家居智能照明现状与发展趋势探析

曹小兵

(深圳市斯派克光电科技有限公司，深圳 518034)

照明研究

家居智能照明现状与发展趋势探析

曹小兵

(深圳市斯派克光电科技有限公司，深圳 518034)

智能照明不只是单一改变光环境的控制，而是集传感、组网、通信、云计算和物联网等多种技术与平台于一体的多元化系统。通过对智能照明市场空间与实施推广应用进行阐述，进而从技术原理、模块构建、软件设计与系统方案等方面探析家居智能照明现状，并展望其未来发展趋势。

家居照明；智能控制；系统；方案

0 引 言

随着国民经济的快速增长与人们生活质量的不断提高，智能控制技术也快速应用于居家生活，传统照明被智能照明替代已成为照明业的发展趋势。通过智能控制技术的应用可满足人们对照明环境及氛围日益丰富的需求，可根据不同的环境和时间需要而设定匹配的照明环境，营造舒适的氛围，起到美化家居生活环境的作用。智能照明归属智能家居大架构下的子系统，随着智能控制技术的成熟应用，智能系统管理将取代传统点对点的控制模式，并为人们高质量的生活提供更丰富的智能化功能，在家居生活中得到更广泛的应用。

1 家居智能照明概况

1.1 市场空间

家居智能照明正处在推广阶段，可谓是百花齐放、百家争鸣，未来几年我国照明市场规模预计可突破1 000亿美元，而家居智能照明市场的渗透率不足2 %。通过智能控制技术与高效节能LED的融合及推广应用，现代家居照明将进入“智能”时代，智能照明也是市场需求的必然趋势，其细化市场前景不可估量。

智能照明系统具备集中智能管理模式，能为人们的家居生活调配出更加优质的光环境。系统的应用将整个家居的智能化管理水平大幅度提升，加之人们

对照明的需求从单一追求光效已提升到注重光质量及舒适度等更高要求，智能照明系统可根据相应要求调整光环境及设置典型模式，更加符合现代生活的需求。智能照明系统的本质是电子化和网络化的结合，不仅可以实现照明系统的智能控制、自动调节和情景照明的功能，同时也是融入互联网的一个窗口，从而衍生更多高附加值的服务。

1.2 应用与推广

1.2.1 应用效果

LED的可控性能给予设计者无限的想象空间，通过智能控制技术能最大限度地满足人们各种照明环境的需求。相对于传统家居照明的手动、组动或声控等单一控制，智能控制系统具有多元化的管理模式，并利用传感器对环境数据进行监测，管理中心对家居照明灯具实行无线连接、组网管理、亮度调节、光色变化、软启动及多场景设置等功能，营造舒适、高效节能和安全的氛围，满足人们的生活需求。系统还可按分布形态对整个家庭照明实施智能管理，通过手机或iPad等移动设备实现远程无线管理，以提高智能系统的管理水平及远程控制应用体验，并对每个终端灯的能源消耗及运行状况进行实时监控，减少维护费用，达到更为节能的运行效果，营造简单及温馨舒适的家居生活氛围。

1.2.2 推广阻碍

家居智能照明虽有市场需求的积极引导，但相应技术仍需完善。行业技术规范不清晰，无系统的标准规范作为基准，造成当前应用混乱的局面，成为家居智能照明难以在市场迅速全面推广的最大阻碍。无论是权威机构、产业联盟及企业均未对家居智能照明进行系统规范，其原因有3方面。

1)采用的无线协议不统一。智能照明系统采用的无线局域网协议主要分为北美IEEE和欧洲HiperLAN两大阵营，较为常用的有IEEE 802.11系列、HiperLAN、IrDA、HomeRF、Wi-Fi、Bluetooth及ZigBee等无线网络协议，各自形成自有生态圈，不能相互兼容。制造商在研发、生产及推广应用过程中无法达成一致，消费者对其认识也很片面，难以获得大众的认同。

