上一篇，我們談到了智慧照明的概念，以及它簡要的發展歷史，并對智慧照明方案進行了某種程度的展開和解讀。今天，我們會繼續詳細談一下智慧照明方案的關鍵技術。

在展開談論技術之前，先明確一下，我們當前的智慧照明處于什么階段。從大的智慧家居的發展階段來看，可以劃分為這三個階段：智能單品階段、智能互聯階段和主動智能階段。

• 智能單品階段：在這個階段，智能家居產品以獨立的單品形式存在，各個設備之間相互獨立工作，缺乏互聯性和協同功能。用戶可以購買智能燈泡、智能插座、智能攝像頭等單個設備，但它們通常需要獨立操作和管理，無法實現聯動和智能化的場景控制。

• 智能互聯階段：在這個階段，智能家居設備開始實現互聯互通，形成一個整體的智能家居系統。通過無線通信技術（如Wi-Fi、藍牙、Zigbee等），各個設備可以相互連接和通信，實現聯動和協同工作。用戶可以通過智能手機應用程序或中央控制器來管理和控制整個智能家居系統，根據需求和場景設置不同的自動化任務和聯動規則。

• 主動智能階段：在這個階段，智能家居系統通過人工智能（AI）技術的應用，可以主動感知、分析和學習用戶的行為和喜好，從而提供更智慧化的服務。系統可以根據用戶的習慣和偏好自動調整設備的設置，提供個性化的場景控制和智能建議。例如，智能家居系統可以通過學習用戶的日常行為模式，自動調節照明和溫度，提供智能化的能源管理，甚至預測用戶的需求。

而我們智慧照明的發展階段，技術上已經跨越了第一階段，當下在從第二階段向第三階段的演進之中。所以今天談論的技術話題，也會聚焦在第二和第三階段的技術。

從解決方案包含的部件來看，上一節，我們談到了七大部件，分別為：照明對象、環境感知部件（傳感器）、無線通信模塊、網關/路由器、照明控制器、智能照明云端服務平臺和智能照明控制終端。讓我們一一來展開。

LED燈主要的發光半導體材料一般是氮化鎵（GaN）和磷化銦鎵（InGaN），前者通過精確控制可以產生不同的發光顏色，包括藍、綠和紫等。后者是一種固溶體材料，是氮化鎵（GaN）和磷化銦（InP）的合金。通過調節銦（In）和鎵（Ga）的比例，可以實現不同波長的發光，例如綠色、黃色和紅色。

當前LED燈的色溫范圍可以從2700K（開爾文）的暖白光，一直到6500K的冷白光。色彩還原指數（CRI）一般的商業LED在82，高質量的可以達到90以上（滿分100）。

而變色RGB LED一般是集成了紅（R）、綠（G）和藍（B）三種基本發光顏色的LED。通過控制這三種顏色的亮度和混合比例，可以產生不同的色彩。通過調節紅、綠、藍三個通道的電流強度，可以實現幾乎任意顏色的光。如果再增加白色的發光元器件，形成RGBW LED的色彩表現和色彩還原能力會更豐富。市面上還有可調色溫的LED是通過混合不同色溫的白光LED的亮度比例，來實現連續性的色溫調節。

LED燈是基礎，但如果要實現智能，還需要有對環境的感知能力，這就涉及接下來聊的環境感知部件。

對環境的感知能力是通過傳感器來實現。傳感器感知環境條件和用戶行為，從而實現智能控制和自動化調節。以下幾種是經常被用到的傳感器：

• 光照傳感器：光照傳感器用于感知環境中的光照水平。它們可以測量周圍的光強度，并根據需要自動調節照明亮度。光照傳感器廣泛用于室內照明系統、戶外照明系統和智能照明系統，以實現自動調光和節能控制。從成本考慮，一般在智能照明系統中，常用的光照傳感器技術是光敏電阻器（Photoresistor）和光電二極管（Photodiode）。前者的工作原理是基于光敏材料的電阻值隨光照強度變化的特性。當光照射到光敏電阻器上時，光敏材料中的載流子密度會改變，導致電阻值發生變化。通過測量電阻值的變化，可以獲得光照強度的信息。后者的工作原理是利用光電效應，在光照射下產生電子-空穴對，從而形成電流或電壓的變化。通過測量這些變化，可以得到光照強度的測量結果。

