LED光源智能照明控制设计及应用

LED光源智能照明控制设计及应用
摘要：近些年来，随着经济的发展以及科学技术的不断进步，人们对于生活的需求也是越来越高。

智能照明对于人们的生活有着重要的影响，尤其是LED 光源智能照明以其高效、方便、节能的特点得到广泛应用。

本文主要就LED光源智能照明控制设计及其应用进行了分析研究。

关键词：智能照明LED光源设计应用
引言:
随着社会的高速发展和人们生活水平的不断提高，人们对家居使用的便捷性、智能性和节能性的需求口益强烈。

在这种背景下，智能家居应运而生，并为人类的生活带来最大程度的高效、舒适、安全和便利。

随着科学技术的不断发展，LED制作工艺的日益提高，LED在使用时无污染、持续工作时间长、光电转换效率高等优势也更加明显。

若能用LED作为照明光源来取代效率低、功耗高的传统照明光源，将在照明领域节约大量能源，为缓解当前的能源短缺和环境危机提供帮助。

由此看来，对基于新兴照明光源的智能照明系统的研究，将具有很好的现实意义和广阔的发展前景。

一、LED光源的概述
1、LED光源的概念
LED (Light Emitting Diode)即半导体发光二级管。

它属于半导体光电组件，既具有发光的特性，又具有半导体整流二极管的特性。

LED的结构如下图1，发光二极管靠注入的载流子自发复合的自发辐射，发射的是非相干光。

其发光原理是在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。

进入对方区域的少数载流子一部分与多数载流子复合而发光。

由于其内部所用材料不同，而发出不同颜色的光。

图1 半导体发光二极管结构
2、LED光源的特点
2.1 节能
LED 耗电量很低，一般来说LED 的工作电压是2 ～3.6V。

工作电流是0.02 ～0.03A，白光LED的能耗仅为白炽灯的1/10、节能灯的1/4。

使用寿命长。

实际寿命甚至可达5 万h 以上，为一般光源的几倍甚至几十倍。

2.2 高纯度，鲜艳丰富的色彩，动态的色彩控制，明暗可调
目前LED 产品几乎覆盖了整个可见光谱范围，且色彩纯度高。

LED 光源可利用红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生256×256×256 ＝16777216 种颜色，形成不同光色变化多端的组合，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。

2.3 固体发光，抗震性能好，牢固可靠
LED 是被完全的封装在环氧树脂里面的，它比灯泡和荧光灯管都坚固。

灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，这些特点使得LED 不易损坏。

2.4 易于调光、调色、可控性大
LED 作为一种发光器件，可以通过流过电流的变化控制亮度，也可通过不同波长LED 的配置实现色彩的变化与调节。

2.5 高科技技术，响应时间快
与传统光源单调的发光效果相比，LED 光源是低压微电子产品，成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等，所以亦是数字信息化产品，是半导体光电器件“高新尖”技术，具有在线编程，无限升级，灵活多变的特点，而且LED 一般可在几十纳秒（ns）内响应，是一种高速器件。

2.6 高亮度、低热量
LED 使用冷发光技术，发热量比普通照明灯具低很多。

LED 有很强的发光方向性，光通量利用率高、且体积小，易于LED 灯具的外观设计和光强分布的控制。

LED 可采用直流低压供电，安全可靠。

LED 灯具发光效率高，目前量产使用的白光LED 最高可以做到120lm/W。

2.7 绿色照明，不含汞等有害物质
LED 由无毒的材料制作而成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED 也可以回收再利用。

发光中不含紫外光线光，可使用于文物等不可接触紫外光线的地方。

二、LED光源智能照明控制设计及应用
1、LED光源智能照明控制系统
LED光源智能照明控制系统主要包括：LED 灯具、LED 灯具驱动器及LED 照明控制。

具体表现在：
1.1 LED 灯具
LED光源智能照明灯具对于光通量、发光强度、光照度、稳定性、正像电压以及电流都有着严格的要求，如电流，可分为最大驱动电流和实际驱动电流。

