基于無線通信系統的無極熒光燈照明應用

　　其次，通過調光電子鎮流器的多個接口與數字化無線通信系統的匹配，可以有效進行集群式的照明控制，做到定時或實時開關、單燈狀態檢測、群組布置和中央控制臺監測控制等集成化操作。真正讓智能化照明控制成為提供給市場的方案。

　　最后，對該技術及方案的市場前景進行了一定預期，并對節能效果給予了一定闡述。

　　1 無極熒光燈

　　在光源與照明領域，無極熒光燈以其無電極長壽命的特點而被廣泛接受。該光源采用獨特的電子鎮流器產生射頻信號，而通過鐵氧體磁芯或特質線圈耦合交變電磁場能量進入等離子體發光管，激發內部汞產生253. 7nm 紫外譜線，并最終激發管壁內部熒光粉材料產生可見光輸出。

　　無極熒光燈又根據鐵氧體磁芯安裝方式的不同而區分為內置式和外置式兩種。內置式無極燈以磁芯內插入球形泡腔體內為主，多采用MHz 級的自激式振蕩電路產生射頻信號進行燃點。此類方式使得光源本身制作難度要求不高，球形燈管利于燈具配光設計，但整燈測試時EMC ( 電磁兼容性) 較難通過國家相關標準。

　　而磁芯外置式無極燈，則由磁芯外置于環形閉合燈管而啟動燃點。頻率范圍一般在幾百KHz 級別。在頻率的選擇上，低頻率意味著需加大磁芯尺寸以增加整燈的感抗值; 而高頻率則由于傳導干擾和輻射干擾較難通過EMC 相關標準而成為瓶頸。同時，外置式無極燈還需要額外注意磁芯實際溫度、汞齊點溫度等問題。而其發光面積大的特點使得光源表面亮度相對HID 光源低，眩光容易控制;但燈具選型和配光設計成為該類光源的另一技術課題。

　　LVD 無極燈產品及其主要性能如表1 和圖1 所示:

　　表1 LVD-200W 無極燈基礎性能

　　圖1 LVD 無極燈產品實物圖

　　將調光技術與無極熒光燈相結合，可以更好地實現節能照明。宏源公司通過自主研發的調光電子鎮流器， 可對LVD 無極燈進行功率調節， 范圍從100% 到30%。光通總量與功率比例呈線性關系。

　　而客戶可通過自行匹配0 ～ 10V 外部DC 電壓信號，即可進行連續調光控制。

　　將燈具與照明控制系統相結合，為客戶提供整套照明方案是照明領域的發展趨勢。上海宏源通過LVD 無極燈電子鎮流器內部引出控制接口，與無線通信設備進行有效對接，可以實現由外部信號控制的開關、調光、啟動檢測、重復啟動控制等功能。

　　如圖2. c 所示，調光電子鎮流器與通訊系統模塊( 由無線通訊和MCU 組成) 進行8pin 插針連接，其中對接信號包括:

　　(1) 通信系統需要的5V-DC 工作電壓;(2) 單燈開關控制信號;(3) 分檔調光控制信號(30% ～ 100% 之間) ;(4) 光源開啟檢測，未啟動時則進行重復關斷再開啟。

　　圖2 LVD 各款電子鎮流器示意圖

　　a. 普通220V 市電電子鎮流器; b. 自配調光控制器的調光電子鎮流器; c. 匹配通訊模塊的調光電子鎮流器

　　2 通訊控制系統

　　數字化無極燈照明中，通過每個調光鎮流器與通信部件接口的匹配即可實現單燈的智能化控制和群組化控制。

　　以路燈智能化照明為例，首先劃分好路燈群組( 通常以一條馬路為一個群組) ， 通過單燈中MCU模塊設定該燈的編號( 即ip 地址)。由該群組控制器對最相近的路燈進行開關、調光或定時控制，最相近的路燈中的通信模塊檢測此信息后即執行該動作，并進一步將此信息傳遞給與其相鄰的其他路燈。

　　最終形成了從群組控制器發出指令，到最相近路燈執行指令并再發送指令到其他相近路燈的循環傳遞過程。同時，每個路燈的通信模塊均為雙工通信，它們同樣通過傳遞的方式將每個燈執行指令后的狀態信息反饋給群組控制器( 示意圖如圖3 所示)。