• 人體紅外傳感器：人體紅外傳感器（PIR傳感器）可以探測到人體的熱輻射。人體紅外傳感器通常采用雙元件（Dual Element）結構，即兩個紅外感應元件組成一對。每個元件由兩個連接的電極組成，當紅外輻射變化引起元件表面的溫度變化時，它們之間會產生電荷不平衡。這個電荷不平衡產生的微弱電信號將被放大和處理。當有人進入傳感器范圍時，它們會發出信號觸發照明系統開啟或調整。PIR傳感器常用于室內和室外的智能照明系統，如自動開關和人體感應照明。

• 遙控器和觸摸傳感器：遙控器和觸摸傳感器允許用戶通過遙控器或觸摸操作來控制照明設備。它們常用于智能家居照明系統和辦公室照明系統，提供方便的用戶交互和個性化控制。

• 溫度傳感器：溫度傳感器用于感知環境的溫度變化。它們可以監測室內或室外溫度，并根據需要調整照明系統的工作模式。溫度傳感器在節能控制和舒適性優化方面發揮重要作用。從平衡成本和敏感度角度來看，通常會選擇熱敏電阻器（Thermistor）作為溫度傳感器技術。它由熱敏材料制成，其電阻值隨溫度的變化呈現非線性關系。熱敏電阻器根據材料類型可分為正溫度系數（PTC）和負溫度系數（NTC）兩種。當溫度升高時，PTC熱敏電阻器的電阻值增加，而NTC熱敏電阻器的電阻值減小。

• 濕度傳感器：濕度傳感器用于測量環境中的濕度水平。在某些情況下，如衛生間、洗手間和儲藏室等，濕度傳感器可以觸發照明設備的開關，以提供必要的照明和節能。在智能照明系統中，電容式濕度傳感器是常見且經濟實惠的選擇。它由兩個電極組成，其中一個電極被涂覆了一層濕度敏感的材料。當濕度發生變化時，被涂覆的材料會吸收或釋放水分，導致電容值的變化。通過測量電容的變化，可以確定環境中的濕度水分含量。

• 聲音傳感器：聲音傳感器可以檢測環境中的聲音水平。它們可以用于實現聲控照明系統，在檢測到聲音時觸發照明設備的開啟、關閉或調光。在智能照明系統中，電容式聲音傳感器是常見且經濟實惠的選擇。它由一個電容器和一個振膜組成，當聲音波動通過振膜時，振膜的位移會改變電容器之間的距離，從而改變電容值。通過測量電容值的變化，可以確定環境中的聲音強度。

但并不是這幾種就一定能滿足場景需求。根據具體需求和應用場景，還可以使用其他傳感器，如空氣質量傳感器、運動傳感器等，以實現更智能和個性化的照明控制。

但如上信息盡管被感知到，還是需要傳遞給控制器去分析和決策，這就涉及如何傳遞回去的問題。這里最方便的手段會依賴無線傳輸技術。也就是下面需要談到的無線通信模塊。

Zigbee

Zigbee是一種廣泛使用的短距離、低速率的無線網絡技術。主要用于近距離無線連接。基于IEEE 802.15.4標準，但IEEE僅處理底層的MAC層和物理層協議，Zigbee擴展了網絡層和應用層API的標準化。

Zigbee可工作在2.4GHz（全球流行）、868Mhz（歐洲流行）和915 MHz等3個頻段上，分別具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的傳輸速率，傳輸距離在10-75m的范圍內。