2)现有家居照明采用多接口实现照明灯的调光调色，多以墙壁开关为主，其控制点分散，让老年人和特殊群体使用不方便，不能简单而便捷地进行集中控制操作。

3)市场定位过于“高、大、上”，远远超出普通消费者的消费预期，很难被市场接受。一套Philips Hue高达1 000多元，小米推出的Yeelight灯泡每只也要100多元，这样的价格定位，唯有少数体验者可接受，普通消费者只能望而却步。

2 家居智能照明设计与研究

2.1 智能控制功能

家居智能照明系统是以计算机网络控制平台为核心，采用数字化、模块化及分布式的总线架构，实现对照明灯的控制及管理。系统的中央处理器(central processing unit，CPU)与各控制模块间通过网络总线搭建实时的信息通信网络，根据外围环境的变化调控指令进行远程及自动化管理。最大限度地实现人性化管理模式，配备一定的可补充及扩展功能，在不重新增添设备或者铺设电缆电路的情况下，利用计算机编程技术增加或升级系统功能。

2.2 智能控制方案

家居智能照明系统由智能控制器(room control unit，RCU)、信息采集处理器、终端灯和信息显示4大模块构成，并利用组网、通讯、控制及综合管理技术对终端灯进行控制及管理。系统的外接传感器把相应信号传输到RCU，实时反馈居家环境信息，RCU通过以太网和网关通信与控制器局域网络(controller area network，CAN)进行数据交换，将RCU的指令传达到终端灯，同时在控制面板上显示相关信息，让操控者清楚地了解各种数据，方便操控。其工作架构参见图1。

图1 家居智能照明系统架构图

2.3 模块构建系统

家居智能照明系统的硬件由调光模块、输入模块、启闭模块、人机界面、传感器、PC接口和时间模块等构建而成，并承担相应的系统任务。

1)调光模块以CPU为核心，利用控制可控硅开启角调节输出的电压平均幅值对终端灯进行调控。

2)输入模块接收无源节点的信息，通过总线把信息传输给CPU。

3)启闭模块由继电器构成，控制电源的开关对终端灯的启闭进行控制。

4)人机界面提供直观的操作界面，显示照明场景状态、编程及完成各种控制指令的操作，同时将指示传达到CPU，运算处理后对终端灯发出各种指令。

5)传感器作为家居照明的“感知中枢”，主要采用红外线传感、光敏传感、声敏传感、超声波传感、霍尔传感和环境光传感等各类传感器，对终端灯所处环境及外部信息进行收集及监测。

6)时间管理模块同控制系统总线上的设备是相互协调与配合的，完成各种自动化任务与时间的控制任务。

2.4 软件系统方案

智能照明系统的设计方案通常是将整个系统的程序划分为若干部分，通过双音多频(DTMF)信号发送、接收、显示及控制指令生成等功能，编制对应部分的软件流程图，应用51C语言编写相应程序。在整个编程中采用模块化及功能系统化的设计原则，具备清晰的结构，便于程序的编制，具有升级与功能扩展等特点，并依据主机与从机的使用特点将系统软件划分为主从程序。

2.4.1 主机程序流程

在智能照明系统中主机相当于网络服务中心，也是组网实现智能控制的基础。主机负责网络的总体协调工作，把子系统组合起来形成一个体系，让组网、通信、指令及执行程序按预订方案进行，不会产生混乱而影响系统工作，其流程如图2所示。

图2 主机程序流程图

2.4.2 子系统程序流程

智能照明系统中的子系统主要是执行主机的控制命令，管理系统内每盏或每组灯工作状况，进行信息反馈，其程序流程如图3所示。

图3 从机程序流程图

2.5 系统功能

智能照明系统需充分体现照明舒适性和高效节能的特点，应用范围涵盖客厅、卧室、书房、走廊、厨房、卫生间及车库等所有家居场所，因此家居智能照明系统应具备以下典型功能。

1)定时控制。对家居照明进行任意时间和某盏或某组灯的控制，当长时间没有人居住时，则可设置某盏或某组灯在预定时间自动开启，起到安全警示的作用。

2)感应控制。对卫生间、走廊及通道等公共区域的灯设置为感应控制状态，实现人到灯亮与人走灯灭的节能模式。

3)场景调控。将具有智能控制功能的灯组网在一起，根据不同时间、不同场景及应用者喜好轻松实现各种照明模式，并对同一区域的多组灯光进行控制，既方便操作，又能赋予同一空间不同的灯光效果，营造出舒适氛围满足家居照明需求。

