作者:安徽云龍科技公司 張克 袁勛

    數(shù)字化半導體照明是一個全新的機遇，也是全新的挑戰(zhàn)。數(shù)字化半導體照明產(chǎn)業(yè)具有巨大的經(jīng)濟、科技和社會效益，擁有無限創(chuàng)新的潛能。這些創(chuàng)新將改善人民的生活品質(zhì)，創(chuàng)建綠色和可持續(xù)發(fā)展的社會。讓我們凝聚共識，以更高的熱情、更積極的作為，共同推動半導體照明的創(chuàng)新發(fā)展，共創(chuàng)光明的未來！

    摘要：隨著半導體照明技術(shù)的飛速發(fā)展，半導體照明應(yīng)用已進入到數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的時代，照明領(lǐng)域的數(shù)字化和遠程監(jiān)控需求越來越明確，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和遠程監(jiān)控已經(jīng)成為照明技術(shù)的標準配置。

    一、塑造光

    （一）自然光與塑造光

    光的來源，有自然光和塑造光。

    自然光：自然界存在的可見光，不借助人類任何輔助工具，由自然現(xiàn)象發(fā)出的光源，自然光只能選擇等待，而不能借助物質(zhì)工具進行改變。如陽光、火光、雷電的閃光，通常由高溫產(chǎn)生，光譜范圍廣。
塑造光：人類在發(fā)展歷程中，利用各種物質(zhì)所具有的特性，借助物質(zhì)自身屬性，由人工設(shè)計制造的儀器、設(shè)備產(chǎn)生的光，例如：日光燈的光、激光及LED燈具發(fā)出的光。

    自然光和塑造光在本質(zhì)上是具有區(qū)別的：

    1、可變性

    自然光最重要一個本質(zhì)特征即是認為不可變性，自然光的強度和方向是不能任意調(diào)節(jié)和控制的，只能根據(jù)自然現(xiàn)象被動適應(yīng)，而塑造光則是可以根據(jù)人類不同需求，隨時可以進行變動，如選擇與不選擇，選擇什么樣的塑造光，選擇什么強度的塑造光，什么時候選擇等。

    2、實現(xiàn)功能不同

    自然光因具有不因人類意志而變動的特性，人為無法進行定制和管理，因此只能滿足人們單一的照明需求，而塑造光則是能根據(jù)不同領(lǐng)域、不同環(huán)境、不同使用主體，滿足人們不同需求，能滿足人們除單一的照明需求外的多樣化需求。

    （二）人類、時代、社會對光的需求

    1、不同的主體、不同的領(lǐng)域、不同的環(huán)境各自有著不同的需求。

    無形的光是萬事萬物存在的基礎(chǔ)，一切視覺的存在都仰仗光線的照射。不同的主體、不同的領(lǐng)域、不同的環(huán)境各自有著不同的需求。

    光是一種非物質(zhì)的存在，無法直接看到卻能夠照亮物體。光的形態(tài)大致上是通過照明工具或者發(fā)光體來塑造的。

    2、光塑造→光品質(zhì)的呈現(xiàn)→光需求的形成

    塑造光的形態(tài)：

    （1）通過界面的形態(tài)塑造光的形態(tài)，即間接照明

    （2）燈具塑造的光的形態(tài)

    （3）發(fā)光體塑造光的形態(tài)

    光品質(zhì)的呈現(xiàn)：

    （1）間接照明的特點是光線均勻柔和、層次感強、不刺眼、無眩光，沒有明顯的陰影，有很好的表現(xiàn)力，擅長營造一種安靜平和的環(huán)境。

    （2）燈具發(fā)出的光分為集中光和漫射光兩種

    集中光的特點是光線明確的匯集成一束，照射方向明確，光的穿透力比較強，照在物體上容易產(chǎn)生強烈的反光。集中光主要表現(xiàn)為寬窄不同的各種光束，光束邊緣區(qū)域亮度衰減劇烈，因此集中光大多具有清晰的輪廓和明確的形態(tài)。

    漫射光的特點是光線分散，照射方向不明確，亮度均勻柔和，照在物體上不容易產(chǎn)生強烈的反光。漫射光束邊緣區(qū)域亮度衰減柔和，光的輪廓線和形態(tài)都不是很清晰。

    集中光輪廓鮮明的光束是一種非常有視覺沖擊力的設(shè)計元素，漫射光均勻柔和的光線是一種溫和的設(shè)計元素，兩者都具有豐富的藝術(shù)表現(xiàn)力。

    （3）通過發(fā)光體的造型塑造具有獨特魅力的光的形態(tài)

    發(fā)光體的設(shè)計重在形體的藝術(shù)性與光的表現(xiàn)力的統(tǒng)一，通過發(fā)光體的造型塑造具有獨特魅力的光的形態(tài)，或者通過光的材料加強發(fā)光體造型的藝術(shù)性。

    二、數(shù)字化照明的前身——功能性照明

    功能性照明就是用于實現(xiàn)某種具體作用的照明，比如室內(nèi)照明、道路照明、應(yīng)急照明等都屬于功能性照明。根據(jù)照明的對象、目的、要求不同，所采用的光源燈具亦有所不同。