Zigbee的功耗低，發射功率僅為1mW，可以啟動休眠模式。通信時延一般為15ms。

Zigbee網絡具有自組織和自修復的特性，即使其中某些設備失效或移動，網絡依然能夠保持穩定的通信。

藍牙

藍牙有藍牙低功耗（Bluetooth Low Energy，簡稱BLE）省電技術。藍牙設備可以輕松進行配對和連接，并且可以實現點對點或點對多點的通信。

藍牙Mesh網絡是藍牙技術的擴展，允許大規模的設備互相連接，形成一個自組織的網絡。

藍牙LE Audio：藍牙LE Audio是藍牙技術的最新標準，旨在提供更好的音頻體驗。它支持高質量音頻傳輸和多設備同步播放，為智能照明系統中的音頻功能提供了更多的可能性。

藍牙定位服務：藍牙定位服務是一種基于藍牙技術的室內定位解決方案，可以用于智能照明系統中的位置感知和定位功能。通過藍牙信號的強度和到達時間等信息，可以實現對用戶位置的準確追蹤和定位。

Wi-Fi

Wi-Fi一般工作頻率在2.4GHz、5GHz和6GHz。Wi-Fi最大的優勢就是傳輸速度高。Wi-Fi 6/6E典型的傳輸速率就可以達到1～3Gbps的速率，這是其他無線技術無法媲美的。但盡管采用了OFDMA（正交頻分多址）的技術和TWT（目標喚醒時間）的技術，Wi-Fi的功耗還是非常高的，是Zigbee的數十倍。而且Wi-Fi接入終端的數量也和Zigbee和藍牙不在一個量級，后兩者理論上可以達到65536個節點數量。但Wi-Fi即便是高端的路由器，最大接入設備數量也就是幾十、幾百的量級。

Thread

Thread也是一種開放標準的無線通信協議，專為物聯網設備之間的低功耗、安全和可靠通信而設計。工作在2.4GHz的ISM頻段，與Wi-Fi和藍牙等通信技術共享相同的頻段。Thread采用低功耗睡眠和快速喚醒等技術，以實現較低的工作時延。設備可以快速從睡眠狀態喚醒并與其他設備進行通信，從而降低了通信的延遲。Thread協議針對低功耗應用進行了優化，以延長設備的電池壽命。它采用了一些功耗優化的技術，例如低功耗睡眠模式和快速喚醒機制。這使得Thread在長期運行的物聯網設備中具有較低的功耗。Thread基于IPv6協議棧，為物聯網設備提供了直接的互聯網連接能力。每個Thread設備都有唯一的IPv6地址，可以直接與互聯網上的其他設備進行通信。這為智能照明系統的云端連接和遠程控制提供了更好的支持。Thread支持網狀拓撲結構，這意味著設備可以直接與其他設備通信，也可以通過其他設備進行中繼傳輸。這種網狀結構提供了更大的靈活性和可靠性，使得設備之間的通信更加魯棒。Thread的設備可以自動組網，動態地選擇最佳路徑進行通信，從而提高整個網絡的性能和覆蓋范圍。

就目前的實際情況來看，未來的發展趨勢可能是這四種技術的融合和互補。此外，隨著5G通信技術的普及和發展，它也可能成為智能照明系統中的一種重要通信技術，提供更高的速度和更廣闊的覆蓋范圍。

除了上述提到的無線技術之外，還有一項通信技術，未來如果有技術突破，也可能會成為一種選擇，這就是電力線載波通信（Power Line Communication，PLC）技術。

PLC

PLC利用電力線路傳輸數據信號，使其成為一種潛在的通信選擇。它的優點就是不需要額外的無線信號覆蓋，可以通過電力線路覆蓋整個建筑物，無需擔心信號受限或衰減的問題。由于所有電力插座都連接到電力線路，PLC技術可以直接連接到插座并與其他設備進行通信，實現設備之間的互聯。

