智能绿色LED照明技术与应用

By | 2020年7月24日

  LED作为新一代光源,具备低电压、低功耗、体积小、呼应快、无净化、高牢靠性以及短命命等一系列特性。因为它孕育发生的光谱中不紫内线以及红内线,因此不热量以及热辐射,并可缩小二氧化碳以及其它室温气体的孕育发生,因此被以为是一种合乎环保以及节能的真正意思上的绿色照明光源。白上世纪90年月以来,13本、美国、欧盟、韩国、中国台湾等国度以及地域纷繁推出半导体照明方案,促成LED照明技巧研发。与此同时,世界驰名的照明光源厂商也踊跃染指,与半导体资料器件厂商同盟,鼎力开辟LED照明市场。正在泛滥力气的推进下,LED照明技巧与工业获得了突飞猛进的提高,逐步进入人们的一样平常生存。


  绿色照明是美国国度环保局于上个世纪90年月初提出的概念。完好的绿色照明内蕴含高效节能、环保、平安、温馨等4项目标。最近几年来绿色LED照明理念遭到人们的存眷。市场上也降生了以LED为光源的各类类型、别具特征的产物。智能照明也逐步遭到各人的注重,特地是物联网技巧的倒退。使患上智能照明变患上愈加首要。智能照明不只仅是指智能发光升高能耗,并且是涵盖传感、通信、物联网等多种古代化技巧。本文探讨智能绿色LED照明技巧正在通用照明、景观照明以及LED显示屏中的运用和微管制器、传感器接口芯片、无线收发芯片以及LED驱动芯片等微电子芯片正在智能绿色LED照明中所施展的作用。


  1 智能绿色LED照明技巧


  1.1 智能LED照明技巧


  LED具备很好的可控性,由此能够开收回智能LED照明技巧,智能LED照明技巧经过内部传感器以及管制电路对LED进行及时监控与跟踪。主动滑润圆滑地调理LED发光的明暗以及色调,达到智能管制LED的目的。正在智能管制软件上,有齐备的管制协定以及管制办法,欠缺的人机接El,毛病的自我诊断以及提醒:正在硬件上,具备多种通讯才能的手法。如无线、电力载波、可见光、红外光。


  智能LED照明技巧具备以下优点:


  (1)管制智能化完成照明管制智能化,进步治理程度,缩小保护用度;


  (2)节能经过正当的治理,依据没有同日期、没有同工夫、没有同的照度,依照各个性能区域的运转状况事后进行光照度的设置;


  (5)丑化环境好的灯光设计能够营建出一种舒适、温馨的环境,削减其艺术的魅力;


  (4)延伸灯具寿命年夜幅缩小灯具有效照明工夫,从而年夜年夜延伸灯具寿命;


  (5)照度的分歧性采纳光敏传感器,能够达到室内的光线放弃恒定;


  (6)与其它零碎联动智能照明可与其余零碎联动管制,例如BA零碎,监控报警零碎、车库刷卡零碎。


  1.2 绿色LED照明技巧


  绿色LED照明是将迷信的管制技巧与LED灯具相连系,带来微小的经济效益,节约动力以及资金;绿色LED照明会令人们失去高质量的照明环境。无益身心衰弱,改善学习、工作、生存前提;同时带来社会效益,缩小空气净化,维护环境,表现古代文化的光文明。绿色LED照明要求节约动力,但绿色照明不克不及简略地停留正在节能的程度上,而是要从更高条理去意识其粗浅含意。同时餍足对照明品质以及视觉环境前提的更高要求。要经过照明工程零碎设计要害环节。同时,要只管即便缩小LED生命周期内的净化物排放,采纳干净天然光源以及绿色资料,并要防止光净化。


  1.3 智能绿色LED照明的网络化管制


  单个LED灯具即便采纳智能绿色LED照明技巧之后,也只是一个点,成果绝对无限;如能完成多点LED灯具的网络化管制,使之对立集中地照明治理管制,即由主控较量争论机对网络内的照明设施进行管制治理,并实时反馈给操作职员,关于充沛施展智能绿色LED照明技巧劣势与后劲有首要意思。


  图1所示是楼宇LED照明网络管制计划,总管制器经过以太网衔接到以太网接人器,以太网接入器端经过Zigbee无线网管制每一个灯具,以模块式的主动管制为主,手动管制为辅。图2所示是景观照明的智能网络化管制.经过灯光场景及时管制效劳器、灯光场景编纂工作站、开关灯及照明监控工作站以及配电柜丈量管制节点与智能网桥经过TCP/IP以太网替换信息,完成智能管制,智能网桥再经过RS485总线传输管制旌旗灯号到智能LED管制器,智能LED管制器再扭转LED灯的开关、明暗以及色调。显示屏的智能绿色管制如图3所示,信息制造端以及营业数据传输要显示的信息到效劳器,传输的信息经过预览审核之后,再将信息加密,经过公用内网或许互联网传输到N多个LED显示屏上,再经过信息解密将要显示的内容显示正在LED屏上。


