樓宇智能LED控制系統分析

許寧

摘 要：近年來我國經濟飛速發展，城市化進程加快，同時隨著科技的進步，LED照明技術因其極好的照明和節能效果而得到了越來越廣泛的應用。本文針對現代智能樓宇LED燈的應用需求，設計了一套樓宇智能LED控制系統，該系統克服了傳統有線布置的弊端，可以滿足現代城市更加智能、綠色的使用需求。

關鍵詞：智能；LED照明；控制系統

中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）02-0035-02

相較于傳統照明中使用的白熾燈和熒光燈，LED照明技術具有響應速度快、發光效率高、使用壽命長、節能環保等特點，越來越多的被投入應用中去。根據LED燈使用的時間、環境應用需求，設計一套智能的控制系統，可以充分發揮LED燈的照明優勢，提高照明的舒適度，體現智能化的特點，同時還可以符合現代綠色低碳的生活理念。

1 樓宇智能LED控制系統概述

目前，城市的照明中越來越多的選擇LED技術，與大量的LED燈相呼應的控制系統也正在朝著高度集成化和智能化的方向發展。目前的樓宇智能LED照明系統多從傳統的燈光控制系統發展而來，但傳統控制系統良莠不齊，部分仍存在比較多的弊端，且沒有形成統一的行業標準。這些控制系統大多采取一個燈具配套一個控制器的方式，這種形式需要使用大量的控制器，需要對每個控制器進行單獨的編碼，不僅浪費資源，更拖慢了處理速度，亟待進一步的改善。

LED技術作為新興的照明技術，擁有廣闊的發展前景，有逐漸取代傳統霓虹燈而成為主流的趨勢。目前使用的控制系統方案比較缺乏靈活性，智能播放提前預設好的幾種效果，無法滿足日益提高的用戶需求。

2 樓宇智能LED控制系統需求分析

2.1 控制點數量多

在實際的應用中，樓宇需要進行布線的樓層較多，每面墻均有幾十個窗口，因此控制點數量繁多，這就要求控制系統選擇一種穩定高效并且統一的網絡拓撲通信方式。

2.2 動態性控制

在實際應用中，要求所有的控制點都可以根據用戶的需求，按照預先設定的場景實現各種場景的組合和隨時控制開閉，做到動態性的控制。要做到這一點，首先需要有良好的人機界面作為基礎，其次，還需要開發與之配套的動態演示機制和切換機制。

2.3 同步性

為了做到同時顯示正常畫面，完成樓宇智能控制系統的基本要求，場景顯示需要各個節點做到同時控制動作，需要完成這個要求，就需要在系統中做到安全的消息機制，并且需要做到同步的任務調度方式。

2.4 實時性

當樓宇LED投入工作時，控制系統需要對其進行實時控制，在實際的應用當中，網絡傳輸可能會出現延遲，延遲抖動則會造成LED無法正常顯示，所以必須將延遲控制在合理可控的范圍當中，并且需要考慮到網絡的實時性和穩定性的設計。

3 樓宇智能LED控制系統設計

3.1 總體架構

根據樓宇智能LED控制系統的需求和控制對象的特點，將采用以太網進行網絡控制，下位機對各個節點則采用直接控制端口的方式，并根據系統的需求作出相應調整。按照總線拓撲分析，控制系統整體上屬于星型拓撲，并且將該控制系統分為三個層次。

第一層為監視控制層，主要負責完成LED燈光的實時控制，包括發出燈光變換的效果，接受返回的故障信息等，為了防止誤操作等現象的出現，還需要設置一個實時控制機進行日常的控制，以提高系統的安全性。第二個部分是直接控制層，這一部分主要由網絡節點組成，是系統中最為核心的部分，負責對數據進行轉換等。主要通過并行和串行兩種控制方式對LED燈的狀態進行調控和監測，接收和分析主機的命令，并及時向主機報告LED燈的狀態。第三個部分是LED燈的控制和顯示部分，主要包括所有的LED燈具和控制它們每一個的芯片，它將接收主機的顯示控制命令，對每一個節點進行控制，對獨立的燈具進行顯示和顏色的控制。

3.2 網絡控制節點設計

網絡控制節點的各種功能就是接收上位機的各種各樣的控制信息，并根據接收到的信息對該節點范圍內的燈具進行相應的控制，網絡控制節點本身不會發出任何信息，它是解析和中轉信息的一個關鍵部位。

節點設計首先需要考慮的就是網絡節點上的數據量大小和更新速度，整個系統需要CPU處理器模塊、存儲模塊、網絡通信模塊和燈具控制模塊。對于CPU核心處理器，需要控制信號傳輸、快速數據傳遞，為做到以上要求需要包含Cache。為保證LED的電流穩定，可按照傳統的配電方式進行設計，通過對220V市電輸入的電壓形成5V的恒壓源。在存儲模塊方面，需要一個配置存儲器EPCS來專門保存FPGA的配置信息，雖然Flash也可以做到相應的功能，但會大大增加系統的開銷，所以本系統中選用了EPCS的方法。網絡通信模塊主要根據信息的傳輸速度進行設計，為保證傳輸數據準確無誤，需要選用成熟穩定的以太網嵌入芯片以保證其穩定性。而燈具的控制模塊，要想實現所有燈具的并行控制，就需要對所有燈具進行與PWM模塊的直接連接，可以通過PWM的輸出變化來控制燈具的變化。

網絡節點的軟件可以和硬件實現的功能互為補充，軟件的缺點是在穩定性方面不如硬件，而軟件除了需要保證穩定性，還需要實現收發處理數據、減少燈光顯示誤差、實現自動的連接和操作等功能，同時還需要人工對各項功能進行測試。

3.3 故障分析與報警

控制系統可以及時檢測到控制點的實時工作狀態，可以對于線路老化、故障和短路等樓宇LED使用中常見的現象進行洞察和分析，以保障亮燈率，更方便對其進行維修維護。同時還可以做到及時合理的開關燈，節能高效，避免更嚴重故障的發生。

控制系統可以采集每一個控制點的信息，對于其中的異常部分，系統將自動報警，并將報警信息及時顯示在計算機屏幕上。當故障出現時，系統可以自動記錄故障發生的時間和位置，將報警的狀態及時加以記錄。同時，報警系統可以準確報告故障點的位置，方便對其進行維修。由于可以對每一個控制點加以控制，因此可以通過無線通訊設備與中心控制室及時聯系，隨時確認維修的故障點是否已經恢復正常等。

4 結語

當前，樓宇智能LED控制系統已經廣泛的被大城市所采用，但技術方面還存在著亟待改進之處。本文分析了樓宇智能LED控制系統的需求，并提出了一種節約成本、功耗較低、照明效率高并且兼顧穩定性和實用性的系統設計方法，解決了傳統景觀燈所存在的部分弊端，相信未來隨著技術的不斷發展，一體化的樓宇智能LED控制時代將會到來。

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