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摘 要：为了降低地下车库照明系统的运行费用，节约能源。拟改变地下车库照明系统的控制方式、设计方式、照明能源供给方式，分析了车库照明系统工作的照度需求，采用按需照明的设计理念，开发基于LonWorks技术的分布式车库照明控制系统，该系统将照明控制和停车位灯光引导相结合，解决了控制模式落后造成大量电能消耗和运行费用居高不下的问题。
关键词：照明；节能；节点；LonWorks；控制
中图分类号：TM923 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2015）11-00-03
0 引 言
进入二十一世纪后，随着我国经济的飞速发展，汽车购买迅速提升，地下停车库进入建设高速增长时期。为解决停车难的问题，2011年以来，杭州市主城区累计建成24.7万个停车泊位，其中公共泊位有3.1万个，有利用学校操场的，有利用公园、绿地地下空间的。地下停车场建设面积巨大，最大的特点是无天然采光，主要依赖人工照明，24小时全部开启，浪费大量能源，运行成本居高不下。有些物业采取照明灯具开一半关一半，由于地下车库照明出入口存在黑洞效应，这样做存在安全隐患。有些物业采用带感应的LED灯，在使用过程中，感应传感器灵敏度探测区域有限，或由于安装问题，造成探测不是很准确。车主驶入车库后，找车位也很困难，道闸前有显示空余车位，空车位具体在哪里要找，取车也很麻烦，由于对车库具体位置不熟悉，无法很方便地找到车子。基于以上这些在建设和使用过程中出现的问题，作者研究了多项照明节能技术，以系统形式综合用于照明，提高用电效果，为物业运行管理降低照明系统运行成本，取得较好的社会效益和经济效益。
1 照明节能系统设计
1.1 照明节能技术分析
照明节能就是在保证不降低作业面视觉要求、不降低照明质量的前提下，力求减少照明系统中光能的损失，从而最大限度地利用光能，通常有以下几种方法。
（1）国家标准《GB50034—2013建筑照明设计标准》规定了各种场所的照度标准、视觉要求、照明功率密度等。要有效地控制单位面积灯具安装功率，在满足照明质量的前提下，选用光效高、显色性好的光源及配光合理、安全高效的灯，可选用半导体发光二极管（LED）灯具。
（2）改进灯具控制方式，设置智能控制系统，根据地下停车库照明使用特点可采取分区控制灯光，合理选择照明控制方式，具备停车灯光引导，自动调光，时间控制，停车查询等功能，加强照明设备的运行管理。
（3）分布式光伏发电系统直接用于照明，配置相应的测量和计量仪表，并定期测量电压、照度和考核用电量。
1.2 控制系统设计
LonWorks技术将分布于不同地点的智能节点连接起来，让它们能够相互交换信息，同时由于硬件设计、软件设计、网络设计都是独立的，可以方便地增加新节点和动态地改变网络节点之间的逻辑连接关系。LonWorks系列产品提供了便捷、基于图形界面、功能强大的支持网络设备和网络设计、创建、调试、安装的工具[1]。
根据通信介质的不同，采用电力载波通信传输、3150电力线收发器，利用低压电力线作为通信媒介，实现系统内部节点之间的通信，优点就是布线省了可用电力线传输，实现设备之间的互联。
1.2.1 构架设计
该地下车库智能照明系统包括了管理层和现场层两层。图1所示为该Lonworks智能照明系统结构图。
（1）现场层
现场层包括五种类型的节点，分别为停车位节点、LED灯节点、电参数节点、车流检测节点和照度测光节点。
①LED灯节点。主要控制LED灯具，LED灯具可以分为主干道和停车位2种，根据主干道、停车位照度设置要求，以及车库不同时间段需求，LED灯节点发出控制命令，开启、关闭、调光主干道和停车位的LED灯具。
