城市景观灯光控制系统设计探讨

城市景观灯光控制系统设计探讨

雷岩

江苏美城建筑规划设计院有限公司江苏省淮安市223001

摘要：随着人们生活水平的不断提高，人们越来越重视生活质量。以表演性，观赏性、装饰性为主要目的，以激光、3D投影、LED多媒体表演等表现形式，以灯光为主、声音、视频为辅，搭配人文形态的艺术表演场景控制称之为城市景观灯光控制。在进行新的城市景观控制设计时，需要有合理的规划景观灯布局，合理控制景观灯切换时间，同时能够结合灯光控制、流量控制、场景分析等景观灯管理方法，进一步调整景观灯照明策略。

关键词：景观照明；景观灯光；灯光秀；控制系统；设计

引言

去的十年，是中国建筑景观照明快速发展的阶段，如何实现在更大的场景范围内，对不同厂家生产的、不同类型光源的可变化灯具进行有效的集中控制，一直是照明工作者不断研究的课题，本文分享了笔者所见，介绍了在不同时间段内灯光集中控制技术取得哪些阶段性成果，并结合2013年底在南昌赣江，为拉动城市旅游经济做出重要贡献的建筑立面灯光微电影项目的控制技术解决方案，做了详细介绍，希望这项技术今后可以被更好的推广应用，为有效管控城市夜景灯光做出积极的贡献。

1城市景观灯光控制系统现状

①城市景观灯光控制系统缺乏统一规划、规范标准，建设无序、建设各自为政，导致管理分散、响应不及时、资源极大浪费、协调难度大等问题。

②协议、接口标准不统一，系统无法互联互通，无法实现数据、信息资源共享，无法对接智慧城市其他管理平台系统融合管理。

③功能单一，仅停留在简单按时间要求进行远程开关灯的水平，无法通过信息采集、指令传输、信息处理、信息决策、权限管理、灯光控制管理等实现智能化管理控制；场景也是离不开“平日”，“节日”，“重大节日”等传统开关的场景，无法满足景观灯光控制管理精细化，效果动态层次精细变化的要求。

④灯光控制也仅仅是“开关+播放”双“遥控器”集中控制时代，无法满足灯光显示效果对时序、变化、层次等功能的要求。

⑤平台无扩展性，无法与安防报警、环境监测、数字城管、智慧交通等大数据的交互以及资源共享，实现智慧城市更多管理功能。

2当前城市景观灯光控制建设主要内容

2.1城市景观灯光实时控制系统

系统实现对控制终端、灯具、供配电设施的联网集控和信号采集、参数配置等，包括实时联网控制，动态方案演绎、编排及执行，控制系统数据通信。

①实时联网控制

实现景观灯光开关模式、场景、时间参数设置及查询；终端分区分组亮灯情景参数设置及查询；开关状态、工况及能耗数据报警设置及查询；开关状态、能耗、工况实时及历史趋势曲线显示；照明区域终端分布图、工艺图及数据展示等。

②景观照明动态方案演绎、编排及执行

实现照明场景动态/静态方案编排及设置；照明设施联动组态管理；跨区照明联动方案编排及设置；区域照明动态/动态编排及设置；照明单体动态/静态编排及设置；照明方案保存、读取及调用；照明终端控制方案设置及查询。

③控制系统数据通信

实现终端数据通信传输及信号处理、终端状态数据采集及换算、数据通信传输检验及时序控制、媒体墙数据通信协议解析及转换、分布式数据通信、控制数据变量转义转码及编码、网关通信链路多路径策略及配置管理。

2.2现场控制器设计

作为执行主机控制命令的最终部件，现场控制器主要由以下基本分组成：

①CAN接口模块，完成与CAN网络的数据交换；

②控制模块，根据控制主机发出的命令，控制灯的开关；

③检测模块，检测灯的状态，并报告故障信息；

④串口通信模块，通过串口对单片机Flash编程；

⑤EEPROM，保存配置参数。

现场控制器作为CAN总线的一个节点，主要完成从CAN网络接收数据、发送数据、通信出错处理、超载处理。程序开始首先进行串口、中断的初始化，然后调用E2PROM的预存信息，配置CAN控制器的工作模式等相关参数，等待接收与处理相关数据。

