夜景照明控制系統技術研究

摘 要： 伴隨著基礎通信設施的不斷完善，更多的燈具不再是僅僅滿足功能性照明，而是通過照明控制系統技術，來實現豐富的色彩變化和模擬動畫功能，以更好地滿足城市夜景照明、節假日夜間燈光效果的需要。研究了夜景照明控制系統的功能，對設計中需要注意的技術要點進行了分析。

關鍵詞： 夜景照明; 光源; 照明控制系統; DMX512協議

中圖分類號： TU855

文獻標志碼： A

文章編號： 1674-8417（2024）05-0040-04

DOI：

10.16618/j.cnki.1674-8417.2024.05.007

0 引 言

夜景照明是一項系統工程，涵蓋了工程技術、環境藝術、人文歷史、經濟、文化、管理等多學科，是技術、藝術和人文的有機結合。夜景照明的方式一般采用泛光照明、輪廓照明、內透光照明、重點照明和建筑樓宇夜景照明等。

伴隨著基礎通信設施的不斷完善，更多的照明燈具通過照明控制系統來實現豐富的色彩功能，以滿足城市夜景照明和節假日夜間燈光效果的需要，本文研究了夜景照明控制系統的功能及設計中需要注意的事項。

1 夜景照明概念

夜景照明泛指除體育場地、建筑工地、道路照明和室外安全等功能性照明以外，所有室外活動空間或景物夜間的照明，亦稱景觀照明。

夜景照明常用燈具有投光燈、輪廓燈、洗墻燈、點光源、投影燈、星光燈、瓦楞燈和草坪燈等，燈具均采用LED光源，節能且壽命長，使用區域為建筑物外立面、橋梁、道路景觀、湖面等場所。通過上述幾種燈具的組合，不僅給景觀或建筑起到照明功能，且能通過燈光勾勒出建筑的夜景結構、植被的夜色效果，利用燈光重塑城市的夜間景觀形象，將城市規劃區域的特征、景觀元素用燈光表現出來，突出城市的內涵和特征，也服務于市民夜間活動的需要。

2 照明控制系統特點

在夜景照明工程中，照明控制系統技術是其中重要的組成部分，良好的控制系統不僅能創意照明工程的藝術表現力，還可提高管理水平，降低管理人員的勞動強度，有效地節約能源，在滿足特定亮化效果的基礎上達到了一定的節能減排作用。夜景照明的控制方式靈活、可靠，并具有手動、自動操作控制方式，較大的照明工程還應具有智能控制方式，滿足平日、節假日、重大節假日燈光變化的要求和管理部門的控制要求^［1］。

照明控制系統主要由主控制器、分控制器、燈具及線纜組成。主控制器根據功能和應用場景不同，分為脫機控制和聯機控制。分控制器有8個網絡輸出端口，每個端口可帶載512個像素點。每個輸出端口提供多道保護功能，可保證分控制器輸出端口在所控制燈具有短路、電源反接等情況下不損壞端口。分控制器具備自動/手動編碼功能，且能實現端口帶載狀態下的編碼寫址，提高現場調試效率。

智能控制方式是伴隨著計算機控制技術和網絡通信技術而出現的，也是目前國內景觀照明最為常用的控制方式，傳輸方式有有線、無線和混合3種基本方式。為了便于智慧城市的統一管理，設計時采用國際標準的通信協議，智能照明控制具有如下特點：

① 實現燈光組合場景變化和照度變化的調節控制;

② 實現節電節能，可根據環境和活動安排設定開燈方式和時間;

③ 具備標準通信接口和協議，可實現聯網控制;

④ 在線監測燈具設備的工作參數，如電壓、電流、功率等;

⑤ 系統結構靈活，便于后期修改、擴容等;

⑥ 提高管理水平，減少管理人員。

3 照明控制系統設計要求

照明控制系統按控制途徑又分為強電控制和弱電信號控制，具備照明開/關控制、模式控制、效果控制功能。強電控制主要對燈具的電源進行控制，夜景照明燈具采用LED燈珠光源，電壓一般采用DC 12 V或DC 24 V。在TN-S的供電系統中，通常采用開關電源的直流輸出端作為燈具的電源，并根據開關電源的功率匹配相應的燈具數量。考慮到開關電源的散熱、工作效率等，實際按照不超80%的開關電源功率匹配燈具數量，交流側電源輸入采用YJY/YJV型號的三芯電纜或五芯電纜，并滿足設計容量和電壓降落的要求。例如：某照明工程項目中，燈具選用18 W/m的洗墻燈，開關電源功率選用350 W，則可配置15套1 m的洗墻燈，電源供電點從第八套燈具接入，滿足現場使用要求。

