中心議題：

• LED照明控製係統模型
• LED照明控製係統的八大層次分析

本文將介紹LED照明控製係統的兩種主要模型
，說明電子信息技術在LED照明中的應用
，並在此基礎上，將LED照明控製係統分成八個層次，逐層闡述
，幫助工程師全麵了解LED照明控製係統的設計。

1、LED照明控製係統模型

與傳統的照明方式相比，LED照明有許多獨特的地方，主要表現在：從結構上看
，傳統照明的光源和燈具是分離的，而LED照明在結構可以實現配光
、散熱及燈具的一體化設計

；從功能上看
，隻有少部分的傳統照明可以實現調光，而LED照明不僅能實現亮度的調節，還能實現色彩與色溫的調節。此外
，LED照明比傳統照明方式更適合智能化與數字化的控製
，組成複雜的照明係統。

基於LED照明的這些特性，大體可以給出了三種模型，分別針對LED的通用照明、LED照明的智能控製
、LED照明與太陽能風能的結合設計，說明電子信息技術在LED照明中一些應用。

1.1 模型一：電源+光源
現代電光源的工作本質就是將電能轉化為光能，同時伴隨一定的散熱。所以
，LED的通用照明模型中就隻包括電源和光源兩部分。在這種模型下，隻能實現照明的開關控製，不能實現照明的調光、通信、反饋等功能。

電源具體是指AC-DC恒流型開關電源。AC-DC是指交流到直流的轉換，因為LED實際上是一個半導體二極管，它是在直流電壓下工作的。LED還有一個特性就是其工作電流近似值是工作電壓的指數函數
，電壓的微小波動就會引起電流的巨大變化，嚴重時會直接燒毀LED,所以要保證LED的安全工作，必須使其工作電流恒定。通常家用電器的電源都是恒壓的，LED的特性決定了它要采用恒流電源。為了提高LED工作的可靠性
，我們一般要采用隔離型的開關電源，實現LEDyushidiandianwangdeyouxiaogeli。hekaiguandianyuanxiangduiyingde，haiyouyileijiaoxianxingdianyuan

，xianzaiyijinghenshaoshiyongle
，yinweikaiguandianyuanzaixiaolvhetijishanggengzhanyoushi。xianzaidekaiguandianyuanjishu，nengjiangzhuanhuanxiaolvzuodao85%甚至更高，功率因數0.95以上，總諧波在15%以內。這些指標也是我們選擇開關電源的基本要求。

光源就是LED芯片，這是LED照明的核心元件。除了工作電流、管壓降等電學參數外，我們更關心的是它的光學指標，如光通量、光效、色溫
、顯色指數、光衰等等。LED的光學性能與其溫度密切相關，溫度的升高會引起光效降低
、色溫漂移
、壽命下降等問題
，因此散熱技術在LED照明中尤為重要。熱力學知識告訴我們

，物體的散熱隻有三種方式：傳導
、對流和輻射。由於LED芯片隻是固定的發出某種波長的可見光，所以不存在紅外輻射散熱。在LED中
，主要是傳導散熱
，同時伴隨一定的對流散熱。減少LED的熱傳導環節和降低每個環節的熱阻

，必要時采用強製風冷
，都是散熱設計中的考慮因素。

1.2 模型二：電源+控製+光源
模型二比模型一多了一個控製模塊
，這就大大豐富了LED照zhao明ming的de功gong能neng。如ru果guo說shuo模mo型xing一yi隻zhi是shi一yi個ge照zhao明ming產chan品pin，那na麼me模mo型xing二er可ke以yi說shuo是shi一yi個ge照zhao明ming係xi統tong了le。由you於yu加jia入ru了le控kong製zhi模mo塊kuai
，電dian源yuan就jiu變bian成cheng恒heng壓ya型xing開kai關guan電dian源yuan了le
，但dan是shiLED光源的工作還是需要恒流型電源
，這部分（恒流驅動）我們放在控製模塊中一起實現了。下麵，我們重點分析一下LED照明的控製係統。
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2 LED照明控製係統的八大層次分析

LED照明的控製係統，可大可小，功能豐富。如：無線遙控調光係統、色溫可調照明係統、RGB調光調色係統、模擬日光照明係統、帶DALI協議的智能照明係統、基於ZigBee和GPRS的無線路燈控製係統等。透過現象看本質
，所有這些照明控製係統
，都是利用電子技術領域中的嵌入式技術、通信技術、傳感器技術、計算機技術以及電力電子技術等發展建立起來的。看似紛繁複雜化，其實有據可循。

