導線(4個連接口)來實現屏蔽，但只需要其中一對，第二對導線用于未指定的可選場合中。

圖片|基于擴展DMX512的控制系統示意圖

物聯網的云控制方式

云智能照明控制系統采用物聯網云技術、無線通信技術和智能照明技術，具有簡單、實用、智能、節能、高性價比等優點。以云智能照明控制器為基礎設備，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、電腦、PAD等終端隨時隨地對現場照明進行遠程實時監控和管理。全能型云智能照明控制器具有良好的擴展性，通過外接擴展設備可實現開關回路擴展、能源監測、電流電壓采集、環境信息監測等功能。

圖片|信達科技物聯網云智能照明控制臺

三、城市照明控制系統的技術限制

1基于DVI視頻輸出的SPI控制方式特點技術限制

ⅰ 信號帶寬較寬，最高可達10MHz;

ⅱ 由于信號頻率高，所以傳輸距離較短;

ⅲ 構成圖像的刷新率高，最高幀刷新率達800Hz、灰度等級高，單色可達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故障都會導致后續通訊中斷，信號傳輸處于無序不受控狀態。

2基于擴展DMX512的控制方式特點及技術限制

DMX512通信方式是采用了異步通信格式，每個調光點由11位組成，其中一個是起始位，8位調光數據，兩次傳輸控制512個調光點(RGB燈控制170.66，RGBW燈控制128)，目前為了拓展DMX512的潛力和應用的需求，大部分采用非標準的擴展DMX512，擴展了DMX512的控制點達4096(RGB燈控制1365.33，RGBW控制1024)。

ⅰ 每個控制點為總線地址可編程，個別點失控不影響后續傳輸;

ⅱ 信號線采用6類網線時傳輸長度可達100米(實際應用控制在 70米之內);

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基于物聯網的云控制方式技術限制

ⅰ 由于采用了云控制技術操作，管理更加方便，實現了不受地域限制的遠程操控，包括手機、PAD等移動操控;

ⅱ 可以在云服務器端對燈具進行運營數據管理及資產管理;

ⅲ 雙向通訊，可以采集景觀照明燈具的各項參數及環境參數(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，目前較多的物聯網云控制器大部分都作為回路及單燈的開關控制，我們已經通過RS485總線接通了DALI調光模塊，可對單燈進行調光控制。

四、城市照明控制系統的發展及創新

1無線控制與有線控制的結合

ⅰ 以光纖為主的有線網絡是最為穩定可靠的，是項目規劃的首選;

ⅱ 無線可以作為有線網絡補充;

ⅲ 在無線網絡連接信號穩定可靠的條件下可以考慮全無線網絡;

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

2從燈具應用分類來看控制系統

亮化設計中燈光表現形式不同，所選用燈具不同，進而適合的控制系統也不同。

若使用以視頻圖像為主的LED點光源、燈條及格柵屏，一般情況下適合DMX512聯機控制系統，對視頻、圖像要求高的適合DVI輸出的SPI控制系統，也可無線接入云服務器。

若使用以表現建筑輪廓且有動態變化的多段控制的洗墻燈、線條燈，小型項目適合脫機(SD)DMX512控制系統，大型項目適合聯機DMX512聯機主從控制系統，也可無線接入云服務器。

若只使用單色、RGB、RGBW洗墻燈，適合DMX512控制系統、物聯網云控制系統。

那么如何才能將多種控制系統融合在一起?可以通過網絡交換機將不同的控制系統連接在一起，也可以通過RS485總線將控制系統連接在一起，還通過云服務器將控制系統連接在一起。其中，通過云服務器將各類控制系統用軟件的方法整合是目前較可行的控制系統綜合方案。

3控制系統綜合的考慮

1)控制系統電磁特性

實現控制器電磁兼容性：控制系統電磁兼容性需要通過CE認證，包括EMC/EMI檢測。

實現輸出端子電磁隔離：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擾，防止某個端口燈具受雷電或物理損壞導致的故障傳導到其他端口。

控制器供電與電網隔離：隔離電網由于雷電或其他原因(如焊接鋼架)導致的波動，電源模塊要具備防浪涌設計。

2)控制系統可靠性設計

為實現控制系統的可靠性，在設計中需要滿足以下五個條件：

防宕機電路：防宕機電路通過監控心跳信號，在出現供電異常、超低溫/高溫異常、通訊線路異常等錯誤時自動觸發恢復機制。

核心部件溫度監控：實時監控核心器件工作溫度，對可能出現的故障進行提前預警。

極端溫度環境：支持-40℃~80℃的大范圍溫度環境。

控制器防雷擊保護：耐受共模6KV瞬時高壓。

電信號保護及自動恢復：數據線超過6V自動啟動過壓保護，數據線超過100mA自動啟動過流保護。

城市夜景建設的發展一方面體現在亮化設計的不斷創新，另一方面體現在亮化控制系統的不斷革新。在城市美化運動的大潮下，燈光設計者和系統工程師們需要不斷總結進步，研發出更加穩定、便捷、高效的控制系統。

信達科技擁有15年的城市照明設計及實施經驗，核心團隊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目的設計與施工。歡迎來電咨詢。