LED智能照明控制系统的研发及产业化

LED智能照明控制系统的研发及产业化

1、立项依据

1.1、项目的目的及意义

今年4月份在上海举行了第四届中国国际新光源&新能源照明论坛，国家半导体照明工程研发及产业联盟国际专家咨询小组成员张国旗在会上做了题为“半导体照明技术和产业的新蓝图”的演讲报告。他的报告引起了业界的广泛关注与探讨。在他的报告里指出半导体照明产业链是一个倒三角形状，三角最下面的是材料和设备，经济规模有限;中间是照明产品;处于最上端的、产值最大的是照明应用。如果按半导体产业为参考，材料设备的市场规模约为100亿美元，半导体元器件市场规模约为250亿美元，系统及应用产品约为1100亿美元，而其带动的服务产业约为5000亿美元。

从国家半导体照明工程研发及产业联盟统计的数据我们也可以看出，2009年国内半导体照明产业总体产值800多亿元，应用就占600多亿元。所以，对于半导体照明行业来说，如果仅仅是做光源和灯具，利润空间有限。但扩展到系统应用和照明解决方案上，附加值会大得多，这是未来产业的发展方向。另一方面，寿命长是LED产品的优势，同时也是LED 产业的弱势。由于它的寿命长，试想一个LED灯泡的寿命是十年，消费者在这十年间可能就没有更换的必要，但对市场而言就失去了拉动消费的动力。

我司研发的LED智能照明系统可以充分发挥LED数字化照明的优势，对推动LED进入家居市场有着很重要的作用。目前正是发展LED智能照明系统的最佳时机，它将是LED改革浪潮的下一波新的增长点，对于促进LED照明的发展、推对国民经济的增长有着重要的意义。

1.2、国内外技术发展现状与趋势

近几年来，随着科技的发展和物质生活水平的不断提高。家居、酒店智能化也不断被人们所推崇。作为智能化的组成部分——智能照明系统更成为当今装饰、装修的关注点。自从爱迪生发明电灯以来，给人类带来无穷的利益。如今电灯人们已不仅仅用于照明，而更多是用来营造温馨、浪漫、多彩、绚丽、奢华的氛围。以美国为例，智能照明在智能家居行业的比重占到了第一位，甚至超过了安防的需求。虽然美国是最早开始研究智能家居的，但普及工作做得最好的却是在韩国，这和韩国先进的电子技术是分不开的，同时也归功于政府的政策支持，因此韩国产生了像三星、LG等知名的智能家居品牌。

智能照明行业自从上世纪九十年代进入中国市场以来由于市场的消费意识，市场环境、产品价格、推广力度等各方面的原因一直没有大的动作和起色。国外智能照明产品价格太高，相关产品往往只是把智能照明作为其智能产品的一子系统来运作，定位高端，造成曲高和寡，这如同八九十年代的家电市场。另外，国内的产品推广力度远远不够。由于这是一个全新的行业，不同于快速消费品，渠道的建设，观念的形成等等都是摸着石头过河，所以也不敢投入过多的精力与资源。

但是随着数字化家居概念的提出和发展以及部分国际品牌的入驻如：Dynalite、路创、

WIELAND等等，推动了这个行业的快速增长，智能照明做为数字化家居的重要组成部分而被各个智能化厂家所重视起来，智能照明进入初级快速发展阶段。

1.3、项目的产业化前景分析

本项目产品所处的产业，其发展和市场应用目前处于高速增长阶段。在全球能源供给紧张、环境保护形势严峻的客观条件下，我国明确提出节能减排的战略目标。LED照明作为继白炽灯、荧光灯之后的新一代“革命性”光源，将大大降低我国能源消耗。其产业发展及市场应用对于实现节能减排战略目标的意义十分重大。我国半导体照明发展的具体目标是到2015年进入30%普通照明市场，替代替70%进口芯片，产业规模达到5000亿元，新增就业50万人；实现年节电1400亿度，年节约标准煤4900万吨，减少二氧化碳、二氧化硫等气体排放1.4亿吨。

在最近发布的十二五规划，广东将推广3000万只室内照明灯具，带动全省室内LED照明的普及率超过30%。室内照明应用示范根据规模给予30%~50%的资金补贴，引导居民自愿购买更换LED照明灯具。按照平均每盏灯200元（包含硬件、安装、调试费用）的费用计算，未来广东五年的LED智能控制的市场容量约为60亿元，全国的产业规模可达600亿元以上。因此LED智能照明系统的产业化前景是十分广阔的，有着非常巨大的市场空间。是政府继LED芯片之后又一促进经济发展、促进就业的新增长点。

