智能照明系统控制网络的研究.pdf

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1、!#年$!月第$%卷第#期照明工程学报&()*+,-),-./,-01/2()3456!#789:$%,8:#智能照明系统控制网络的研究张岳军吴明光（浙江大学系统工程研究所，杭州;$!2?；3AB4C；/+2；3(D+!#$%&()*)+,-.)+*,/0-)$+-).12#+0 3()+%(,4+5(%6&EFBG H?4I?BJ?*KBGG?FBG（!#$%$&$()*+#$,-.%/%.，012%3.4%5/#%$+，63.71(&;$!2?；3AB4C；/+2；3(D+基金项目：国家 WX;项目基金（!;($&$#）国家科技部中小企业创新基金（$.!X!$;W）浙江省科技厅重点资助项目

2、（$!#2?和 3ABF9KC4；开放协议有/+2、3(D+、0$和 2=。上述总线协议，除 0$协议外，都采用动力线与控制总线分离的结构。照明系统封闭总线协议?/#协议.2?即.9KOF9 2?的简称#，是.9KOF9 公司的封闭总线协议，采用两线制双绞线，即一对线上既提供总线设备工作电源（$%;X73.），又传输总线设备信息，总线设备之间直接通讯，无须通过中央控制器。.2?的传输协议为.=*(.3。通信速率为 Y:XQ!，可设成线形、星形或树形拓扑结构，但不支持环网结构。子网为基本单位，每个子网最多容纳!个单元或者#$个控制回路，传输距离!%$，参见图!。图!&()*结构原理图&()*的传

3、感器单元：单+双+四键开关、场景开关、红外遥感+感应器、亮度传感器。&()*的执行器单元：单+双+四+十二路开关量输出、四+八路调光器。&()*的操作软件是&,-./。!#$%&协议012/.是 012-34./公司面向照明系统的封闭控制总线协议5。012-34./系统采用 6 线制两对双绞线，即一对双绞线提供 0&!#7 总线设备工作电源，另一对双绞线用于传输总线设备信息。安装时推荐使用五类线（四对双绞线）作为传输介质，没有用到的线可以作为备用。012/.是一种基于 896:$四线制的传输协议，只支持线形网络拓扑结构，主网可通过网桥连接 56 个子网，每个子网可连接 56 个总线设备单元（节

4、点），如图#所示，其子网传输速率为;+*，主网最高可达$?+*。012/.相应的操作软件是 034A.。图#012/.结构原理图012/.的产品与&()*大同小异，较有特色的是调光执行器，能对现有各种光源（白炽灯、日光灯、节能灯、汞灯等）进行调光，适合对光源环境要求复杂多变的场所应用。&()*和 012/.照明封闭控制系统尚未见其他厂商支持的资料。封闭系统存在技术进步慢，产品品种单一，维护成本高，与其他自控系统集成困难等一系列问题。但&()*和 012/.进入我国较早，有一定的业绩。(照明系统开放控制总线协议()欧洲安装总线欧洲安装总线 BC(（B)DEF/-2 C2*.-3342()*）是在

5、欧洲占主导地位的楼宇+家庭自动化标准。截至#年 5 月，全球有 G 余家制造厂商生产$余种 BC(兼容产品?，占据欧洲楼宇，家庭自动化设备销售总额的:H。BC(协议由中立的，非盈利组织 BC(I 统一管理，任何愿意遵守 BC(协议的制造厂商均可以申请并通过 BC(认证后生产 BC(产品。!;年，BC(进入中国。目前，BC(在中国设有两个培训中心，G 余家代理集成商。厦门国际会展中心、大连国贸中心、上海新国际博览中心、浙江省人民大会堂都是 BC(的成功应用案例。鉴于其优异表现，该 协 议 已 被 美 国 消 费 电 子 制 造 商 协 会（&BJI）列为 BCI?55 标准:。BC(协议允许多种

