智能家居照明控制系统的研究与设计

张玮　李凯雯

摘 要：该研究针对智能家居照明需求，设计一套智能照明控制系统。智能照明控制系统可以实现智能化、自动化、照明设备联网联动，还可以达到可观的节能效果，延长灯具的寿命，同时实现照明远程管理，提高照明系统的管理水平。

关键词：智能家居 照明控制 研究 设计

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）006-127-03

1 引言

随着信息技术的高速的发展，我国智能楼宇和数字城市的建设进程日益加快，家居环境的日益智能化也为人类提供了更加安全、更加便利、更加舒适和更加环保的生活方式。智能照明技术除了大力推广使用新型节能光源及高性能照明灯具等措施外，应用信息化技术改造传统照明系统的粗放式能源使用方式，可以精细利用能源，实现场景预设、亮度调节，软启动、自动控制等复杂的照明控制功能。

相对于传统的手动或者声控控制方式，智能照明系统可以实现照明控制智能化。采用智能照明控制系统，可以使照明系统工作在全自动状态，系统将按预先设定的预案进行工作；可以改善工作环境，缓解眼睛疲劳，提高工作效率；可以达到可观的节能效果，能对大多数灯具进行智能调光，减少不必要的浪费；可以提高管理水平，实现能源管理自动化，通过分布式网络，只需一台计算机就可实现对整幢大楼的管理，减少维护费用。

2 系统设计

本系统设计的目标是一现代化家居环境（包括客厅、卧室、书房、餐厅、厨房、卫浴室以及阳台等区域）的照明控制系统。住宅的照明设计在满足照度标准和照度质量的基础上，注重照明节能和智能化控制。

2.1 系统功能

照明控制系统重点突出控制灵活、使用方便、功能强大的特点。本系统具有以下功能：

（1）集中控制和多点控制功能：在任何一个地方的终端均可控制不同地方的灯；或者是在不同地方的终端可以控制同一盏灯。

（2）联动功能：当住宅内发生某一事件时，整套照明系统可以做出相应的联动配合。当照明电源出现故障时，自动完成对照明系统的检测，并报警显示故障位置，启动应急照明电源。

（3）软启动功能：开灯时，灯光由暗逐渐变亮，关灯时，灯光由亮逐渐变暗，避免亮度的突然变化刺激人眼，同时避免大电流和高温的突变对灯具的冲击，可以起到保护灯具、延长灯具使用寿命的作用。

（4）灯光明暗调节功能：调节不同灯光的亮度，更能为您创造舒适、宁静、和谐、温馨的气氛，可以让你更深的体会生活。

（5）全开全关和记忆功能：整个照明系统的灯可以实现一键全开和一键全关的功能。当您在离家之前。你可以按一下全关按钮，非必须的照明设备将全部关闭，免除了跑遍全部房间的烦恼。

（6）时间控制功能：通过时间设置程序来设定这些照明设备的起/停。如卧室灯在早晨定时开启；客厅灯在晚上定时关闭。

（7）节能控制功能：通过设置照度值以及根据照度自控，实现在满足照明的情况下、节约能源。

（8）场景预置功能：通过预置场景模式，只需进行一次编程，实现一个按键控制一组灯光的照明效果。

2.2 家居环境特点

根据家居环境的照明要求，客厅、卧室、书房、餐厅、厨房、卫浴室以及阳台均选用相应规格的节能灯吸顶安装；厨房和卫浴间选用防潮灯。本住宅照明线路采用了塑料绝缘铜芯导线，住宅进户线截面为10mm2 ，插座分支回路截面为4mm2，灯具分支回路截面为2.5mm2。

（1）客厅。

家居生活中，在客厅中活动的时间比较长而且类型比较多，因此，客厅是全家活动的主要场所。客厅的用途多，照明要求很高，因而对它进行照明设计的关键是照明方式要灵活，且照明功能和效果要多样化。客厅照明系统包含一般照明、会客照明以及电视背景照明。一般照明采用客厅中央安装的大型吊灯为主照明以及客厅周围一些壁灯作为辅助照明。会客是客厅内主要活动之一，会客照明应该提供令人愉悦的会客环境，良好的环境照明足以能让谈话者看到对方脸部的细节和眼神，需要不止一个方向的照明。采用带有调光器的一对落地灯或者台灯，可以为谈话者提供和谐的照明效果。电视背景照明可以缓解在黑暗中看电视会引起的眼睛疲劳。

客厅可以采用一个带多场景模式的控制器实现多种不同灯光组合的照明效果，通过遥控器可随心所欲地改变照明场景，给客人营造一种温馨、浪漫、高雅的灯光环境。

（2）卧室。

卧室是主人休息的地方，需要营造柔和、轻松、宁静、浪漫的环境。通过控制中央的吊顶灯、床头的台灯、壁灯、四周的筒灯、梳妆台照明以及衣柜小灯的组合照明，满足卧室照明的需求。

