水立方控制系统是景观照明的核心部分
2008-03-18
作者：李兴林(CCDI)
来源：阿拉丁照明网
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摘要： 水立方照明控制系统是景观照明系统的核心组成部分。通过比较，我们提出了如下的设计方案：采用基于IPv6的实时以太网的组网方案。以FPGA为硬件载体，在单一芯片上实现控制节点的所有功能。
控制系统
水立方控制系统是景观照明系统的核心组成部分。通过比较，我们提出了如下的设计方案：采用基于IPv6的实时以太网的组网方案。以FPGA为硬件载体，在单一芯片上实现控制节点的所有功能。
（1）采用IPv6实时以太网
①以太网是目前应用最广、技术最成熟的计算机网络，兼容性好。基于TCP/IP的以太网是一种标准的开放式网络，一直都是计算机网络技术的发展主流。②具有丰富的软硬件资源，价格低廉。通信速率高。目前以太网的通信速率比现场总线快得多，以太网可以满足对带宽的更高要求。③可持续发展潜力大。由于以太网的广泛应用，使它吸引大量的技术投入。④IPv6采用128位地址长度，几乎可以不受限制地提供地址，把IPv6引入照明控制网，使每个光源具有一个独立的IP地址，这将使照明控制网的功能变得特别强大，在传输速率、组网规模、远程控制，系统维护等诸多方面都得到质的提高。⑤传统以太网应用于控制时，最主要就是确保实时性问题。传统的以太网采用CSMA/CD的介质访问控制机制，具有排队延迟不确定和通信响应不确定的问题。在牺牲一些复杂功能的前提下，对以太网的协议进行一定程度的修改和精简，使以太网具备实时性，以太网将能满足照明控制系统要求。
（2）采用FPGA现场可编程的逻辑芯片
网络节点作为网络的基本组成和主要的硬件载体，应具有如下特点和功能：①自主性：系统上各节点过网络连接起来的，各节点独立自主地完成自己的任务，节点的容量可扩充，配套软件随时可组态加载，是一个能独立运行的高可靠性子系统。 ②协调性：通过实时高可靠的控制局部网络使传输数据实现共享，节点之间从总体功能及优化处理方面具有充分的协调性。 ③在线性与实时性：通过大量I/O接口，对控制对象进行实时控制和检测，同时可进行网络路由、组态回路的在线修改、局部故障的在线维修。 ④可靠性：从结构上采用容错设计，使得在任一个节点失效的情况下，仍然保持系统的完整性；即使全局性通信或管理失效，局部站仍能维持工作。从硬件上包括节点主要功能模块、通讯链路都采用多重化配置和备份。从软件上采用分段与模块化设计，积木式结构，采用程序卷回或指令复执的容错设计。 保证系统的高可靠性。⑤适应性、灵活性和可扩充性：硬件和软件采用开放式，标准化设计，系统积木式结构，具有灵活的配置可适应不同的需要。⑥处理能力：控制节点需在单一芯片上实现控制LED光源、运行IPv6协议栈、对数据流解压缩、对图像实时处理、自动预存显示内容、故障报告与处理等功能⑦友好性：控制节点能及时的报告自身状态，便于故障的及时定位，方便维护。
采用FPGA，在处理能力、可靠性、体积、成本等方面都能得到很好的满足。
（3）智能照明控制在国内外均是一个快速发展的领域，所以要力求创新。在技术上坚持先进性与实用性紧密结合的研究策略。具体的实现方法如下：基于硬件/软件协同设计方法，开发用于网络控制节点的SOPC（可编程片上系统）。该SOPC包括LED光源控制模块、图像处理功能模块、网络媒体接入控制模块、存储器接口模块等，所有模块以IP Core的形式开发，并通过WISHBONE总线互联，该SOPC最终在FPGA芯片上实现。
⑺环保与节能效益初步分析
国家游泳中心建筑物景观照明采用LED与荧光灯相比，环保及节能效益显著。
⑴ 欧盟先后发布了《关于废弃电子电气设备的指令 (WEEE)》、《关于电子电气设备中禁用有害物质的指令 (ROHS)》、《关于用能产品生态设计要求框架的指令 (EUP)》，各发达国家纷纷效仿，我国也在制定相应的产品标准和检测标准。对产品中铅 镉、汞、六价铬及阻燃剂多溴联苯(PBBS)、多溴联苯基醚(PBDES)的最大浓度值作了规定。要求产品建立生态档案,加贴“CE”标志。
⑵ 国家游泳中心LED建筑物景观照明与采用T5荧光灯相比,汞含量减少442.991g,每年减少释汞量113.322g,每年减少CO2排放量969.179T。
⑶ 国家游泳中心LED建筑物景观照明与采用T5荧光灯相比,减少有功容量929.167kW,减少变压器容量1010.00kVA,全年减少电能消耗745701.88kWh,全年节省电费84.95万元。节能率达73.34%。