但是，這個技術也有硬傷，導致其無法被廣泛采用，這就是與某些無線技術相比，PLC的傳輸速率通常較低。PLC技術的傳輸速度通常在幾百千比特每秒（kbps）到幾兆比特每秒（Mbps）的范圍內。具體的速度取決于使用的PLC標準、硬件設備和環境條件。同時，PLC通信可能受到其他電器設備引起的干擾的影響，例如電視、冰箱、電腦等。這些設備會在電力線上引入噪聲和干擾，可能導致通信質量下降。在面對較強的干擾源時，PLC技術的性能可能會受到較大影響。另外，PLC技術在數據傳輸過程中可能存在一些安全性問題，因為信號通過共享的電力線路傳輸，其他設備可能攔截或干擾通信。

在智能照明系統中，網關和路由器之間的關系可以是相互依賴的。網關通常是一個更高級的控制單元，可以連接多種類型的設備，包括使用不同無線協議的設備。它的任務是將不同協議的設備數據集成到一個統一的控制平臺上，并與外部系統進行交互。網關可以連接到無線路由器，以便與互聯網和其他網絡設備進行通信。無線路由器的作用是提供設備之間的網絡連接和路由功能。它負責將數據從一個設備傳輸到另一個設備，并通過路由算法確定最佳的傳輸路徑。

網關

網關的技術實現方式可以是軟件或硬件，取決于系統的設計和要求。

• 軟件網關通常是運行在計算機、服務器或云平臺上的應用程序。它通過與智能設備通信的協議（例如Wi-Fi、藍牙、Zigbee）來收集和處理數據，并提供遠程控制和管理功能。軟件網關通過與無線路由器連接，將智能設備的數據傳輸到云端或與外部系統進行交互。

• 硬件網關通常是一種專用設備，集成了各種通信接口和協議，以實現與智能設備的連接和數據傳輸。硬件網關可以支持多種無線協議（如Wi-Fi、藍牙、Zigbee），并提供相應的通信接口。它通常具有更強大的處理能力和網絡連接能力，用于處理大量的設備數據和提供高級功能。

路由器

路由器在智能照明系統中起到連接不同設備之間的橋梁作用，負責數據的轉發和路由。選擇不同的無線協議可能會影響到使用的路由器類型和設置。

如果智能照明系統采用Wi-Fi作為無線通信協議，那么通常會使用Wi-Fi路由器來提供網絡連接和路由功能。Wi-Fi路由器通過創建本地網絡（LAN）并為設備提供IP地址，使智能設備能夠連接到互聯網和其他設備。

如果智能照明系統采用Zigbee作為無線通信協議，那么會使用Zigbee路由器來建立Zigbee網絡。Zigbee路由器負責在Zigbee網絡中傳輸數據和路由信號，擴展網絡范圍和覆蓋。

在智能照明系統中，照明控制器是負責管理和控制照明設備的關鍵組件。它可以是一個軟件應用程序、硬件設備或集成在網關中的功能。

照明控制器的功能通常包括以下方面：

• 開關控制：控制燈光的開關狀態，包括開啟和關閉。

• 調光控制：調整燈光的亮度水平，可以實現從全亮到全暗的連續調節。

• 調色控制：改變燈光的顏色溫度或顏色，可以實現暖白光、冷白光或彩色燈光的選擇。

• 定時控制：設置燈光的定時開關，使其在特定時間自動開啟或關閉。

• 情景模式：預設不同的燈光場景，如閱讀模式、休閑模式或聚會模式，以適應不同的環境和需求。

通過照明控制器，用戶可以根據個人偏好、需求和情境，靈活地控制和調整照明設備，實現個性化和智能化的照明體驗。

智能照明系統的控制器和照明對象（燈具）之間的數據通信接口標準是DALI（數字地址照明接口）（Digital Addressable Lighting Interface）。它是由國際照明協會（International Association of Lighting Designers，IALD）和歐洲照明生產商協會（European Lighting Industry Association，ELIA）共同開發和推廣的一個開放的、標準化的協議。它采用了數字通信和點對點連接的方式，使燈光設備能夠通過數字信號進行控制和監測。DALI控制器負責生成和發送DALI命令，而DALI燈光設備接收和響應這些命令，完成相應的操作。以下是DALI標準的核心特點和主要功能：

