LED控制系统在夜景照明中的应用

　引言

　　近几年以来，随着社会的不断发展，我国城乡居民居住条件有了质的飞跃，但是各类污染现象也日益加重。现代污染种类越来越繁多，对自然环境和人民群众的正常生活、身体健康等构成的威胁也越来越大。为了维护我国社会的可持续发展和保障人民群众的生命财产安全，我们一定要采取发展低碳经济、应用环保节能产品等有利的措施来进行环境保护。建筑物作为城市的主要文化载体与形象工程，其夜晚的景观价值与商业价值也在逐渐被开发出来。城市光污染也就随之悄然兴起，这种新型的污染问题主要来源于城市车辆照明和建筑夜景照明。目前，我们已经开始了致力于解决这类污染问题的研究。我们可以通过在建筑夜景照明中采用环保节能的LED照明控制系统这个措施来一定程度上减轻这种污染造成的危害。本文将就LED照明控制系统在建筑夜景照明中的应用进行探讨。

　　目前我国LED照明的发展现状

　　当前形势下，受到上游芯片价格下降以及LED照明器具发光效率的提升，人们越来越重视LED在照明领域的发展，而且LED行业自身也呈现出极为良好的发展态势。据专家预测，虽然2010年在国内照明市场LED所占市场比重不到还百分之五，但是，在2011年LED照明市场占有率有望翻一番，达到10%以上，并且在两年之内，随着科学技术的发展与创新，LED技术更加成熟，其市场占有率至少能够到达五分之一。而在LED照明发展进程中，建筑夜景照明无疑是其中的一个主要发展方向。从整体来看LED照明系列产品在短期内价格呈下降趋势。

　　我国政府以及各省市企业对LED照明发展十分重视，2010年，国内多数企业斥巨资投入LED芯片生产领域，LED芯片价格不在贵若千金，而是逐步下调价格，尤其是照明应用的highpowerLED价格跌幅已经达到15%至20%左右。值得一提的是，在未来几年内，我国规划增加超过1200台的LED设备MOCVD。企业的资金投入与国家的大力支持提高了芯片的产能，同时极大地促进了国内LED照明产品成本、价格的下降。

　　另外，技术进步也是促使LED芯片价格走低原因之一。据介绍，以美国能源部所订LED来看，2010年目标为140lm/W，到了2020年LED的发光效率将达到243lm/W。

　　LED照明产品与LED智能照明控制系统

　　LED（Light Emitting Diode发光二极管），其发光材料主要以固体半导体芯片为主，在半导体芯片两端加上正向电压，半导体中的载流子发生复合，产生能量发出可见光，是白炽灯照明的完美替代升级产品。它具有以下特点：1、安全可靠。半导体二极管发光， 光色柔，无眩光，无紫外线辐射的产生。2、节省电能。LED以二极管内光子反射运动而发光，不产生多余热量，能量转化效率高，同样亮度下，耗电仅为普通白炽灯的1/10，节电率可达90%。3、使用寿命长。LED灯具是白炽灯使用寿命的100倍，具有超过100000小时的平均使用寿命，并且可以在高频繁的启动或关断状态下工作无损坏。

　　LED建筑照明智能控制系统，主要结构包括传感器单元，控制单元，驱动电路，照明系统等部分组成，为城市建筑夜景照明提供了方便快捷的条件，有效的节省了人力物力，避免了资源的浪费。

　　这里笔者主要阐述一套LED智能照明和恒流驱动控制系统。

　　首先介绍系统硬件设计，如图1 所示，该智能照明控制系统基于μPD78F0034为主控器件设计，其主要由传感器单元、控制器单元、LED驱动电路和照明系统四部分组成。μPD78F0034芯片的主要功能在于计算处理由热红外传感器、强光传感器、声控传感器接受到并且经过A/D转换初步加工过的信号数据，信号处理完毕后经D/A转换，作用于LED驱动电路和显示电路，帮助系统能够正常工作。

　　其次，系统软件设计。为达到简化设计结构的目的，采用模块化设计思想为主导，以主程序为核心设置功能模块子程序，系统工作时由主程序调用各功能模块子程序。各功能子模块各司其职，信号输入模块负责三类传感器信号输入单片机数据通道，在控制系统软件中，整流放大数字化后处理声音传感器的信号与红外线探测器的信号为开关的布尔型数据，经过整流放大的环境补光，光强度探测系统产生的信号分两路，一路为布尔值，并与前两路信号处理后产生的输出进行与运算，作为产生灯具开关的开关信号的依据，另外一路将环境数据A／D转换，编码输出到系统的输出模块，由系统控制调节灯具亮度，适当根据周围环境变化LED发光亮度，最终实现LED智能照明的目的。

　　该系统设定完毕之后，无需人工实施监督，就能够根据不同的工作环境的要求，以及昼夜环境的交替，自动控制LED照明灯具的开关和亮度。尤其是对于城市建筑夜景照明中的大功率LED照明灯具，我们使用恒流源驱动的方法，不仅仅可以提高用电效率，节约电能，同时能够有效的延长LED照明灯具的使用寿命。

　　建筑夜景照明应用LED照明控制系统设计要求

　　随着现代科技的飞速发展，城市建筑照明技术获得了稳步提升，LED照明灯具必将逐步在我国甚至是全球市场上取得更高的市场份额，其发展潜力毋庸置疑。然而，如何才能在此基础上更进一步，更好的做到低碳、节能、环保是我们研究建筑夜景照明中应用LED照明控制系统的设计面临的首要问题。

　　我国城市建筑夜景照明方面的领军人物中科院赵建平副院长对城市建筑照明设计提出了建设性意见：城市建筑夜景照明不仅要保证创造良好的光环境，具有科学性、实用性和前瞻性，又要做到维修方便、使用安全、节约能源、保护环境、保障健康和绿色照明等。