②停车位节点。主要根据超声波传感器对车位占有情况检测，向其他智能节点、上位机以网络变量的形式传输，定期检测查巡，并及时上传最新信息给智能节点、上位机。
③电参数节点。对地下车库各层配电箱内各回路的照明设备工作状态、电路参数，包括电压、电流、功率、电能等进行采集，并以网络变量形式上传给其他智能节点、上位机。
④车流检测节点。采用微波传感器对地下车库内主干道车辆行驶的情况进行采集，同样也以网络变量形式上传给其他智能节点、上位机。
⑤照度测光节点。采用照度传感器对地下车库进出口、主干道、停车位的照度进行采集，也以网络变量形式上传给其他智能节点、上位机。
图1 Lonworks智能照明系统结构图
智能节点可以通过路由器iLon600与管理层的上位机进行通信。“集中管理，分散控制”真正实现了智能分布控制，提高了系统的可靠性、灵活性。若LonWorks网络中某一个智能节点出现故障，只影响其自身与其相连的设备，而不会造成系统瘫痪。特别是上位机关闭时或出现故障时，照明控制系统仍可工作，具有极大的优越性。
（2）管理层
管理层的中央站（服务器 客户机）是智能照明的监控中心和数据中心。一般配置打印机和UPS电源。中央站采用双击冗余系统，LonWorks网络管理、监测、参数配置调试由管理层的中央站完成，路由器iLon600网关完成了LonTalk与TCP/ IP协议之间的转换，实现智能节点上的LED灯的控制参数值与各功能模块对应参数值之间的交换，实现系统的远程控制。在中央站上安装了LonMaker用于LonWorks网络管理和组网，利用LNS技术进行控制网络维护与检测，并利用力控组态等工具设计一个上层监控系统。
1.2.2 软件设计
基于LON总线的地下车库照明控制系统是一个复杂的控制系统，节点之间利用收发器联通成为LonWorks对等网，数据单元包括底层数据采集，主要是照度采集、停车位采集、车（人）流移动采集、LED灯组电参数采集，数据单元通过底层各类型传感器进行数据的采集照度、停车位、车（人）流移动，然后将这些数据以网络变量形式，采用LonTalk协议传输给控制单元。控制单元是指LED灯控制节点，主要包括停车位、主干道LED灯，编程设置各种照度模式，调节LED照度、开启或关闭LED灯，完成地下车库照度的控制，同时上传LED灯组运行各项电气参数，如有灯组出现故障，电参数发生较大变化，则由上位机发出报警。 软件包括三部分：智能节点的软件、上位机的组态软件、系统网络管理和通讯软件。系统软件的设计采用模块化、分层次的方法设计。
（1）智能节点的软件利用NeuronC语言编程。智能节点的软件根据节点功能，利用Neuron C语言编程；针对照度传感器、车流侦测传感器、停车位传感器、照明LED电气参数传感器与智能节点完成数据采集，编写应用层的各节点程序代码，生成完整的代码下载到智能节点的存储器。
（2）智能节点之间的数据相互交换，通过双绞线以LonTalk通讯协议传输，以网络变量的形式进行传输交换，通过I/O连接同时依据控制策略与命令，协调完成控制地下车库各处的LED灯组的开启、关闭、调光，检查各LED灯组的工作状态参数，如果发现有LED灯组电路参数发生了变化，还会发出报警。协调监测应急照明工作状态，一旦有消防报警系统联动，马上向上位机传输发出报警。
（3）LonWorks网络运用网络管理软件，利用LonMaker进行LonWorks网络的组网，利用LNS技术进行控制网络维护与检测，并利用力控组态等工具设计一个上层监控系统。
