关注电子技术在LED照明中通用照明和智能控制的应用 [论文] - 资料频道

关注电子技术在LED照明中通用照明和智能控制的应用[2]

2010-5-19　　来源：中国设计师网照明频道　　作者：四川新力光源有限公司李东明　　有6641人阅读

　　与传统的照明方式相比，LED照明有许多独特的地方，主要表现在：从结构上看，传统照明的光源和灯具是分离的，而LED照明在结构可以实现配光、散热及灯具的一体化设计；从功能上看，只有少部分的传统照明可以实现调光，而LED照明不仅能实现亮度的调节，还能实现色彩与色温的调节。

　　供电层
　　
　　供电层为整个控制系统提供高效稳定的直流电源。与LED光源工作需要的恒流电源不同，控制系统的工作需要的是恒压电源。供电层的电源获得有两个途径：一是从LED照明灯具上的恒压电源上获取，这是一个DC-DC（直流到直流）转换，因为灯具上的恒压电源的电压通常很高，而控制系统的电压很低，所以要做一个从直流到直流的降压转换；二是从交流市电获取，这是一个AC-DC（交流到直流）转换，为了安全，通常也要做成隔离型的开关电源，因为控制系统的功耗通常很低，所以这里的恒压电源对转换效率的要求就不是很高。
　　
　　驱动层
　　
　　前面提到，模型二中电源部分是恒压源，而LED光源的工作需要恒流源，因此，在控制系统中要有一个恒流驱动模块，为LED光源的正常工作提供恒流源。在恒流驱动的设计上，一般是采用专用的驱动芯片，并配合一定的外围电路。
　　
　　驱动芯片的输出端通常是带有一串LED，输出的恒定电流就是LED的工作电流。输出的电压范围越高，可带的LED数量就越多。也有例外的情况，输出端要并联多串LED，这时，我们要给每串LED串联一个小电阻来实现电流的分流。驱动芯片一般还有一个PWM（脉冲宽度调制）的端口，用于实现调光控制，这是实现智能照明的基础。恒流驱动方案的优劣，直接关系到LED照明的可靠性和使用寿命。因此，对LED驱动技术的研究，尤为重要。
　　
　　调光层
　　
　　LED照明之所以容易实现智能控制，是因为它容易实现调光控制。所有智能化功能的体现，都是通过调光功能实现的。对于LED照明调光的理解，不能只限于调节光的亮度，还包括对LED色温和色彩的调节。这也正是LED照明能够颠覆传统照明的一个主要因素。调光技术的实现方式，有模拟和数字两种。其中，数字调光主要是通过PWM（脉冲宽度调制）技术实现的，它是现在LED调光方案的主要手段。PWM信号可以通过对微控制器的编程实现，产生不同的占空比，从而实现LED照明的调光。设计一款LED“三调”（亮度、色温、色彩）功能的集成方案，是这个层次的研究重心。
　　
　　传感器层
　　
　　前面讲到的驱动层和调光层，是从系统输出的角度分析的。显然，传感器层就是智能系统的输入了。它就像智能系统的眼睛和耳朵，能够感受外部环境的变化，并把这些变化转化成电学信号，传递给智能系统的大脑——中央处理器，进行分析和处理。在照明控制领域，我们关心的传感器主要有：光敏传感器，采集自然光的亮度信息；人体传感器，检测灯具附近是否有人的存在；温度传感器，采集外部环境的温度信息；还有对系统工作时的电流电压等数据的采集和分析。
　　
　　协议层
　　
　　没有规矩不成方圆。要实现智能照明系统的内部各个模块间的有序协调工作，必须有一套完善的“规章制度”，用来传达指令和执行操作。这套制度就是智能系统的协议。在目前的照明行业中，有两套比较成熟的协议，一是照明通信中的DALI（DigitalAddressableLightingInterface数字可寻址照明接口）协议，另一是实现RGB色彩控制的DMX512协议。遗憾的是，这两套协议都不是为LED照明量身定做的。对于LED照明控制相关协议的研究，现在也是一个热点，国际上还没有统一的标准。这对我们来说，也许是个机遇！
　　
　　通信层
　　
　　在电子信息领域，协议的传输，是以通信技术为载体来实现的。LED照明中通信，主要有三种方式：总线方式、电力线载波方式和无线射频方式。总线方式，以其技术成熟，可靠性高，组网简单，成本适中等优点，是目前应用最多的通信手段，如RS485总线。电力线载波方式，是通过交流电网来传递协议，免去了重复布线的成本，应该说是一种优秀的通信手段。但是，它对电网的质量要求很高，鉴于目前我国电网的谐波污染很严重，这种方式是否适合我国国情，还有待考证。无线射频方式，现在最热门的技术是ZigBee。它是一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术。
　　
　　操作层
　　
　　这个层次实现了用户和系统的信息交互。对于人机交互软件的设计，操作简单，界面友好，便于维护和升级，应该是首要考虑的因素。按照应用的场合不同，交互软件可分为两大类：一类运行于嵌入式系统；另一类运行于PC机。
　　
　　系统实现层
　　
　　在这个层次，我们是对控制系统做全局的分析和设计，利用前面7个层次的研究成果，完成整个系统的搭建。也就是说，这个层次的设计是以前面7个层次为基础的，是对前7个层次研究成果的综合。

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