LED控制系統(tǒng)在夜景照明中的應用

　引言

　　近幾年以來，隨著社會的不斷發(fā)展，我國城鄉(xiāng)居民居住條件有了質的飛躍，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、身體健康等構成的威脅也越來越大。為了維護我國社會的可持續(xù)發(fā)展和保障人民群眾的生命財產安全，我們一定要采取發(fā)展低碳經濟、應用環(huán)保節(jié)能產品等有利的措施來進行環(huán)境保護。建筑物作為城市的主要文化載體與形象工程，其夜晚的景觀價值與商業(yè)價值也在逐漸被開發(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用進行探討。

　　目前我國LED照明的發(fā)展現(xiàn)狀

　　當前形勢下，受到上游芯片價格下降以及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)專家預測，雖然2010年在國內照明市場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，達到10%以上，并且在兩年之內，隨著科學技術的發(fā)展與創(chuàng)新，LED技術更加成熟，其市場占有率至少能夠到達五分之一。而在LED照明發(fā)展進程中，建筑夜景照明無疑是其中的一個主要發(fā)展方向。從整體來看LED照明系列產品在短期內價格呈下降趨勢。

　　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，國內多數(shù)企業(yè)斥巨資投入LED芯片生產領域，LED芯片價格不在貴若千金，而是逐步下調價格，尤其是照明應用的highpowerLED價格跌幅已經達到15%至20%左右。值得一提的是，在未來幾年內，我國規(guī)劃增加超過1200臺的LED設備MOCVD。企業(yè)的資金投入與國家的大力支持提高了芯片的產能，同時極大地促進了國內LED照明產品成本、價格的下降。

　　另外，技術進步也是促使LED芯片價格走低原因之一。據(jù)介紹，以美國能源部所訂LED來看，2010年目標為140lm/W，到了2020年LED的發(fā)光效率將達到243lm/W。

　　LED照明產品與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體芯片為主，在半導體芯片兩端加上正向電壓，半導體中的載流子發(fā)生復合，產生能量發(fā)出可見光，是白熾燈照明的完美替代升級產品。它具有以下特點：1、安全可靠。半導體二極管發(fā)光， 光色柔，無眩光，無紫外線輻射的產生。2、節(jié)省電能。LED以二極管內光子反射運動而發(fā)光，不產生多余熱量，能量轉化效率高，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小時的平均使用壽命，并且可以在高頻繁的啟動或關斷狀態(tài)下工作無損壞。

　　LED建筑照明智能控制系統(tǒng)，主要結構包括傳感器單元，控制單元，驅動電路，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。

　　這里筆者主要闡述一套LED智能照明和恒流驅動控制系統(tǒng)。

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

　　其次，系統(tǒng)軟件設計。為達到簡化設計結構的目的，采用模塊化設計思想為主導，以主程序為核心設置功能模塊子程序，系統(tǒng)工作時由主程序調用各功能模塊子程序。各功能子模塊各司其職，信號輸入模塊負責三類傳感器信號輸入單片機數(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與紅外線探測器的信號為開關的布爾型數(shù)據(jù)，經過整流放大的環(huán)境補光，光強度探測系統(tǒng)產生的信號分兩路，一路為布爾值，并與前兩路信號處理后產生的輸出進行與運算，作為產生燈具開關的開關信號的依據(jù)，另外一路將環(huán)境數(shù)據(jù)A／D轉換，編碼輸出到系統(tǒng)的輸出模塊，由系統(tǒng)控制調節(jié)燈具亮度，適當根據(jù)周圍環(huán)境變化LED發(fā)光亮度，最終實現(xiàn)LED智能照明的目的。

　　該系統(tǒng)設定完畢之后，無需人工實施監(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，自動控制LED照明燈具的開關和亮度。尤其是對于城市建筑夜景照明中的大功率LED照明燈具，我們使用恒流源驅動的方法，不僅僅可以提高用電效率，節(jié)約電能，同時能夠有效的延長LED照明燈具的使用壽命。

