基于KNX总线的智能照明控制系统

李少雷

（中国科学院 电子学研究所，北京　100080）

基于KNX总线的智能照明控制系统

李少雷

（中国科学院 电子学研究所，北京100080）

文中是基于KNX总线的智能照明系统的设计。KNX总线为了提高智能照明系统的控制、管理水平和一定程度上的减少智能照明系统的维护成本、实现节约能源、减少照明系统成本上，做出了非常大的贡献。本设计主要是采用了模拟智能照明系统，设计中所有的照明设备都是通过KNX介质连接在一起的，组成了简单的模拟智能照明系统，使其可以进行便利的信息交换，从而实现了使用智能照明模块、感应器等设备的智能联动控制系统。本系统所有的照明控制设备，均选用德国施耐德电气的智能照明产品，从而实现了智能、安全、节能、可靠的智能照明控制系统。

KNX；施耐德；智能照明；节能

对于现在人们日益提高的生活水平，以及现在人们对于照明要求的提高，这些都促使了现代的照明系统，必须要向着节能、环保、高效这样的目标努力，同时又必须要向具备舒适、灵活、人性化的方向不断改进才可以。伴随着电脑以及网络科技的高速发展，使用的总线技术的也是愈发的成熟，促使了智能建筑的行业，也得到了非常明显的发展。在这些前提下，出现了“智能照明控制系统”这个概念。

1　设计方案

文中主要研究并且设计出了一套基于KNX总线的智能照明控制系统，其中详细的介绍了这套控制系统的总体设计方案，硬件设备选择、KNX总线网络的组建设计等内容。

想设计好这套KNX总线智能照明控制系统，首先需要充分利用自然采光，并且及时关闭没必要运行的灯光，以便实现最大限度的节约能源；同时利用现有的自动化技术，以及信息化的管理模式，就可以大大提高系统运行的安全性和可靠性，并且可以提高管理效率，降低使用、维护的成本。

图1　KNX总线连接结构示意图Fig.1　Intelligent lighting system structure diagram

从图1中可以看出，每个部分模块的作用如下：

中央控制器负责配置各个分机模块模块，使其能够正常使用组网，同时通过中央计算机控制整体系统。

分控站点负责自己分配到的模块控制，达到准确控制其下级的控制模块，同时可以监控其工作状态。

控制模块是体现这套系统的关键，起到至关重要的作用，直接将命令作用在灯具上。

图2　智能照明控制模块结构示意图Fig．2　Schematic diagram of intelligent lighting control module

总线也就是用到的KNX总线，其控制单元均能进行逻辑编程，将控制命令存储在控制单元本地，具有控制、报警、收集信息、监视等功能，也可以在软件中对控制单元进行逻辑分组，达到多个控制单元一起完成同一个场景控制的目的。

2　系统硬件设计与选择

文中的智能照明控制系统主要以KNX系统为核心，选择的KNX系统元件，都是施耐德电气中的产品模块，其结构如图2所示。

从图2可以看出，该控制模块主要由电源模块、开关模块、调光模块、智能面板、感应模块等相关部分构成。

系统上的所有元件，可以一对一的独立工作，也可以相互组合工作。例如KNX传感器向外发出的数据包，在总线上的每个元件都可以接收到，但是只有目标地址与自己的地址匹配时，其元件才会进行相应的指令。

当然，有些额外的功能也是可以的。比如添加了KNX/以太网网关，可以达到的作用有两个：第一，完成了KNX网络与以太网网络的连接，同时实现了这两个网络间的相互数据传输，并且可以通过控制家电、Web访问，来实现远程异地的控制［1］；第二，可以通过外接的触摸屏进行集中控制、管理所有KNX总线上的设备。

3　智能照明控制系统软件控制方式设计

由于该系统的受控灯具均是采用开关方式控制，所以系统设计的主要控制方式如下：

定时控制：则是依据工作时间，来设定其控制方式，是一种采用场景、时间以及事件结合的多样控制方式，最后也会实行出不同的照明控制方案［2］。

亮度控制：条件是在有自然光照射的场所，这些场所除了由定时控制以外，同时还会依据室外自然光的光照强度来控制室内的亮度等其他控制。在通过测量相应的区域室内照明强度后，设置相应的这片区域所要求达到的理想光照强度值，从而进行室内灯具的光照强度增减控制。而室外照明，比如雨篷、停车场、道路照明等，都可根据室外光照强度的变化，自动开关相应的灯具，比如黄昏的时候，就会自动打开道路上的路灯；黎明的时候，就会自动关闭相应的室外灯光。