在实际应用中，流过LED的电流不能其超过最大驱动电流，否则可能会损坏LED 或导致亮度快速衰减。

LED属于电流型器件:光通量的高低与通过的电流成正比。

1.2 LED灯具驱动器
LED灯具驱动器可采用高效PWM LED驱动控制器集成电路A910，输入电压在8VDC到450VDC范围内均能有效驱动高亮LED。

该芯片能以高达300KHz 的固定频率驱动外部MOSFET,其频率开通过外部电阻设定。

采用恒流方式控制外部LED，保证了亮度恒定并增强了LED的可靠性，其恒定电流由外部采样电阻决定，变化范围从几毫安到1安培。

1.3LED 控制方式
LED 的驱动结构示意图如图2 所示
2、LED光源智能照明控制系统的应用
2.1 LED光源智能照明系统在室外景观中的应用
在室外景观应用中，LED 也是主流，主要控制方式是由DMX512发生器启动，产生信号发出，再由放大器将这些信号放大并通过分配器将光源发出到支持DMX的LED灯具上，具体操作图如图3所示：
图3 LED 景观照明DMX 控制系统图
2.2 LED光源智能照明系统在公路隧道中的应用
照明控制系统可以说是隧道监控系统的核心组成部分之一，照明控制系统的合理设计，不仅可以保证对隧道内部灯组的自动控制，更可以有效地降低隧道内部事故的发生率，为交通安全提供必要的保证。

因此要设计一个高质量的隧道照明控制系统，功能需求分析是十分重要的，LED光源智能照明系统为公路隧道中的应用更好的促进了公路隧道的发展。

依据控制系统的相关需求，公路隧道内LED光源智能照明控制系统的设计如图4所示：
图4 控制系统结构图
2.3 LED 智能照明控制系统在路灯照明中的应用
该应用的实现主要是系统通过无线传输的方式组网控制，采用GPRS远程通讯，区域通讯采用Zigbee 控制协议，控制模块置于LED 路灯内，运用Zigbee 信号的特点，灯与灯之间进行信号传递，同时结合路灯的控制模式，可以实现定时控制、光照度控制、开关控制、调光控制等模式，还可以实现电脑中控显示，GPS 地图调用等。

2.4 基于C-Bus技术的智能照明控制系统在酒店中的应用
某酒店是一座8层高，建筑总面积为120 000 m2的现代化、多功能星级酒店。

该酒店内各功能空间面积较大，对照明控制的要求比较高且较复杂。

控制系统的设计建立在酒店照明设计图样的基础之上，采用奇胜公司的C-Bus 智能照明控制系统对酒店的整体照明环境进行智能控制。

对于酒店的不同区域分别进行了控制：
2.4.1 客房区域
该酒店客房有普通客房和高级客房两种。

普通客房只有1 个卧室和 1 个卫生间，而高级客房还设有1 个客厅。

根据酒店照明设计图样，普通客房设有卧室、卫生间和走廊 3 路照明回路，因此，在普通客房的门口和床边各设一个Neo 系列四键开关，实现房间内多点控制以及遥控控制。

根据高级客房的结构布局，在卧室、客厅和门口各安装一个Neo 系列四键开关，客厅另外还设置一个液晶触摸屏和一个五场景控制器。

2.4.2 宴会区域
根据照明设计图样，该酒店宴会厅共有8 个照明回路，因此设置 1 个四场景开关，并采用8 路输出继电器5508ＲVF 实现调光控制。

根据不同用餐时段调用预设灯光场景模式，使宴会厅内始终保持柔和、幽雅的灯光环境。

2.4.3 办公区域
办公区包括员工办公区和经理办公室。

该酒店员工办公地点相对集中，员工办公室的面积较大，因此在设计时，将员工办公室分成若干独立的照明区域，采用Neo 系列四键开关，根据需要开启相应区域的照明。

经理办公室的照明控制设计以方便、舒适为前提，在经理办公室入口处设置一个Neo 系列双键开关，并在经理办公桌的正上方设置1 个亮度传感器，当办公室内亮度不够时可自动调节灯具的亮度，使办公室内始终保持恒定的照度。

结束语
总而言之，随着科学技术的发展，智能照明将会得到更广泛的应用和发展。

而LED光源智能照明控制系统也依靠其节能、高效等优势得到更进一步的发展，从而促进整个智能照明控制系统的发展和进步。

参考文献：
[1]俞建. 基于ZigBee无线传感网络的LED智能照明控制系统的研究[D].浙江工业大学,2012.
[2]郭园. 基于ZigBee和GPRS的LED路灯智能照明控制系统的研究[D].青岛科技大学,2012.
[3]董珀. 智能照明控制系统及其新技术研究[D].东华大学,2010.。