宗強 宋宇欽 蔣明強

（浙江歐銳杰照明科技有限公司 浙江省湖州市 313000）

1 引言

實現景觀燈光豐富多彩的效果，需要有精密靈巧的控制機構和相應光源色彩、光學系統。從手工到機械控制，到近代的機電控制，再到現在的計算機與網絡控制，控制技術在不斷變革發展。上個世紀末，人們開始關注怎樣設計才能營造出更好的燈光特效取悅游客。而隨著時代的發展，各種技術趨于成熟，對燈光有了全新的要求，特別是統一標準。1986年8月由美國劇場技術協會提出了以DMX512 為標準的可控硅調光亮度信息，同時由于這一數字傳輸標準具有廣泛的適用性，因此成為了國際標準。該協議適用于一點對多點的主從控制網絡系統，根據DMX512 數據傳輸速率的要求以及控制網絡分散的特點，其物理層的設計采用RS-485 總線收發器，總線用一對雙絞線實現控制器與燈具的485 芯片相接。RS-485 總線采用平衡發送和差分接收，接收靈敏度高，而且抗干擾能力強，信號傳輸距離可達1000m。如果燈具距離控臺過遠，可使用放大器增強信號。DMX512 協議采用總線型結構，但數據都是從控制器到燈具單向傳送，因此不存在各個調光器之間爭奪總線使用權而導致信息堵塞的現象。

如今生活水平的提升，人們對文旅的需求不斷增加，特別是好的景觀照明對當地的文化特色、人氣提升，夜晚經濟增長都有積極的貢獻力量。但現實是很多地方的文物、植被保護提到了一個新的高度，相關政府組織不太允許進行開溝鋪設控制線路，但對夜景照明的提升又十分強烈，故無線控制技術的需求開始日益激增。近年來物聯網、云計算、5G 等新一代信息技術的廣泛應用，基于此，提出一種基于NB_IoT技術的景觀燈色彩控制系統，可智能、合理地應用物聯網低速網絡構建景觀燈照明體系，通過對系統內每一盞景觀燈具的無線管控、調光及監測，可有效避免文物、植被破壞，增加夜游經濟，提升文旅夜游景觀的特色，展現豐富、生動的城市景象，或文藝，或古樸。

2 現有景觀燈的控制技術分析

現在市場上流行的景觀燈控制如圖1所示，主要由計算機通過TCP/IP 連接DMX512-01 控制器，DMX512-01 控制器再通過網線與后面的02、03 等依次連接，每個512 控制器有8 個輸出端口，每個端口通過雙絞屏蔽線連接需要控制的景觀燈具，如果是RGB 3 通道的燈具則最多可接170 盞，如果是RGBW 4 通道的燈具，最多可接128 盞。景觀燈之間的通信基于RS-485 通信接口，控制中心通過上位機軟件系統對景觀照明系統進行效果控制。

現今比較主流的控制技術，對新建景觀項目的實施的可能性會比較大，基建和管線的鋪設一般會同時進行，但是也有后期復雜的接線和調試工序，景觀照明施工中，由于施工人員的技能水平參差不齊，有可能會A、B 信號線接反，信號線與電源線接錯燒壞燈具，信號線與屏蔽線有似連非連的接觸影響信號的穩定傳輸，所以調試工作費時費力，另外對已有的文物景觀的改造因為政策上的不允許開挖和空中走線，所以也是無從下手。

圖1

3 基于NB_IoT的景觀燈控制技術

智慧景觀照明系統采用可選擇的多制式無線控制技術，來實現多場景高性價比應用。隨著科技的飛速發展，在短短幾十年間，鑒于移動通信技術由2G 發展到3G，再到4G，然后現在的全球慢慢進入5G 時代。項目通過2G/4G 全網通/NB_IoT/5G(預留)，4 選1，統一電路通信模塊接口設計，可直接通過通信模塊更換快速切換通信制式，從而達到不同應用場景應用不同制式來控制，即在流量選擇上經濟節能，又省去了開溝槽鋪設控制線路與后期接線的麻煩，同時控制的可靠性又有了大幅的提升。由于NB_IoT 只消耗大約180KHz 的頻段，可直接部署于GSM 網絡、UMTS 網絡或LTE網絡支持待機時間短、對網絡連接要求較高設備的高效連接。其主要特點是覆蓋廣、大連接、成本低、低功耗、架構優等特點。其安全性繼承了4G 網絡安全能力，支持雙向鑒權以及空口嚴格加密來確保用戶數據的安全。

本項目的景觀系統的四季變換和節假日、平時模式，特殊慶典氛圍營造等基于NB_IoT 制式來控制，其中調光控制器里的調光輸出有4 路0~255 級PWM 輸出，可以根據現場需求來控制R、G、B 三原色+W，無論從色彩的飽和度還是日光的還原度上都能最大程度上還原當地文旅景觀的特點。系統采用REST 風格進行架構設計，基于框架應用技術設計、組件化的系統，保證靈活擴展，相關組件相互調用簡單易用，支持1000 用戶并發訪問，支持在線人數200 用戶的訪問能力，首次地圖服務請求響應時間≤3 秒；地圖操作時，呈現平滑流暢，不會出現明顯的等待時間和露白現象。

具體系統控制架構如圖2。

景觀燈的天線設計由傳統的半波長雙極棒狀線外置天線改為內置的PCB 線狀天線，天線的頭部引到燈具內部防眩器的背面靠近玻璃處固定，在防水等級依舊達到IP66 的前提下，天線的增益、駐波比系數、功率（TRP）、靈敏度（TIS）等主要參數影響甚微。考慮到反饋以及控制的及時性，初步設計考慮以半徑100 米為一個控制單元來做分區管理，產品連接物聯平臺可以使用微信小程序等來掃碼進行關聯，從而實現在物聯平臺上對景觀燈具進行色彩變化、開關、故障診斷等一些列的控制，架構如圖3。

考慮到重大節假日和一些重點夜游觀景點，對燈具變化效果的豐富度、互動性提出了更高的要求，本項目的設計預留了5G NG 接口，把5G 的高速度、泛在網、低功耗、低延時與傳統的DMX512 控制相結合，滿足文旅景觀里的燈光秀、情景互動等更高控制需求，如圖4。

4 結束語

隨著人們的精神需求提高，文旅景觀照明慢慢被各界接受，以NB_IoT、5G 等新一代的通信技術為支撐，職能部門可以依靠此技術對整個城市的景觀燈進行色彩控制、按時、按需開關燈的管理，每一盞景觀燈也能上傳缺色、過流、不亮等故障信息到控制云臺，配合地圖定位，維修人員可以第一時間定位處理。另外景觀燈色彩的變化能給人帶來不同時節的視覺享受，可以根據四季的氣溫、本地景觀的色彩來變換色溫，如夏季以清涼的冷色調為主，冬季以溫暖的暖色調為主，國慶、春節以喜慶色為主，清明可調至水墨色以寄哀思等。讓景觀燈的色彩控制與整座城市一起呼吸，打造一個完全智慧的新旅游城市。

圖2

圖3

圖4