作者:安徽云龍科技公司 張克 袁勛

    數字化半導體照明是一個全新的機遇，也是全新的挑戰。數字化半導體照明產業具有巨大的經濟、科技和社會效益，擁有無限創新的潛能。這些創新將改善人民的生活品質，創建綠色和可持續發展的社會。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新發展，共創光明的未來！

    摘要：隨著半導體照明技術的飛速發展，半導體照明應用已進入到數字化、智能化、網絡化的時代，照明領域的數字化和遠程監控需求越來越明確，數字化、網絡化和遠程監控已經成為照明技術的標準配置。

    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，由自然現象發出的光源，自然光只能選擇等待，而不能借助物質工具進行改變。如陽光、火光、雷電的閃光，通常由高溫產生，光譜范圍廣。
塑造光：人類在發展歷程中，利用各種物質所具有的特性，借助物質自身屬性，由人工設計制造的儀器、設備產生的光，例如：日光燈的光、激光及LED燈具發出的光。

    自然光和塑造光在本質上是具有區別的：

    1、可變性

    自然光最重要一個本質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節和控制的，只能根據自然現象被動適應，而塑造光則是可以根據人類不同需求，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不同領域、不同環境、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、不同的領域、不同的環境各自有著不同的需求。

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

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

    2、光塑造→光品質的呈現→光需求的形成

    塑造光的形態：

    （1）通過界面的形態塑造光的形態，即間接照明

    （2）燈具塑造的光的形態

    （3）發光體塑造光的形態

    光品質的呈現：

    （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，有很好的表現力，擅長營造一種安靜平和的環境。

    （2）燈具發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，照在物體上容易產生強烈的反光。集中光主要表現為寬窄不同的各種光束，光束邊緣區域亮度衰減劇烈，因此集中光大多具有清晰的輪廓和明確的形態。

    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生強烈的反光。漫射光束邊緣區域亮度衰減柔和，光的輪廓線和形態都不是很清晰。

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

    （3）通過發光體的造型塑造具有獨特魅力的光的形態

    發光體的設計重在形體的藝術性與光的表現力的統一，通過發光體的造型塑造具有獨特魅力的光的形態，或者通過光的材料加強發光體造型的藝術性。

    二、數字化照明的前身——功能性照明

    功能性照明就是用于實現某種具體作用的照明，比如室內照明、道路照明、應急照明等都屬于功能性照明。根據照明的對象、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缺陷，無法實現數字化控制，現已被逐步淘汰。

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

    （二）完整的半導體功能性照明

    完整的半導體功能性照明應是數字化的，無論在色彩表現能力、燈光控制能力、環保節能等環節，還是在工況監測的先進程度、維護體系的方便程度上，均比傳統的白熾燈、熒光燈、金鹵燈等具有明顯的優勢，可實現高水平、高質量和高效節能的照明效果，全新的數字化照明必將給人類的照明觀念和照明應用帶來一場新的革命。

    三、什么是數字化半導體照明

    隨著半導體照明技術的飛速發展，半導體照明應用已進入到數字化、智能化、網絡化的時代，照明領域的數字化和遠程監控需求越來越明確，數字化、網絡化和遠程監控已經成為照明技術的標準配置。
數字化半導體LED照明，是將單片微型計算機（Single-Chip Microcomputer，又稱微控制器（Microcontroller）技術、計算機網絡技術、大型海量數據庫管理技術集成應用于半導體LED照明系統。通過計算機網絡子系統、數據采集子系統遠程對照明區域的燈具用能、燈具的運行狀態、運行環境（如電網參數、環境溫濕度等）進行實時地監測，提供運行狀態異常警告，同時可以使管理者可以分區分片地控制燈具的開關。

    數字化半導體LED照明燈具通過RS485接口對外部網絡上的管理軟件系統提供燈具自身的運行參數，如電壓、電流、溫度、照度等數據，還能提供燈具的環境溫度和環境濕度，并能夠通過RS485網絡、以太網絡接收管理者的命令來開關燈具。以便于管理者通過管理系統軟件了解照明系統的運行情況和控制燈具的開關。

