智能照明系统综述及浅析

王 辉 温唯理

（威凯检测技术有限公司 广州 510663）

引言

近年来，随着LED照明技术的发展，照明的管理和控制得到了极大的加强。这为引进物联网技术、大数据技术、数字控制技术、传感器技术、机器学习技术等智能技术提供了基础。智能化逐渐成为照明控制的发展趋势，满足人们提高照明舒适度、高节能水平、操作方便等照明需求。与传统照明相比，智能照明可以实现安全、节能、舒适、高效的目标。因此，智能照明在家庭、办公、商业和公共设施领域有着更好的发展前景。随着国内智能照明研发生产技术的发展和产品推广力度的加大，智能照明在领域的应用有望得到普及。

1 智能照明概念及现状

1.1 智能照明概念

“智能”是指具有人类或类似人类智能特征的能力，表现为在实现某一目标的过程中，通过感知、决策和执行的一个或多个过程或过程循环，并不断地从中学习以提高实现目的的能力、效率与效果。为实现产品的“智能”技术或技术解决方案，称为“智能技术”，它综合体现了现代通信与信息技术、计算机技术、软件技术、网络技术、控制技术、测量技术、音视频技术、机电技术等的内容。

智能照明可以理解为一种应用了智能技术，具有感知、决策、执行、学习、反馈等能力，并综合利用这些能力达到预定照明效果的应用[4,7]。

1.2 智能照明现状

传统的照明行业已经处于市场竞争白热化，服务、产品同质化严重，企业利润呈现微薄甚至负利。在这般的市场中竞争，此起彼伏的价格战，最后两败俱伤的情形经常出现，可以很形象的称为处于“红海”阶段。于是各大企业呈现出转型升级地趋势，集中在智能照明的方向中尤为明显。以佛山照明、欧普、三雄极光、雷士、阳光照明等为首的大型照明企业都在不断建立智能化标签，甚至有互联网、家电企业跨行业加入智能照明领域，如华为、百度、小米、涂鸦智能、科大讯飞、联通物联网、中国电信物联网、阿里巴巴等，该领域目前处于“蓝海”阶段，各公司都在某个领域有自己的特点或优势，就能获取一定的利润与市场。

加上近年来随着居民生活水平的持续提高，消费观念的逐步改变，消费者更愿意看重高品质和体验感，而智能照明能够很好的给人们生活带来便利与新鲜的体验，这为智能照明的发展带来了不少机遇。但是由于目前技术百花齐放，没有统一的标准和权威认证，导致市场培养以及宣传的缺乏，使消费者很难直接为产品功能买单[1,2]。

2 智能照明系统框架和控制协议

2.1 智能照明系统框架

智能照明系统包括以下组成部分：智能照明服务平台、智能照明网关、路由器、智能照明控制器、照明设备（灯具）及可选配的传感器、智能照明控制操作终端、开关面板等组成[5,6]。

以传感器为主控的系统，由传感器收集环境与照明关联的信息，转变为输入信号作用于智能照明控制器，为控制器发出照明控制指令的决策提供依据，最终指令作用于照明设备（灯具），从而实现智能照明控制，如图1。

图1 传感器主控系统

以智能照明操作终端为主控的系统，终端将照明划分为了不同的应用场景，通过运行操作软件、触摸屏幕、手势或语音等方式可以实现远程/现场对智能照明控制器和照明设备（灯具）的控制，如图2。

图2 智能照明操作终端主控系统

以智能照明服务平台为主控的系统，通过智能照明服务平台设定好的应用服务、决策方案、实时监控数据等程序，对智能照明控制器和照明设备（灯具）进行控制与远程管理，如图3。

图3 智能照明操作终端主控系统

由于智能照明系统还可以与智能家电系统、楼宇控制系统和其他智能系统相互集成，因此智能照明系统的组件可以与其他控制器和其他云服务平台进行连接，以实现互联、共享信息以及协同工作。

