基于物联网的照明研究进展综述
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摘 要 随着智能照明的发展以及物联网技术的进步，基于软件的照明控制正在照明领域产生深远的影响。新一代的具备无线通信功能的LED照明灯具是这一系统的硬件基础，照明控制软件是这一系统的核心部件。越来越多的灯具制造商和照明设计师关注到这一趋势并且开发出照明系统的更多功能，例如个性化设置，共享功能的使用，访问权限的设置，照明场景移植，使用行为分析等。我们相信，基于物联网的照明将深刻地改变我们的生活，我们的照明将会变得更加智能化和个性化。
关键词 物联网;LED照明;软件控制
随着智能照明的发展以及物联网技术的进步，基于软件的照明控制将在照明领域产生深远的影响并且最终将改变整个业界。半导体照明领域正面临着这样一个挑战：开发出用户友好型的，易于使用的系统。下面我们就来看一下这样的系统需要哪些硬件基础设施以及在此基础上运行的软件系统需要有什么样的功能。
首先，照明系统中的各个元件需要相互通信，这是一个必要条件。在当今智能手机以及wifi网络相当普及的情况下，无线通信的好处是显而易见的。无线通信能提供更大的灵活性，并且由于其操作简单，在安装时能省下可观的人力成本。在照明领域尽管有很多人听说或者承认无线技术是将来的发展趋势，但是很少有人真正理解这将怎样改变我们的生活。
基于物联网的照明控制系统的元器件与以往的元器件是不同的。基于物联网的照明灯具上面集成了无线通信芯片，这个芯片可能是蓝牙，或者ZigBee，或者其他无线通信协议。除了可能需要一个连到网络的网关之外，额外的控制硬件都是不需要的。控制此智能灯具的软件由灯具的硬件制造商提供。
其次，此照明系统中的另一个重要元件是使得系统实现各种功能并实现智能化的照明控制软件。这种以硬件为中心到软件为中心的转变也改变了我们定义控制系统的方式，它不再是招投标完成之后的一项独立的工作，或是由某个工程师或者某个控制专家完成的工作。在我们设计整个空间布局以及选择灯具的时候，控制系统就已经决定了。事实上，只要在网站上面注册一下，软件就能很方便地直接买到，可以避免传统的硬件销售过程中中间商加价的问题。此种模式是对顾客更有利的，因为顾客能以更低的价格得到更多的功能[1]。
在提供控制解决方案的时候，能驱动和调节集成了无线通信功能的LED灯具的软件是关键性的元件。软件的强大功能解锁了很多新的可能性，通过简单的软件更新，照明系统的功能不断地完善，发展出许多新的特征。看看特斯拉是怎样将一个汽车产业变成一个软件产业的，并且在此过程中极大地提升了自身的价值。当控制系统是由软件来驱动的时候，我们就可以克服许多硬件的局限性，减少许多在现场调试的人力成本。但是业界是否真正理解了物联网所带来的机遇，真正理解了这些技术进步在设计照明控制系统时应该发挥的作用呢？
尽管各个制造商已经提供了物联网功能，但规范文档往往落后。文档可能只确定一个设备集成了蓝牙功能或是基于ZigBee的，但是文档并没有明确说明这项技术解锁和启用了哪些功能和新功能。
制定标准的许多人仍然保持着古老的“设置和忘记”的心态，认为设置四个光照场景和满足某种使用功能就是控制系统所需要提供的全部服务了。但“设置和忘记”必须成为过去。物联网照明控制提供了新的技术和功能，如个性化和动态照明或算法集成，还有更多的应用程序需要设计界想象和开发。这里突出的问题是：制定标准的人是否了解这些新功能？他们能准确地描述并定义他们吗？
为了让产品开发人员和照明说明人员了解有哪一些可能的功能，我们来举一个软件控件示例。下面的列表包括了LumiFi提供的一部分软件特性示例。
灯光设置“个性化”提供了直观自定义场景设置的能力，而不需要专家或程序员，并且能够根据用户的个人喜好调整和修改场景设置。这些设置可以与项目默认灯光设置一起设置，允许用户总是将它们重置为原始设计的设置[2]。
“共享”项目灯光设置，使用户之间无缝共享。此功能可以方便地将空间的照明控制与任何用户的智能手机连接并共享。LumiFi通过创建个人资料二维码启用了这一功能，用户只需从移动应用程序扫描二维码，就可以打开任何空间的照明控制。对于某些特定的群体来说，这是一个伟大的应用程序，比如对于行动不便，只能躺在床上的病人，或者是不熟悉传统的手动灯开关位置的刚到酒店房间的客人，有了这个功能之后就能方便地控制空間的照明。