為了理清脈絡

，我們可以將LED照明控製係統分為8個層次，逐層闡述。如果我們能夠把每個層次的技術方案做好，那麼任何複雜的控製係統我們都可以像“搭積木”一樣，輕鬆的實現。

LED照明控製係統的8個層次由底向上依次為：供電層、驅動層、光層
、感器層、議層、信層、作層
、統實現層。

2.1 供電層
供電層為整個控製係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
，控製係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

，而控製係統的電壓很低，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zhuan換huan，為wei了le安an全quan，通tong常chang也ye要yao做zuo成cheng隔ge離li型xing的de開kai關guan電dian源yuan，因yin為wei控kong製zhi係xi統tong的de功gong耗hao通tong常chang很hen低di
，所suo以yi這zhe裏li的de恒heng壓ya電dian源yuan對dui轉zhuan換huan效xiao率lv的de要yao求qiu就jiu不bu是shi很hen高gao。

2.2 驅動層
前麵提到，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，在控製係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，並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。輸出的電壓範圍越高，可帶的LED數量就越多。也有例外的情況
，輸出端要並聯多串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（脈衝寬度調製）的端口，用於實現調光控製
，這是實現智能照明的基礎。恒流驅動方案的優劣，直接關係到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。

2.3 調光層
LED照明之所以容易實現智能控製

，是因為它容易實現調光控製。所有智能化功能的體現，都是通過調光功能實現的。對於LED照明調光的理解

，不能隻限於調節光的亮度，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（脈衝寬度調製）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製器的編程實現，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。

2.4傳感器層
qianmianjiangdaodequdongcenghetiaoguangceng，shicongxitongshuchudejiaodufenxide。xianran，chuanganqicengjiushizhinengxitongdeshurule。tajiuxiangzhinengxitongdeyanjingheerduo
，nenggouganshouwaibuhuanjingdebianhua
，bingbazhexiebianhuazhuanhuachengdianxuexinhao
，chuandigeizhinengxitongdedanao--中央處理器，進行分析和處理。在照明控製領域，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
；還有對係統工作時的電流電壓等數據的采集和分析。

2.5 協議層
沒有規矩不成方圓。要實現智能照明係統的內部各個模塊間的有序協調工作

，必須有一套完善的“規章製度”,用來傳達指令和執行操作。這套製度就是智能係統的協議。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色彩控製的DMX512協議。遺憾的是，這兩套協議都不是為LED照明量身定做的。對於LED照明控製相關協議的研究
，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！

2.6 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zong線xian。電dian力li線xian載zai波bo方fang式shi
，是shi通tong過guo交jiao流liu電dian網wang來lai傳chuan遞di協xie議yi
，免mian去qu了le重zhong複fu布bu線xian的de成cheng本ben
，應ying該gai說shuo是shi一yi種zhong優you秀xiu的de通tong信xin手shou段duan。但dan是shi
，它ta對dui電dian網wang的de質zhi量liang要yao求qiu很hen高gao，鑒jian於yu目mu前qian我wo國guo電dian網wang的de諧xie波bo汙wu染ran很hen嚴yan重zhong
，這zhe種zhong方fang式shi是shi否fou適shi合he我wo國guo國guo情qing，還hai有you待dai考kao證zheng。無wu線xian射she頻pin方fang式shi，現xian在zai最zui熱re門men的de技ji術shu是shiZigBee.它是一種新興的短距離
、低速率

、低功耗無線網絡技術。

2.7 操作層
這zhe個ge層ceng次ci實shi現xian了le用yong戶hu和he係xi統tong的de信xin息xi交jiao互hu。對dui於yu人ren機ji交jiao互hu軟ruan件jian的de設she計ji，操cao作zuo簡jian單dan，界jie麵mian友you好hao，便bian於yu維wei護hu和he升sheng級ji
，應ying該gai是shi首shou要yao考kao慮lv的de因yin素su。按an照zhao應ying用yong的de場chang合he不bu同tong，交jiao互hu軟ruan件jian可ke分fen為wei兩liang大da類lei：一類運行於嵌入式係統

；另一類運行於PC機。

2.8 係統實現層
在這個層次，我們是對控製係統做全局的分析和設計，利用前麵7個層次的研究成果，完成整個係統的搭建。也就是說，這個層次的設計是以前麵7個層次為基礎的
，是對前7個層次研究成果的綜合。