 



 


  2智能绿色LED照明技巧的使用


  2.1 通用照明技巧


  图4所示是宴会厅智能绿色LED照明使用,图(a)是宴会前迎宾时所营建的亮堂愉快的灯光成果;图(b)是宴会开端时的情景,光线集中桌面,强调正餐的色香、味;灯光角度以及亮暗的没有同,搭配构成平面的视觉成果;图(c)是分区管制下的宴会厅的多种灯光成果,以顺应没有同场所的灯光需要,供工作职员抉择;图(d)是宴会完结后,LED灯逐步封闭后的场景。经过智能管制,岂但节约了能耗,还达到了很好的艺术成果。  




  据统计,照明正在楼宇修建电力能耗中占的比例达40%以上,年夜幅度的升高照明能够年夜年夜的节约能量。LED自身比传统光源的效率高,是很好的绿色照明光源,再加之智能管制,能够做到愈加节能。例如:地方调光管制:经过集中地方管制,调光、按时封闭LED;日光弥补管制:充沛行使天然光,升高LED照明工夫以及亮度;红内线感到:人体红内线感到器完成人来灯亮,人走灯灭;事情管制:经过非凡事情预编程,准确治理照明。


  2.2 景观照明中的使用


  景观照明的指标是使景观照明与景观调和,因“景”制宜,因修建特征制宜,达到丑化环境的新程度。路线照明强调亮度,而景观照明偏重于环境的丑化成果。智能绿色LED照明正在景观中的使用包罗。


  (1)主动开关灯为了节流电力,升高功耗,经过事后体例好的工夫表来开关景观照明,也能够经过光电传感器检测日光的照度值来管制开关灯,来达到无人值守,升高功耗的目的。


  (2)静态主动调光智能管制零碎经过网络主动猎取外地当天的天色状况并依据过后的天色对照明场景的色调,亮度做出主动调整。比方正在雨天或许雾天,照明管制零碎主动添加灯的亮度。正在凛冽冬天,照明零碎添加光线中令人感应温暖的红光的比例,正在酷热的炎天,照明零碎添加光线中令人感应凉快的蓝光的比例。


  (3)绿色动力景观照明零碎通常包罗没有同的灯具,比方:LED埋地灯,LED地砖灯,LED草坪灯,勾画修建物轮廓的LED护栏管,装璜动物的LED柔性灯带和LED显示屏。此中前三类灯具功耗比拟小,通常正在10 w 之内。能够用太阳能作为动力给蓄电池充电,晚问再给LED供电。


  (4)毛病智能诊断疾速定位毛病芯片所正在地位不便培修,对处于异样工作状态下的芯片,比方正在芯片电流异样,灯具亮渡过高或太低时实时报警。


  (5)无线零碎今朝的景观照明零碎一般为对繁多修建物进行设计的,以光纤以及双绞线形式对各子零碎进行管制。假如景观面积很年夜,比方公园或室第小区,需求经过无线局域网(WLAN),WIFI,或许ZigBee技巧以及今朝的动态管制连系的形式,不便经济地把各子零碎衔接起来,进行对立管制 。


  2.3 LED显示屏中的使用


  LED正在显示屏上具备共同的劣势,例如可视远、亮度高、可视角年夜、功耗低以及寿命长。完成绿色低功耗化路子能够经过使显示屏硬件低功耗化详细完成。


  (1)持续进步RGB三色LED管芯的发光效率,钻研新的封装构造或形式,进步取光效率,使器件达到一样发光强度而所需电流减小,功耗升高。


  (2)研发低导通电压驱动芯片,为升高整屏工作电压提供前提,例如显示屏工作电压从5 v升高到4 v,可节能20%。


  (3)将同步整流等低功耗技巧引入显示屏开关电源傍边,正在升高输入电压的同时依然能放弃高效率。


  (4)整屏的智能驱动管制技巧对亮度进行管制,依据四周环境光强主动管制显示屏亮度,节能的同时可进步寓目温馨度。今朝管制零碎普通都有该性能,但实际使用成果欠安。难以进行无级调整或许会侵害到显示成果。有待增强此方面的钻研:与监控摄像头、传感器连系,采纳图象辨认技巧,正在显示屏效劳范畴内达到肯定人流密度时才开机播放内容,无观众或许观世人数过少时则主动封闭屏幕,达到节能目的。

 

  3 微电子芯片撑持技巧


  智能照明的完成需求微电子芯片技巧,上面引见几类正在智能照明中失去宽泛使用的微电子芯片。


  3.1 微管制器


  微管制器已被宽泛使用以执行多种智能LED驱动性能。经过只管即便升高核心器件数目以及老本,或提供低老本单芯片计划,是智能绿色LED照明MCU研发的重点内容。


  笔者今朝在钻研一款低功耗、16位RISC的微管制器,蕴含有一个模仿比拟器以及间接驱动一个LED的年夜电流I/O引脚。该微管制器不只实用于电池供电设施、零碎监控和红色家电等重视老本的使用。还实用于那些要求高功能以及低功耗的使用。