“个性化个人资料”是特定于个人的设置。在这里，用户可以设置自己的喜好，例如，我喜欢我的灯是比较昏暗的，并且是暖色调的，而我年迈的母亲更喜欢在她到访的时候，所有的灯都是更明亮的和更冷的白色。一个空间现在可以有多个个性化的用户配置文件和定制的灯光设置。在以人为中心的家庭、酒店房间或办公室照明应用中，考虑时差缓解或工作性能改进时，这也是一个重要的特性[3]。
“个性化访问”提供高度可定制的接口，为不同的用户定义对特定功能的访问权限。这简化了界面，并提供了直观的用户体验。例如，设计人员或项目所有者只有修改灯光场景设置或设置时间表的访问权，而没有可能破坏系统运行的IT或网络设置等技术方面的访问权。您可以通过系统登录和一组关联的权限来管理这样的功能。在LumiFi的情况下，这个特性允许我们通过为访问者提供附加权限来限制访问者对某些功能的访问和修改。
“便携式照明体验”允许用户在不同地点分享他们的照明偏好。个性化的个人资料是特定于一个人的，因为它包括他们的灯光场景定义与他们的个性化设置。这些设置在不同地点之间是可移植的，并通过灯具和照明类型进行抽象，然后应用于新空间。例如，如果用户喜欢将台灯的夜间模式设置为2400K，亮度为20%，这些设置将适用于任何有台灯的新空间。
“个性化时间表”功能允许个人用户根据自己的喜好设置自己的起床和睡眠定时器，或自己的其他日常活动的时间表。
“配置模板”提供了调整整个建筑灯光场景设置的能力，只需点击一个面向用户的web界面。通过使用这些模板创建项目层次结构的能力，可以将具有类似特征的空间（例如办公空间、酒店或医院房间）和走廊设置为彼此链接的实例，并且可以通过一个操作进行编辑。想象一下，一栋建筑不同楼层的所有30条走廊在晚上都被认定过于昏暗，只需单击一下，所有这些位置都可以以一种简单的方式变得更亮，这节省了大量的编程时间，因为不需要在硬件上就地调整这些灯光的设置。相反，这种操作可以由某人在舒适的办公室中远程执行，为客户节省了数小时乃至数天的手工、昂贵的配置工作。
“使用行为”可以监视空间内的照明使用，以及不同用户与照明及其行为的交互。这个特性为用户提供了一个参考，能更好地理解什么样的照明对不同的应用程序及其用户的偏好是有意义的。
“数据分析”提供了向用户提供反馈的能力，例如硬件的状态，并实时地报告能源使用统计数据，以便用户知道他们在哪些地方节省的能源最多，以及他们可以在哪些地方节省更多的能源[4]。
以上所介绍的只是新一代照明控制功能的开始。所有这些新特性都是由不断发展的软件来管理的，这些软件通过简单的无线更新赋予灯具更多的更新的功能。当数码摄影取代模拟胶片处理技术，让柯达这样的大公司倒闭时，有人会想到数码摄影会带来今天的“自拍文化”吗？照明也在经历类似的演变。我们才刚刚开始，仍然需要想象各种各样的应用，照明可以为我们做什么，以及如何以一种更简单、更快的方式来做。照明可以变得智能、动态和个性化。灯具开发商以及照明设计师有机会重新定义照明体验，在任何空间创造新的互动，并开发更多的功能。
参考文献
[1] 罗乐.基于物联网的智能LED照明集中控制系统[J].沈阳工业大学学报，2018，40（4）：453-458.
[2] 吕庭，高维强，殷昊.基于Wi-Fi的家用智能照明控制系统设计[J].计算机测量与控制，2018，26（07）：79-83.
[3] 刘敏层，张峰.基于STM32的智能照明监控系统的设计与实现[J].自动化仪表，2018，（07）：43-46.
[4] 翟迪国，陈志斌，易子川，等.具备电容触控界面的智能照明控制器设计[J].现代电子技术，2018，（22）：92-97.
作者简介
郑盛梅（1981-），女，浙江衢州人;学历：硕士，讲师，现就职单位：衢州职业技术学，研究方向：半导体照明。
*[基金项目] 2018年度校级重点科研项目“LED芯片层面的蝙蝠翼形光场设计与实现”（项目编号：QZYZ1802），主持人：郑盛梅。
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