智能照明系統(tǒng)綜述及淺析

王 輝 溫唯理

（威凱檢測技術有限公司 廣州 510663）

引言

近年來，隨著LED照明技術的發(fā)展，照明的管理和控制得到了極大的加強。這為引進物聯網技術、大數據技術、數字控制技術、傳感器技術、機器學習技術等智能技術提供了基礎。智能化逐漸成為照明控制的發(fā)展趨勢，滿足人們提高照明舒適度、高節(jié)能水平、操作方便等照明需求。與傳統(tǒng)照明相比，智能照明可以實現安全、節(jié)能、舒適、高效的目標。因此，智能照明在家庭、辦公、商業(yè)和公共設施領域有著更好的發(fā)展前景。隨著國內智能照明研發(fā)生產技術的發(fā)展和產品推廣力度的加大，智能照明在領域的應用有望得到普及。

1 智能照明概念及現狀

1.1 智能照明概念

“智能”是指具有人類或類似人類智能特征的能力，表現為在實現某一目標的過程中，通過感知、決策和執(zhí)行的一個或多個過程或過程循環(huán)，并不斷地從中學習以提高實現目的的能力、效率與效果。為實現產品的“智能”技術或技術解決方案，稱為“智能技術”，它綜合體現了現代通信與信息技術、計算機技術、軟件技術、網絡技術、控制技術、測量技術、音視頻技術、機電技術等的內容。

智能照明可以理解為一種應用了智能技術，具有感知、決策、執(zhí)行、學習、反饋等能力，并綜合利用這些能力達到預定照明效果的應用[4,7]。

1.2 智能照明現狀

傳統(tǒng)的照明行業(yè)已經處于市場競爭白熱化，服務、產品同質化嚴重，企業(yè)利潤呈現微薄甚至負利。在這般的市場中競爭，此起彼伏的價格戰(zhàn)，最后兩敗俱傷的情形經常出現，可以很形象的稱為處于“紅海”階段。于是各大企業(yè)呈現出轉型升級地趨勢，集中在智能照明的方向中尤為明顯。以佛山照明、歐普、三雄極光、雷士、陽光照明等為首的大型照明企業(yè)都在不斷建立智能化標簽，甚至有互聯網、家電企業(yè)跨行業(yè)加入智能照明領域，如華為、百度、小米、涂鴉智能、科大訊飛、聯通物聯網、中國電信物聯網、阿里巴巴等，該領域目前處于“藍海”階段，各公司都在某個領域有自己的特點或優(yōu)勢，就能獲取一定的利潤與市場。

加上近年來隨著居民生活水平的持續(xù)提高，消費觀念的逐步改變，消費者更愿意看重高品質和體驗感，而智能照明能夠很好的給人們生活帶來便利與新鮮的體驗，這為智能照明的發(fā)展帶來了不少機遇。但是由于目前技術百花齊放，沒有統(tǒng)一的標準和權威認證，導致市場培養(yǎng)以及宣傳的缺乏，使消費者很難直接為產品功能買單[1,2]。

2 智能照明系統(tǒng)框架和控制協(xié)議

2.1 智能照明系統(tǒng)框架

智能照明系統(tǒng)包括以下組成部分：智能照明服務平臺、智能照明網關、路由器、智能照明控制器、照明設備（燈具）及可選配的傳感器、智能照明控制操作終端、開關面板等組成[5,6]。

以傳感器為主控的系統(tǒng)，由傳感器收集環(huán)境與照明關聯的信息，轉變?yōu)檩斎胄盘栕饔糜谥悄苷彰骺刂破鳎瑸榭刂破靼l(fā)出照明控制指令的決策提供依據，最終指令作用于照明設備（燈具），從而實現智能照明控制，如圖1。

圖1 傳感器主控系統(tǒng)

以智能照明操作終端為主控的系統(tǒng)，終端將照明劃分為了不同的應用場景，通過運行操作軟件、觸摸屏幕、手勢或語音等方式可以實現遠程/現場對智能照明控制器和照明設備（燈具）的控制，如圖2。

圖2 智能照明操作終端主控系統(tǒng)

以智能照明服務平臺為主控的系統(tǒng)，通過智能照明服務平臺設定好的應用服務、決策方案、實時監(jiān)控數據等程序，對智能照明控制器和照明設備（燈具）進行控制與遠程管理，如圖3。

圖3 智能照明操作終端主控系統(tǒng)

由于智能照明系統(tǒng)還可以與智能家電系統(tǒng)、樓宇控制系統(tǒng)和其他智能系統(tǒng)相互集成，因此智能照明系統(tǒng)的組件可以與其他控制器和其他云服務平臺進行連接，以實現互聯、共享信息以及協(xié)同工作。