自动控制模式的运行是以照度采集值和设定值（国家标准）之间的差值变化作为灯组节点的输入，通过芯片程序模拟出PWM信号，调节主干道LED灯组的亮度或实际功率。当有微波探测器采集到车驶入车库时，停车位采集检测并输出停车位（空）照明电路控制信号，先启动空车位LED灯，方便开车人选择空位停车；将采集照度信息以模拟输入信号传输到Neuron芯片的智能节点，与主干道照度设定值（国家照度标准值）比较判断，以网络变量形式传输主干道（节点）通过控制车流增量PID控制器调亮主干道照度。当有微波探测器采集到有人移动到某车位时，先输出停车位照明电路控制信号，启动空车位LED灯组，方便人取车，同时采集主干道照度以模拟输入信号传输到Neuron芯片的智能节点，与主干道照度设定值（国家照度标准值）比较判断，以网络变量形式传输，主干道（节点）通过控制车流增量PID控制器调亮主干道照度。
2 光伏发电照明系统设计
光伏发电照明系统主要有独立系统、并网系统和混合系统。并网系统由包括光伏电池板、动力调节单元、照明负载组成。并网系统不需要电池，免去了很大的电池维护费用，并且当太阳能不能满足装置需求时，系统就会从电网吸取电能。当太阳能能量超过需求时，可以直接反馈到电网。由于地下车库照明灯具采用LED，可以很好地利用光伏发电并网系统的特点，节约电能。
3 DIALux照明设计软件
善用软件的分析数据与模拟功能，可大幅提升照明设计者的工作效率与准确度。方便、快捷地计算出所需设计方案的照明，使用了精确的光度数据库和先进、专业的算法输出直观、真实DIALux的效果图十分接近今后的实施效果，可以说他的效果图是“真实”的，通过DIALux的智慧型计算程序提供正确及可信度高的数据结果，保证设计的准确度。另外，DIALux可以对墙面、地面、顶棚、家具等物体附着材质，除了软件默认的各种材质、颜色之外，允许将外部的图片作为材质导入[2]。利用DIALux光学软件进行建模设计，基于软件模拟计算，LED照明应用于车库照明，能够达到相应的照明要求，在照度、闪烁频率等各方面指标上都能达到相应的标准和设计要求，达到节能、环保、经济的三重效果[3]。
4 实验数据分析
首先根据系统原理图完成现场层各智能节点与各典型传感器、配电箱、继电器、LED灯组、多功能电力监控终端、线路的连接与端口编号，完成管理层各智能节点与ilon600路由器、电脑线路的连接与端口编号。核对电路是否有短路等错误，电路检查无误后通电，用万用表检查电源关键点电压，用指示灯跟踪检查系统工作情况。待硬件系统稳定工作半小时后，软件进一步调试。
完成软硬件调试后，按照设计的控制功能，逐一设置各项参数，设置时间控制、场景控制，以及自动控制测试，并记录照度与PWM调光效果。通过改变PWM占空比来提高现场车库的光通量，用照度计测量地面照度值。调光占空比与照度的测试数据见表1所列。
经过分析测试数据，本系统在误差允许范围内验证了控制系统的功能有效性。与此同时，也进行了节能效果实验，分别在车库24小时LED灯全开的情况下对比时间控制，场景控制。自动调光控制实验，灯具持续点亮48小时，节电率达45%，具体如表2所列。表2中自动模式下有8小时的高峰全开情况，也有场景控制模式下的单灯工作。
通过以上实验数据分析，基于LonWorks技术车库智能照明控制系统使用效果比较好，可以满足车库照度使用要求，大大降低物业地下车库的运行费用。
5 结 语
利用LonWorks技术分布范围广、集中管理、分散控制的特点，针对地下车库照明控制系统采用粗放式全开长明灯现象，设计了基于LonWorks技术的分布式、负反馈控制系统，灯光引导方便停车、找车等，车来灯亮，车走灯灭，按需照明，将并网光伏发电照明技术运用到地下车库照明系统，选用了LED作为照明灯具，很好得利用其绿色照明效应，运用DIALux照明设计软件为车库照明提供先进的设计手段，降低车库照明运行成本，提高管理技术水平。
参考文献
[1] Echelon.NodeBuilder User’s Guide[Z].USA：Echelon Corporation
[2]胡国钊，郝洛西.照明计算软件Dialux与Agi32的比较分析[J].照明工程学报，2005 ， 16 （ 3 ）： 52-55.