  3.2 传感器接口芯片


  绝对于传统白炽灯与气体放电光源,LED容易管制,十分适宜与各种传感器连系,完成智能管制,如应用传感器来决议什么时候灯光应该关上、关掉或依据环境状况调整为合适的光洁。图5所示是传感器正在智能绿色LED照明中使用图,超声波、红内线、声敏、微波传感器接人内部信息,再传给微解决器。传感器正在LED的使用中要处理的要害技巧有: 



  (1)低功耗/微功耗的待电机源;


  (2)无效的滋扰滤波算法以及智能化管制;


  (3)微功耗传感器模块、微解决器、网络通讯模块。


  以上都需求新型低功耗Ic的支持,是芯片钻研的次要内容之一。


  精良的传感器接口芯片能够年夜年夜简化传感器零碎的设计,使传感器能间接接纳输人旌旗灯号并执行鼓励、弥补、限幅以及线性化工作,并以工程单元(规范波特率)经过一对串行口输入数据。因为绝年夜少数传感器孕育发生的是低电平强劲旌旗灯号,因而它们对来自四周环境中的滋扰十分敏感,并且经常长短线性的,这就要求传感器接口芯片起首对旌旗灯号进行预解决(放年夜、滤波、线性化)。传感器接口芯片次要由A/D转换、多工器(MUX)、可编程增益放年夜器(PGA)、电压基准(REFERENCE)、鼓励源(EXCITATIONS)、嵌入式微解决器(MICROPROCESSOR)、存储器(RAM、E2PROM)等单位组成。


  3.3 无线收发芯片


  正在如今LED显示屏中,能够退出无线管制技巧,经过用户近程输人信息,再经过无线发射零碎发送旌旗灯号,正在LED显示屏终端接纳发送过去的旌旗灯号,再将信息显示正在LED显示屏上,正在这一系列管制中,要害是要开发无线收发芯片,为LED显示屏正在无线管制上提供牢靠的技巧保证。今朝正在LED路灯照明中.已将ZigBee无线技巧运用于此中,连系嵌入式零碎,针对都会路灯管制零碎近况以及节能及准确管制的实际需要,提出的无线组网、单点管制处理计划。具有低功耗、远间隔、无线灵敏组网、抗滋扰、灯具毛病自检等优点,可为宽广路灯管制设施厂商提供定制的无线配套产物。


  3.4 LED驱动芯片


  LED照明是一个零碎级的工程,包罗LED灯珠、LED驱动电源、LED照明灯具等组成局部。LED驱动IC是LED驱动电源的外围,是完成LED照明必不成少的一局部。今朝出台的一些规范关于LED路灯电源功率因数以及转换效率有更高的要求。次要包罗:正在更宽的输人电压范畴内可以提供稳固的输入电压,正在全负载范畴内能高效率工作,和体积更小,功率密度更初等。


  同时,LED照明驱动电路要求使用线路简洁也急需求新的拓扑构造的LED恒流驱动芯片.例如愈加适宜原边管制技巧、源极驱动技巧的芯片。另外,正在以往的LED驱动电路中存正在电解电容器寿命以及驱动电路元器件多等成绩,电解电容器的存正在影响了整个零碎的全体寿命,元器件多使电路的老本增进。Hv LED能够很好的处理上述成绩,同时它具备导通电流小、工作电压高、容易散热以及易于市电驱动等优点。HV LED在成为与LV LED不相上下进入室内照明海量市场有竞争力的新宠。研发专门针对Hv LED的驱动芯片十分须要,有一款在开发针对HV LED的恒流驱动芯片,能够依据输出电压的没有同让没有同个数的LED分段点亮,使整个零碎具备很好的功率因数,很好的效率以及光效。整个使用电路简约无需电解电容器以及电感器嘲。


  4 完结语


  跟着将来几年LED照明的增进与普及,LED的高效率将会升高整个地球的动力耗费以及照明老本,LED也开启了许多新的照明倒退时机。这些是一般灯具所不成能完成的,它将充沛连系智能微管制器、传感器来确保咱们“聪慧”地应用动力,充沛表现“绿色环保”的益处。


  智能绿色LED照明的要害技巧之一是集成电路芯片设计技巧的一直翻新以及倒退。北京年夜学上海微电子钻研院正在智能绿色LED照明畛域进行了深化钻研,针对没有同的使用场所研发了一系列公用集成电路以及零碎计划,涵盖LED景观/灯饰照明、室内里小功率LED照明、户外年夜功率LED照明、智能化管制网络软件与硬件研发等多个方面,争取为智能绿色LED技巧倒退做出应有的奉献。


 


编纂:Cedar