LED控制系統(tǒng)在夜景照明中的應(yīng)用

　引言

　　近幾年以來，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，我國城鄉(xiāng)居民居住條件有了質(zhì)的飛躍，但是各類污染現(xiàn)象也日益加重?，F(xiàn)代污染種類越來越繁多，對自然環(huán)境和人民群眾的正常生活、身體健康等構(gòu)成的威脅也越來越大。為了維護(hù)我國社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展和保障人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，我們一定要采取發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、應(yīng)用環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品等有利的措施來進(jìn)行環(huán)境保護(hù)。建筑物作為城市的主要文化載體與形象工程，其夜晚的景觀價(jià)值與商業(yè)價(jià)值也在逐漸被開發(fā)出來。城市光污染也就隨之悄然興起，這種新型的污染問題主要來源于城市車輛照明和建筑夜景照明。目前，我們已經(jīng)開始了致力于解決這類污染問題的研究。我們可以通過在建筑夜景照明中采用環(huán)保節(jié)能的LED照明控制系統(tǒng)這個(gè)措施來一定程度上減輕這種污染造成的危害。本文將就LED照明控制系統(tǒng)在建筑夜景照明中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

　　目前我國LED照明的發(fā)展現(xiàn)狀

　　當(dāng)前形勢下，受到上游芯片價(jià)格下降以及LED照明器具發(fā)光效率的提升，人們越來越重視LED在照明領(lǐng)域的發(fā)展，而且LED行業(yè)自身也呈現(xiàn)出極為良好的發(fā)展態(tài)勢。據(jù)專家預(yù)測，雖然2010年在國內(nèi)照明市場LED所占市場比重不到還百分之五，但是，在2011年LED照明市場占有率有望翻一番，達(dá)到10%以上，并且在兩年之內(nèi)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新，LED技術(shù)更加成熟，其市場占有率至少能夠到達(dá)五分之一。而在LED照明發(fā)展進(jìn)程中，建筑夜景照明無疑是其中的一個(gè)主要發(fā)展方向。從整體來看LED照明系列產(chǎn)品在短期內(nèi)價(jià)格呈下降趨勢。

　　我國政府以及各省市企業(yè)對LED照明發(fā)展十分重視，2010年，國內(nèi)多數(shù)企業(yè)斥巨資投入LED芯片生產(chǎn)領(lǐng)域，LED芯片價(jià)格不在貴若千金，而是逐步下調(diào)價(jià)格，尤其是照明應(yīng)用的highpowerLED價(jià)格跌幅已經(jīng)達(dá)到15%至20%左右。值得一提的是，在未來幾年內(nèi)，我國規(guī)劃增加超過1200臺(tái)的LED設(shè)備MOCVD。企業(yè)的資金投入與國家的大力支持提高了芯片的產(chǎn)能，同時(shí)極大地促進(jìn)了國內(nèi)LED照明產(chǎn)品成本、價(jià)格的下降。

　　另外，技術(shù)進(jìn)步也是促使LED芯片價(jià)格走低原因之一。據(jù)介紹，以美國能源部所訂LED來看，2010年目標(biāo)為140lm/W，到了2020年LED的發(fā)光效率將達(dá)到243lm/W。

　　LED照明產(chǎn)品與LED智能照明控制系統(tǒng)

　　LED（Light Emitting Diode發(fā)光二極管），其發(fā)光材料主要以固體半導(dǎo)體芯片為主，在半導(dǎo)體芯片兩端加上正向電壓，半導(dǎo)體中的載流子發(fā)生復(fù)合，產(chǎn)生能量發(fā)出可見光，是白熾燈照明的完美替代升級(jí)產(chǎn)品。它具有以下特點(diǎn)：1、安全可靠。半導(dǎo)體二極管發(fā)光， 光色柔，無眩光，無紫外線輻射的產(chǎn)生。2、節(jié)省電能。LED以二極管內(nèi)光子反射運(yùn)動(dòng)而發(fā)光，不產(chǎn)生多余熱量，能量轉(zhuǎn)化效率高，同樣亮度下，耗電僅為普通白熾燈的1/10，節(jié)電率可達(dá)90%。3、使用壽命長。LED燈具是白熾燈使用壽命的100倍，具有超過100000小時(shí)的平均使用壽命，并且可以在高頻繁的啟動(dòng)或關(guān)斷狀態(tài)下工作無損壞。

