電子技術在LED照明中通用照明和智能控制的應用

　　供電層為整個控制系統提供高效穩定的直流電源。與LED光源工作需要的恒流電源不同，控制系統的工作需要的是恒壓電源。供電層的電源獲得有兩個途徑：一是從LED照明燈具上的恒壓電源上獲取，這是一個DC-DC（直流到直流）轉換，因為燈具上的恒壓電源的電壓通常很高，而控制系統的電壓很低，所以要做一個從直流到直流的降壓轉換；二是從交流市電獲取，這是一個AC-DC（交流到直流）轉換，為了安全，通常也要做成隔離型的開關電源，因為控制系統的功耗通常很低，所以這里的恒壓電源對轉換效率的要求就不是很高。

　　驅動層

　　前面提到，模型二中電源部分是恒壓源，而LED光源的工作需要恒流源，因此，在控制系統中要有一個恒流驅動模塊，為LED光源的正常工作提供恒流源。在恒流驅動的設計上，一般是采用專用的驅動芯片，并配合一定的外圍電路。

　　驅動芯片的輸出端通常是帶有一串LED,輸出的恒定電流就是LED的工作電流。輸出的電壓范圍越高，可帶的LED數量就越多。也有例外的情況，輸出端要并聯多串LED,這時，我們要給每串LED串聯一個小電阻來實現電流的分流。驅動芯片一般還有一個PWM（脈沖寬度調制）的端口，用于實現調光控制，這是實現智能照明的基礎。恒流驅動方案的優劣，直接關系到LED照明的可靠性和使用壽命。因此，對LED驅動技術的研究，尤為重要。

　　調光層

　　LED照明之所以容易實現智能控制，是因為它容易實現調光控制。所有智能化功能的體現，都是通過調光功能實現的。對于LED照明調光的理解，不能只限于調節光的亮度，還包括對LED色溫和色彩的調節。這也正是LED照明能夠顛覆傳統照明的一個主要因素。調光技術的實現方式，有模擬和數字兩種。其中，數字調光主要是通過PWM（脈沖寬度調制）技術實現的，它是現在LED調光方案的主要手段。PWM信號可以通過對微控制器的編程實現，產生不同的占空比，從而實現LED照明的調光。設計一款LED“三調”（亮度、色溫、色彩）功能的集成方案，是這個層次的研究重心。

　　傳感器層

　　前面講到的驅動層和調光層，是從系統輸出的角度分析的。顯然，傳感器層就是智能系統的輸入了。它就像智能系統的眼睛和耳朵，能夠感受外部環境的變化，并把這些變化轉化成電學信號，傳遞給智能系統的大腦--中央處理器，進行分析和處理。在照明控制領域，我們關心的傳感器主要有：光敏傳感器，采集自然光的亮度信息；人體傳感器，檢測燈具附近是否有人的存在；溫度傳感器，采集外部環境的溫度信息；還有對系統工作時的電流電壓等數據的采集和分析。

　　協議層

　　沒有規矩不成方圓。要實現智能照明系統的內部各個模塊間的有序協調工作，必須有一套完善的“規章制度”,用來傳達指令和執行操作。這套制度就是智能系統的協議。在目前的照明行業中，有兩套比較成熟的協議，一是照明通信中的DALI（DigitalAddressableLightingInterface數字可尋址照明接口）協議，另一是實現RGB色彩控制的DMX512協議。遺憾的是，這兩套協議都不是為LED照明量身定做的。對于LED照明控制相關協議的研究，現在也是一個熱點，國際上還沒有統一的標準。這對我們來說，也許是個機遇！

　　通信層

　　在電子信息領域，協議的傳輸，是以通信技術為載體來實現的。LED照明中通信，主要有三種方式：總線方式、電力線載波方式和無線射頻方式。總線方式，以其技術成熟，可靠性高，組網簡單，成本適中等優點，是目前應用最多的通信手段，如RS485總線。電力線載波方式，是通過交流電網來傳遞協議，免去了重復布線的成本，應該說是一種優秀的通信手段。但是，它對電網的質量要求很高，鑒于目前我國電網的諧波污染很嚴重，這種方式是否適合我國國情，還有待考證。無線射頻方式，現在最熱門的技術是ZigBee.它是一種新興的短距離、低速率、低功耗無線網絡技術。

　　操作層

　　這個層次實現了用戶和系統的信息交互。對于人機交互軟件的設計，操作簡單，界面友好，便于維護和升級，應該是首要考慮的因素。按照應用的場合不同，交互軟件可分為兩大類：一類運行于嵌入式系統；另一類運行于PC機。

　　系統實現層

　　在這個層次，我們是對控制系統做全局的分析和設計，利用前面7個層次的研究成果，完成整個系統的搭建。也就是說，這個層次的設計是以前面7個層次為基礎的，是對前7個層次研究成果的綜合。