6、介质，如双绞线、电力线、8K、C8 等，本文限于应用最广泛的双绞线。BC(遵循 C9L+L9C 七层协议规范，并做合理简化，其中的会话层和表示层并入应用层。BC(是一个完全对等（M/D.E F/D）的分布式网络，接入网络的每个设备具有同等地位，系统规模从 G 节点至 5$#$个节点。BC(的传输协议为&9JI+&I。通信速率为;+*。操作软件为 BN9。BC(产品有三种安装方式：执行器类产品用标准导轨集中安装；传感器类产品用:5 型面板就地安装；而调光器件、百叶窗传动装置则嵌入用电设备。品种丰富、规格齐全的 BC(产品，不仅能提供&()*、012/.总线产品的功能，而且还能提供诸如电动窗帘、空

7、调和其它电动执行机构的应用模块，进行能源、采光、保安、通讯和楼宇管理。因此，BC(系统涵盖了楼宇自控系统（(I9）的部分功能。在 BC(通信网络中有两种寻址方式，物理地址（MA1*4O-3 IPPD/*）和组地址（,DE)F IPPD/*）。物理地址是 BC(总线通信单元的唯一标志。物理地址由#1./组 成，用 十 进 制 表 述 成 如 下 格 式：QQQQQQQ，其最大值为!$!$#$。物理地址中的不同段分别代表 BC(网络拓扑中的域、线和设备。组地址在 BC(通信机制中扮演了关键的角色。在 BC(设备之间的相互通信主要是通过组地址而不?!第!$卷第 6 期张岳军等：智能照明系统控制网络的

8、研究是物理地址实现的。组地址使得家庭自动化中经常用到的一控多，多控一，场景控制等变得非常方便。组地址也占用!个#$%，其首位永远是&，有效的组地址是()$。组地址通常有两种十进制表述方式，分别是两段式和三段式，格式分别为：*+,和*+-+,。不同的分段方式只是功能概念上的划分，其比特数据本身没有任何区别。例如两段式的组地址+!(.和三段式的+是完全一样的，用二进制表示都是&。组地址的分段与物理地址不同，表述的不是网络拓扑的结构，而是网络设备在功能上的逻辑划分。例如用第一段区分“开关”和“调光”两种功能，第二段区分不同的灯。不同的设备可以属于同一个组地址。图/给出了一个实例，说明了物理地址和组地

9、址的应用。图中显示的 012 网络包含一个域 345%和两个线 6)5%，6)5%!，总线上共有 7 个设备，三个按钮，两个双值输出，一个调光驱动器。可以看到总线设备的物理地址与其所在的域、线位置相对应。总线上有两个组地址：+和!+分别表示开关功能和调光功能。按钮,、,!和调光驱动器 8 具有相同的组地址，可以实现,、,!对 8 的分别控制。按钮,/、双值输出、!具有相同的组地址，可以实现由,/同时控制 和!。组地址的设置仅与总线设备的功能目的有关，与设备在总线中的位置无关。图/物理地址和组地址应用示意图!#数字化可寻址调光接口数字 化 可 寻 址 调 光 接 口（9):)$;6$)5:)5$

10、%=?;%，简称 9)6)F,公司对 9A1 协议做了进一步的完善工作，并在汉诺威国际灯展上推出了基于 9A1 的系列产品。9A1 定义标准时，旨在建立一个结构清晰的简单系统，用于室内的智能、高性能照明管理，实现开+关、调光、场景、状态显示功能，受控对象明确为镇流器，总线结构如图 C 所示。图 C9A1 总线结构示意图9A1 采用主从式两线制差分半双工双向传输，通信速率为 G!H+,。工作电压为 7I，线间电压在BG(J!G(I 时表示高电平，K 7G(J 7G(I 时表示低电平；数据包由 B 个)$,组成：位起始位，L 位地址，L 位指令，!位停止；调光从&M J&GM（实际中最低的调光级别

11、被设置为/M，以保证不会降低灯的使用寿命），提供与之相应成对数关系的!(个亮度级；每条 9A1 总线可连接 7C 个设备节点，节点也可以被分配到某个组，并具有相应的组地址，最多允许 7 个组。典型的 9A1 协议数字调光镇流器由两部分组成：日光灯调光模块和 9)F 公 司 生 产 的E1D7O7!L，E1D7O7!L 与 9A1 总线交换信息，并对调光模块进行数字控制，鉴于 9A1 的良好市场前景，芯片公司 纷 纷 推 出 各 自 的 芯 片，其 中 尤 以 D#F=%,*)=4,#,$%-,公司推出的 EPQD 最有特色&。EPQD是一款带嵌入式微控制器的可编程系统级芯片，一块芯片同时完成镇

