LED智能控制技术的发展与趋势

　1 LED 智能控制技术概论

　　1.1 研究内容

　　LED 智能控制技术是通过网络连接到控制系统，利用智能客户端对灯光进行调控，改变灯光以符合场景舒适性的场景设置，调配出更舒适、安全、节能、健康及适宜的光环境。LED 是目前光源中最适合进行调节控制的光源，健康的智能照明是照明产业发展的新趋势。

　　智能控制照明系统利用先进电磁调压及电子感应装置，以公共照明 G-BUS 系统智能为平台，对供电进行实时监控与跟踪，自动平滑地调节电路的电压和电流幅度，改善照明电路中不平衡负荷所带来的额外功耗，提高线路功率因素，降低灯具和线路的工作温度，达到优化供电目的。目前盛行的照明控制系统均基于现场总线(FCS)技术，按协议的开放性可分为封闭和开放两类。封闭协议有 Bus 和Dynet;开放协议有 EIB、DALI、X-10 和 HBS等。

　　(1)Bus 总线协议，采用一对双绞线(既提供总线设备工作电源、又传输总线设备信息)，总线设备之间能直接通信，无须通过中央控制器，支持线形、星形或树形结构但不支持环网结构。

　　(2)Dynet总线协议，采用两对双绞线(一对双绞线提供 DC12V 总线设备工作电源、另一对双绞线用于传输总线设备信息)，基于 RS485 四线制的传输协议，只支持线形结构。

　　(3)EIB(European Installing Bus)总线协议，在欧洲占主导地位的楼宇和居家自动化标准。1999年，EIB 进入中国。

　　(4)DALI(Digital Addressable Lighting Interface)协议，是数字式可寻址灯光接口的缩写，它定义了控制装置与设备控制器之间的通信方式。DALI 协议以其实用性强、易于扩展、系统开发难度小及开发成本低等特点，在智能控制照明领域中具有一定优势。

　　(5) HBS 是日系企业推出的家庭网络协议。

　　1.2 原理与功能

　　1.2.1 原理

　　通过环境光检测，可在其它光源已提供充足照明时调暗照明灯，此外，通过检测环境光的颜色，能够调节 RGB 照明系统的颜色。通信功能则允许远程控制并将照明装置连接成中央网络。电能测量准确计算消耗的功率，为预测性维护提供系统洞察力。所有这些特性——环境光检测、通信、电能测量——将进一步节省能源，降低运营成本。

　　环境光传感器(ALS)检测到附近的光量,这些功能器件成为 LED 照明系统的“眼睛”，也是节约能耗的关键。当房间已经有充足的光亮时，照明完全没必要开启，系统可将照明灯调暗或完全关闭，降低功耗并延长照明灯的寿命。ALS 的关键特性包括灯的流明、功耗监测以及 IR 和 UV 滤光，这些传感器必须安静地运行在系统中，不能消耗过大电能而破坏系统节能的初衷。好的 ALS 耗流达到 1μ A 以下，流明检测范围必须达到室外环境的典型流明范围 0.1lx-100 000lx，一般可满足大多数应用要求。考虑到系统可靠性，可能有必要采用略大的范围。IR 和 UV 滤光可消除实际系统中不可见光的光谱。

　　1.2.2 功能

　　(1)智能 LED 光检测功能

　　环境光传感器必须避开照明灯本身的光线照射，避免对环境光测量的影响。该设计中，ALS 位于独立的电路板上，处于照明灯主体的阴影下，这种设计使 ALS 能够在检测到环境光超过预设值时，系统将关闭照明灯。RGB 传感器甚至能够为照明应用增加更多“功能”，带有 RGB 和 ALS 的 LED 照明系统能够动态调节灯颜色输出，以满足特殊的应用需求（如舞台情景照明或商业展示）。

　　(2)LED 智能通信

　　通过将照明灯组网，即可通过网络控制灯的开、关及调光，这种操作将降低能耗。通信也为断电、维护和应急提供快速反馈，该智能通信将节省总体系统维护成本。无线和有线通信能够在不同环境下很好地工作，取决于网络规模和拓扑。无线比较适合于小型室内以及大型室外应用，后者需要具有连续视线、可用的频带以及裕量足够的传输功率。电力线通信(PLC)是利用现有电力线实现通信，PLC 非常适合于大型市政类照明系统、隧道、室内停车场等由于物理位置或建筑墙壁的原因而无法利用自然光的环境。所有通信引用中，可靠性是关键所在，如果通信发生故障系统就毫无益处。