    四、數字化半導體照明基本原理

    (一)數字化半導體LED照明的硬件整體構架

    這個照明系統數控網絡管理平臺系統框架采用三層結構：服務器層、通訊設備層、監控采集設備層。

    服務器層與通訊設備層采用百兆以太網互聯。監控采集設備層與通訊設備層采用工業RS485網絡互聯。

    服務器層與通訊設備層主要設備為：工業控制機、百兆網絡交換機。

    監控采集設備層主要設備有：三相電子式有功電能表、智能型萬能式斷路器、數字化LED照明燈具。

    （二）數字化半導體LED照明燈具

    數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，如電壓、電流、照度、溫度等數據，還能提供燈具的環境溫度和環境濕度，并能夠通過RS485端口接收管理者的命令來開關燈具。以便管理者通過管理軟件系統可以了解燈具的運行情況和控制燈具的開關。

數字化半導體LED照明燈具硬件框圖

    （三）數字化半導體LED照明的計算機軟件管理子系統構架

    數字化半導體LED照明的計算機軟件管理子系統使用Sql Server大型數據庫平臺，前臺數據顯示和后臺數據采集開發編程軟件采用Micsoft Visio Net (C#)，以事件驅動模式和數據驅動模式，實現對照明區域每層照明電路進行分層、分時智能控制，對照明區域每層照明系統進行在線用能監測和動態監測照明設備運行工況。

    管理軟件平臺功能

    1、運行設置功能

    軟件平臺提供系統運行設置功能，可設置系統運行智能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、監控串行口設置、數字用能計量設備的地址測試與設置、手動控制/自動控制程控智能斷路器切換等。

    2、運行監控界面

    軟件平臺提供運行監控界面，開啟/停止監控，顯示當前用能數據、各智能LED燈具的運行參數（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

    軟件平臺提供現場設備的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、環境溫度曲線、環境濕度曲線等。

    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

    顯示數字用能計量設備采集到的電壓、電流、電能計量，并提供相關電網24小時或以前運行電壓曲線、電流曲線、用能曲線。

    五、與傳統照明的區別

    （一）照明節能技術的革新

    數字化半導體LED照明的優點是：

    高節能：節能能源無污染即為環保。直流驅動，超低功耗（單管0.03-0.06瓦）電光功率轉換接近100%，相同照明效果比傳統光源節能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，環氧樹脂封裝，燈體內也沒有松動的部分，不存在燈絲發光易燒、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，在計算機技術控制下使三種顏色具有256級灰度并任意混合，即可產生256×256×256=16777216種顏色，形成不同光色的組合變化多端，實現豐富多彩的動態變化效果及各種圖像。

    利環保：環保效益更佳，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、尖端技術：與傳統光源單調的發光效果相比，LED光源是低壓微電子產品，成功融合了計算機技術、網絡通信技術、圖像處理技術、嵌入式控制技術等，所以亦是數字信息化產品，是半導體光電器件“高新尖”技術，具有在線編程，無限升級，靈活多變的特點。

    傳統照明改為數字化半導體LED照明，改造后的節能率可達60%以上。

    （二）管理手段的革新

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

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

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

    數字化半導體LED照明，增加了電能計量設備，改變了傳統照明情況下對燈具照明能耗無計量系統的現狀，并通過計算機技術和網絡技術，將能耗狀態永久存儲，以備管理查詢。

    同時利用智能電路控制設備實現對照明系統進行了統一的綠色運營管理，定時/分區/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品數字化LED照明燈具對特定區域內燈具的運行狀態和運行環境進行實時的監控，以點觀面，管中窺豹，從而推測其他大量燈具的運行狀態。

    綜上所述，數字化半導體LED照明提高了照明系統的現代化管理水平，在“節能”、“低碳”、“減排”方面突出了LED節能低碳照明技術、計算機技術、網絡技術給照明系統的現代化管理帶來變革，真正帶來良好的社會效益和經濟效益。<