基于KNX協(xié)議的智能照明控制系統(tǒng)設計

時間：2020-09-07

摘要：介紹 KNX總線技術智能照明的優(yōu)勢，提出一種基于KNX總線的智能家居照明控制系統(tǒng)的設計方案和實現(xiàn)方法。根據(jù)室內功能及家具布置，制定了室內燈具布置和照明控制回路，實現(xiàn)了照明控制的靈活性和方便性。

Abstract: The advantages based on KNX bus intelligent lighting are introduced. A design scheme and realization method of smart home lighting control system are proposed based on KNX bus. According to the indoor function and furniture layout, indoor lamps layout and lighting control circuit are established. The flexibility and convenience of lighting control are realized.

關鍵詞：KNX總線，智能家居，照明控制

Key words: KNX bus, smart home, lighting control

1、引言

當今，隨著人們追求生活體驗水平的提高。越來越多的住宅引入了智能家居，智能家居讓家居生活較具有可靠性、舒服性、藝術性。人們對于智能家居中的燈光控制尤為在意，不同的場景模式對應于不同的燈光控制，使人們的居住舒服感大大增強。本文提出了一種基于KNX總線的智能家居照明控制系統(tǒng)，在實際運行中體現(xiàn)了其方便性和靈活性，并就其控制系統(tǒng)、平面布越、控制同路做出簡要闡述。

2、KNX總線技術智能照明的優(yōu)勢

傳統(tǒng)的家居照明控制，是基于開關觸點的接通與斷開來控制，達不到節(jié)能、靈活、方便的效果，特別是在一些需要調光的場所，傳統(tǒng)開關面板控制就顯得無能為力。

KNX總線的照明控制能夠方便靈活地實現(xiàn)各種場景控制，各種傳感器、控制模塊等設備單元連接在KNX總線上，通過軟件對所有設備單元進行編程實現(xiàn)控制：所有的控制單元均內置微處理器和存儲單元，整個系統(tǒng)無終端主機，不會因主機故障而導致整個系統(tǒng)癱瘓：除了能夠對燈光的控制外，還能實現(xiàn)對窗簾、空調等多種設備的控制：可使用多種通信介質，包括雙絞線、電力線和無線通信：可采用多種系統(tǒng)配鼴模式，包括S型、E型和A型3種系統(tǒng)配簧模式。傳統(tǒng)照明控制方式和智能照明控制方式對比如圖l所示。

圖 1 傳統(tǒng)照明控制方式和智能照明控制方式對比

KNX總線設備產(chǎn)品主要包括各類型的輸入/輸出裝置，如各種傳感器、調光器、多功能開關等。它們主要由BCU(總線耦合單元)、AM(應用模塊)、AP(應用程序)三部分組成。

3、智能家居照明控制系統(tǒng)

本項目住宅為公寓住宅，配置了智能家居控制方案，其中照明為集中控制加分散控制方式?？蛷d區(qū)域配置了8鍵智能照明控制面板，通過對8鍵面板進行定義，可以一鍵對客廳的燈光、窗簾、空調、新風、地暖、所有受控設備進行控制管理，實現(xiàn)集中控制。其他區(qū)域配置了2鍵、4鍵輸入模塊控制面板，主要用于對廚房、臥室、衛(wèi)生間等照明分散控制。

公寓照明控制系統(tǒng)設備組成原理圖如圖2所示。系統(tǒng)設備包括施耐德KNX總線電源、12路16A開關控制模塊、4路16A開關控制模塊、2鍵輸入模塊、4鍵輸入模塊、8鍵智能面板、l2V開關電源、24V開關電源、室內控制網(wǎng)關、空調可視對講網(wǎng)關等。該系統(tǒng)中各設備功能如下。