　　LED建筑照明智能控制系統(tǒng)，主要結(jié)構(gòu)包括傳感器單元，控制單元，驅(qū)動(dòng)電路，照明系統(tǒng)等部分組成，為城市建筑夜景照明提供了方便快捷的條件，有效的節(jié)省了人力物力，避免了資源的浪費(fèi)。

　　這里筆者主要闡述一套LED智能照明和恒流驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。

　　首先介紹系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，如圖1 所示，該智能照明控制系統(tǒng)基于μPD78F0034為主控器件設(shè)計(jì)，其主要由傳感器單元、控制器單元、LED驅(qū)動(dòng)電路和照明系統(tǒng)四部分組成。μPD78F0034芯片的主要功能在于計(jì)算處理由熱紅外傳感器、強(qiáng)光傳感器、聲控傳感器接受到并且經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換初步加工過的信號(hào)數(shù)據(jù)，信號(hào)處理完畢后經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換，作用于LED驅(qū)動(dòng)電路和顯示電路，幫助系統(tǒng)能夠正常工作。[!--empirenews.page--]

　　其次，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。為達(dá)到簡化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的目的，采用模塊化設(shè)計(jì)思想為主導(dǎo)，以主程序?yàn)楹诵脑O(shè)置功能模塊子程序，系統(tǒng)工作時(shí)由主程序調(diào)用各功能模塊子程序。各功能子模塊各司其職，信號(hào)輸入模塊負(fù)責(zé)三類傳感器信號(hào)輸入單片機(jī)數(shù)據(jù)通道，在控制系統(tǒng)軟件中，整流放大數(shù)字化后處理聲音傳感器的信號(hào)與紅外線探測器的信號(hào)為開關(guān)的布爾型數(shù)據(jù)，經(jīng)過整流放大的環(huán)境補(bǔ)光，光強(qiáng)度探測系統(tǒng)產(chǎn)生的信號(hào)分兩路，一路為布爾值，并與前兩路信號(hào)處理后產(chǎn)生的輸出進(jìn)行與運(yùn)算，作為產(chǎn)生燈具開關(guān)的開關(guān)信號(hào)的依據(jù)，另外一路將環(huán)境數(shù)據(jù)A／D轉(zhuǎn)換，編碼輸出到系統(tǒng)的輸出模塊，由系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)燈具亮度，適當(dāng)根據(jù)周圍環(huán)境變化LED發(fā)光亮度，最終實(shí)現(xiàn)LED智能照明的目的。

　　該系統(tǒng)設(shè)定完畢之后，無需人工實(shí)施監(jiān)督，就能夠根據(jù)不同的工作環(huán)境的要求，以及晝夜環(huán)境的交替，自動(dòng)控制LED照明燈具的開關(guān)和亮度。尤其是對于城市建筑夜景照明中的大功率LED照明燈具，我們使用恒流源驅(qū)動(dòng)的方法，不僅僅可以提高用電效率，節(jié)約電能，同時(shí)能夠有效的延長LED照明燈具的使用壽命。

　　建筑夜景照明應(yīng)用LED照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

　　隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，城市建筑照明技術(shù)獲得了穩(wěn)步提升，LED照明燈具必將逐步在我國甚至是全球市場上取得更高的市場份額，其發(fā)展?jié)摿ξ阌怪靡?。然而，如何才能在此基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，更好的做到低碳、節(jié)能、環(huán)保是我們研究建筑夜景照明中應(yīng)用LED照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)面臨的首要問題。

