引言

想象一下，在炎熱、wumaitianqixiajuxingmalasongbisai，jieshengyidingdianertihao
，duibisaijieguodouzhiguanzhongyao。tongchang
，dangsaichengbudaoyibanshi
，jiuhaoxiangyijingfenchushengfu。lingpaozhesihubukechaoyue，yinweizhexiexuanshounenggouyijiaoshaodetinengxiaohaopaochugengyuandejuli。lingpaozheshencaiyiyi，guangcaizhaoren，zaikushuhejingsaizhongshizhongbaochilengjinghelianghaodezhuangtai。danshi
，zhexiexuanshouzhendenenggouzaihoubanchengbisaizhongwendingbufa、繼ji續xu保bao持chi領ling先xian嗎ma

？在zai個ge個ge經jing過guo周zhou密mi培pei訓xun和he激ji烈lie競jing爭zheng的de運yun動dong員yuan當dang中zhong，天tian賦fu和he潛qian質zhi也ye隻zhi能neng發fa揮hui至zhi此ci。要yao想xiang成cheng功gong


，需xu要yao在zai路lu上shang消xiao耗hao巨ju大da的de潛qian能neng。現xian在zai的de領ling跑pao者zhe是shi否fou能neng夠gou挖wa掘jue潛qian力li、運用策略
、應對各種自然環境
，最終如願以償
？時間和智慧將說明一切。

現在，您可能會問我：“馬拉鬆跟LED有什麼關係
？你真的知道自己在說什麼嗎
？”我想是的。就像強壯的選手領跑馬拉鬆一樣，LED在高能效照明領域遙遙領先。相對於白熾燈和熒光燈照明，LED的主要技術優勢是消耗的能源更低、壽命更長，並且能夠更好地控製照明顏色和方向。

據估算，美國2010年度的照明耗能占電能的19%。截至2030年
，每年的照明耗能將達到767太瓦時(TWh)。對於我們這場特殊的馬拉鬆領跑者來說，這是一個多麼好的機會！到2030年，LED照明可將耗電降低25%。此外
，由於LED的壽命比其它照明方案壽命長5倍，並且不含有害物質，所以，LED可以減少照明形成的固體廢料和種類。甚至有可能不需要更換LED
，而隻是在改造建築時才需要更換。不僅如此，利用紅

、綠、藍(RGB) LED精調顏色的能力，也為品質和創意提供了新機會。LED最終的用武之地將不僅限於空間照明，將更適合新風格和裝置。

LED智能化——贏得比賽的關鍵所在

LED將如何發揮其巨大潛能？毫無疑問
，第一道障礙是價格。LEDmuqiandechengbenyuanyuangaoyuxianyouzhaomingfangan。jienengwangwangbuzuyishuofujiagemingandeqiyehexiaofeizhegoumaijiaoguidechanpin。suizheshijiantuiyi，daguimoshengchankenenghuijiangdijiage
，danchengbenshifounenggoujiangdezugoudi

，jiangjiasudushifoumanzuyonghudeyuqi？zhexiedoushibuquedingyinsu，youdaishangque。dangran，zhexiewentiyechaochulebenwendetaolunfanwei。jiaruwomensuibianzhaoliangjiawujindian，changshixunzhaoxiangtongdeLEDdeng
，zhehuoxufeichangkunnan。xuduolingshoushangbuhuijinjinweilexiyinxixilaladexiaofeizheerbeiyouzugoupinzhonghuoshuliangdekucun，weishenme？zheshejidaojiagehekucunzhouzhuanlv。namezhezhongqingkuangduiwomenzhexiegongchengshi
、創新者而言，意味著什麼
？我們如何使LED照明發揮潛能
？如何贏得這場馬拉鬆比賽的勝利
？
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
、計數等功能。在照明領域設計出有價值的半導體材料，將優化能源效率、延長照明壽命，並降低維護成本。這將有助於LED跑完整個賽程，堅持到最後，憑借智慧贏得比賽。

LED智能化的關鍵元素

環境光檢測、通信和電能測量是智能化照明係統的關鍵元素。通過環境光檢測，可以在其它光源已提供充足照明時調暗照明燈；此外，通過檢測環境光的顏色，能夠調節高級RGB LED照明係統的顏色。通信功能則允許遠程控製並將小型、大型照明裝置連接成中央網絡。電能測量準確計算消耗的功率
，為預測性維護提供係統洞察力。所有這些特性——環境光檢測、通信、電能測量——將進一步節省能源
，降低運營成本。本文探討為LED照明係統增加環境光檢測
、通信(包括無線和電力線)以及電能測量功能的關鍵設計考慮。提供了參考設計示例。