圖2 公寓照明控制系統(tǒng)設備組成原理圖

1)KNX總線電源?？梢詭?2個總線設備，并為其提供總線電壓;內置扼流器，用于隔離總線的供電;帶開關，可以復位連接在線路上的總線設備。

2)4路/12路16A開關控制模塊。帶內置總線耦合器，通過常開觸點對4路/12路負載進行相互獨立的開關操作，也可使用手動開關來對輸出進行控制。

3)2鍵/4鍵輸入模塊。跟復位開關配合使用，連接兩個常規(guī)控制面板或無源觸點。

4)8鍵智能照明控制面板。帶內置總線耦合器和8個操作按鍵，通過編程定義8鍵面板，可以實現(xiàn)各種場景控制。

5)室內控制網(wǎng)關及空調、可視對講網(wǎng)關。KNX室內控制網(wǎng)關連接KNX網(wǎng)絡與IP網(wǎng)絡，KNX設備可以通過5個智能手機或平板電腦控制。該網(wǎng)關還可以作為一個編程接口實現(xiàn)電腦與KNX

總線的連接?？照{、可視對講網(wǎng)關的控制或設定。

6)LED燈燈具。采用的燈具包括LED筒燈6個，射燈22個，淋浴間防霧燈1個，燈槽內藏燈帶7條。

所有系統(tǒng)設備通過KNX總線連接，照明燈具的回路根據(jù)各個工功能區(qū)的使用要求劃分。通過對智能面板的操作，智能面板的內部存儲器和邏輯控制器會發(fā)送事先預存設置的數(shù)字控制信號到系統(tǒng)控制總線上，控制信號被總線上的照明開關控制模塊、調光模塊或窗簾控制模塊接收后，相關的控制模塊會進行相應操作，打開或者調節(jié)燈光窗簾。智能面板的操作內容可以通過電腦設置進行靈活變化。2鍵/4鍵輸入模塊與復位開關配合使用，控制信號通過總線發(fā)送至開關控制模塊，開關控制模塊再控制燈具回路的啟閉。

4、室內燈具平面布置及各照明控制回路

其中一個戶型的室內家具布置示意圖如圖3所示。包含的燈具有筒燈、射燈、燈帶、防霧燈等。各燈具布置布置如圖4所示?？蛷d主要位置安裝8鍵智能控制面板外，在廚房、臥室、衛(wèi)生間等入門處設置2鍵/4鍵輸入模塊與復位開關配合使用。既可通過智能面板與復位開關控制，還可在可視對講、智能手機或IPADAPP上控制，實現(xiàn)控制方式的多樣性和靈活化。

圖3 室內家具布置示意圖

圖4 室內燈具布置

各照明控制網(wǎng)路根據(jù)控制靈活方便、回路盡可能細化的原則進行劃分，如表l所示。室內設置配電箱、弱電箱及智能家屬控制箱，配電箱提供空調盤管同路、洗衣機冰箱插座、微波爐、電烤箱等大功率設備回路。智能家居控制箱集成開關控制模塊、各種網(wǎng)關、開關電源等，實現(xiàn)對燈光及室內設備的控制。智能照明系統(tǒng)通過一條2*2*0.8的EIB總線電纜將系統(tǒng)所有部件連通。在施工圖一次設計中需要在平面圖中預留SC25鋼管，以備施工后期穿線用。

表l 照明控制回路

5、安科瑞智能照明控制系統(tǒng)介紹

5.1系統(tǒng)簡介

Acrel-BUS智能照明控制系統(tǒng)，是基于KNX總線技術設計的控制系統(tǒng)。KNX總線技術起源于歐洲，是在EIB，Batibus和EHS這三種住宅和樓宇的總線控制技術上發(fā)展起來的，其中EIB(European Installation Bus,歐洲安裝總線)是該總線技術的主體。

Acrel-BUS智能照明控制系統(tǒng)采用標準的2*2*0.8EIB BUS總線(即KNX總線)作為總線線纜，將所有的智能照明控制模塊連接到一起并組成一套完整的控制系統(tǒng)，既可實現(xiàn)照明燈具的遠程集中控制，又可實現(xiàn)就近控制功能。該系統(tǒng)理論連接控制模塊數(shù)量達580000多個。

安科瑞智能照明產(chǎn)品種類齊全，方案完善。用戶可通過控制面板、人體感應、照度感應、微波感應、上位機系統(tǒng)、觸摸屏、手機、平板端等多種控制終端實現(xiàn)靈活多樣的智能控制，特別適合于各類智能小區(qū)、醫(yī)院、學校、酒店，以及體育場所、機場、隧道、車站等大型公建項目的照明系統(tǒng)。

5.2系統(tǒng)工作原理示意圖(見圖4)