　　我國城市建筑夜景照明方面的領(lǐng)軍人物中科院趙建平副院長對城市建筑照明設(shè)計(jì)提出了建設(shè)性意見：城市建筑夜景照明不僅要保證創(chuàng)造良好的光環(huán)境，具有科學(xué)性、實(shí)用性和前瞻性，又要做到維修方便、使用安全、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、保障健康和綠色照明等。

　　在建筑照明節(jié)能評(píng)價(jià)方面我們一般采用LPD數(shù)值的高低作為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)。LPD，即照明功率密度，是評(píng)價(jià)建筑節(jié)能的主要指標(biāo)，主要指建筑房間或場所單位面積的照明安裝功率（包括光源、鎮(zhèn)流器或變壓器），單位為瓦/平方米。LPD值規(guī)定LPD限值，關(guān)系到在照明領(lǐng)域的節(jié)能，將促使照明設(shè)計(jì)全面考慮和顧及照度水平、照明質(zhì)量和照明能效，促進(jìn)在設(shè)計(jì)中推廣應(yīng)用更高效的光源、鎮(zhèn)流器、燈具及其他產(chǎn)品。

　　另外，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保、節(jié)能減排是LED照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求之一，規(guī)定LPD限值，有助于照明節(jié)能的實(shí)現(xiàn)，我們還需要盡量做到控制系統(tǒng)的節(jié)能，即傳感控制電路的節(jié)能環(huán)保。因?yàn)檎彰骱哪芊矫?，不僅僅光源散發(fā)出光和熱，整個(gè)照明控制系統(tǒng)同樣依靠電能運(yùn)轉(zhuǎn)，消耗能量，所以，控制系統(tǒng)節(jié)能非常重要。我們設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的的LED照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)是一個(gè)智能控制系統(tǒng)，能夠完成達(dá)到二次節(jié)能或多次節(jié)能。[!--empirenews.page--]

　　建筑夜景照明應(yīng)用LED照明控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

　　在城市建設(shè)與規(guī)劃中，燈光的設(shè)計(jì)越來越重要，甚至在許多國家和地區(qū)，美麗的城市夜景燈光獲得了“夜間新尺度”的美名，已然成為一種新的城市文明程度衡量標(biāo)準(zhǔn)。我們在設(shè)計(jì)LED照明控制系統(tǒng)時(shí)，只有堅(jiān)持“以人為本”的設(shè)計(jì)理念，滿足人們需求，最大限度地融合照明效果與周邊環(huán)境。城市建筑夜景照明追求的是一種藝術(shù)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與享受。利用一些發(fā)光角度較小的LED小功率產(chǎn)品，以重點(diǎn)局部的照明為重點(diǎn)，在外觀上流出足夠大的設(shè)計(jì)選擇空間，引領(lǐng)建筑照明的時(shí)尚和潮流。同時(shí)，LED點(diǎn)光源更可以使建筑夜景照明畫面的空間層次感更強(qiáng)更豐富。將具有地域特色的傳統(tǒng)文化融入照明設(shè)計(jì)中，使照明不僅滿足基本的功能要求，且更能夠展現(xiàn)城市風(fēng)貌和地域文化特色，從而形成城市特有的光文化，創(chuàng)造出個(gè)性鮮明的城市夜景景觀。

　　LED建筑照明控制系統(tǒng)在建筑夜景照明中的應(yīng)用也要注意建筑的整體效果和細(xì)節(jié)處理。對于一般的建筑而言，其隱框的玻璃幕墻照明系統(tǒng)、樓身顯框玻璃的幕墻照明、頂部玻璃穹頂?shù)恼彰?、建筑底層的照明、樓身及頂部?biāo)志的照明等都是不可忽視的環(huán)節(jié)。

　　LED的顏色好，功耗對于傳統(tǒng)照明工具來講相對較少，耐用壽命也相對較長，用點(diǎn)電壓也低，不存在安全隱患，沒有任何污染，體積小便于隱蔽，適合見光不見燈的城市照明原則等等，這些都為城市照明使用提供了可選性。城市照明其實(shí)更大程度上要求的是創(chuàng)意和藝術(shù)，而不是亮度。