　　在建筑照明节能评价方面我们一般采用LPD数值的高低作为主要评价指标。LPD，即照明功率密度，是评价建筑节能的主要指标，主要指建筑房间或场所单位面积的照明安装功率（包括光源、镇流器或变压器），单位为瓦/平方米。LPD值规定LPD限值，关系到在照明领域的节能，将促使照明设计全面考虑和顾及照度水平、照明质量和照明能效，促进在设计中推广应用更高效的光源、镇流器、灯具及其他产品。

　　另外，实现绿色环保、节能减排是LED照明控制系统的设计要求之一，规定LPD限值，有助于照明节能的实现，我们还需要尽量做到控制系统的节能，即传感控制电路的节能环保。因为照明耗能方面，不仅仅光源散发出光和热，整个照明控制系统同样依靠电能运转，消耗能量，所以，控制系统节能非常重要。我们设计实现的的LED照明控制系统的设计应当是一个智能控制系统，能够完成达到二次节能或多次节能。

　　建筑夜景照明应用LED照明控制系统方案设计

　　在城市建设与规划中，灯光的设计越来越重要，甚至在许多国家和地区，美丽的城市夜景灯光获得了“夜间新尺度”的美名，已然成为一种新的城市文明程度衡量标准。我们在设计LED照明控制系统时，只有坚持“以人为本”的设计理念，满足人们需求，最大限度地融合照明效果与周边环境。城市建筑夜景照明追求的是一种艺术的创新设计与享受。利用一些发光角度较小的LED小功率产品，以重点局部的照明为重点，在外观上流出足够大的设计选择空间，引领建筑照明的时尚和潮流。同时，LED点光源更可以使建筑夜景照明画面的空间层次感更强更丰富。将具有地域特色的传统文化融入照明设计中，使照明不仅满足基本的功能要求，且更能够展现城市风貌和地域文化特色，从而形成城市特有的光文化，创造出个性鲜明的城市夜景景观。

　　LED建筑照明控制系统在建筑夜景照明中的应用也要注意建筑的整体效果和细节处理。对于一般的建筑而言，其隐框的玻璃幕墙照明系统、楼身显框玻璃的幕墙照明、顶部玻璃穹顶的照明、建筑底层的照明、楼身及顶部标志的照明等都是不可忽视的环节。

　　LED的颜色好，功耗对于传统照明工具来讲相对较少，耐用寿命也相对较长，用点电压也低，不存在安全隐患，没有任何污染，体积小便于隐蔽，适合见光不见灯的城市照明原则等等，这些都为城市照明使用提供了可选性。城市照明其实更大程度上要求的是创意和艺术，而不是亮度。

　　1、装饰草坪灯、景观灯、球泡等

　　城市的草坪绿地当中，把LED的发光部位设计成环状、图形状等各种结构形式，局部照亮草坪，显现出一种更加人性化的的照明来，同时在白天时候，也成为一种装饰的一个元素，非常特别。常用产品额定工作电压AC220V，控制方式多为内控（在需要同步变化的场所可利用同步线实现强制同步）。实际工程中常与气体放电灯光源配合作为装饰性照明使用，利用草坪灯、景观灯、球泡等各种不同造型、不同功能的LED光源可以组合成色彩绚丽的灯光幻影。这种“多色彩，多亮点，多图案”的变化，体现了LED光源的特点。景观照明市场主要以街道、广场等公共场所装饰照明为主，推动力量主要来自于政府。

　　2、水下灯

　　LED水下灯放在水下，用于水体的照明，防护水平应达到IP68。额定工作电压DC12V。LED的低电压工作特性使其比以往的任何灯具都要安全，寿命长的优点也使维修起来更加方便，产生的照明效果也比常用的PAR灯、气体放电灯更为丰富。

　　3、地面灯具

　　在城市照明中，用LED灯具作为地面灯具使用，优势很多。

　　我们可以将LED光源大小小型化。使用的最普遍形式主要有两类，一类是采用传统的道路照明灯具外壳，只是在灯具内，在一个几乎是平板的安装面（也是反光面）上，装上了矩阵式的LED，这种设计方式是不可能得到良好的灯具配光的。另一类是把多个LED集成在一个圆形的区域内（区域直径大约为30mm～40mm），使这一小区域的光输出密度接近高强度气体放电灯，再利用灯具反射其进行配光，但这种设计方式的灯具分布光度也不会优于传统的道路照明灯具，并且由于在一个很小的区域内集成了高密度的LED，往往影响到LED的使用寿命。所以这个可以根据城市具体地面的大小结构来设计LED发光的面积。嵌入式石灯、地砖灯以切边加工的方式与铺装的石材取得一致，达到环境与光源和谐统一的效果。目前部分产品已实现模数化设计，例如作为地面铺装层照明的发光地砖，产品的尺寸与地砖的尺寸相协调，即符合模数的要求，模数规格不一，看具体情况而定。

　　结语

　　“远远的街灯明了，好像闪着无数的明星；天上的明星现了，好像点着无数的街灯”。夜间逐渐成为人们生活休闲的一个重要时段，良好的照明成了城市建筑展示艺术风采与形象的主要媒介，目前很多城市都在建筑物的夜景照明上大做文章。在城市夜景变得越来越霓虹闪烁的同时，我们也应该看到严峻的污染和浪费问题，及其给人民群众的日常生活和身体健康带来巨大危害。城市建设在进步，我国的建筑夜景照明研究也应该与时俱进。要控制好建筑夜景照明造成的城市环境问题，推广使用LED建筑照明控制系统是必要的也是迫切的。