　　建筑夜景照明應用LED照明控制系統(tǒng)設計要求

　　隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，城市建筑照明技術獲得了穩(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，如何才能在此基礎上更進一步，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用LED照明控制系統(tǒng)的設計面臨的首要問題。

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

　　在建筑照明節(jié)能評價方面我們一般采用LPD數(shù)值的高低作為主要評價指標。LPD，即照明功率密度，是評價建筑節(jié)能的主要指標，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，關系到在照明領域的節(jié)能，將促使照明設計全面考慮和顧及照度水平、照明質量和照明能效，促進在設計中推廣應用更高效的光源、鎮(zhèn)流器、燈具及其他產品。

　　另外，實現(xiàn)綠色環(huán)保、節(jié)能減排是LED照明控制系統(tǒng)的設計要求之一，規(guī)定LPD限值，有助于照明節(jié)能的實現(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。因為照明耗能方面，不僅僅光源散發(fā)出光和熱，整個照明控制系統(tǒng)同樣依靠電能運轉，消耗能量，所以，控制系統(tǒng)節(jié)能非常重要。我們設計實現(xiàn)的的LED照明控制系統(tǒng)的設計應當是一個智能控制系統(tǒng)，能夠完成達到二次節(jié)能或多次節(jié)能。[!--empirenews.page--]

　　建筑夜景照明應用LED照明控制系統(tǒng)方案設計

　　在城市建設與規(guī)劃中，燈光的設計越來越重要，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準。我們在設計LED照明控制系統(tǒng)時，只有堅持“以人為本”的設計理念，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的創(chuàng)新設計與享受。利用一些發(fā)光角度較小的LED小功率產品，以重點局部的照明為重點，在外觀上流出足夠大的設計選擇空間，引領建筑照明的時尚和潮流。同時，LED點光源更可以使建筑夜景照明畫面的空間層次感更強更豐富。將具有地域特色的傳統(tǒng)文化融入照明設計中，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用也要注意建筑的整體效果和細節(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、樓身及頂部標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。城市照明其實更大程度上要求的是創(chuàng)意和藝術，而不是亮度。

　　1、裝飾草坪燈、景觀燈、球泡等

　　城市的草坪綠地當中，把LED的發(fā)光部位設計成環(huán)狀、圖形狀等各種結構形式，局部照亮草坪，顯現(xiàn)出一種更加人性化的的照明來，同時在白天時候，也成為一種裝飾的一個元素，非常特別。常用產品額定工作電壓AC220V，控制方式多為內控（在需要同步變化的場所可利用同步線實現(xiàn)強制同步）。實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，多圖案”的變化，體現(xiàn)了LED光源的特點。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，防護水平應達到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)點也使維修起來更加方便，產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，在一個幾乎是平板的安裝面（也是反光面）上，裝上了矩陣式的LED，這種設計方式是不可能得到良好的燈具配光的。另一類是把多個LED集成在一個圓形的區(qū)域內（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度氣體放電燈，再利用燈具反射其進行配光，但這種設計方式的燈具分布光度也不會優(yōu)于傳統(tǒng)的道路照明燈具，并且由于在一個很小的區(qū)域內集成了高密度的LED，往往影響到LED的使用壽命。所以這個可以根據(jù)城市具體地面的大小結構來設計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，達到環(huán)境與光源和諧統(tǒng)一的效果。目前部分產品已實現(xiàn)模數(shù)化設計，例如作為地面鋪裝層照明的發(fā)光地磚，產品的尺寸與地磚的尺寸相協(xié)調，即符合模數(shù)的要求，模數(shù)規(guī)格不一，看具體情況而定。

　　結語

　　“遠遠的街燈明了，好像閃著無數(shù)的明星；天上的明星現(xiàn)了，好像點著無數(shù)的街燈”。夜間逐漸成為人們生活休閑的一個重要時段，良好的照明成了城市建筑展示藝術風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，我們也應該看到嚴峻的污染和浪費問題，及其給人民群眾的日常生活和身體健康帶來巨大危害。城市建設在進步，我國的建筑夜景照明研究也應該與時俱進。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。