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智能綠色LED照明技術與應用

發布日期:2013-09-27 16:53:23 105

LED作為新一代光源,具有低電壓、低功耗、體積小、響應快、無污染、高可靠性和長壽命等一系列特點。由于它產生的光譜中沒有紫外線和紅外線,因而沒有熱量和熱輻射,并可減少二氧化碳和其它室溫氣體的產生,因而被認為是一種符合環保和節能的真正意義上的綠色照明光源。白上世紀90年代以來,13本、美國、歐盟、韓國、中國臺灣等國家和地區紛紛推出半導體照明計劃,促進LED照明技術研發。與此同時,世界**的照明光源廠商也積極介入,與半導體材料器件廠商聯盟,大力開拓LED照明市場。在眾多力量的推動下,LED照明技術與產業取得了日新月異的進步,逐漸進入人們的日常生活。

  綠色照明是美國國家環保局于上個世紀90年代初提出的概念。完整的綠色照明內包含高效節能、環保、安全、舒適等4項指標。近年來綠色LED照明理念受到人們的關注。市場上也誕生了以LED為光源的各種類型、別具特色的產品。智能照明也逐漸受到大家的重視,特別是物聯網技術的發展。使得智能照明變得更加重要。智能照明不僅僅是指智能發光降低能耗,而且是涵蓋傳感、通訊、物聯網等多種現代化技術。本文討論智能綠色LED照明技術在通用照明、景觀照明和LED顯示屏中的運用以及微控制器、傳感器接口芯片、無線收發芯片和LED驅動芯片等微電子芯片在智能綠色LED照明中所發揮的作用。

  1智能綠色LED照明技術

  1.1智能LED照明技術

  LED具有很好的可控性,由此可以開發出智能LED照明技術,智能LED照明技術通過外部傳感器和控制電路對LED進行實時監控與跟蹤。自動平滑地調節LED發光的明暗和色彩,達到智能控制LED的目的。在智能控制軟件上,有完備的控制協議和控制方法,完善的人機接El,故障的自我診斷和提示:在硬件上,具有多種通信能力的手段。如無線、電力載波、可見光、紅外光。

  智能LED照明技術具有如下優點:

  (1)控制智能化實現照明控制智能化,提高管理水平,減少維護費用;

  (2)節能通過合理的管理,根據不同日期、不同時間、不同的照度,按照各個功能區域的運行情況預先進行光照度的設置;

  (3)美化環境好的燈光設計可以營造出一種溫馨、舒適的環境,增添其藝術的魅力;

  (4)延長燈具壽命大幅減少燈具無效照明時間,從而大大延長燈具壽命;

  (5)照度的一致性采用光敏傳感器,可以達到室內的光線保持恒定;

  (6)與其它系統聯動智能照明可與其他系統聯動控制,例如BA系統,監控報警系統、車庫刷卡系統。

  1.2綠色LED照明技術

  綠色LED照明是將科學的控制技術與LED燈具相結合,帶來巨大的經濟效益,節約能源和資金;綠色LED照明會使人們得到高品質的照明環境。有益身心健康,改善學習、工作、生活條件;同時帶來社會效益,減少空氣污染,保護環境,體現現代文明的光文化。綠色LED照明要求節約能源,但綠色照明不能簡單地停留在節能的水平上,而是要從更高層次去認識其深刻含義。同時滿足對照明質量和視覺環境條件的更高要求。要通過照明工程系統設計關鍵環節。同時,要盡量減少LED生命周期內的污染物排放,采用潔凈自然光源和綠色材料,并要避免光污染。

  1.3智能綠色LED照明的網絡化控制

  單個LED燈具即使采用智能綠色LED照明技術之后,也只是一個點,效果相對有限;如能實現多點LED燈具的網絡化控制,使之統一集中地照明管理控制,即由主控計算機對網絡內的照明設備進行控制管理,并及時反饋給操作人員,對于充分發揮智能綠色LED照明技術優勢與潛力有重要意義。

