LED智能控制技术的发展与趋势

LED智能控制技术的发展与趋势

加入时间: 2014/8/6 14:48:17 来源:LED先锋网

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。

当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。

(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)X-10采用电力线载波技术，在北美取得了巨大的商业成功。应用该协议的产品无需布线，易用和价廉是其最大亮点。

(6)HBS是日系企业推出的家庭网络协议。

1.2 技术原理与功能元素

1.2.1 技术原理①

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，系统可将照明灯调暗或完全关闭，降低功耗并延长了照明灯的寿命。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1μA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 功能元素②

(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”。类似于图1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，例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。

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。图2所示是一种独特的应用，其中照明灯开关上配备有能量收集射频(RF)收发器。系统收集用于启动开关的能量，产生可使用的直流电压，支持照明灯具的无线电通信(1GHzRF)。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。

PLC照明控制方法利用现有的供电线路不失为高性价选择，由于通过维护很好的现有供电线路实现通信，PLC 避免了如共用通信频率、恶劣天气时的性能及网络维护等许多麻烦。其范围、速度和可靠性是设计PLC 的关键。

电力线的噪声极大影响系统通信的可靠性，G3-PLC通信是一种基于OFDM的新型PLC标准，可实现电力线的可靠通信。该标准支持高达300kbps的速度、网状组网以及高噪声环境下的可靠模式，非常适合LED控制网络。基于OFDM、PLC控制的照明网络类似于现有的G3-PLC。

NyxHemeraTechnologies 公司用于道路照明的PLC装置，该系统节约25%的电能及维护成本降低了30%。该大型设施系统支持最多1022盏照明灯，其通信距离长达3km。

(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。为生成智能电网中的有用数据，电能测量设计必须在较宽的电流范围保持高精度测量。不仅如此，限制或消除校准时间也会降低总体系统成本。一种灵活的LED照明设计，具有电能测量功能，电能测量芯片也提供系统调光和DALI接口。

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：