通過組合，集成了上述幾種簡單的智能照明系統(tǒng)模式，目前實現了更為全面的、可以適用于不同應用場景的一般智能照明系統(tǒng)框架，如圖4。

圖4 一般的智能照明系統(tǒng)框架

2.2 智能照明系統(tǒng)控制協(xié)議

控制協(xié)議（通訊技術），是智能照明行業(yè)發(fā)展的根本，在控制系統(tǒng)中需要通過網絡化控制將各層設備相互連接，從而讓各部件互相通信達成協(xié)作。控制協(xié)議可分為以下3個層級：

1）LED照明控制裝置與燈具電源之間，有模擬接口如0-10V或PWM協(xié)議，這也是最早在電子鎮(zhèn)流器采用過的成熟通訊控制技術，現在仍有普遍應用。也有數字接口，典型為數字可尋址照明接口（digital addressable lighting interface）DALI協(xié)議，目前該協(xié)議已標準化，加上長時間的使用已是一項十分成熟的技術。

2）LED照明控制裝置與網管/路由器、傳感器、開關面板終端等設備之間，也稱之為本地控制。有Wi-Fi無線局域網、ZigBee協(xié)議、藍牙Mesh協(xié)議、電力載波通信協(xié)議（PLC）、DALI、RS-485通信接口等。它們可以用無線技術、總線技術、電力載波技術等不同的連接技術加以區(qū)分。顧名思義無線技術是無需另外設計布線，如Wi-Fi、ZigBee、藍牙，它們具有操控靈活簡單，便于升級，成本低等特性；總線技術，需要專門的有線線路將所有設備與控制集中在一條總線上，如DALI、RS-485通信接口，控制十分精準，但對于已完工的照明設施應用升級改造比較繁瑣；電力載波PLC（Power Line Communication），是一種利用了電力線傳輸數據的控制方式，具有國際標準協(xié)議，無需重新布線，但控制靈活程度相對較低。

3）智能照明服務器、手機APP與網管/路由器之間，一般取決于以太網、NB-IoT、光纖接入網、互聯網4G/5G技術[3]。

3 現有智能照明系統(tǒng)評述

3.1 現有智能照明系統(tǒng)不足

3.1.1 單一生態(tài)平臺模型數據收集缺乏

目前廠商一般提供單一生態(tài)平臺，囊括了云端服務器、網關/路由器、控制器、燈具設備等都通過廠商統(tǒng)一的自主開發(fā)的連接技術進行互通、用自主平臺進行數據處理與監(jiān)控。導致由于廠商自身技術主打區(qū)域的限制，造成其他領域技術引用匱乏。因廠家自有生態(tài)封閉性，面對來自不同領域技術的智能設備無法彼此實現數據共享，互通互控，使得智能照明難以大數據化，去支撐起更為智能的“大腦”。

3.1.2 “人為”特征仍占主體

目前的智能照明設備強調決策以及學習特征，但目前的智能特征仍然沒有較好地被表現以及實踐，人為特征仍然占主體，這種不足具體表現在許多操作上，仍需人為操作手機APP或控制面板終端實現分場景控制，而非真正意義上的“智能”。導致此問題的主要原因還是缺少“數據化”，沒辦法支持智能照明系統(tǒng)實現從感知到決策到學習的全過程。

3.2 解決方案

3.2.1 不同智能平臺實現云互通模型，大數據AI

智能照明設備應可和其他智能設備協(xié)同工作，成為整個智能系統(tǒng)中重要的組成部分，互相共享數據實現實時動態(tài)的對環(huán)境中各項指標如室外天氣、人體生理信息、室內溫濕度、空氣質量等進行監(jiān)控處理，突破自身生態(tài)壁壘，平臺云互通、本地連接設備互通。如人體智能手環(huán)能夠實時監(jiān)測血壓、心率等人體生理信息，并反饋到手環(huán)自身服務器平臺，與智能照明服務器平臺通過云端進行數據共享，引入智能AI的分析控制，使之控制照明設備合理切換出對應舒適的光照場景，模型如圖5。

圖5 智能平臺實現云互通模型

上述模型還可集成更多的智能產品進行互聯，收集更大量的信息數據進行處理分析，加上AI智能具有的“自我學習”功能，讓智能照明產品能做到真正“懂人性”。

4 小結

智能照明系統(tǒng)隨著未來地升級完善，平臺云端互通也將產生更大的數據量，將云端大數據與人工智能AI深度結合，無論是產品自身故障監(jiān)控、用戶的狀態(tài)感知、環(huán)境實時監(jiān)測都可統(tǒng)一實現，多生態(tài)平臺集成系統(tǒng)，無需人為操控，真正做到以用戶為核心，體驗趨于個性化、無感化，忽略設備的存在去品味高質量光帶來的舒適體驗。本文對智能照明系統(tǒng)相關內容進行了分析和匯總，嘗試探討了系統(tǒng)改進方案與未來發(fā)展方向，希望能給讀者帶來一定的參考價值。