停车库物联网智慧照明控制系统

2018-09-13朱亮亮周爱农

现代建筑电气 2018年8期

朱亮亮, 周爱农

(重庆市设计院, 重庆 400015)

0 引言

国内绝大部分车库照明控制依赖物业管理人员的手动控制,虽然很多项目在设计期间均考虑分组分时控制,甚至有些车库设置感应控制等多种控制方式,但在项目建成后投入使用期间车库日常管理实际由物业公司负责,而很多物业公司为节约运行成本,车库管理人员很少且缺乏技术职能培训(不懂操作或懒惰等),或为节约电费和灯具更换周期直接关闭75%照明灯源,仅使用25%灯源维持基本照度需求。这样就造成车库内长期照度不足,不仅影响人的视线及识别度,而且照度不均匀会出现一片亮一片暗的情况,舒适感很差[1]。

目前,主流智能照明系统采用的多是总线独立式控制技术方案,照明供电与控制采用分离方式。随着我国智慧城市的全面发展,在技术层面以移动技术为代表的物联网、云计算等新一代信息技术的基础设施建设不断完善和发展,在社会层面通过维基、社交网络、FabLab、综合集成等工具和方法的应用,智慧照明得以实现以用户自主创新、控制开放、协同管理为主要特征的全面智慧化管理和运行。笔者所在项目研发团队基于某公司研究开发的物联网光环境系统,以电力线作为信号传输线(电力载波技术),结合实际停车库工程中照明控制的需求及安装等特点,设计了物联网智慧照明控制系统,其不同于目前国际国内主流智能照明控制系统。

1 技术特性及原理

停车库物联网智慧照明控制系统是全数字化光源系统与智能照明管理系统及互联网大数据相互融合的新一代智慧照明系统,可以做到照明控制器与光源之间的供电、控制回路合二为一(即没有控制线路,将照明控制信号通过电力线与改变的交流电信号波形传送至被控灯具),控制信号不受传输距离的限制,其稳定传输距离可达1 000 m以上;可以实现现场开关、手机APP、后台计算机等全方位传输控制,控制回路分配也可以在不更改任何物理线路的条件下按需随意更改控制照明LED灯具组,系统造价大约只有目前国外智能照明系统的10%,同时无需铺设控制线,控制设备模块化、简洁化;大大简化工程施工线路和控制元件的复杂程度,且在不改造线路的情况下可以实现单灯照度调节[2-3]。

物联网智慧照明控制系统原理:依靠连接在电力线上的主控制器和与每个被控灯具连接的解码控制器相结合来实现对多个灯进行照明控制。具体方法如下:主控制器接收从远程控制终端传来的照明控制信号后,按照约定协议对照明控制信号进行编码;按照数据序列的内容依次控制交流电信号的波形,形成一组代表控制信号的波形数据组;波形数据组通过电力线传给解码控制器;解码控制器接收到从主控制器传来的波形数据组后,对波形数据组中每个波形所代表的数据进行解析,并按照波形数据组中波形的排列顺序将解析出的数据进行编码,形成与波形数据组对应的接收数据信号;解码器从数据信号中获得照明控制信号中所需要控制灯具的地址位数据和控制灯具亮度的亮度位数据,对照约定的通信协议,只有灯具地址位的数据与解码控制器所对应灯具的位置数据相一致时,解码控制器才向灯具发出照明亮度控制信号,改变灯具的亮度,实现照明控制。智慧照明控制系统示意如图1所示。

图1 智慧照明控制系统示意

系统主要由主控制器、多个解码控制器及与解码器相连的灯具组成。主控制器的输入端与电力线的进线端相连,输出端通过电力线与多个解码控制器连接,每个解码控制器均连接需要控制的灯具。其中主控制器包括过零检测电路、主控制电路、波形改变电路和供电电路。解码控制器包括信号藕合电路、边沿捕获电路、主控制电路和供电电路,解码控制器连接在灯具电源控制器上,通过控制灯具电源控制器实现对灯具的控制。具体的技术处理和实施方式如下:

(1) 主控制器将接收到的照明控制信号变换成传送数据信号,包括依次排列的起始位、命令位、灯具地址位、灯具亮度数据位和结束位,是由“0”或“1”组成的一组数据序列。

(2) 主控制器将电力线上交流信号中的正弦波形依次分成多个波形段,改变每个波形段的波形,使波形段处于两种波形状态,由多个波形段组成一个波形数据组,波形段的数量与传送数据信号的位数相同,且其中一种波形段对应于传送数据信号中的“0”,另一种波形段对应于传送数据信号中的“1”,即把传送数据信号变换成交流电信号上的一个波形数据组,波形段的排列顺序与传送数据信号的数据序列一致。

(3) 波形数据组经电力线传送至解码控制器,解码控制器把传来的波形数据组进行解析,得到照明控制信号中所需要控制灯具的地址位数据和灯具亮度数据位的数据,只有灯具地址位的数据与解码控制器所对应灯具的位置数据相一致时,解码器才向灯具发出照明控制信号,从而改变灯具的亮度,实现照明控制。

(4) 交流电信号中的波形段是由一个正半周波形与相邻的负半周波形组成的全波波形。每个半周波代表一个数据位,由前至后,奇数/偶数的波形段为正半周波形,偶数/奇数的波形段为负半周波形。

2 系统特点

停车库物联网智慧照明控制系统具有自动组网,无额外控制线缆,在不改变原有物理布线回路的情况下通过系统软件实现功能区域细分管理,如车道区域、停车位区域、人行道区域、出入口区域等独立设置灯光控制策略,使不同区域的灯光根据不同时间自动运行在最合适的状态,从而降低用户后期使用维护成本,甚至可以结合相应雷达感应设备在传统控制开关模式以外实现自动光亮度调节、车来灯亮/车走灯灭或减弱背景光亮度,在不影响正常工作的情况下按需照明。停车库物联网智慧照明控制系统主要构架如图2所示。

图2 停车库物联网智慧照明控制系统主要构架

用户只要通过互联网页面接入系统,无需下载APP,即可通过计算机、手机、平板、现场无线开关轻松调用不同灯光场景。用户管理员可远程监控、维护,并管理整个建筑的照明;系统可以根据用户需求进行个性化设计,实现开关控制、亮度调节、背景光调节、雷达感应、场景控制、软分组控制、时序控制、灯光计划表、远程控制、手持控制、电能计量等多样化需求。其中亮度调节和背景光调节最具特色,亮度调节可以实现对单灯10%～100%范围的接近无极调光,解决现有车库照明为节约电能只开25%照明灯而导致的照度均匀性和舒适性不足的问题。智慧照明系统通过单灯亮度调节,实现整个车库整体照度均匀,且能耗降到最低。停车库智慧照明的时序控制可以根据一年四季不同的工作情况,通过空间照度感应设定丰富的灯光计划任务,自动运行灯光计划,自动控制灯光而无需人工干预。

停车库智慧照明控制系统的另外一大特色是系统的开放性,可以结合整个城市物联网大数据分析的成果,利用不同停车库运行的各种特性(如高峰期、低峰期、客户停车习惯等分析数据)来制定车库的照明控制计划,自动控制车库照明,甚至可以结合其他一些系统云数据,如预约停车系统,对即将来停车辆预约停车,点对点分配最佳停车位置,在车辆进入车库入口时相应开启或提高预约车位的行车路线及停车位照明灯的照度,在满足使用需求的前提下实现最大化节能。

