楼宇智能LED控制系统分析

许宁

摘 要：近年来我国经济飞速发展，城市化进程加快，同时随着科技的进步，LED照明技术因其极好的照明和节能效果而得到了越来越广泛的应用。本文针对现代智能楼宇LED灯的应用需求，设计了一套楼宇智能LED控制系统，该系统克服了传统有线布置的弊端，可以满足现代城市更加智能、绿色的使用需求。

关键词：智能；LED照明；控制系统

中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）02-0035-02

相较于传统照明中使用的白炽灯和荧光灯，LED照明技术具有响应速度快、发光效率高、使用寿命长、节能环保等特点，越来越多的被投入应用中去。根据LED灯使用的时间、环境应用需求，设计一套智能的控制系统，可以充分发挥LED灯的照明优势，提高照明的舒适度，体现智能化的特点，同时还可以符合现代绿色低碳的生活理念。

1 楼宇智能LED控制系统概述

目前，城市的照明中越来越多的选择LED技术，与大量的LED灯相呼应的控制系统也正在朝着高度集成化和智能化的方向发展。目前的楼宇智能LED照明系统多从传统的灯光控制系统发展而来，但传统控制系统良莠不齐，部分仍存在比较多的弊端，且没有形成统一的行业标准。这些控制系统大多采取一个灯具配套一个控制器的方式，这种形式需要使用大量的控制器，需要对每个控制器进行单独的编码，不仅浪费资源，更拖慢了处理速度，亟待进一步的改善。

LED技术作为新兴的照明技术，拥有广阔的发展前景，有逐渐取代传统霓虹灯而成为主流的趋势。目前使用的控制系统方案比较缺乏灵活性，智能播放提前预设好的几种效果，无法满足日益提高的用户需求。

2 楼宇智能LED控制系统需求分析

2.1 控制点数量多

在实际的应用中，楼宇需要进行布线的楼层较多，每面墙均有几十个窗口，因此控制点数量繁多，这就要求控制系统选择一种稳定高效并且统一的网络拓扑通信方式。

2.2 动态性控制

在实际应用中，要求所有的控制点都可以根据用户的需求，按照预先设定的场景实现各种场景的组合和随时控制开闭，做到动态性的控制。要做到这一点，首先需要有良好的人机界面作为基础，其次，还需要开发与之配套的动态演示机制和切换机制。

2.3 同步性

为了做到同时显示正常画面，完成楼宇智能控制系统的基本要求，场景显示需要各个节点做到同时控制动作，需要完成这个要求，就需要在系统中做到安全的消息机制，并且需要做到同步的任务调度方式。

2.4 实时性

当楼宇LED投入工作时，控制系统需要对其进行实时控制，在实际的应用当中，网络传输可能会出现延迟，延迟抖动则会造成LED无法正常显示，所以必须将延迟控制在合理可控的范围当中，并且需要考虑到网络的实时性和稳定性的设计。

3 楼宇智能LED控制系统设计

3.1 总体架构

根据楼宇智能LED控制系统的需求和控制对象的特点，将采用以太网进行网络控制，下位机对各个节点则采用直接控制端口的方式，并根据系统的需求作出相应调整。按照总线拓扑分析，控制系统整体上属于星型拓扑，并且将该控制系统分为三个层次。

第一层为监视控制层，主要负责完成LED燈光的实时控制，包括发出灯光变换的效果，接受返回的故障信息等，为了防止误操作等现象的出现，还需要设置一个实时控制机进行日常的控制，以提高系统的安全性。第二个部分是直接控制层，这一部分主要由网络节点组成，是系统中最为核心的部分，负责对数据进行转换等。主要通过并行和串行两种控制方式对LED灯的状态进行调控和监测，接收和分析主机的命令，并及时向主机报告LED灯的状态。第三个部分是LED灯的控制和显示部分，主要包括所有的LED灯具和控制它们每一个的芯片，它将接收主机的显示控制命令，对每一个节点进行控制，对独立的灯具进行显示和颜色的控制。

3.2 网络控制节点设计

网络控制节点的各种功能就是接收上位机的各种各样的控制信息，并根据接收到的信息对该节点范围内的灯具进行相应的控制，网络控制节点本身不会发出任何信息，它是解析和中转信息的一个关键部位。

节点设计首先需要考虑的就是网络节点上的数据量大小和更新速度，整个系统需要CPU处理器模块、存储模块、网络通信模块和灯具控制模块。对于CPU核心处理器，需要控制信号传输、快速数据传递，为做到以上要求需要包含Cache。为保证LED的电流稳定，可按照传统的配电方式进行设计，通过对220V市电输入的电压形成5V的恒压源。在存储模块方面，需要一个配置存储器EPCS来专门保存FPGA的配置信息，虽然Flash也可以做到相应的功能，但会大大增加系统的开销，所以本系统中选用了EPCS的方法。网络通信模块主要根据信息的传输速度进行设计，为保证传输数据准确无误，需要选用成熟稳定的以太网嵌入芯片以保证其稳定性。而灯具的控制模块，要想实现所有灯具的并行控制，就需要对所有灯具进行与PWM模块的直接连接，可以通过PWM的输出变化来控制灯具的变化。

网络节点的软件可以和硬件实现的功能互为补充，软件的缺点是在稳定性方面不如硬件，而软件除了需要保证稳定性，还需要实现收发处理数据、减少灯光显示误差、实现自动的连接和操作等功能，同时还需要人工对各项功能进行测试。

3.3 故障分析与报警

控制系统可以及时检测到控制点的实时工作状态，可以对于线路老化、故障和短路等楼宇LED使用中常见的现象进行洞察和分析，以保障亮灯率，更方便对其进行维修维护。同时还可以做到及时合理的开关灯，节能高效，避免更严重故障的发生。

控制系统可以采集每一个控制点的信息，对于其中的异常部分，系统将自动报警，并将报警信息及时显示在计算机屏幕上。当故障出现时，系统可以自动记录故障发生的时间和位置，将报警的状态及时加以记录。同时，报警系统可以准确报告故障点的位置，方便对其进行维修。由于可以对每一个控制点加以控制，因此可以通过无线通讯设备与中心控制室及时联系，随时确认维修的故障点是否已经恢复正常等。

4 结语

当前，楼宇智能LED控制系统已经广泛的被大城市所采用，但技术方面还存在着亟待改进之处。本文分析了楼宇智能LED控制系统的需求，并提出了一种节约成本、功耗较低、照明效率高并且兼顾稳定性和实用性的系统设计方法，解决了传统景观灯所存在的部分弊端，相信未来随着技术的不断发展，一体化的楼宇智能LED控制时代将会到来。

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