通过组合，集成了上述几种简单的智能照明系统模式，目前实现了更为全面的、可以适用于不同应用场景的一般智能照明系统框架，如图4。

图4 一般的智能照明系统框架

2.2 智能照明系统控制协议

控制协议（通讯技术），是智能照明行业发展的根本，在控制系统中需要通过网络化控制将各层设备相互连接，从而让各部件互相通信达成协作。控制协议可分为以下3个层级：

1）LED照明控制装置与灯具电源之间，有模拟接口如0-10V或PWM协议，这也是最早在电子镇流器采用过的成熟通讯控制技术，现在仍有普遍应用。也有数字接口，典型为数字可寻址照明接口（digital addressable lighting interface）DALI协议，目前该协议已标准化，加上长时间的使用已是一项十分成熟的技术。

2）LED照明控制装置与网管/路由器、传感器、开关面板终端等设备之间，也称之为本地控制。有Wi-Fi无线局域网、ZigBee协议、蓝牙Mesh协议、电力载波通信协议（PLC）、DALI、RS-485通信接口等。它们可以用无线技术、总线技术、电力载波技术等不同的连接技术加以区分。顾名思义无线技术是无需另外设计布线，如Wi-Fi、ZigBee、蓝牙，它们具有操控灵活简单，便于升级，成本低等特性；总线技术，需要专门的有线线路将所有设备与控制集中在一条总线上，如DALI、RS-485通信接口，控制十分精准，但对于已完工的照明设施应用升级改造比较繁琐；电力载波PLC（Power Line Communication），是一种利用了电力线传输数据的控制方式，具有国际标准协议，无需重新布线，但控制灵活程度相对较低。

3）智能照明服务器、手机APP与网管/路由器之间，一般取决于以太网、NB-IoT、光纤接入网、互联网4G/5G技术[3]。

3 现有智能照明系统评述

3.1 现有智能照明系统不足

3.1.1 单一生态平台模型数据收集缺乏

目前厂商一般提供单一生态平台，囊括了云端服务器、网关/路由器、控制器、灯具设备等都通过厂商统一的自主开发的连接技术进行互通、用自主平台进行数据处理与监控。导致由于厂商自身技术主打区域的限制，造成其他领域技术引用匮乏。因厂家自有生态封闭性，面对来自不同领域技术的智能设备无法彼此实现数据共享，互通互控，使得智能照明难以大数据化，去支撑起更为智能的“大脑”。

3.1.2 “人为”特征仍占主体

目前的智能照明设备强调决策以及学习特征，但目前的智能特征仍然没有较好地被表现以及实践，人为特征仍然占主体，这种不足具体表现在许多操作上，仍需人为操作手机APP或控制面板终端实现分场景控制，而非真正意义上的“智能”。导致此问题的主要原因还是缺少“数据化”，没办法支持智能照明系统实现从感知到决策到学习的全过程。

3.2 解决方案

3.2.1 不同智能平台实现云互通模型，大数据AI

智能照明设备应可和其他智能设备协同工作，成为整个智能系统中重要的组成部分，互相共享数据实现实时动态的对环境中各项指标如室外天气、人体生理信息、室内温湿度、空气质量等进行监控处理，突破自身生态壁垒，平台云互通、本地连接设备互通。如人体智能手环能够实时监测血压、心率等人体生理信息，并反馈到手环自身服务器平台，与智能照明服务器平台通过云端进行数据共享，引入智能AI的分析控制，使之控制照明设备合理切换出对应舒适的光照场景，模型如图5。

图5 智能平台实现云互通模型

上述模型还可集成更多的智能产品进行互联，收集更大量的信息数据进行处理分析，加上AI智能具有的“自我学习”功能，让智能照明产品能做到真正“懂人性”。

4 小结

智能照明系统随着未来地升级完善，平台云端互通也将产生更大的数据量，将云端大数据与人工智能AI深度结合，无论是产品自身故障监控、用户的状态感知、环境实时监测都可统一实现，多生态平台集成系统，无需人为操控，真正做到以用户为核心，体验趋于个性化、无感化，忽略设备的存在去品味高质量光带来的舒适体验。本文对智能照明系统相关内容进行了分析和汇总，尝试探讨了系统改进方案与未来发展方向，希望能给读者带来一定的参考价值。