河套IT TALK 84：（原创）照亮未来：智能照明技术的创新与变革（上）

1. 前言

如果你装修过房子，一定有在家居照明市场里眼花缭乱的各种灯具当中挑花眼的经历。从吸顶灯、吊灯、筒灯、壁灯、台灯、落地灯、镜前灯、小夜灯、地脚灯、柜灯、射灯、灯带、导轨、磁吸，各种纷繁复杂的种类和用途所困惑吧。但这还只是按照功能划分的灯。如果在灯的前面再加上“智能”二字，所具备的内涵将发生翻天覆地的转变。

曾经，照明只是为了提供光线，让我们能够看清周围昏暗的环境，满足基本的视觉需求。然而，随着科技的不断进步和社会的不断发展，照明的概念已经超越了单纯的照亮功能，展现出更加广阔而深远的意义。

首先，照明能改善我们生活的质量，科学表明，光线的亮度、色温和光谱分布可以对人们的情绪、注意力和生物节律产生影响。明亮而清晰的照明则激发活力和专注力，助力我们充满活力地追逐梦想。蓝光对人体的生物钟起着调节作用，可以抑制褪黑激素的分泌，从而提高警觉性和抑制睡意。柔和而温暖的灯光可以在繁忙的日常生活中带来放松和宁静，增添一份温馨和安慰；暖色调的光线有助于促进睡眠。在照明设计中，模拟自然光的变化可以更好地满足人们的生物节律需求。例如，使用智能照明系统可以根据不同时段模拟自然光的变化，如晨光效果在早晨逐渐增加亮度和色温，模拟日落效果在晚上逐渐降低亮度和色温。这样的光线变化可以帮助人们保持生物节律的平衡，提高睡眠质量和身体健康。

其次，照明已经成为一种艺术形式和生活方式的象征，越来越注重情景化的体验。它不仅仅是为了点亮房间，通过精心的设计和创意的灯光安排，照明可以为人们营造出舒适、温馨或激动人心的氛围和情感体验。无论是餐厅、客厅、书房、玄关和卧室，照明可以通过调整亮度、色彩和灯光效果，创造出独特的空间感和情感体验。

另外，随着能源危机和环境保护意识的增强，使得节能和可持续性成为现代照明的重要关注点。智能照明系统的发展，使得照明能效得到了最大程度的提升。通过智能控制和优化，自动调整照明亮度、色温和光谱分布等，可以减少能源浪费，降低照明系统的能耗，实现可持续发展的目标。

最后，人工智能和智能家居在照明系统中起到的作用越来越大，这不仅仅是不同的智能照明系统与其他智能设备（比如手机）的拉通和控制联动，而且可以根据个人的需求，通过个性化的智能场景识别，能随时改变灯光和照明的开关、方向角度、强弱、色温、搭配组合和色彩变化来迎合不同的个性化场景和个性化心境的照明需求。同时照明也不仅仅是照明，智能照明系统可以作为智能家居系统的一部分，与其他智能设备（如智能音箱、智能窗帘、智能安防等）进行互联互通，实现更综合、智能化的家居体验。

今天，我们就展开聊一下智能照明这个话题。

2. 照明系统的发展历史

首先，让我们回顾一下照明系统的发展历史。

• • 1884 年：英国科学家约瑟夫·斯旺（Joseph Swan）发明了现代电灯开关。这一发明为人们方便地控制电灯的开关提供了重要的解决方案，并成为后来电气照明系统的重要组成部分。

  • 1901年：美国发明家Peter Cooper Hewitt获得了一项关于气体放电荧光灯的专利。

  • 1934年：荧光管的改进。由于技术改进，荧光灯的可靠性和效率得到了显著提升，广泛应用于商业和工业照明。

  • 1950年代至1960年代：荧光灯的广泛普及。荧光灯开始在家庭、办公室和公共场所得到广泛应用，取代了传统的白炽灯。

  • 1962年：Egon Lübbers和Herbert Paul Maruska在德州仪器（Texas Instruments）工作期间，成功制造了第一颗工作在绿光波长范围的发光二极管，使用的是镓砷化物（GaAsP）材料。同年，通用电气科学家尼克·霍洛尼亚克（Nick Holonyak Jr.）使用合金化合物镓砷化铟（GaAsP）发明了第一个红色发光二极管（LED）。

  • 1971 年：美国物理学家Edward Miller和Jacques Pankove在1971年发明了蓝色LED。他们使用的是氮化镓材料，并成功制造出工作在蓝色波长范围的LED。紧接着第二年，Herb Maruska和Wally Rhines在斯坦福大学进行的研究中，于1972年制造了第一个使用掺镁氮化镓材料的蓝紫色LED。蓝色LED的发明对于现代光电子技术的发展和照明行业的进步具有重要意义。