2、研究开发内容、方法、技术路线

2.1、主要研究内容

1）LED数字调光。

很多时候我们只需要很少的灯光就可以满足照明的需要，但传统的灯泡只是通过熄灭部分灯泡来达到调光的效果，并不是真正意义上的调光。LED是半导体元器件，拥有天然的数字调光优势。调光的方法有很多种，在灯泡数量比较少时可以采用可控硅来实现简单的调光，但是灯泡数量比较多时必须采用PWM来实现数字调光。我们研究的LED数字调光主要是研究PWM的调光技术。

2）LED集中数字化管理。

随着LED灯数量越来越多，用传统的开关控制显然已经不能满足实际的需求。在微型计算机技术高速发展的今天，利用微型计算机代替传统开关来管理和控制LED灯具是一种最佳的选择。嵌入式系统是微型计算机的灵魂，是目前智能家电的发展趋势。我们主要研究嵌入式系统在灯光管理中的应用，使LED灯的数字化管理提高到一个新的层次。

3）数据通信技术。

我们主要研究485有线的通信技术和DMX512灯光控制协议。其中包括数据传输的可靠性、稳定性、通信线路的抗干扰性等，是保障整个系统稳定性的基础。

4）LED灯光照明效果。

随着人们生活水平的不断提高，灯光已经不再只是满足照明的需求，人们更趋向于灯光的照明效果。通过专业的灯光效果设计软件来模拟各种氛围的照明效果，然后把参数编写到灯光控制软件里。当需要时只要轻轻一按就可以把灯光设定为相应的亮度、色温。同时还要研究各种照明效果对人心理的影响，通过不同的灯光来创造出不同的环境氛围。

2.2、拟解决的关键技术

1、LED调光技术。目前对LED调光IC的研究还处于初级阶段，市面上的调光LED停留在小功率的层面。我们必须要开发一套成熟的可以驱动更大功率的LED的调光方案，从而降低整体的成本。

2、控制器的网络化技术。我们的产品既可以单独小规模安装，也可以大范围安装。大范围安装时，可以通过计算机系统集中控制大型建筑里的灯光系统。因此控制器的控制信息交换和通信也是我们需要解决的关健技术之一。

2.3、拟采用的方法、技术路线、工艺流程以及分步实施计划

1、LED调光线路的研发。LED属于半导体元器件，它与传统的电光源有着很大的区别。因此LED的调光必须采用专用的调光线路才能达到最佳的调光效果。我司经过数月来的市场需求调研和产品技术研发，目前已经实现了LED的专用调光线路：先通过CPU调压，然后再将其转化为PWM调节实现数字化的调节，亮度可0%~100%调节。且解决了用可控硅调光时对电网产生的影响。经过我们的测试，无论是从调光的效果还是相关的技术指标均达到理想标准，目前在同类产品中属于先进水平。

2、控制器功能的实现。控制器的作用是连接并控制每个LED灯，控制器接收到面板或者遥控器的指令后就调节输出信号，以达到调节LED亮度的功能。它既可以在家居中单独使用，也可以在整栋建筑里自由组网。通过有线或者无线接口，组成智能建筑里的智能照明系统。

3、系统的整体联机调试。前期我们开发的调光线路、控制器等都属于单元系统。第三步就是通过网络把各个单元系统组成一个完整的大系统。其中包括数据通信、组网技术、计算机管理软件、嵌入式系统等。

2.4、项目的特色和创新突破点

1、小规模应用时可以单独使用，例如家居、办公室等场所。也可以大范围并网控制，例如酒店、商场等。组网形式简单、灵活，新增加的灯具可以随时接入已有的网络，无须改变原来的结构。

2、通过遥控器或者墙面上的液晶触摸屏可以方便地管理家中所有的LED灯具、智能开关、插座，实现无线控制、场景控制；彻底改变传统一组开关控制一组灯光的模式，提高LED灯的数字化管理。

灯光明暗调节，无论是在会客、看电视、听音乐，调节不同灯光亮度能够创造出不同气氛和节省能源。调节后的亮度能够保存起来，方便下次直接启用。

对于固定模式的场景、无需逐一地开关灯和调光，只进行一次设置，就可以按一个键控