室外照明控制技术研究

梁双

（北京新时空科技股份有限公司上海分公司，上海200040）

1 概述

随着国内LED 照明技术的出现，照明相关行业均得到了前所未有的发展机遇，尤其是室外照明行业更是日新月异，发展迅速。LED 是一种固态照明光源，和传统光源相比，具有显著的优势特性，如寿命更长、更加节能、色彩丰富、体积更小。因此，LED 照明基本取代了传统照明。经过十余年的发展，目前已经衍生出了诸多细分产品如光电玻璃、贴膜屏等。然而室外照明作为新兴行业，控制技术还在探索积累中，一些技术细节仍需要探讨。本文暂且把照明控制系统分为了LED 控制系统和智能照明管理控制系统，前者是效果变化的控制系统。后者是用户界面的操作系统，可以把它理解为更高层次的控制系统，用于管理前者，是LED 控制系统的管理系统。

三基色分别为R（红）G（绿）B（蓝）色，这3 种颜色也叫加法三原色，其他颜色都可以通过这3 种颜色的混合而显示，比如，红蓝混色为品红色；红绿混色为黄色；蓝绿混色为青色。人们把品红、黄、青3 种颜色叫作减法三原色或者三原色，因此，灯具调光仅需要控制同一时刻各种颜色灯珠的输出值即可显示出不同的色彩效果。

按照灯珠的控制要求，灯具可分为开关控制和调光控制，可调光灯具又包含亮度和色彩可调。其中开关控制不难理解，调光控制则包含多种控制方式，主要包括前沿切相、后沿切相、1-10V、DALI、DMX512 等控制方式。前3 种不适用室外照明暂且不予讨论。

DALI 最大可实现64 个独立地址单元的控制，可分为16个场景或组控制，相对于1-10V 调光控制DALI 的优势在于每个节点仅有地址码，信号衰减幅度小于1-10V 信号，最大控制距离不宜超过200m。相对于DMX512 调光控制，此控制协议仅能实现静态的照明控制，双向通讯也使得其传输效率远低于DMX512 协议，因此，DALI 适合小型半室外的雨棚过道照明控制或者说更适合室内照明控制。

DMX512 控制方式由舞台灯光控台衍生而来。在实际运用中由主控器、分控器直接驱动LED 的RGB 线序，此控制方式可以实现多通道单灯单地址或分段控制，既可以实现多灯分组控制又可以单灯分段控制，灯具地址可以手动或由主控器自动分配，分组数和场景数均由主控器特性决定。其250kbit/s 的波特率比DALI 协议高出200 多倍，在动态效果展示上优势明显。在室外照明行业中运用最为广泛。

DMX512 协议最大可控制512 个通道，其中每组R（或G、B）需要用一个单独的通道控制，而RGB 组合后才可以作为一个像素点显示不同的颜色，因此，DMX512 分控器的单个端口可以实现170 个像素点的单独控制。同样部分产品因白色亮度需要加强而增设了W（白）色，开发了RGBW 色的灯具。通过上述方式不难算出，DMX512 分控器的单个端口可以实现128 个像素点的单独控制。矩阵式的像素点排布让灯具可以实现显示屏的效果，如需要显示一个字母，约需要64 个像素点，即高度8 个像素，宽度8 个像素；需要显示一个中文简体汉字则约需要256 个像素点，即高度16 个像素，宽度16 个像素；需要显示一个视频则约需要600伊480 个像素。同等面积下像素密度越高可显示的效果越细腻，控制系统布置也就更密集。

在当今这个信息时代，商业显示屏、大型灯光秀在各大城市随处可见。动辄就是十万像素、百万像素甚至更高，单靠主控器和分控器很难满足中大型照明需求，此时，必须增设拓展层，利用光电交换机或光纤收发器，实现中大型照明项目的系统拓展。光纤可以有效延长照明控制的覆盖范围，在光信号传输过程中，衰减小，传输距离远，抗干扰能力强，区别传统的电信号，可有效抗击复杂的电磁环境干扰，在中大型照明项目中运用较为广泛[1]。