  樓宇LED照明網絡控制方案,總控制器通過以太網連接到以太網接人器,以太網接入器端通過Zigbee無線網控制每個燈具,以模塊式的自動控制為主,手動控制為輔。圖2所示是景觀照明的智能網絡化控制.通過燈光場景實時控制服務器、燈光場景編輯工作站、開關燈及照明監控工作站和配電柜測量控制節點與智能網橋通過TCP/IP以太網交換信息,實現智能控制,智能網橋再通過RS485總線傳輸控制信號到智能LED控制器,智能LED控制器再改變LED燈的開關、明暗和色彩。顯示屏的智能綠色控制如圖3所示,信息制作端和業務數據傳輸要顯示的信息到服務器,傳輸的信息通過預覽審核之后,再將信息加密,通過**內網或者互聯網傳輸到N多個LED顯示屏上,再通過信息解密將要顯示的內容顯示在LED屏上。

  2智能綠色LED照明技術的應用

  2.1通用照明技術

  據統計,照明在樓宇建筑電力能耗中占的比例達40%以上,大幅度的降低照明可以大大的節約能量。LED本身比傳統光源的效率高,是很好的綠色照明光源,再加上智能控制,可以做到更加節能。例如:中央調光控制:通過集中中央控制,調光、定時關閉LED;日光補償控制:充分利用自然光,降低LED照明時間和亮度;紅外線感應:人體紅外線感應器實現人來燈亮,人走燈滅;事件控制:通過特殊事件預編程,精確管理照明。

  2.2景觀照明中的應用

  景觀照明的目標是使景觀照明與景觀協調,因“景”制宜,因建筑特色制宜,達到美化環境的新水平。道路照明強調亮度,而景觀照明側重于環境的美化效果。智能綠色LED照明在景觀中的應用包括。

  (1)自動開關燈為了節省電力,降低功耗,通過預先編制好的時間表來開關景觀照明,也可以通過光電傳感器檢測日光的照度值來控制開關燈,來達到無人值守,降低功耗的目的。

  (2)動態自動調光智能控制系統通過網絡自動獲取當地當天的天氣情況并根據當時的天氣對照明場景的色彩,亮度做出自動調整。比如在雨天或者霧天,照明控制系統自動增加燈的亮度。在寒冷冬天,照明系統增加光線中使人感到暖和的紅光的比例,在炎熱的夏天,照明系統增加光線中使人感到涼爽的藍光的比例。

  (3)綠色能源景觀照明系統通常包括不同的燈具,比如:LED埋地燈,LED地磚燈,LED草坪燈,勾勒建筑物輪廓的LED護欄管,裝飾植物的LED柔性燈帶以及LED顯示屏。其中前三類燈具功耗比較小,通常在10w以內。可以用太陽能作為能源給蓄電池充電,晚問再給LED供電。

  (4)故障智能診斷快速定位故障芯片所在位置方便維修,對處于異常工作狀態下的芯片,比如在芯片電流異常,燈具亮度過高或過低時及時報警。

  (5)無線系統目前的景觀照明系統通常是對單一建筑物進行設計的,以光纖和雙絞線方式對各子系統進行控制。如果景觀面積很大,比如公園或住宅小區,需要通過無線局域網(WLAN),WIFI,或者ZigBee技術和目前的靜態控制結合的方式,方便經濟地把各子系統連接起來,進行統一控制。

  2.3LED顯示屏中的應用

  LED在顯示屏上具有獨特的優勢,例如可視遠、亮度高、可視角大、功耗低和壽命長。實現綠色低功耗化途徑可以通過使顯示屏硬件低功耗化具體實現。

  (1)繼續提高RGB三色LED管芯的發光效率,研究新的封裝結構或方式,提高取光效率,使器件達到同樣發光強度而所需電流減小,功耗降低。

  (2)研發低導通電壓驅動芯片,為降低整屏工作電壓提供條件,例如顯示屏工作電壓從5v降低到4v,可節能20%。

  (3)將同步整流等低功耗技術引入顯示屏開關電源當中,在降低輸出電壓的同時仍然能保持高效率。

  (4)整屏的智能驅動控制技術對亮度進行控制,根據周圍環境光強自動控制顯示屏亮度,節能的同時可提高觀看舒適度。目前控制系統一般都有該功能,但實際應用效果不佳。難以進行無級調整或者會損害到顯示效果。有待加強此方面的研究:與監控攝像頭、傳感器結合,采用圖像識別技術,在顯示屏服務范圍內達到一定人流密度時才開機播放內容,無觀眾或者觀眾人數過少時則自動關閉屏幕,達到節能目的。

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