圖5 系統(tǒng)工作原理示意圖

5.3產(chǎn)品選型

5.3.1開關驅動器

5.3.2調光驅動器

5.3.3可控硅調光模塊

5.3.4傳感器

5.3.5總線電源

5.3.6智能面板

5.3.7干接點、濕接點輸入模塊

5.4系統(tǒng)功能

1)光照度(需要配照度傳感器)監(jiān)測，對利用自然光照明區(qū)域，根據(jù)自然光照度變化，進行照明控制和調節(jié)，滿足照明和節(jié)能要求;

2)公共區(qū)域、走廊、通道、門廳、電梯廳等的照明，應設置紅外或微波類人體感應器，并結合智能控制面板，實現(xiàn)各種場景照明控制，盡可能較少燈具點亮時間;

3)樓梯間照明采用人體感應探測控制;

4)設備房、設備房走道采用分組就地控制;

5)室外路燈、景觀等照明采用光照度控制結合時控的集中控制方式;

6)監(jiān)控系統(tǒng)界面友好，畫面美觀,實時顯示各區(qū)照明工作狀態(tài);

7)應具有完善的用戶權限管理功能，避免越權操作;

5.5系統(tǒng)的控制優(yōu)勢

1)系統(tǒng)可通過、觸摸屏、電腦對現(xiàn)場的燈光、空調及窗簾等進行遠程集中控制，使得控制較加方便智能，用戶體驗較舒服;

2)系統(tǒng)中控制模塊均工作在直流30V可靠電壓下，用戶操作較加可靠、舒服;

3)系統(tǒng)在實施過程中，充分結合自然光及人員的活動規(guī)律來自動控制燈光，減少能源消耗，達到很好的節(jié)能效果;

4)系統(tǒng)采用分布分布式KNX總線結構，搭建簡單靈活，系統(tǒng)內各模塊互不影響，可獨立工作，可靠性較高;

5)多種控制方式可供選擇，如本地控制，自動感應控制，定時控制，場景控制和集中控制等，控制方式較靈活;

6)系統(tǒng)的自動控制、遠程集中控制等功能，在實現(xiàn)自動化的同時，大量減少了值班人員，提高了管理水平和工作效果;

7)升級系統(tǒng)內控制模塊或更改系統(tǒng)功能時，*增加連接線，不需關閉整個系統(tǒng)，只需更改設備參數(shù)即可實現(xiàn)，維護方便，操作簡單;

8)系統(tǒng)可與消防系統(tǒng)聯(lián)動，在出現(xiàn)消防報警時，強制打開應急回路，方便人員疏散，從而降低了人員傷亡的風險，提高了建筑的可靠性。

5.6安科瑞組網(wǎng)方案

智能照明控制系統(tǒng)組網(wǎng)方式靈活，擴展方便，當系統(tǒng)模塊數(shù)量較少、距離較近、范圍較小時，各設備以樹形枝狀延伸，構成支路系統(tǒng)智能照明控制系統(tǒng);當系統(tǒng)模塊數(shù)量較多、距離較遠、范圍較大時，用支線耦合器組成多條支路，構成區(qū)域智能照明控制系統(tǒng);當系統(tǒng)模塊數(shù)量很多、距離很遠、范圍很大時，用支線耦合器、區(qū)域耦合器等構成樓群智能照明控制系統(tǒng)。(見圖5)

6、結束語

本文論述了基于KNX總線的智能家居照明控制系統(tǒng)的設計與實施方法，通過合理構建系統(tǒng)、規(guī)劃燈具布置和控制回路，使照明控制系統(tǒng)達到了預期的目標和效果KNX照明系統(tǒng)具有控制靈活、擴展方便、節(jié)約能源等優(yōu)點，能夠提高智能家居舒服性、可靠性。但是目前價格稍高，未來使產(chǎn)品成熟、競爭多樣、價格*，是推廣應用家居智能照明的方向。

【參考文獻】

[1] 李軍. 基于DALI協(xié)議的家居 LED智能照明控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)【J】.現(xiàn)代建筑電氣，2014，5 ( 8) ：11.15

[2] 劉會兵.基于 KNX總線的智能家居照明控制系統(tǒng)設計

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2019.11版

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詞條說明
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