　　在无线应用中，信号传输方式可能是WiFi、ZigBee 或其它，往往属于但不仅限于工业、科学和医疗(ISM)射频的标准协议。限制功耗提供了网络灵活性，如果端点使用电池时则至关重要。目前在市场上有某种比较有特色的应用，在照明灯开关上配备有能量收集射频(RF)收发器。只要信号能够覆盖光源，该开关可置于房间内的任何地方。无需连接照明开关，应用设计更灵活及照明控制更可靠。

　　(3)智能 LED 照明电能测量功能

　　智能 LED 照明还需具备电量计算能力，从智能电表到电压控制器再到电动汽车充电器，每个智能电网装置都具有电能测量功能，实时为电力公司和用户提供准确的用电量信息。发回耗电量的大多数照明装置提供关于建筑及市政照明环境的详细信息，可确保电力公司收费与用户的实际耗电一致。通过调光或在不使用时关闭照明灯，及时和准确地响应用户需求。此外，特定照明灯的耗电波动说明需要进行系统维修、维护或更换。毫无疑问，许多照明灯处于难触及的区域，优化维护可节省费用。

　　目前，许多城市安装了非智能 LED 照明灯，这为改善 LED 照明设施性能的集成模块提供了巨大的商机。为实现可升级，这些系统需要连接到智能照明系统，如果 LED 的成本和容量一定，简单更换相对较新和效率较高的 LED。简单接口例如 DALI 允许将来增加 ALS、通信和电能测量功能。

　　1.3 技术特点

　　(1)智能化：具有信息采集、传输、逻辑分析、智能分析推理及反馈控制等智能特征的控制系统。

　　(2)可接入各种传感器对灯光进行自动控制。

　　(3)时间控制：某些场合可以随上下班或需求时间进行调整亮度。

　　(4)系统集成：是集计算机技术、计算机网络通信技术、自动控制技术、微电子技术、数据库技术和系统集成技术于一体的现代控制系统。

　　(5)系统联网：利用上述控制手段进行综合控制或与楼宇智能控制系统联网实现系统联网。

　　(6)系统可控制任意回路连续调光或开关。

　　(7)使用方便：由于各种控制信息可以以图形化的形式显示，所以控制方便，显示直观，并可以利用编程的方法灵活改变照明效果。

　　(8)场景控制：可预先设置多个不同场景，场景切换时可多种变换模式淡入或淡出。

　　(9)移动传感器：对人体红外线检测达到对灯光的控制。如人来灯亮，人走灯灭(暗)。

　　(10)光亮照度传感器：对某些场合可根据室外光线的强弱调整室内光线，如学校教室的恒照度控制。

　　(11)红外遥控：可用手持红外遥控器对灯光进行控制。可由声、光、热、人及动物的移动检测达到对灯光的控制。

　　(12)网络化：传统照明控制大都是独立的、本地的或局部的系统，不需要利用专门的网络进行连接，而智能照明控制可以是大范围的控制系统，需要包括硬件技术和软件技术的计算机网络通信技术支持，以进行必要的控制信息交换和通信。

　　2 LED 智能控制技术的应用现状

　　LED 照明使世界变得更节能，同时 LED 灯通信和控制方式结合的智能照明会更加便捷及可控。LED 灯可以通过光线传输网络信号、控制信号和发出调制过的信号，完成信息和指令的传输。除了连接网络外，LED灯还能充当各种家用电器的指挥官。

　　可通过计算机网络对整个智能控制系统进行监控，例如了解当前各个照明回路的工作状态、设置及修改场景、当有紧急情况时控制整个系统及发出故障报告。可通过网关接口及串行接口与大楼的 BA 系统、消防系统或保安系统等控制系统相连接, LT-net 智能照明控制系统通常由调光模块、开关功率模块、场景控制面板、传感器、编程器、编程插口及 PC 监控等部件组成，将各种具备独立控制功能的模块连接在计算机数据线上，即可组成一个独立的照明控制系统，实现对灯光系统的各种智能化管理及控制。

　　在硬件方面，采用 ZigBee 无线技术，并结合 GPRS(或 3G/4G)技术，实现近距离操作、远距离 GPRS 操控或远近结合的通信模式，可以身在千里之外，犹若尽在咫尺之间。在软件方面，高度集成于可扩展的功能，基本需求(灯具开关)、扩展需求(电流、电压、功率因素检测)及创新需求(单灯控制、多灯联动、调光调色)灵活组成，既满足照明需求，同时又能扩展更多的功能带来更好的用户体验。