各种照明的微妙组合提供了完美的卧室设计所需要的平衡。在卧室配置多场景模式的控制器用于控制顶灯、床头灯、台灯、壁灯。无线遥控器可以随心所欲地调节每组灯的亮度和开关，以调整出居家、影院、起夜等不同的照明场景。

（3）书房。

书房需要通过照明将主人的精力集中在工作上。书房的一般照明采用日光灯的灯光覆盖全室，同时考虑尽可能使用自然光。因此写字台应靠近窗边，灯光配置的最佳位置是光线从书的正上方或左侧射入。

书房可以采用一个带遥控多场景的控制器控制多种不同灯光组合的照明效果，如工作、休息等不同的照明模式，另外通过光线传感器可以根据室外光线的变化和窗帘的开关自动调节灯光的亮度，使书房保持舒适的照明环境。

（4）餐厅。

餐厅的照明，要求色调柔和、宁静，有足够的亮度。照明设计应将灯光集中在餐桌上，采用一个悬挂于餐桌上方的灯具来产生照明，通过由调光器控制的餐厅照明为宴会创造轻松、优雅的格调。

（5）厨房。

厨房的照明应使主妇能愉快而有效地准备餐饮。照明要求没有阴影，在水平面或垂直面上都应有一定的照明，以方便工作和在橱柜内寻找东西。采用在吊顶上的嵌入式荧光灯以及橱柜照明灯可以提供较好的照明效果。

（6）卫浴室、门厅、走廊、阳台。

卫浴室照明要足够强。门厅、走廊、阳台都是居室的过道空间，照明系统需要起到照明和装饰的双重作用。人体红外感应、无线遥控的控制方式比较适合这些场所。人体红外感应开关结合定时控制，可以实现夜间开门后小夜灯自动亮起，人离开后自动延时关闭。免去了摸黑开灯，离开时忘记关灯的烦恼。

2.3 系统拓扑

系统的结构主要由单片机控制系统、信号采集处理系统、LCD显示系统以及电灯电源驱动系统组成，以达到控制照明灯具的目的。外接的传感器（人体释热红外线传感器和光敏三极管）或手动开关将信号传送给单片机后，由单片机控制灯的开关并通过LCD显示。（如图1）

利用计算机控制、通讯、管理等技术，基于房内的RCU（主控单元）构成专用网络，对照明系统中多个灯具进行智能化管理与控制，实时反映房内状态以及主人需求。（如图2-图3）

计算机通过以太网以及网关通信器，实现与CAN总线的的数据交换，通过对RCU的控制，实现对照明系统的控制。（如图4）

图4 系统网络结构图

RCU，即客房控制器（Room Control Unit）的简称。RCU采用先进的模块化设计，配置灵活。（如图5）

2.4 控制方式

（1）本地开关：可以按照平常的习惯直接控制本地的灯光。开关可以任意设定所需照明控制对象。例如门厅的按钮可以用来关闭所有的灯光，离家时一个按键即可关闭所有灯光，既节能环保又方便安全。

（2）人体红外感应、无线遥控：在任一个房间，用手持无线遥控器可以控制所有联网灯具（无论此灯具是否处在本房间内）的开关状态和调光状态。在进入任一个房间前就可以用遥控器打开灯光，无须在黑暗中寻找灯的开关。

（3）计算机/互联网控制：通过本地计算机或者互联网上的一台计算机。可以远程控制灯光状态及调光状态。

（4）时间场景控制：通过日程管理模块，可以对灯光的定时开闭进行配置。

本设计方案中，对于门厅、客厅、卧室、书房均采用人体红外感应控制、无线遥控控制、本地控制以及场景控制等多种控制方式；餐厅、厨房采用本地控制和场景控制；卫浴室、走廊、阳台采用人体红外感应控制、无线遥控控制以及本地控制。

表1 智能开关选择

3 结语

照明系统智能控制不仅能营造家居舒适的视觉环境，更能节约大量能源。智能家居照明控制系统可以使照明系统运行在全自动状态，使照明设备具有联动功能，营造更加温馨舒适的家居生活。智能家居照明控制还可以达到可观的节能效果，延长灯具的寿命，同时实现了照明远程管理，提高了照明系统的管理水平。

参考文献：

[1] 周芳，刘美根.智能照明控制系统在电气照明节能设计中的应用[J].低压电器，2007（16）.

[2] 许锦标，张振昭.楼宇智能化技术（第3版）[M].北京：机械工业出版社，2010.