依據GB 50217—2018《電力工程電纜設計規范》^［2］要求，人員密集場所或有低毒性要求的場所應選用交聯聚乙烯等無鹵絕緣電纜，不應選用聚氯乙烯絕緣電纜。因此，實際工程案例中，建筑樓宇應選用WDZ-YJY電纜，地面、道路等市政景觀類可采用ZR-YJV電纜。

燈具的弱電信號控制就是控制燈具的色溫，由于常規燈具采用LED光源，色溫從2 000 K～6 000 K不等。隨著技術的進步，LED光源已經不局限于單種顏色的發光，現在很多光源已采用RGBW四基色顯色，通過DMX512控制系統對光源RGBW顯色的控制，產生256個亮度等級，可以實現更加豐富的顏色顯示，甚至在整體布局上通過時間和色溫的協調配合，展現出美輪美奐的動畫及圖案效果。

弱電控制目前主要采用五類或超五類雙絞線進行綜合布線，配合控制器的作用實現控制。五類雙絞線的速率可達100 Mb/s，超五類雙絞線的速率可達155 Mb/s以上，能滿足媒體照明及演繹照明要求。

目前，全國大部分一線城市都具備了城市夜景照明功能，不僅能滿足節假日和重大賽事活動的燈光效果，也增添了市民對城市夜生活的樂趣與溫馨感。

在照明高要求樓宇或場所，控制系統應具備信號輸入輸出和通信狀態的監測，實時負載狀態反饋功能。例如遙測功能：實時遙測照明燈具的工作狀態，監測回路電流、電壓、接觸器狀態、功率和功率因數;報警功能：對用電量不正常回路、線路故障等及時向預設移動終端發送報警短信。

4 照明控制設計注意事項

要實現預期動畫顯示效果，就必須對夜景照明的燈具進行合理的控制方案設計。根據多年的照明設計經驗，需要注意以下幾方面事項。

首先，燈具控制距離設計。燈具的信號控制一般優先采用超五類網線，但當分控制器的網絡端口到首套燈具的線路長度超過100 m的時候，超五類網線的信號會產生較大的衰減。因此，一般設計時經常按照不超80 m長度設計，超過此距離時，需要在中間每隔80 m距離增加1個信號放大器。當距離超過幾百米甚至1 km的時候，需要把超五類網線更換成光纖電纜，以達到信號傳輸要求，光纖的傳輸距離能達到2 km且能滿足信號衰減要求。同時，分控制器每一回路網絡端口后面所接燈具的合計距離也有設計要求，一般不超過60 m。根據現場施工反饋，每回網絡端口到首燈長度超過80 m時，信號會產生較大衰減，導致燈具信號不受控，產生亂碼現象，影響整體夜景照明效果。

在工程項目設計階段，如果業主方不要求燈具是聯機控制的，且項目中所控制的燈具較分散，通常可采用現場安裝多個一體式燈光控制器來實現，燈具控制線采用超五類雙絞網線連接，以降低項目投資費用。該方案的不足之處在于，現場每個一體式控制器均需要配置4G網絡信號及程序存儲卡，而且燈光動態效果有改動時需要到現場更換每臺一體式控制器的程序存儲卡。

超五類雙絞網線因為造價便宜，后期運行穩定、維護方便而應用廣泛，但不適合遠距離傳輸。因此，遠距離信號傳輸宜采用光纖敷設方式。

其次，燈具數量設計。現在國內景觀照明常用DMX512控制技術進行燈光控制，DMX512也是現今國內使用最廣的燈光通信控制協議。DMX512協議是由美國舞臺燈光協會（USITT）提出了一種數據調光協議，它給出的一種燈光控制器與燈具設備之間通信的協議標準，因其在1990年提出，所以協議的全稱是USITTDMX512（1990）。該協議的提出為使用數字信號控制燈光設備提供了一個良好的標準。DMX512協議對于數據的傳輸速率有一定的要求，典型的傳輸速率為250 kb/s，其對應的每個比特位的持續時間為4 μs，每個數據幀的時長為44 μs，并且協議也規定每個標準DMX512數據包一次最大支持512幀數據的傳輸。

這就規定了分控制器的每一個網絡端口所接燈具的總像素點不能超過512個。例如：色溫為RGBW的點光源，每個光源需要占用4個信號通道（像素點），每一回路最多只能安裝128套點光源燈具;雙色溫控制的洗墻燈，每米洗墻燈由八段控制，則每一網絡端口最多只能安裝32套洗墻燈。燈具控制系統拓撲圖如圖1所示。