3 系统应用

智能照明控制系统在实际停车库中应用,要采集停车库实际使用数据(日常车辆出入频率、高低峰时段、客户使用习惯等数据),大致有3种采集方式:通过物业管理统计数据;前期运行一段时间的停车管理系统、车位诱导系统以及停车库监控系统的数据;在未来大数据逐渐成熟完备的条件下,通过大数据平台直接获取类似停车库使用的统计数据。数据采集后根据数据特征针对性地设计停车库系统方案。目前,物联网智慧照明控制系统具备开关控制、亮度调节、背景光、雷达感应、场景控制、软分组控制、时序控制、灯光计划表、远程控制、手持遥控等控制功能。以某停车库各区域(行车道、停车位、出入口)系统策略化管理为例,分别列出如下管理方式:

(1) 开光控制和亮度调节。根据空间所需,通过计算机、手机、遥控器及智能开关控制灯光开启与关闭。

(2) 背景光。灯光保持最低20%亮度,以提供必要的照明。可根据时段选择性地关闭部分灯光,出入口保持100%亮度。

(3) 雷达感应。当雷达检测到人、车时灯光自动调节至预设亮度,当人、车离开后灯光减弱至背景光,通过系统关闭雷达感应功能;出入口关闭雷达感应功能。

(4) 软分组控制。根据需要,灵活改变分组(不改变物理线路)。

(5) 场景控制。用户按需预设,随时调用。

(6) 时序控制。

① 行车道、停车位。上下班高峰时间(8∶00～10∶00,17∶00～19∶00),车库的车流量最大,行车道区域的灯光调为100%亮度,关闭雷达感应功能;停车位区域灯光均调整为60%亮度,打开雷达感应功能,当检测到人或车来时灯光自动调为100%亮度,当人或车离开后灯光自动调为60%亮度。白天上班时段(11∶00～16∶00),车库车流量相对较小,行车道区域灯光均调整为40%亮度,打开雷达感应功能,当检测到人或车来时灯光自动调为100%亮度,当人或车离开后灯光自动调为40%亮度;停车位控制同8∶00～10∶00。夜间时段(20∶00～24∶00,7∶00～8∶00),车库车流量小,行车道区域灯光均调整为40%亮度,打开雷达感应功能,当检测到人或车来时灯光自动调为80%亮度,当人或车离开后灯光自动调为40%亮度;停车位区域灯光均调整为20%亮度,打开雷达感应功能,当检测到人或车来时灯光自动调为50%亮度,当人或车离开后灯光自动调为20%亮度。深夜时段(0∶00～7∶00),车库车流量非常小,行车道区域内1组灯光关闭,2组调整为20%亮度;打开雷达感应功能,当检测到人或车来时2组灯光自动调为50%亮度,当人或车离开后2组灯光自动调为20%亮度,1组灯光不论是否检测到人或车均不亮起;停车位控制同20∶00～24∶00。

② 停车库出入口。入口段:白天时段(7∶00～19∶00),入口区域根据项目实际测量照度,自然光能满足要求的部分路段(灯光打开或者关闭对行车道实际测量照度结果相同的部分光源),灯光均关闭。进入过渡段灯光100%亮度,后段根据实际情况逐级降低亮度,直至与车库内部照度一致。夜间时段(19∶00～7∶00),入口光源根据项目实际位置,参考外界环境光测量照度,进行灯光亮度等级设置(最低20%亮度等级)。进入过渡段灯光参考入口亮度,后段根据实际情况逐级增加亮度,直至与车库内部照度一致。出口段:白天时段(7∶00～19∶00),前段与车库光源照度一致,进入过渡段灯光100%亮度,出口处根据项目实际测量照度,自然光满足要求的部分路段(灯光打开或关闭对行车道实际测量照度结果相同的部分光源),灯光均关闭;夜间时段(19∶00～7∶00),前段与车库光源照度一致,进入过渡段灯光根据实际情况逐级降低亮度,直至与外界环境光照度一致(最低20%照度)。

(7) 灯光计划表。行车道可根据季节、节日、活动等单独编制灯光计划,系统自动运行。

(8) 远程控制。系统管理者可通过计算机、手机统一管理控制灯光,根据实际情况设置时序等。