12、流器的控制和 9A1 通信，大大简化了设计和生产。!$%&和()*RS&采用电力线载波技术，在北美取得了巨大的商业成功。该协议产品无需布线，易用和价廉，是它的最大卖点，详见文 。T2P 是日系企业推出的家庭网络协议。!&年C 月.日，日本松下公司基于 T2P 的 UN/!&!也采L照明工程学报!&C 年!月用两线制主从式结构，通过手持器设置地址，大大提高了产品的易用性。详见文!。!结论封闭协议与技术发展的潮流不符，研究和开发照明控制系统时，原则上应遵循某种开放协议，鉴于需求的多样性，应按需选择相应的开放协议，以满足不同的需求，从纯技术的可靠性角度而言，主从式总线结构显然不及对等总线（#$%&#

13、$%）结构，但考虑到照明控制网络一般规模不大，而主从式对软硬件的要求较低的事实，两者的取舍应作综合评价。参考文献!()*+,)+：-$&./0/设计手册-1 北京：中国建筑工业出版社，2231 4441 5!671 8$&94:741./;3 44419:8?9A-.%B$&922CD!E35CE1F&C 4441 7GHI/1 71 78 5 F&;：9 94441 7F8:H/1 7 E 4441 608.J:&$G8J:8$1 7 K L.GH:81 I/M8&%J,0/&$:8:8&$JJ:N$8&I:J6:8NGL:/7I/:8?:8/&.HI/OP,0/&$.86 A;J:7.&:

14、81(1 M;I&$%A:6$6 L$/:N8 Q P8&$JJ:N$8&I:J6:8N1221（K）：R 31 S*TA+UIG?I，VT-:8NGNI.8N，LTUI:G?I1)W$%W:$4?&F$OI%;$.8 P8/&.JJ.&:8 I/（OP）(1 A;J:7.&:8?OJ$7&%8:7 X$7F:8:1 78!24441 70;%$/:7%1 7!张岳军，吴明光1 基于 YG!2 协议的智能照明系统的研究与开发1(1 照明工程学报，22C，3，R E1!吴明光，姬亚鹏1 基于*,协议的智能家居系统的设计1(1 照明工程学报，223，E1!其中参考文献 5 为添加部分，是从网上查取

15、的产品方面的资料，因为没有成文的产品说明书文档，所以只好将网址列上。复旦大学召开光源与照明工程系系庆二十周年大会!月!D 日，在复旦大学逸夫科技楼报告厅，复旦大学光源与照明工程系二十周年系庆在此隆重举行。来自全国各地的系友、著名企业家、行业学会领导、国际著名照明公司高管、复旦大学领导出席了会议，与会代表共计 352 人。国际照明学会（MPO）主席#%?1 Z.8$J、王威祺院士、周勤之院士、蔡祖泉教授、中国照明学会王锦燧理事长、中国照明电器协会陈燕生理事长、飞利浦中国照明总裁-%1#:$&$%6$F.8 等在大会上致词；#%?1 VI&Z.8$J 在会上作了题为照明的生物学效应及其在未来照明应用中的实践意义的学术报告。系主任刘木清教授作了题为“历史的回顾与展望”的报告。第!届国际电光源大会筹备会议也在当天下午举行。OL 新书征订启事由中国照明学会电光源专业委员会学术杂志灯与照明出版社组织和策划、经过一年半努力现已正式出版霓虹灯和 OL 技术入门新书。全书近 2 万字、附有 32 页精美彩色插图、内容重点是 OL 原理、应用、设计和市场动态。欲购者请将 52 元（含书款和邮资）邮汇到上海市邯郸路 2 号复旦大学电光源研究所（邮政编码 22C33）左春兰老师处，款到一周内可收到书。（沪科）D!第!5 卷第 C 期张岳军等：智能照明系统控制网络的研究