環境光傳感器(ALS)檢測傳感器附近的光量。這些簡單器件成為LED照明係統的“眼睛”，也是節約能耗的關鍵。當房間已經有充足的光源時，照明完全沒必要
，可將照明燈調暗或完全關閉，降低功耗
、延長照明燈壽命。ALS的關鍵特性包括功耗、流明監測範圍
，以及IR和UV濾光。這些傳感器必須安靜地呆在係統中，不能消耗過大電能
，從而破壞節約係統能耗的初衷。好的ALS耗流達到1μA以下。流明檢測範圍必須達到室外環境的典型流明範圍。0.1lx至100,000lx一般可滿足大多數應用要求。考慮到係統可靠性
，可能有必要采用略大的範圍。IR和UV濾光可消除實際係統中不可見光的光譜。

光檢測

圖1所示光源中的ALS設計。傳感器必須避開照明燈本身的光線，避免對環境光測量的影響。該設計中
，ALS位於獨立的電路板上，處於照明燈支架的陰影下。這種簡單的設計使ALS能夠在檢測到環境光超過預設值時關閉照明燈。RGB傳感器甚至能夠為照明應用增加更多“功能”。類似於圖中所示帶有RGB LED和ALS的LED照明係統，能夠動態調節其顏色輸出，以滿足特殊的應用需求，例如舞台情景照明或百貨公司的展示效果。

通信

下麵，我們討論LED的智能通信。耳朵和喉嚨是接下來實現LED照明智能化的最重要功能。通過將照明燈簡單組網，即可通過網絡控製燈的開、關，或者調光
，這種操作將降低能耗。通信也為斷電、維(wei)護(hu)和(he)應(ying)急(ji)提(ti)供(gong)快(kuai)速(su)反(fan)饋(kui)，該(gai)信(xin)息(xi)將(jiang)節(jie)省(sheng)總(zong)體(ti)係(xi)統(tong)維(wei)護(hu)成(cheng)本(ben)。無(wu)線(xian)和(he)有(you)線(xian)通(tong)信(xin)能(neng)夠(gou)在(zai)不(bu)同(tong)環(huan)境(jing)下(xia)很(hen)好(hao)地(di)工(gong)作(zuo)，取(qu)決(jue)於(yu)網(wang)絡(luo)規(gui)模(mo)和(he)拓(tuo)撲(pu)。無(wu)線(xian)比(bi)較(jiao)適(shi)合(he)於(yu)小(xiao)型(xing)室(shi)內(nei)以(yi)及(ji)大(da)型(xing)室(shi)外(wai)應(ying)用(yong)
，後(hou)者(zhe)需(xu)要(yao)具(ju)有(you)連(lian)續(xu)視(shi)線(xian)
、可用的頻帶以及裕量足夠的傳輸功率。電力線通信(PLC)利用現有電力線實現通信。PLC非常適合於大型市政類照明裝置、隧道、shineitingchechangdengyouyuwuliweizhihuojianzhuqiangbideyuanyinerwufashiyongziranguangdehuanjing。suoyoutongxinyinyongzhong，kekaoxingshiguanjiansuozai。ruguotongxinfashengguzhang，xitongjiuhaowuyichu。
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無線應用中
，信號傳輸方式可能是Wi-Fi、ZigBee或其它往往屬於，但不僅限於工業、科學和醫療(ISM)射頻的標準協議。限製功耗提供了網絡靈活性，如果端點使用電池時則至關重要。圖2所示是一種獨特的應用

，其中照明燈開關上配備有能量收集射頻(RF)收發器。係統收集用於撥動開關的能量

，產生可使用的直流電壓，支持照明燈具的無線電通信(< 1GHz RF)。隻要信號能夠覆蓋光源，該開關可置於房間內的任何地方。無需連接照明開關，室內設計更靈活
，照明控製更可靠。


PLC照明控製方法利用現有的供電線路，不失為高性價選擇。由於通過維護很好的現有供電線路實現通信，PLC避免了許多麻煩

，例如共用通信頻率、惡劣天氣時的性能以及網絡維護。範圍、速度和可靠性是設計PLC的關鍵。電力線的噪聲極大
，影響係統通信的可靠性。通信是一種基於OFDM的新型PLC標準
，可實現電力線的可靠通信。該標準支持高達300kbps的速度、網狀組網以及高噪聲環境下的可靠模式非常適合LED控製網絡。基於OFDM、PLC控製的照明網絡類似於現有的G3-PLC。 圖3所示為Nyx Hemera Technologies公司用於隧道照明的PLC裝置，該係統已經節約了25%的電能，維護成本降低30%。該大型設施係統支持最多1022盞照明燈，通信距離長達3km。