    （一）電光源的發(fā)展過程

    第一代和第二代電光源共有的特征是能耗較大、壽命較短，并且由于自身的技術(shù)缺陷，無法實現(xiàn)數(shù)字化控制，現(xiàn)已被逐步淘汰。

    第三代電光源半導體發(fā)光二極管（LED）在較大的驅(qū)動電流范圍內(nèi)仍能維持其流明效率和光色參數(shù)，可實現(xiàn)照明的數(shù)字化控制。

    （二）完整的半導體功能性照明

    完整的半導體功能性照明應(yīng)是數(shù)字化的，無論在色彩表現(xiàn)能力、燈光控制能力、環(huán)保節(jié)能等環(huán)節(jié)，還是在工況監(jiān)測的先進程度、維護體系的方便程度上，均比傳統(tǒng)的白熾燈、熒光燈、金鹵燈等具有明顯的優(yōu)勢，可實現(xiàn)高水平、高質(zhì)量和高效節(jié)能的照明效果，全新的數(shù)字化照明必將給人類的照明觀念和照明應(yīng)用帶來一場新的革命。

    三、什么是數(shù)字化半導體照明

    隨著半導體照明技術(shù)的飛速發(fā)展，半導體照明應(yīng)用已進入到數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的時代，照明領(lǐng)域的數(shù)字化和遠程監(jiān)控需求越來越明確，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和遠程監(jiān)控已經(jīng)成為照明技術(shù)的標準配置。
數(shù)字化半導體LED照明，是將單片微型計算機（Single-Chip Microcomputer，又稱微控制器（Microcontroller）技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、大型海量數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)集成應(yīng)用于半導體LED照明系統(tǒng)。通過計算機網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)遠程對照明區(qū)域的燈具用能、燈具的運行狀態(tài)、運行環(huán)境（如電網(wǎng)參數(shù)、環(huán)境溫濕度等）進行實時地監(jiān)測，提供運行狀態(tài)異常警告，同時可以使管理者可以分區(qū)分片地控制燈具的開關(guān)。

    數(shù)字化半導體LED照明燈具通過RS485接口對外部網(wǎng)絡(luò)上的管理軟件系統(tǒng)提供燈具自身的運行參數(shù)，如電壓、電流、溫度、照度等數(shù)據(jù)，還能提供燈具的環(huán)境溫度和環(huán)境濕度，并能夠通過RS485網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)絡(luò)接收管理者的命令來開關(guān)燈具。以便于管理者通過管理系統(tǒng)軟件了解照明系統(tǒng)的運行情況和控制燈具的開關(guān)。

    四、數(shù)字化半導體照明基本原理

    (一)數(shù)字化半導體LED照明的硬件整體構(gòu)架

    這個照明系統(tǒng)數(shù)控網(wǎng)絡(luò)管理平臺系統(tǒng)框架采用三層結(jié)構(gòu)：服務(wù)器層、通訊設(shè)備層、監(jiān)控采集設(shè)備層。

    服務(wù)器層與通訊設(shè)備層采用百兆以太網(wǎng)互聯(lián)。監(jiān)控采集設(shè)備層與通訊設(shè)備層采用工業(yè)RS485網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。

    服務(wù)器層與通訊設(shè)備層主要設(shè)備為：工業(yè)控制機、百兆網(wǎng)絡(luò)交換機。

    監(jiān)控采集設(shè)備層主要設(shè)備有：三相電子式有功電能表、智能型萬能式斷路器、數(shù)字化LED照明燈具。

    （二）數(shù)字化半導體LED照明燈具

    數(shù)字化半導體照明燈是一種新穎的LED燈具，它可以對外通過RS485端口提供燈具自身的運行參數(shù)，如電壓、電流、照度、溫度等數(shù)據(jù)，還能提供燈具的環(huán)境溫度和環(huán)境濕度，并能夠通過RS485端口接收管理者的命令來開關(guān)燈具。以便管理者通過管理軟件系統(tǒng)可以了解燈具的運行情況和控制燈具的開關(guān)。

數(shù)字化半導體LED照明燈具硬件框圖

    （三）數(shù)字化半導體LED照明的計算機軟件管理子系統(tǒng)構(gòu)架

    數(shù)字化半導體LED照明的計算機軟件管理子系統(tǒng)使用Sql Server大型數(shù)據(jù)庫平臺，前臺數(shù)據(jù)顯示和后臺數(shù)據(jù)采集開發(fā)編程軟件采用Micsoft Visio Net (C#)，以事件驅(qū)動模式和數(shù)據(jù)驅(qū)動模式，實現(xiàn)對照明區(qū)域每層照明電路進行分層、分時智能控制，對照明區(qū)域每層照明系統(tǒng)進行在線用能監(jiān)測和動態(tài)監(jiān)測照明設(shè)備運行工況。

    管理軟件平臺功能

    1、運行設(shè)置功能

    軟件平臺提供系統(tǒng)運行設(shè)置功能，可設(shè)置系統(tǒng)運行智能LED燈具的信息（編號、安裝位置、額定電壓電流）、報警的電壓、電流、溫度的極限值、監(jiān)控串行口設(shè)置、數(shù)字用能計量設(shè)備的地址測試與設(shè)置、手動控制/自動控制程控智能斷路器切換等。