  • 1972 年：通用电气（General Electric）工作的电气工程师M. George Craford 成功地发明了一种高亮度、高效率的黄色LED，使用的是镓砷化物（GaAsP）材料。这项发明对于LED技术的发展和应用具有重要意义。

  • 1986 年：在斯坦福大学的研究中，Maruska和Rhines成功地开发了镁掺杂的氮化镓（GaN:Mg）材料，并制造出了工作在蓝色波长范围的LED。这一发明被认为是蓝色LED技术的重要里程碑，为后续的蓝色LED研究和应用奠定了基础。

  • 1993 年：物理学家 Isamu Akaski 和 Hiroshi Amano 开发出用于蓝色 LED 的高质量氮化镓。通过 Akaski 和 Amanos 的开发，电气工程师 Shuji Nakamura 创造了第一个高亮度蓝色 LED，从而迅速引领了白色 LED 的发展。开启了数字照明革命。

  • 1998 年：DALI – 最广泛使用的数字照明控制协议发布。DALI（Digital Addressable Lighting Interface）协议是由欧洲照明工业协会（ZVEI）主导发起的。旨在为照明系统提供一种统一的数字控制标准。欧洲照明工业协会与照明行业的各个利益相关者合作，包括制造商、供应商和系统集成商，共同推动DALI协议的制定和推广。

  • 2002 年：住宅用白光 LED 开始商用

  • 2008：LED灯开始在学校、办公室和医院流行起来。

  • 2019： LED灯是照明的主要来源，卤素灯和荧光灯正在被淘汰。

过去这几十年，照明系统经历了从荧光灯到LED灯的彻底转变。毫不夸张地说，LED灯重新定义了照明。相比传统的白炽灯和荧光灯，LED的能效更高，能将更多的电能转化为可见光，而不会产生大量的热量。这使得LED照明能够显著节省能源和降低能源成本。同时，LED具有明显的寿命优势，通常可以达到数万小时以上。相比传统的灯泡，LED的寿命更长，不容易损坏或烧坏。这减少了更换灯具和维护的频率和成本。而且，和传统的荧光灯不同，LED灯在以下几个方面是传统照明设备完全不具备的能力：

• • LED能够产生广泛的色彩，包括白光和各种彩色光。通过调整LED的材料和结构，可以实现不同色温和色彩的光线输出，以满足不同场景和需求的照明要求。

  • LED照明产品通常较小巧，灵活性高。它们可以设计成各种形状和尺寸，适应不同的应用场景，如室内照明、户外照明、汽车照明等。这为照明设计师提供了更大的创造空间和灵活性。

  • LED具有良好的可调光性能，可以根据需要调整亮度和光强。此外，LED还可以与智能控制系统集成，实现远程控制、自动化调光和智能照明管理，提供更高级的照明体验和能源管理。

LED的出现和广泛应用改变了传统照明技术的格局，为照明行业带来了革命性的变化。毫不夸张地说，没有LED灯，就不会有智能照明。LED是智能照明解决方案的根基。

3. 麻雀虽小五脏俱全

但光有这个根基是不够的。作为智能照明系统，是需要一系列部件配合来实现业务功能的：

• • 照明对象：LED灯是典型的照明对象。作为智能照明系统的关键部件，LED会分散到家居场景的各处。

  • 照明控制器：如果是单一灯源，控制器往往与灯集成在一起为单灯控制器，但作为智能照明系统，一般控制器和照明对象是分离的。通过信号和指令来完成控制。

  • 网关/路由器：是所有智能设备桥接汇聚的节点，进行通信协议的转换。

  • 智能照明云端服务平台：服务器储存和处理控制系统数据，分析控制系统数据，提供远程控制功能。云端服务平台往往收集和存储各种传感器的数据，如光照强度、温度、湿度等。这些数据可以用于后续分析和优化照明系统的性能，如能源管理、行为模式识别等。往往会对接生态应用。

  • 智能照明控制终端：一般是通过智能终端等运行控制软件，可以现场或远程对控制对象进行配置和控制。

  • 环境感知部件（传感器）：用于感知环境条件和用户行为，从而实现智能控制和自动化调节。

  • 无线通信模块：无线通信模块用于实现传感器、灯具和控制设备之间的无线通信。常见的无线通信技术包括Wi-Fi、蓝牙、Zigbee等，使各个部件能够互相传递信息和指令。

这些部件相互配合，通过传感器感知环境信息，将数据传输给网关或中控器。中控器根据预设的规则和用户的需求，通过无线通信模块发送控制指令给LED灯和其他控制设备，从而实现自动化调光、调色、开关控制等功能。用户可以通过控制器、手机APP或云平台与系统交互，实现手动控制、设置场景和定时控制等操作。整个系统通过数据存储和分析，不断优化照明效果和节能管理。

下一篇，我们会一一展开来说明这些部件是如何配合工作的。