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2013-1226
2014年智能LED如何完美制勝?
LED智能化——贏得比賽的關(guān)鍵所在
LED將如何發(fā)揮其巨大潛能?毫無(wú)疑問(wèn),第一道障礙是價(jià)格。LED目前的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有照明方案。節(jié)能往往不足以說(shuō)服價(jià)格敏感的企業(yè)和消費(fèi)者購(gòu)買較貴 的產(chǎn)品。隨著時(shí)間推移,大規(guī)模生產(chǎn)可能會(huì)降低價(jià)格,但成本是否能夠降得足夠低,降價(jià)速度是否滿足用戶的預(yù)期?這些都是不確定因素,有待商榷。當(dāng)然,這些問(wèn) 題也超出了本文的討論范圍。假如我們隨便找 兩家五金店,嘗試尋找相同的LED燈,這或許非常困難。許多零售商不會(huì)僅僅為了吸引稀稀拉拉的消費(fèi)者而備有足夠品種或數(shù)量的庫(kù)存,為什么?這涉及到價(jià)格和 庫(kù)存周轉(zhuǎn)率。那么這種情況對(duì)我們這些工程師、創(chuàng)新者而言,意味著什么?我們?nèi)绾问筁ED照明發(fā)揮潛能?如何贏得這場(chǎng)馬拉松比賽的勝利?LED燈如何節(jié)能?查看LED照明節(jié)能改造
如果我們賦予LED“頭腦”,使其智能化,為這些照明燈裝上眼睛、喉嚨、計(jì)數(shù)等功能。在照明領(lǐng)域設(shè)計(jì)出有價(jià)值的半導(dǎo)體材料,將優(yōu)化能源效率、延長(zhǎng)照明壽命,并降低維護(hù)成本。這將有助于LED跑完整個(gè)賽程,堅(jiān)持到最后,憑借智慧贏得比賽。
LED智能化的關(guān)鍵元素
環(huán)境光檢測(cè)、通信和電能測(cè)量是智能化照明系統(tǒng)的關(guān)鍵元素。通過(guò)環(huán)境光檢測(cè),可以在其它光源已提供充足照明時(shí)調(diào)暗照明燈;此外,通過(guò)檢測(cè)環(huán)境光的顏色,能 夠調(diào)節(jié)高級(jí)RGB LED照明系統(tǒng)的顏色。通信功能則允許遠(yuǎn)程控制并將小型、大型照明裝置連接成中央網(wǎng)絡(luò)。電能測(cè)量準(zhǔn)確計(jì)算消耗的功率,為預(yù)測(cè)性維護(hù)提供系統(tǒng)洞察力。所有這 些特性——環(huán)境光檢測(cè)、通信、電能測(cè)量——將進(jìn)一步節(jié)省能源,降低運(yùn)營(yíng)成本。本文探討為L(zhǎng)ED照明系統(tǒng)增加環(huán)境光檢測(cè)、通信(包括無(wú)線和電力線)以及電能 測(cè)量功能的關(guān)鍵設(shè)計(jì)考慮。提供了參考設(shè)計(jì)示例。
環(huán)境光傳感器(ALS)檢測(cè)傳感器附近的光量。這些簡(jiǎn)單器件成為L(zhǎng)ED照明系統(tǒng)的“眼 睛”,也是節(jié)約能耗的關(guān)鍵。當(dāng)房間已經(jīng)有充足的光源時(shí),照明完全沒(méi)必要,可將照明燈調(diào)暗或完全關(guān)閉,降低功耗、延長(zhǎng)照明燈壽命。ALS的關(guān)鍵特性包括功 耗、流明監(jiān)測(cè)范圍,以及IR和UV濾光。這些傳感器必須安靜地呆在系統(tǒng)中,不能消耗過(guò)大電能,從而破壞節(jié)約系統(tǒng)能耗的初衷。好的ALS耗流達(dá)到1μA以 下。流明檢測(cè)范圍必須達(dá)到室外環(huán)境的典型流明范圍。0.1lx至100,000lx一般可滿足大多數(shù)應(yīng)用要求。考慮到系統(tǒng)可靠性,可能有必要采用略大的范 圍。IR和UV濾光可消除實(shí)際系統(tǒng)中不可見(jiàn)光的光譜。
智能LED光檢測(cè)功能
圖 13所示光源中的ALS設(shè)計(jì)。傳感器必須避開(kāi)照明燈本身的光線,避免對(duì)環(huán)境光測(cè)量的影響。該設(shè)計(jì)中,ALS位于獨(dú)立的電路板上,處于照明燈支架的陰影下。 這種簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)使ALS能夠在檢測(cè)到環(huán)境光超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)關(guān)閉照明燈。RGB傳感器甚至能夠?yàn)檎彰鲬?yīng)用增加更多“功能”。類似于圖中所示帶有RGBLED和 ALS的LED照明系統(tǒng),能夠動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)其顏色輸出,以滿足特殊的應(yīng)用需求,例如舞臺(tái)情景照明或百貨公司的展示效果。查看LED產(chǎn)品列表
LED智能通信