2008年奥运会开幕时，国家游泳中心LED建筑物景观照明将以千变万化的色彩和丰富多彩的场景呈现給世界人民。我国半导体照明产业也必将以崭新的面貌展现在世界人民的面前。我们期待这一天的到来。
水立方控制系统是景观照明系统的核心组成部分。通过比较，我们提出了如下的设计方案：采用基于IPv6的实时以太网的组网方案。以FPGA为硬件载体，在单一芯片上实现控制节点的所有功能。
（1）采用IPv6实时以太网
①以太网是目前应用最广、技术最成熟的计算机网络，兼容性好。基于TCP/IP的以太网是一种标准的开放式网络，一直都是计算机网络技术的发展主流。②具有丰富的软硬件资源，价格低廉。通信速率高。目前以太网的通信速率比现场总线快得多，以太网可以满足对带宽的更高要求。③可持续发展潜力大。由于以太网的广泛应用，使它吸引大量的技术投入。④IPv6采用128位地址长度，几乎可以不受限制地提供地址，把IPv6引入照明控制网，使每个光源具有一个独立的IP地址，这将使照明控制网的功能变得特别强大，在传输速率、组网规模、远程控制，系统维护等诸多方面都得到质的提高。⑤传统以太网应用于控制时，最主要就是确保实时性问题。传统的以太网采用CSMA/CD的介质访问控制机制，具有排队延迟不确定和通信响应不确定的问题。在牺牲一些复杂功能的前提下，对以太网的协议进行一定程度的修改和精简，使以太网具备实时性，以太网将能满足照明控制系统要求。
（2）采用FPGA现场可编程的逻辑芯片
网络节点作为网络的基本组成和主要的硬件载体，应具有如下特点和功能：①自主性：系统上各节点过网络连接起来的，各节点独立自主地完成自己的任务，节点的容量可扩充，配套软件随时可组态加载，是一个能独立运行的高可靠性子系统。 ②协调性：通过实时高可靠的控制局部网络使传输数据实现共享，节点之间从总体功能及优化处理方面具有充分的协调性。 ③在线性与实时性：通过大量I/O接口，对控制对象进行实时控制和检测，同时可进行网络路由、组态回路的在线修改、局部故障的在线维修。 ④可靠性：从结构上采用容错设计，使得在任一个节点失效的情况下，仍然保持系统的完整性；即使全局性通信或管理失效，局部站仍能维持工作。从硬件上包括节点主要功能模块、通讯链路都采用多重化配置和备份。从软件上采用分段与模块化设计，积木式结构，采用程序卷回或指令复执的容错设计。 保证系统的高可靠性。⑤适应性、灵活性和可扩充性：硬件和软件采用开放式，标准化设计，系统积木式结构，具有灵活的配置可适应不同的需要。⑥处理能力：控制节点需在单一芯片上实现控制LED光源、运行IPv6协议栈、对数据流解压缩、对图像实时处理、自动预存显示内容、故障报告与处理等功能⑦友好性：控制节点能及时的报告自身状态，便于故障的及时定位，方便维护。
采用FPGA，在处理能力、可靠性、体积、成本等方面都能得到很好的满足。
（3）智能照明控制在国内外均是一个快速发展的领域，所以要力求创新。在技术上坚持先进性与实用性紧密结合的研究策略。具体的实现方法如下：基于硬件/软件协同设计方法，开发用于网络控制节点的SOPC（可编程片上系统）。该SOPC包括LED光源控制模块、图像处理功能模块、网络媒体接入控制模块、存储器接口模块等，所有模块以IP Core的形式开发，并通过WISHBONE总线互联，该SOPC最终在FPGA芯片上实现。
⑺环保与节能效益初步分析
国家游泳中心建筑物景观照明采用LED与荧光灯相比，环保及节能效益显著。
⑴ 欧盟先后发布了《关于废弃电子电气设备的指令 (WEEE)》、《关于电子电气设备中禁用有害物质的指令 (ROHS)》、《关于用能产品生态设计要求框架的指令 (EUP)》，各发达国家纷纷效仿，我国也在制定相应的产品标准和检测标准。对产品中铅 镉、汞、六价铬及阻燃剂多溴联苯(PBBS)、多溴联苯基醚(PBDES)的最大浓度值作了规定。要求产品建立生态档案,加贴“CE”标志。
⑵ 国家游泳中心LED建筑物景观照明与采用T5荧光灯相比,汞含量减少442.991g,每年减少释汞量113.322g,每年减少CO2排放量969.179T。
⑶ 国家游泳中心LED建筑物景观照明与采用T5荧光灯相比,减少有功容量929.167kW,减少变压器容量1010.00kVA,全年减少电能消耗745701.88kWh,全年节省电费84.95万元。节能率达73.34%。
2008年奥运会开幕时，国家游泳中心LED建筑物景观照明将以千变万化的色彩和丰富多彩的场景呈现給世界人民。我国半导体照明产业也必将以崭新的面貌展现在世界人民的面前。我们期待这一天的到来。
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