    2、運行監(jiān)控界面

    軟件平臺提供運行監(jiān)控界面，開啟/停止監(jiān)控，顯示當前用能數(shù)據(jù)、各智能LED燈具的運行參數(shù)（電壓、電流、照度、功率等），單控/群控等功能。

    3、報警記錄

    軟件平臺提供報警記錄，記錄系統(tǒng)中過壓、過流、欠壓、高溫等報警記錄。

    4、運行曲線

    軟件平臺提供現(xiàn)場設(shè)備的24小時或以前運行曲線，如：用能曲線、溫度曲線、電壓曲線、電流曲線、環(huán)境溫度曲線、環(huán)境濕度曲線等。

    5、程控智能斷路器控制

    軟件平臺提供程控智能斷路器的控制界面，采用冗余多路控制、二次確認等控制手法，以保證燈具的遠程開關(guān)的可靠性。并同時具備自動與手動切換功能。

    6、自動報表

    軟件平臺提供自動報表功能，能自動定時或隨時打印報警報表、運行報表等。

    7、用能計量

    顯示數(shù)字用能計量設(shè)備采集到的電壓、電流、電能計量，并提供相關(guān)電網(wǎng)24小時或以前運行電壓曲線、電流曲線、用能曲線。

    五、與傳統(tǒng)照明的區(qū)別

    （一）照明節(jié)能技術(shù)的革新

    數(shù)字化半導體LED照明的優(yōu)點是：

    高節(jié)能：節(jié)能能源無污染即為環(huán)保。直流驅(qū)動，超低功耗（單管0.03-0.06瓦）電光功率轉(zhuǎn)換接近100%，相同照明效果比傳統(tǒng)光源節(jié)能80%以上。

    壽命長：LED光源被稱為長壽燈，意為永不熄滅的燈。固體冷光源，環(huán)氧樹脂封裝，燈體內(nèi)也沒有松動的部分，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰等缺點，使用壽命可達6萬到10萬小時，比傳統(tǒng)光源壽命長10倍以上。

    色彩多樣：LED光源可利用紅、綠、藍三基色原理，在計算機技術(shù)控制下使三種顏色具有256級灰度并任意混合，即可產(chǎn)生256×256×256=16777216種顏色，形成不同光色的組合變化多端，實現(xiàn)豐富多彩的動態(tài)變化效果及各種圖像。

    利環(huán)保：環(huán)保效益更佳，光譜中沒有紫外線和紅外線，既沒有熱量，也沒有輻射，眩光小，而且廢棄物可回收，沒有污染不含汞元素，冷光源，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源。

    高新技術(shù)、尖端技術(shù)：與傳統(tǒng)光源單調(diào)的發(fā)光效果相比，LED光源是低壓微電子產(chǎn)品，成功融合了計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、圖像處理技術(shù)、嵌入式控制技術(shù)等，所以亦是數(shù)字信息化產(chǎn)品，是半導體光電器件“高新尖”技術(shù)，具有在線編程，無限升級，靈活多變的特點。

    傳統(tǒng)照明改為數(shù)字化半導體LED照明，改造后的節(jié)能率可達60%以上。

    （二）管理手段的革新

    傳統(tǒng)照明情況下，照明系統(tǒng)用能需要人工讀表，管理者對照明系統(tǒng)的用能實時情況掌握不及時、不直觀。

    傳統(tǒng)照明情況下，管理者無法了解照明系統(tǒng)的運行狀態(tài)，如電網(wǎng)參數(shù)（實時電壓、實時電流、實時功率等）。

    傳統(tǒng)照明情況下，管理者無法了解燈具的運行狀態(tài)，如燈具具體用能情況、電壓、電流、光照、溫度、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度等情況。

    數(shù)字化半導體LED照明，增加了電能計量設(shè)備，改變了傳統(tǒng)照明情況下對燈具照明能耗無計量系統(tǒng)的現(xiàn)狀，并通過計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將能耗狀態(tài)永久存儲，以備管理查詢。

    同時利用智能電路控制設(shè)備實現(xiàn)對照明系統(tǒng)進行了統(tǒng)一的綠色運營管理，定時/分區(qū)/分片進行計算機自動管理模式或在特殊情況下人工手動管理模式，在自動管理模式下，達到有效控制節(jié)能效果，減少不必要的電能消耗。

    利用安徽云龍科技有限公司的專利產(chǎn)品數(shù)字化LED照明燈具對特定區(qū)域內(nèi)燈具的運行狀態(tài)和運行環(huán)境進行實時的監(jiān)控，以點觀面，管中窺豹，從而推測其他大量燈具的運行狀態(tài)。

    綜上所述，數(shù)字化半導體LED照明提高了照明系統(tǒng)的現(xiàn)代化管理水平，在“節(jié)能”、“低碳”、“減排”方面突出了LED節(jié)能低碳照明技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)給照明系統(tǒng)的現(xiàn)代化管理帶來變革，真正帶來良好的社會效益和經(jīng)濟效益。<