　　1、裝飾草坪燈、景觀燈、球泡等

　　城市的草坪綠地當(dāng)中，把LED的發(fā)光部位設(shè)計(jì)成環(huán)狀、圖形狀等各種結(jié)構(gòu)形式，局部照亮草坪，顯現(xiàn)出一種更加人性化的的照明來，同時(shí)在白天時(shí)候，也成為一種裝飾的一個(gè)元素，非常特別。常用產(chǎn)品額定工作電壓AC220V，控制方式多為內(nèi)控（在需要同步變化的場所可利用同步線實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制同步）。實(shí)際工程中常與氣體放電燈光源配合作為裝飾性照明使用，利用草坪燈、景觀燈、球泡等各種不同造型、不同功能的LED光源可以組合成色彩絢麗的燈光幻影。這種“多色彩，多亮點(diǎn)，多圖案”的變化，體現(xiàn)了LED光源的特點(diǎn)。景觀照明市場主要以街道、廣場等公共場所裝飾照明為主，推動(dòng)力量主要來自于政府。

　　2、水下燈

　　LED水下燈放在水下，用于水體的照明，防護(hù)水平應(yīng)達(dá)到IP68。額定工作電壓DC12V。LED的低電壓工作特性使其比以往的任何燈具都要安全，壽命長的優(yōu)點(diǎn)也使維修起來更加方便，產(chǎn)生的照明效果也比常用的PAR燈、氣體放電燈更為豐富。

　　3、地面燈具

　　在城市照明中，用LED燈具作為地面燈具使用，優(yōu)勢很多。

　　我們可以將LED光源大小小型化。使用的最普遍形式主要有兩類，一類是采用傳統(tǒng)的道路照明燈具外殼，只是在燈具內(nèi)，在一個(gè)幾乎是平板的安裝面（也是反光面）上，裝上了矩陣式的LED，這種設(shè)計(jì)方式是不可能得到良好的燈具配光的。另一類是把多個(gè)LED集成在一個(gè)圓形的區(qū)域內(nèi)（區(qū)域直徑大約為30mm～40mm），使這一小區(qū)域的光輸出密度接近高強(qiáng)度氣體放電燈，再利用燈具反射其進(jìn)行配光，但這種設(shè)計(jì)方式的燈具分布光度也不會(huì)優(yōu)于傳統(tǒng)的道路照明燈具，并且由于在一個(gè)很小的區(qū)域內(nèi)集成了高密度的LED，往往影響到LED的使用壽命。所以這個(gè)可以根據(jù)城市具體地面的大小結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)LED發(fā)光的面積。嵌入式石燈、地磚燈以切邊加工的方式與鋪裝的石材取得一致，達(dá)到環(huán)境與光源和諧統(tǒng)一的效果。目前部分產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)模數(shù)化設(shè)計(jì)，例如作為地面鋪裝層照明的發(fā)光地磚，產(chǎn)品的尺寸與地磚的尺寸相協(xié)調(diào)，即符合模數(shù)的要求，模數(shù)規(guī)格不一，看具體情況而定。

　　結(jié)語

　　“遠(yuǎn)遠(yuǎn)的街燈明了，好像閃著無數(shù)的明星；天上的明星現(xiàn)了，好像點(diǎn)著無數(shù)的街燈”。夜間逐漸成為人們生活休閑的一個(gè)重要時(shí)段，良好的照明成了城市建筑展示藝術(shù)風(fēng)采與形象的主要媒介，目前很多城市都在建筑物的夜景照明上大做文章。在城市夜景變得越來越霓虹閃爍的同時(shí)，我們也應(yīng)該看到嚴(yán)峻的污染和浪費(fèi)問題，及其給人民群眾的日常生活和身體健康帶來巨大危害。城市建設(shè)在進(jìn)步，我國的建筑夜景照明研究也應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)。要控制好建筑夜景照明造成的城市環(huán)境問題，推廣使用LED建筑照明控制系統(tǒng)是必要的也是迫切的。