[3]宋宁亮，王亚军，罗秉东，等.基于DILAUX的地下车库LED照明设计[J].照明工程学报，2014，25（1）：72-75.
关键词：照明；节能；节点；LonWorks；控制
中图分类号：TM923 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2015）11-00-03
0 引 言
进入二十一世纪后，随着我国经济的飞速发展，汽车购买迅速提升，地下停车库进入建设高速增长时期。为解决停车难的问题，2011年以来，杭州市主城区累计建成24.7万个停车泊位，其中公共泊位有3.1万个，有利用学校操场的，有利用公园、绿地地下空间的。地下停车场建设面积巨大，最大的特点是无天然采光，主要依赖人工照明，24小时全部开启，浪费大量能源，运行成本居高不下。有些物业采取照明灯具开一半关一半，由于地下车库照明出入口存在黑洞效应，这样做存在安全隐患。有些物业采用带感应的LED灯，在使用过程中，感应传感器灵敏度探测区域有限，或由于安装问题，造成探测不是很准确。车主驶入车库后，找车位也很困难，道闸前有显示空余车位，空车位具体在哪里要找，取车也很麻烦，由于对车库具体位置不熟悉，无法很方便地找到车子。基于以上这些在建设和使用过程中出现的问题，作者研究了多项照明节能技术，以系统形式综合用于照明，提高用电效果，为物业运行管理降低照明系统运行成本，取得较好的社会效益和经济效益。
1 照明节能系统设计
1.1 照明节能技术分析
照明节能就是在保证不降低作业面视觉要求、不降低照明质量的前提下，力求减少照明系统中光能的损失，从而最大限度地利用光能，通常有以下几种方法。
（1）国家标准《GB50034—2013建筑照明设计标准》规定了各种场所的照度标准、视觉要求、照明功率密度等。要有效地控制单位面积灯具安装功率，在满足照明质量的前提下，选用光效高、显色性好的光源及配光合理、安全高效的灯，可选用半导体发光二极管（LED）灯具。
（2）改进灯具控制方式，设置智能控制系统，根据地下停车库照明使用特点可采取分区控制灯光，合理选择照明控制方式，具备停车灯光引导，自动调光，时间控制，停车查询等功能，加强照明设备的运行管理。
（3）分布式光伏发电系统直接用于照明，配置相应的测量和计量仪表，并定期测量电压、照度和考核用电量。
1.2 控制系统设计
LonWorks技术将分布于不同地点的智能节点连接起来，让它们能够相互交换信息，同时由于硬件设计、软件设计、网络设计都是独立的，可以方便地增加新节点和动态地改变网络节点之间的逻辑连接关系。LonWorks系列产品提供了便捷、基于图形界面、功能强大的支持网络设备和网络设计、创建、调试、安装的工具[1]。
根据通信介质的不同，采用电力载波通信传输、3150电力线收发器，利用低压电力线作为通信媒介，实现系统内部节点之间的通信，优点就是布线省了可用电力线传输，实现设备之间的互联。
1.2.1 构架设计
该地下车库智能照明系统包括了管理层和现场层两层。图1所示为该Lonworks智能照明系统结构图。
（1）现场层
现场层包括五种类型的节点，分别为停车位节点、LED灯节点、电参数节点、车流检测节点和照度测光节点。
①LED灯节点。主要控制LED灯具，LED灯具可以分为主干道和停车位2种，根据主干道、停车位照度设置要求，以及车库不同时间段需求，LED灯节点发出控制命令，开启、关闭、调光主干道和停车位的LED灯具。
②停车位节点。主要根据超声波传感器对车位占有情况检测，向其他智能节点、上位机以网络变量的形式传输，定期检测查巡，并及时上传最新信息给智能节点、上位机。
③电参数节点。对地下车库各层配电箱内各回路的照明设备工作状态、电路参数，包括电压、电流、功率、电能等进行采集，并以网络变量形式上传给其他智能节点、上位机。