　　圖3 單個組群的路燈傳遞控制方式示意圖

其中近程短途通信采用ZigBee 技術，其基礎為IEEE 802. 15 標準。由于傳統無線協議很難適應無線通信設備的低*費、低能量和高容錯性等的要求，故ZigBee 技術進行了一定的擴展提高， 即應用IEEE 處理低級MAC 層和物理層協議，而其則針對網絡層協議和API 進行了標準化。其中網絡層采用平面路由協議，嵌入泛洪算法結合“閑聊”策略，具有短距離、低速率但高效、便利的特點。我公司采用的單燈通訊模塊的單方向上限傳輸距離為120米，即每個路燈會與其最接近的6 ～ 10 個路燈進行相互通信傳輸信息( 兩側路燈共240 米的范圍)。

　　這樣保證了在某個路燈故障時，不會影響整個鏈條的信息指令傳遞。同時可鋪設及擴展高達幾千個的網絡控制節點。

　　通訊模塊除設有天線、短程通訊接發收設備外，更配置了一個16 位工業用MCU 核( 如圖2. c 所示)。其工作于16MHz 時性能高達16MIPS，保證外部通信速率和內部指令執行速率均高效、無障礙化。

　　同時內部具有A /D 轉換、定時/ 計數、PWM 及中斷功能，均可通過I /O 口加以實現，從而使得電子鎮流器等開關電源控制模擬量僅需要普通光耦即可與其銜接。同時，內部具有JTAG 仿真功能( 與IEEE1149. 1 標準兼容) ，可以進行PC 仿真并檢測狀態，從而使各類狀態模擬成為可能。

　　每個群組通過群組控制器執行并記錄信息，即完成了對一條道路照明的直接控制。而通過對不同群組控制器的再編址方式，既可以通過一個中央控制站對一個大面積區域( 例如一個城市) 的所有路燈( 多個路燈群組) 進行集中控制。其中群組控制器與本地控制主機采用長程通信方式。通信頻率采用國際認可的2. 4GHz 微波頻率段進行設定。可選擇FSK + DSSS 來避免帶內多徑干擾。FSK 調制具有設備簡單、調制和解調方便等優點，并且具有較好的抗多徑時延性能; DSSS 系統采用偽隨機碼的相關解擴，只要多徑時延大于一個偽隨機碼的碼片，多徑就構不成干擾，反而可以利用這一干擾能量來提高系統性能。同時還具有低功率、可迅速組網而不影響群組內軟硬件設備等特點。

　　圖4 群組控制與中央總控制的信息傳遞示意圖

　　圖5 基礎控制流程示意圖

　　而本地主機進一步可通過互聯網與其他地區的主機進行通信。即可保證在其他地方可以很清晰的查看該地區的路燈控制情況。這一特點具有如下好處:

　　1、任何地區任何時候均對路燈監控進行透明化處理，保證客戶和廠家信息對稱一致;

　　2、便利于各地路燈處的管理和控制，做到控制精細化，節能效果實際化;

　　3、有利于形成范圍更廣的統一集中管理;

　　3 城市道路照明的應用可行性

　　由于無極燈本身具有較高光效、較高顯色性、低光衰、白光照明的特點，所以能很明顯的體現出“綜合節能”的特點。即與同類型其他光源產品相比較，具有較為明顯的綜合參數指標優勢( 例如，與高壓鈉燈比較則光效稍低的情況下具有白光、高顯色性和低光衰的特點; 而與金鹵燈相比較，則具有光效稍高、顯色性更好和低光衰的特點)。而通過特制的無極燈路燈反光器，可以有效的形成整燈蝙蝠翼的配光曲線形狀( 最大光強角度示具體燈具不同而有差異) ， 使得無極燈路燈在保證整燈效率不低于65% 的前提下，照度均勻度在規定路燈情況下完全達到國家相關標準。

　　而配置了無線通信控制系統，則由于可以實現定時和分段調光等智能化操作，保證相對現有路燈照明系統具有至少30% 的節能效果。即保證了從照明產品到照明方式上雙重節能的目的。