然而即便是光纤拓展仍有不适用的地方，如城市整体亮化、山体亮化。这些项目要么超出了光纤的传输距离，要么没有敷设条件，此时，将运用4GIPVPN 技术。这是一种虚拟专用网络技术。功能是在公用网络上建立专用网络，进行加密通讯。因此，在企业网络中有广泛运用，采用双网卡结构的网关通过对数据包的加密和远程转换利用公网IP 接入Internet，实现远程访问。VPN 则可以通过服务器、硬件、软件等多种方式实现，是目前大型城市灯光秀的有力支撑。

2 智能照明管理控制系统

说起照明管理控制系统则必须提到EIB。EIB 是欧洲安装总线的英文简称，是目前整个照明行业中使用最为广泛的行业标准。随着2007 年被确定为我国国家标准，EIB 在行业发展中起到规范和引领作用。若干年后，基于此标准又诞生了智能电气安装技术标准Knnnex，简称KNX。目前，国内几乎所有室外照明项目都采用了这一国际标准。

KNX/EIB 系统的功能特点包括：智能化、美化环境、保障照度一致性、延长灯具寿命、节约能源、综合控制、安装简便、易于维护、降低投资成本维护管理成本、提高回报率等。可以根据不同时段不同亮度调整灯具亮度充分利用环境光，可实现淡入淡出，人来灯亮人走灯灭的效果；营造舒适愉悦的工作生活环境，可以抑制电网电压的冲击延长灯具的使用寿命，通过智能控制亮度和开启时间减少约30%的电能，通过计算机系统对各个照明回路的工作状态进行实时监控，即使反馈系统故障位置及类别等报告信息，助力维保人员快速抢修。

KNX/EIB 系统是分布式开放系统，系统可通过主干线进行扩展，理论传输距离达到1000m，满足绝大多数照明工程需求。系统通过RS-232、USB 接口或以太网与中控电脑连接，提供多种通信协议接口，支持TCP/IP 协议，可在局域网上进行控制，同步控制灯具、窗帘、空调等设施。也可以与BAS 楼宇自控系统、BMS 物业管理系统连接。即便是应急照明消防、安防等功能均可按照要求设置，真正实现系统开放，符合智能大厦发展趋势。

3 室外照明工程技术的运用

一些庄重的场合通常会用单色温，比如，上海的外滩古建用的3000K 暖色体现古建的庄重和历史凝重感，苏州周庄古镇用3000K 暖色静态体现了小桥流水诗意江南的特色，这些仅涉及智能照明管理控制系统，这些项目相对简单，比较容易实施，控制投入也较低。

一些大型地标建筑，商业氛围浓重的地块，能够反映出都市繁华景象的建筑则需求用彩色和动画烘托氛围，表达出城市的活力与朝气。这种项目的室外照明涉及LED 控制系统和智能照明管理系统。如东方之门，夜幕降临开始建筑开启绚丽的表演模式，整个门造型仿佛一座巨大的门型显示屏，轮回播放着园林苏州园林、江南水乡、百戏之祖、帆船田径，通过一扇“门”展示一座城。而深夜模式为轮廓勾边效果，仅保留建筑夜间可视，在保证深夜基础模式效果的前提下达到节能减排目的。还有一些整个城市的照明工程，范围非常大，控制系统必然会通过4GIPVPN 控制方式，由GPS 同步授时器实现各节点同步联动。如2016 年杭州的G20 峰会城市灯光秀，灯光秀由70伊105盏LED 等组成，分别安装在钱江新城核心区沿岸的30栋高层建筑外立面上，运用声、光、电等现代化的视觉效果配上配以大型音乐配暖、自然山水、人文、建筑及杭州logo 等元素，文字、灯光、影像显示在钱塘江沿岸30 多幢高楼串成的一幅“巨幕”上，呈现一幅幅具有“中国气派、江南韵味”的画卷。

4 结语

在电子信息技术日新月异的今天，任何事物都在不停地发展，新的科技产物如雨后春笋。要求人们紧跟时代步伐，不断学习创新，时刻保持在新技术、新产业、新业态和新模式的前端，充分运用高科技，高速成长，为祖国繁荣昌盛贡献微薄力量。