④车流检测节点。采用微波传感器对地下车库内主干道车辆行驶的情况进行采集，同样也以网络变量形式上传给其他智能节点、上位机。
⑤照度测光节点。采用照度传感器对地下车库进出口、主干道、停车位的照度进行采集，也以网络变量形式上传给其他智能节点、上位机。
图1 Lonworks智能照明系统结构图
智能节点可以通过路由器iLon600与管理层的上位机进行通信。“集中管理，分散控制”真正实现了智能分布控制，提高了系统的可靠性、灵活性。若LonWorks网络中某一个智能节点出现故障，只影响其自身与其相连的设备，而不会造成系统瘫痪。特别是上位机关闭时或出现故障时，照明控制系统仍可工作，具有极大的优越性。
（2）管理层
管理层的中央站（服务器 客户机）是智能照明的监控中心和数据中心。一般配置打印机和UPS电源。中央站采用双击冗余系统，LonWorks网络管理、监测、参数配置调试由管理层的中央站完成，路由器iLon600网关完成了LonTalk与TCP/ IP协议之间的转换，实现智能节点上的LED灯的控制参数值与各功能模块对应参数值之间的交换，实现系统的远程控制。在中央站上安装了LonMaker用于LonWorks网络管理和组网，利用LNS技术进行控制网络维护与检测，并利用力控组态等工具设计一个上层监控系统。
1.2.2 软件设计
基于LON总线的地下车库照明控制系统是一个复杂的控制系统，节点之间利用收发器联通成为LonWorks对等网，数据单元包括底层数据采集，主要是照度采集、停车位采集、车（人）流移动采集、LED灯组电参数采集，数据单元通过底层各类型传感器进行数据的采集照度、停车位、车（人）流移动，然后将这些数据以网络变量形式，采用LonTalk协议传输给控制单元。控制单元是指LED灯控制节点，主要包括停车位、主干道LED灯，编程设置各种照度模式，调节LED照度、开启或关闭LED灯，完成地下车库照度的控制，同时上传LED灯组运行各项电气参数，如有灯组出现故障，电参数发生较大变化，则由上位机发出报警。 软件包括三部分：智能节点的软件、上位机的组态软件、系统网络管理和通讯软件。系统软件的设计采用模块化、分层次的方法设计。
（1）智能节点的软件利用NeuronC语言编程。智能节点的软件根据节点功能，利用Neuron C语言编程；针对照度传感器、车流侦测传感器、停车位传感器、照明LED电气参数传感器与智能节点完成数据采集，编写应用层的各节点程序代码，生成完整的代码下载到智能节点的存储器。
（2）智能节点之间的数据相互交换，通过双绞线以LonTalk通讯协议传输，以网络变量的形式进行传输交换，通过I/O连接同时依据控制策略与命令，协调完成控制地下车库各处的LED灯组的开启、关闭、调光，检查各LED灯组的工作状态参数，如果发现有LED灯组电路参数发生了变化，还会发出报警。协调监测应急照明工作状态，一旦有消防报警系统联动，马上向上位机传输发出报警。
（3）LonWorks网络运用网络管理软件，利用LonMaker进行LonWorks网络的组网，利用LNS技术进行控制网络维护与检测，并利用力控组态等工具设计一个上层监控系统。
自动控制模式的运行是以照度采集值和设定值（国家标准）之间的差值变化作为灯组节点的输入，通过芯片程序模拟出PWM信号，调节主干道LED灯组的亮度或实际功率。当有微波探测器采集到车驶入车库时，停车位采集检测并输出停车位（空）照明电路控制信号，先启动空车位LED灯，方便开车人选择空位停车；将采集照度信息以模拟输入信号传输到Neuron芯片的智能节点，与主干道照度设定值（国家照度标准值）比较判断，以网络变量形式传输主干道（节点）通过控制车流增量PID控制器调亮主干道照度。当有微波探测器采集到有人移动到某车位时，先输出停车位照明电路控制信号，启动空车位LED灯组，方便人取车，同时采集主干道照度以模拟输入信号传输到Neuron芯片的智能节点，与主干道照度设定值（国家照度标准值）比较判断，以网络变量形式传输，主干道（节点）通过控制车流增量PID控制器调亮主干道照度。