分控制器間相互串聯后接至主控制器網絡端口，也就是“手拉手”鏈路架構。當回路較多時，通常采用增加千兆交換機的方式進行擴展。當需要采用聯機方式進行控制的，增加1套聯機控制器及主機，就可以實現在控制室遠程控制燈具的亮和暗、修改動態顯示效果等。

需要注意的是，在每一DMX512分控制器網絡端口所連接的最后一套燈光設備輸出接口上需要安裝終端連接器，連接器要連接1只阻值120 Ω、功率約1 W的電阻器，使每一DMX512分控制器支路的末端處于閉合狀態。由于DMX控制脈沖頻率較高，當傳輸線路不通時具有原路返回的天性。這樣，原路返回的信號會和后來的信號相疊加，極易造成DMX控制指令產生誤碼，使主控制器不能正常解碼，出現動作錯誤或燈具控制失靈的現象。

控制信號線連接燈具的時候必須按照一個方向進行串聯，不可從燈具中間往兩側方向接線。否則，此接線方式容易引起DMX控制信號的地址錯誤，導致燈具不能實現已有程序的動態效果。這和燈具的電源線接線方式正好相反，電源線宜從燈具中間往兩側方向供電，以避免長距離供電帶來的電壓降落。

5 實例分析

某商業性高層綜合辦公樓，樓高98 m，四面結構相同。經現場勘察分析，對該建筑樓宇立面安裝輪廓燈，安裝于外立面玻璃幕墻接縫處。燈具規格參數表如表1所示。

建筑外立面玻璃幕墻寬度約1 000 mm，高度80 m，因此，每間隔1 m安裝輪廓燈，每個立面共安裝27豎條輪廓燈，燈具高度80 m。考慮項目建成后維護成本，將開關電源安裝于屋頂，每20 m燈具共用1臺350 W開關電源，8臺開關電源共用1根WDZ-YJY-3×4低壓電纜，低壓電纜均引至樓頂照明配電箱回路。通過4臺開關電源引出4路RVV-2×4 mm2電纜作為燈具DC 24 V電源線，每回電源線通過三通公母頭接于第11 m、第31 m、第51 m、第71 m燈具處。

結合燈具規格參數表，每米燈具占用像素點數量：4×8=32個，每個分控器網絡端口所帶燈具長度L=512/32=16 m，由于每16 m燈具使用一個網絡端口，每豎80 m燈具需使用5根超五類非屏蔽網，不僅會增加較多線纜量，也會使最后一根網線長度因較長而不能準確控制燈具信號。因此，跟控制器廠家協商溝通，將每個網絡端口可帶像素點擴展至1 024點，每20 m燈具使用一個網絡端口，像素點均有冗余。

經計算，分控器每個網絡端口串接20 m燈具，即每豎條80 m燈具使用4個網絡端口，通過4根超五類非屏蔽網線連接于每段燈具首燈，所有分控器通過“手拉手”模式串聯并與主控制器相連接。經現場測算，最長一根網線長度為68 m，符合設計要求。最后，所有燈具以此方式接通電源和連接超五類非屏蔽網線，通電調試后亮燈正常，未出現燈具閃點和燈具不受控等情況。最后，現場技術員下載燈具控制程序，控制亮燈模式及效果。

6 結 語

本文研究分析了照明控制系統的特點、設計要求和注意事項，通過對燈具組合場景變化和照度變化的調節控制，運用信息通信中的DMX燈光智能控制技術，實現多維度、多角度管理模式。同時，需注意對燈具、線纜的規格參數選型及針對性的進線控制系統設計，從燈具數量和距離上嚴格設計標準，有效提高系統運行穩定性和安全性。

［1］ 北京照明學會照明設計專業委員會.照明設計手冊［M］.北京：中國電力出版社，2016.

［2］ 中國電力企業聯合會.電力工程電纜設計標準：GB 50217—2018［S］.北京：中國計劃出版社，2018.

收稿日期： 20240102

Research on Night Scene Lighting Control System Technology

SHI Weifeng

（Zhejiang Zhongyuan Lighting Co.， Ltd.， Hangzhou 311200， China）

Abstract：

With the continuous improvement of basic communication infrastructure，more lighting fixtures are no longer just for functional lighting，but through lighting control system technology，to achieve rich color changes and simulate animation functions，in order to better meet the needs of urban night lighting and holiday night lighting effects.This article mainly studies the functions of the night scene lighting control system and the technical points that need to be noted in the design are analyzed.

Key words：

night scene lighting; light source; lighting control system; DMX512 protocol