2.3数据接口

①照明设施实时状态数据交换接口实现对内部子系统、外部子系统提供景观照明设施、供配电设施、控制终端的状态数据，回路开关信号反馈，工况及参数反馈，当前执行的照明方案，单灯状态等数据。

②设施控制指令数据交换接口

实现功能照明、夜景灯光、3D投影、多媒体灯光、音乐喷泉、特效灯光、激光表演等控制设备的控制指令数据交换接口，内部、外部系统可以通过调用该接口实现控制、参数调整、场景编排和控制灯等。

③能耗数据交换接口环境

对内、外部系统提供控制设备、回路、建筑、场景等实时能耗数据、能耗统计分析数据等，实现能耗数据和参数的共享。

④基础数据交换接口

实现灯具、供配电、控制、监控等设备及管理单位、维护人员等基础数据的共享以及交换；外部系统可以通过该接口调取、更新推送基础数据等。

⑤工程资料报备接口

通过该接口，设计、建设及管理单位可以将相关的工程图纸、管线图纸、系统工艺图、控制回路原理图等资料上报至景观照明监控信息系统。

2.4协议转换器设计

协议转换器主要完成Ethernet和CAN网络之间协议转换。主要包括以太网的控制与接口芯片及CAN总线的控制与收发芯片等，主要完成以下功能：

①从Ethernet接收数据包，转换为CAN数据包，发送到CAN网络；

②从CAN网络接收数据包，转换为Ethernet数据包，发送到Ethernet；

③接收控制主机的控制命令和参数配置命令并做相应处理。

协议转换器主要完成以下两方面的任务：第一，从Ethernet接收数据包，转换成CAN数据包，发送到CAN网络；第二，从CAN网络接收数据包，转换成Ethernet数据包，发送到Ethernet网络。其软件整体设计思路为：当以太网应用层有数据要发送到CAN节点时，首先，数据由以太网接口协议模块从传输层数据报文中解析出完整的需要发送到CAN节点的数据，存放在数据缓冲区，再通知主程序，由它调用CAN接口协议模块将CAN协议数据包发送到CAN总线上；反过来，当CAN节点有数据要发送到控制主机时，首先，数据CAN接口协议模块将完整的CAN协议数据包存放在数据缓冲区，再通知主程序，由它调用以太网接口协议模块将完整的CAN协议数据包作为应用层数据封装起来，再发送到以太网。

2.5故障报警短信程序设计

短信发送硬件选用支持GSM/GPRS的无线收发模块MC35，通过串口与控制主机相连，控制主机对现场控制器的检测故障信息将会以短消息的形式自动发送到管理者的手机上。短信发送的AT指令等软件部分被封装成一个控件，调用该控件，可以设置短信中心号码、主机和无线模块的通信端口、波特率，从而发送故障短信，使用者无需知道具体的短信的格式，使用方便。

2.6安全中心

安全中心由告警中心和网络安全两个子系统组成。

2.6.1告警中心包含回路跳闸、异常亮灯、异常开门、短路、欠压、过压、缺相、过载、漏电、温度、浪涌、设备掉线、设备故障、设备入侵、同步异常、网络异常、漏洞、违规、网络攻击等告警。

2.6.2网络安全包括漏洞扫描、堡垒机、数据库审计、用户准入平台、安全防护平台、注册终端监控、在线监测、主动感知、精准识别、识别信息、识别规则、自动比对、主动阻断、智能策略、图形化管理、安全服务等主动防护。

结语

城市景观灯光控制系统的建设进入了高级阶段，目前来说仍处在探索、摸索阶段。文章首先研究了城市景观灯光系统目前存在的问题，然后分析整个系统的设计方案，希望文章能够给相关工作者的一定的启发作用。

参考文献：

[1]刘希伟，吴亚峰.城市景观照明的集成控制与管理[J].山西建筑，2017，43（35）：139-140.

[2]穆建江.城市智能照明控制系统发展及实施方案[J].中国战略新兴产业，2018（32）.