• 數字通信：DALI使用數字信號進行通信，每個DALI設備都有唯一的地址，可以直接訪問和控制。這種點對點的通信方式可靠性高，不受傳輸距離的限制。

• 雙向通信：DALI支持雙向通信，可以向燈光設備發送控制命令，并接收設備的狀態和反饋信息。這使得系統可以實時監測燈光狀態、故障和能耗等參數。

• 調光和場景控制：DALI允許對燈光進行調光控制，實現燈光亮度的精確調節。同時，它還支持場景控制功能，可以預設和切換不同的照明場景，滿足不同環境和需求下的照明要求。

• 故障檢測和報告：DALI系統可以檢測燈光設備的故障狀態，并通過回傳信息進行報告。這樣可以及時發現和處理故障，提高照明系統的可靠性和維護效率。

• 可擴展性和互操作性：DALI標準具有良好的可擴展性，可以支持多達64個DALI設備的連接。此外，DALI還與其他控制系統和傳感器集成，實現與建筑自動化系統和智能家居系統的互操作性。

總結而言，DALI標準是一種基于數字通信的燈光控制協議，通過點對點連接和雙向通信，實現了照明系統的靈活控制、調光功能、故障檢測和互操作性。它為智能照明系統提供了一種可靠且功能豐富的控制方案，使得照明系統更加智能、高效和可持續。

聊到現在，所謂的智能照明解決方案，還是一個基于家庭為單位的本地技術范圍。但智能照明系統的真正魅力和潛力是前面兩個字“智能”。也就意味著數據挖掘、深度學習和云端整合分析是關鍵要素。通過大量的智能家居數據在云端的整合分析和情境感知，智能照明系統可以提供更加貼心的服務和個性化的照明體驗。

智能照明系統收集到的數據包括用戶的照明習慣、行為模式、時間偏好、環境條件等。通過對這些數據進行挖掘和分析，可以獲取有關用戶的偏好和需求的深入洞察。例如，通過分析用戶在不同時間段的照明偏好，系統可以自動調整照明亮度和色溫，以適應用戶的需求。

智能照明系統通過云端的數據挖掘，還可以通過感知環境和情境來自動化控制照明。通過整合傳感器數據和環境信息，系統可以識別當前的情境，如人員活動、光線強度、溫度等，并根據預設的規則和用戶偏好自動調整照明設置。例如，當系統檢測到用戶進入房間時，可以自動開啟燈光，并根據環境光線和時間調整亮度和色溫。

智能照明系統可以根據用戶的需求和場景提供個性化的服務。通過整合其他智能家居設備和平臺，智能照明系統可以與智能音箱、智能助理等進行互聯，實現智能家居的整合控制。例如，系統可以與智能音箱結合，根據用戶的語音指令實現場景切換、定時調整、音樂配合等功能。用戶可以通過手機應用或云端平臺與智能照明系統進行交互，遠程控制燈光的開關、亮度、色溫等設置。此外，智能照明系統可以與其他智能設備和服務平臺實現互聯，如與安防系統、氣候控制系統、日程管理系統等進行聯動，提供更加智能化的功能和服務。

智能照明系統通過數據分析和智能算法，可以實現更有效的能源管理和節能效果。系統可以監測實時能源消耗情況，根據環境條件和用戶需求進行智能調整，最大限度地減少能源浪費。例如，系統可以根據光線強度和人員活動情況，自動調整燈光的亮度和開啟時間，以實現節能效果。

智能照明云端服務平臺，還可以讓這種能力和生態應用對接。為了方便開發者和第三方服務提供商與智能照明系統集成，云端服務平臺通常提供API（應用程序接口）和開放平臺。開發者可以通過API訪問平臺的功能和數據，從而構建自己的應用程序或服務，并實現與智能照明系統的互操作性。并為智能家居的發展提供了更廣闊的潛力。

好了，今天，我們重點把智能照明系統的解決方案展開聊了一下。明天，我們會再來談談智能照明系統的生態和應用，以及未來的展望，明天見！