2 光伏发电照明系统设计
光伏发电照明系统主要有独立系统、并网系统和混合系统。并网系统由包括光伏电池板、动力调节单元、照明负载组成。并网系统不需要电池，免去了很大的电池维护费用，并且当太阳能不能满足装置需求时，系统就会从电网吸取电能。当太阳能能量超过需求时，可以直接反馈到电网。由于地下车库照明灯具采用LED，可以很好地利用光伏发电并网系统的特点，节约电能。
3 DIALux照明设计软件
善用软件的分析数据与模拟功能，可大幅提升照明设计者的工作效率与准确度。方便、快捷地计算出所需设计方案的照明，使用了精确的光度数据库和先进、专业的算法输出直观、真实DIALux的效果图十分接近今后的实施效果，可以说他的效果图是“真实”的，通过DIALux的智慧型计算程序提供正确及可信度高的数据结果，保证设计的准确度。另外，DIALux可以对墙面、地面、顶棚、家具等物体附着材质，除了软件默认的各种材质、颜色之外，允许将外部的图片作为材质导入[2]。利用DIALux光学软件进行建模设计，基于软件模拟计算，LED照明应用于车库照明，能够达到相应的照明要求，在照度、闪烁频率等各方面指标上都能达到相应的标准和设计要求，达到节能、环保、经济的三重效果[3]。
4 实验数据分析
首先根据系统原理图完成现场层各智能节点与各典型传感器、配电箱、继电器、LED灯组、多功能电力监控终端、线路的连接与端口编号，完成管理层各智能节点与ilon600路由器、电脑线路的连接与端口编号。核对电路是否有短路等错误，电路检查无误后通电，用万用表检查电源关键点电压，用指示灯跟踪检查系统工作情况。待硬件系统稳定工作半小时后，软件进一步调试。
完成软硬件调试后，按照设计的控制功能，逐一设置各项参数，设置时间控制、场景控制，以及自动控制测试，并记录照度与PWM调光效果。通过改变PWM占空比来提高现场车库的光通量，用照度计测量地面照度值。调光占空比与照度的测试数据见表1所列。
经过分析测试数据，本系统在误差允许范围内验证了控制系统的功能有效性。与此同时，也进行了节能效果实验，分别在车库24小时LED灯全开的情况下对比时间控制，场景控制。自动调光控制实验，灯具持续点亮48小时，节电率达45%，具体如表2所列。表2中自动模式下有8小时的高峰全开情况，也有场景控制模式下的单灯工作。
通过以上实验数据分析，基于LonWorks技术车库智能照明控制系统使用效果比较好，可以满足车库照度使用要求，大大降低物业地下车库的运行费用。
5 结 语
利用LonWorks技术分布范围广、集中管理、分散控制的特点，针对地下车库照明控制系统采用粗放式全开长明灯现象，设计了基于LonWorks技术的分布式、负反馈控制系统，灯光引导方便停车、找车等，车来灯亮，车走灯灭，按需照明，将并网光伏发电照明技术运用到地下车库照明系统，选用了LED作为照明灯具，很好得利用其绿色照明效应，运用DIALux照明设计软件为车库照明提供先进的设计手段，降低车库照明运行成本，提高管理技术水平。
参考文献
[1] Echelon.NodeBuilder User’s Guide[Z].USA：Echelon Corporation
[2]胡国钊，郝洛西.照明计算软件Dialux与Agi32的比较分析[J].照明工程学报，2005 ， 16 （ 3 ）： 52-55.
[3]宋宁亮，王亚军，罗秉东，等.基于DILAUX的地下车库LED照明设计[J].照明工程学报，2014，25（1）：72-75.