智能面板控制：每个配电间都要设置一个按键式的手动控制面板箱，而每个按键控制的回路，都可由实际的使用情况来编程决定。

场景控制：这个是根据用户的不同要求，来编制不同的场景模式［3］。

智能照明控制系统软件程序流程图如图3所示，可以看到，该系统每次开始后，首先进行初始化，然后发送要设定的参数命令，来设定这次系统的值，之后根据命令的种类，发送给相应的部分。反馈状态信息主要是依据传感器传回的外部信息，从而更好的手动调整照明值等参数。

图3　智能照明控制系统软件程序流程图Fig．3　Intelligent lighting control system software program flow chart

4　KNX总线的网络拓扑组建

HBES拓扑的层次结构是：线路、主线（域）和主干线。构建整个网络的关键系统设备是网桥（中继器）和路由器（线耦合器和干线耦合器）。线路的拓扑结构是多种多样的，可以是线形、星形、树形或混合形。根据不同的需求，总线电缆承载的最大数量，是可以将64（TP1-64）或256（TP1-256）个设备连接成为一个线路。其中对于TP1-64，可以在计算线路的长度和总线通讯的负荷之后，通过增添网桥（中继器）的这种方式，来增加该线路上的总线设备总数。然而任何一条线路，最多就只能增加到256个总线设备［4］。

对于这种大型网络，是可以使用15个路由器，而将最多的16条线路组合成为一个域。在这个域中，任意两个设备之间的任何路径上，安装使用的路由器不应超过两个。一个域是可以有256×16=4 096个设备的。当然，还可以同时使用路由器（干线耦合器），将几个域连接成为一个超大型网络。然而同理，在任意两个域之间的任何路径上，安装使用的路由器（干线耦合器）不应超过两个，因此超大型网络最多可以有4 096×16=65 536个设备［5］。

HBES的网络拓扑结构如图4所示。

图4　IP网络下的KNX拓扑结构Fig．4　KNX topological structure of IP network

5　结　论

文中将KNX总线技术应用在智能照明控制系统当中，对这个系统的软件与硬件分别进行了选择与设计。近年来基于KNX技术的产品在国内的应用增长迅速，很多大型公共设施，如北京国际机场T3航站楼、上海浦东机场和上海世博园等，都使用了KNX技术。并且KNX在国内的应用有向民用住宅发展的趋势。国内也有越来越多的公司加入到使用KNX技术，甚至进行KNX产品的开发。KNX目前存在的主要问题之一是价格较高，这阻止了KNX快速进入到民用建筑领域［6］。

［1］王麟琨，王春喜，柳晓菁．KNX技术简介及特点分析［J］．通讯与网络，2012，6（5）:79-84．

［2］胡兵，齐斌．KNX/EIB系统在酒店客房智能控制中的应用设计［J］．现代建筑电气，2012，3（2）:40-45．

［3］董瑞，张宇，刘行健，等．基于KNX的公共区域应急照明与智能照明系统集成设计［J］．价值工程，2014，27:235-236．

［4］吴金广，程大章．KNX总线技术推动楼宇自动化技术发展［J］．智能建筑与城市信息，2004（6）:32-39．

［5］陈爽．基于现场总线KNX的楼宇自动化技术研究及产品开发［D］．重庆：重庆大学，2007．

［6］邹吉平．基于现场总线的智能照明控制系统分析与应用［J］．灯与照明，2005，29（3）:9-12．

Intelligent lighting control system based on KNX bus

LI Shao-lei
（Institute of Electronics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100080，China）

This paper is based on the KNX bus intelligent lighting system design.KNX bus in order to improve the reductions of intelligent lighting system control，management level and a certain degree of intelligent lighting system maintenance cost，realizing saving energy，reducing cost lighting system，made very large contribution.This design is mainly used in the simulation of intelligent lighting system，design all the lighting equipment are through the KNX medium connected together，consisting of a simple simulation of intelligent lighting system，so that it can facilitate information exchange，in order to achieve the use of intelligent lighting module，sensors and other equipment of the intelligent linkage control system.All the lighting control equipment of the system，the intelligent lighting products of the German Schneider electric，are selected to realize the intelligent，safe，energy saving，reliable and intelligent lighting control system.

KNX；Schneider；intelligent lighting；energy saving

TN29

A

1674－6236（2016）02-0140-02

2015-07-08稿件编号：201507066

国家科技863计划（2013AA03A104）

李少雷（1990—），男，河南安阳人。研究方向：网络与通信工程。