4)远程控制。应用者通过手机或iPad等移动设备，与智能控制系统通过无线连接，实现远程管理，掌控家居照明的运行状况。

3 家居智能照明的发展趋势

随着人们生活水平的不断提高，对家居照明的个性化要求越来越高。智能控制技术的不断升级和完善使智能化程度和水平越来越高，因此，其应用程序逐步变得操作简单且功能丰富多彩。创新是推动技术进步的动力，创新对于各行各业都有着深远影响，智能照明的创新趋势主要有以下几方面。

3.1 个性化需求

随着智能照明系统功能越来越丰富和多样化，未来的家居照明将不再单单是对灯开关明暗的调节控制。应用者在注重外在时尚感与个性化设计的同时，会追求更多功能；在重视光环境的品质与健康安全的同时，会融入更多情感与喜好的个性化改造(do it yourself，DIY)。DIY则可直接准确地表达及实现应用者最真实的照明效果需求，因此，对智能照明进行系统性DIY将成为发烧友们的生活乐趣。

3.2 数据挖掘技术

智能照明系统不仅可根据环境变化和应用者预定模式进行设置，还可系统地采集各种信息，利用数据挖掘技术对收集信息进行相对应的逻辑分析和运算判断，按需求对信息实施存储、显示及传送，进而做出符合需求的工作状态信息反馈及调控设置，以达成预期目的。

3.3 联动与智能

智能照明系统在家居中应用分布广泛，且涉及的控制节点数量多，并不是简单地把照明设备加入智能程序就可以实现智能照明，而是必须拥有完善的控制系统，兼顾创新技术与实用产品的结合。系统将会从单一的照明智能化，发展到与其他家用电器通过组网无缝连接的联动控制，实现家居智能系统的全面组网。

3.4 无线远程控制

智能手机和iPad等携带方便的终端设备已得到全面普及，应用者无需任何专业培训就能灵活地在终端设备上进行各种程序的操控，终端设备是家居智能照明最方便实用的控制端，也为家居智能照明的推广积累了大量的潜在用户。未来家居智能照明的竞争将会集中在“软件、服务、云”3个方面，需要依靠软件来实现增值服务。同时，人与照明之间将会有更多的互动与创新，把家居智能照明的人性化与个性化进行完美的体现。

3.5 市场推广

随着智能控制技术的成熟应用，原来以经营有线产品为主的集成商和代理商，会随着市场需求的变化而推广无线智能照明产品。同样，高端智能照明集成商也将增加兼容性较强的无线类产品，拓宽业务范围及增加市场销售的灵活性。

4 小 结

家居智能照明的核心价值是以科技创新为基础，满足基于人与光节律要求的多元化选择，并得到应用者的全新体验及认可。同时，也需制定统一的技术标准来规范家居智能照明的方案设计、生产及安装，让普通消费者接受更具亲民价格的产品，顺应新型城镇化建设与智慧城市建设的国家发展规划，推广高效节能的智能照明产品。

[1] 张华.网络化智能照明控制系统的设计[D].大连：大连理工大学,2014.

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[6] 梁人杰.智能照明控制技术发展现状与未来展望[J].照明工程学报,2014(2):15-26，31.

Analysis of current situation and development trend of smart home lighting

Cao Xiaobing

(Shenzhen SPARK Optoelectronics S&T Co., Ltd., Shenzhen 518034, P.R.China)

Intelligent lighting is not just a single change of light environment control, but also the sensing, networking, communications, cloud computing and networking and other technologies and platforms to fuse together in a variety of systems. Through the application of the smart lighting market space and the implementation of the application, and then from the technical principle, module construction, software design and system design, and other aspects of the smart home lighting, and the future development trend of the future.

home lighting; intelligent control; system; scheme

2016- 01-18

曾小兵，男，主要从事智能照明研究。