電能測量

智能LED燈(deng)還(hai)需(xu)要(yao)具(ju)備(bei)電(dian)量(liang)計(ji)算(suan)能(neng)力(li)。從(cong)智(zhi)能(neng)電(dian)表(biao)到(dao)電(dian)壓(ya)控(kong)製(zhi)器(qi)再(zai)到(dao)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)充(chong)電(dian)器(qi)，每(mei)個(ge)智(zhi)能(neng)電(dian)網(wang)裝(zhuang)置(zhi)都(dou)具(ju)有(you)電(dian)能(neng)測(ce)量(liang)功(gong)能(neng)，實(shi)時(shi)為(wei)電(dian)力(li)公(gong)司(si)和(he)用(yong)戶(hu)提(ti)供(gong)準(zhun)確(que)的(de)用(yong)電(dian)信(xin)息(xi)。發(fa)回(hui)耗(hao)電(dian)量(liang)的(de)大(da)多(duo)數(shu)照(zhao)明(ming)裝(zhuang)置(zhi)提(ti)供(gong)關(guan)於(yu)建(jian)築(zhu)及(ji)市(shi)政(zheng)照(zhao)明(ming)環(huan)境(jing)的(de)詳(xiang)細(xi)信(xin)息(xi)，可(ke)確(que)保(bao)電(dian)力(li)公(gong)司(si)的(de)收(shou)費(fei)與(yu)耗(hao)電(dian)嚴(yan)格(ge)一(yi)致(zhi)。通(tong)過(guo)調(tiao)光(guang)或(huo)在(zai)不(bu)使(shi)用(yong)時(shi)關(guan)閉(bi)照(zhao)明(ming)燈(deng)，及(ji)時(shi)、準確地響應用戶需求。此外，特定照明燈的耗電波動說明需要進行係統維修、維(wei)護(hu)或(huo)更(geng)換(huan)。毫(hao)無(wu)疑(yi)問(wen)，許(xu)多(duo)照(zhao)明(ming)燈(deng)處(chu)於(yu)難(nan)以(yi)觸(chu)及(ji)的(de)區(qu)域(yu)


，優(you)化(hua)維(wei)護(hu)可(ke)節(jie)省(sheng)費(fei)用(yong)。為(wei)生(sheng)成(cheng)智(zhi)能(neng)電(dian)網(wang)中(zhong)的(de)有(you)用(yong)數(shu)據(ju)，電(dian)能(neng)測(ce)量(liang)設(she)計(ji)必(bi)須(xu)在(zai)較(jiao)寬(kuan)的(de)電(dian)流(liu)範(fan)圍(wei)保(bao)持(chi)高(gao)精(jing)度(du)測(ce)量(liang)。不(bu)僅(jin)如(ru)此(ci)，限(xian)製(zhi)或(huo)消(xiao)除(chu)校(xiao)準(zhun)時(shi)間(jian)也(ye)會(hui)降(jiang)低(di)總(zong)體(ti)係(xi)統(tong)成(cheng)本(ben)。圖(tu)4所示為一種靈活的LED照明參考設計

，具有電能測量功能。電能測量芯片也提供係統調光和DALI接口。

目前許多城市安裝了非智能LED照明燈
，這為改善LED照明設施性能的集成模塊提供了巨大的商機。為實現可升級，這些係統需要連接到智能照明係統。如果LED的成本和容量一定，簡單更換相對較新和效率較高的LED，性價比較低。簡單接口，例如DALI
，允許將來增加ALS
、通信和電能測量功能。


最後的勝者

這對我們意味著什麼？消費者從觀念上對LED照明的認可和轉換是一個長期過程。顯而易見

，LED照明具有改變照明方式以及節省巨大電能的潛力。增加“智能”照明的關鍵元素——ALS、通信和電能測量——將使LED更加強大，更具吸引力。智能化LED提供的測量數據能夠進一步降低照明係統的能耗，降低運營和維護成本。增加智能化設計，LED將充分發揮潛力，在已經如火如荼的競賽中擊敗傳統照明。

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