下面,我們討論LED的智能通信。耳朵和喉嚨是接下來(lái)實(shí)現(xiàn)LED照明智能化的最重要功能。通過(guò)將照明燈簡(jiǎn)單組網(wǎng),即可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制燈的開(kāi)、關(guān),或者調(diào) 光,這種操作將降低能耗。通信也為斷電、維護(hù)和應(yīng)急提供快速反饋,該信息將節(jié)省總體系統(tǒng)維護(hù)成本。無(wú)線和有線通信能夠在不同環(huán)境下很好地工作,取決于網(wǎng)絡(luò) 規(guī)模和拓?fù)洹o(wú)線比較適合于小型室內(nèi)以及大型室外應(yīng)用,后者需要具有連續(xù)視線、可用的頻帶以及裕量足夠的傳輸功率。電力線通信(PLC)利用現(xiàn)有電力線實(shí) 現(xiàn)通信。PLC非常適合于大型市政類照明裝置、隧道、室內(nèi)停車場(chǎng)等由于物理位置或建筑墻壁的原因而無(wú)法使用自然光的環(huán)境。所有通信引用中,可靠性是關(guān)鍵所 在。如果通信發(fā)生故障,系統(tǒng)就毫無(wú)益處。
無(wú)線應(yīng)用中,信號(hào)傳輸方式可能是Wi-Fi、ZigBee或其它往往屬于,但不僅限于工業(yè)、科 學(xué)和醫(yī)療(ISM)射頻的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。限制功耗提供了網(wǎng)絡(luò)靈活性,如果端點(diǎn)使用電池時(shí)則至關(guān)重要。圖2所示是一種獨(dú)特的應(yīng)用,其中照明燈開(kāi)關(guān)上配備有能量收 集射頻(RF)收發(fā)器。系統(tǒng)收集用于撥動(dòng)開(kāi)關(guān)的能量,產(chǎn)生可使用的直流電壓,支持照明燈具的無(wú)線電通信(《1GHzRF)。只要信號(hào)能夠覆蓋光源,該開(kāi)關(guān) 可置于房間內(nèi)的任何地方。無(wú)需連接照明開(kāi)關(guān),室內(nèi)設(shè)計(jì)更靈活,照明控制更可靠。
PLC照明控制方法利用現(xiàn)有的供電線路,不失為高性價(jià)選擇。由于通過(guò)維護(hù)很好的現(xiàn)有供電線路實(shí)現(xiàn)通信,PLC避免了許多麻煩,如共用通信頻率、惡劣天氣時(shí)的性能及網(wǎng)絡(luò)維護(hù)。范圍、速度和可靠性是設(shè)計(jì)PLC的關(guān)鍵。
電力線的噪聲極大,影響系統(tǒng)通信的可靠性。G3-PLC通信是一種基于OFDM的新型PLC標(biāo)準(zhǔn),可實(shí)現(xiàn)電力線的可靠通信。該標(biāo)準(zhǔn)支持高達(dá) 300kbps的速度、網(wǎng)狀組網(wǎng)以及高噪聲環(huán)境下的可靠模式非常適合LED控制網(wǎng)絡(luò)。基于OFDM、PLC控制的照明網(wǎng)絡(luò)類似于現(xiàn)有的G3-PLC。
智能LED燈電能測(cè)量功能
智能LED燈還需要具備電量計(jì)算能力。從智能電表到電壓控制器再到電動(dòng)汽車充電器,每個(gè)智能電網(wǎng)裝置都具有電能測(cè)量功能,實(shí)時(shí)為電力公司和用戶提供準(zhǔn)確 的用電信息。發(fā)回耗電量的大多數(shù)照明裝置提供關(guān)于建筑及市政照明環(huán)境的詳細(xì)信息,可確保電力公司的收費(fèi)與耗電嚴(yán)格一致。通過(guò)調(diào)光或在不使用時(shí)關(guān)閉照明燈, 及時(shí)、準(zhǔn)確地響應(yīng)用戶需求。此外,特定照明燈的耗電波動(dòng)說(shuō)明需要進(jìn)行系統(tǒng)維修、維護(hù)或更換。毫無(wú)疑問(wèn),許多照明燈處于難以觸及的區(qū)域,優(yōu)化維護(hù)可節(jié)省費(fèi) 用。為生成智能電網(wǎng)中的有用數(shù)據(jù),電能測(cè)量設(shè)計(jì)必須在較寬的電流范圍保持高精度測(cè)量。不僅如此,限制或消除校準(zhǔn)時(shí)間也會(huì)降低總體系統(tǒng)成本。圖4所示為一種靈活的LED照明參考設(shè)計(jì),具有電能測(cè)量功能。5電能測(cè)量芯片也提供系統(tǒng)調(diào)光和DALI接口。
目前許多城市安裝了非智能LED照明燈,這為改善LED照明設(shè)施性能的集成模塊提供了巨大的商機(jī)。為實(shí)現(xiàn)可升級(jí),這些系統(tǒng)需要連接到智能照明系統(tǒng)。如果 LED的成本和容量一定,簡(jiǎn)單更換相對(duì)較新和效率較高的LED,性價(jià)比較低。簡(jiǎn)單接口,例如DALI,允許將來(lái)增加ALS、通信和電能測(cè)量功能。
智能化LED將贏得最后勝利
這對(duì)我們意味著什么?消費(fèi)者從觀念上對(duì)LED照明的認(rèn)可和轉(zhuǎn)換是一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程。顯而易見(jiàn),LED照明具有改變照明方式以及節(jié)省巨大電能的潛力。增加“智 能”照明的關(guān)鍵元素——ALS、通信和電能測(cè)量——將使LED更加強(qiáng)大,更具吸引力。智能化LED提供的測(cè)量數(shù)據(jù)能夠進(jìn)一步降低照明系統(tǒng)的能耗,降低運(yùn)營(yíng) 和維護(hù)成本。增加智能化設(shè)計(jì),LED將充分發(fā)揮潛力,在已經(jīng)如火如荼的競(jìng)賽中擊敗傳統(tǒng)照明。(來(lái)源:九正建材網(wǎng))
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