LED控制系統(tǒng)在夜景照明中的應(yīng)用分析

宋賽春

華建集團(tuán) 上海建筑設(shè)計研究院有限公司，上海 200041

0 引言

在社會經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，城鄉(xiāng)居民的生活水平與居住條件有了較大提升，人們更加注重生活的環(huán)境及品質(zhì)，夜景照明及智能系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。工作人員在設(shè)計夜景照明效果的同時，采用了新型智能控制程序，利用該程序的內(nèi)部優(yōu)勢適時優(yōu)化了城市夜景照明的整體水平，給城市夜景照明帶來了諸多便利，不僅適時縮減了城市管理中的人力、物力、財力，還有效防止了資源浪費(fèi)的現(xiàn)象出現(xiàn)。

1 LED控制系統(tǒng)的內(nèi)部構(gòu)成

1.1 硬件設(shè)計

在研究LED控制系統(tǒng)的過程中，相關(guān)人員應(yīng)明確該系統(tǒng)的內(nèi)部構(gòu)成，其包含照明裝置、驅(qū)動電路、控制設(shè)備與傳感器單元等。

在LED照明控制系統(tǒng)內(nèi)，其硬件設(shè)計多作用在主控器件的設(shè)計中，主控器件內(nèi)部的芯片功能為系統(tǒng)中的計算處理，在執(zhí)行該項任務(wù)時需借助聲控傳感器、熱紅外傳感器與強(qiáng)光傳感器等。該類器械在獲取接收命令后，要利用A/D轉(zhuǎn)換完成初步加工，在處理完此類信號數(shù)據(jù)后實行D/A轉(zhuǎn)換，再將其作用到顯示電路與LED驅(qū)動電路內(nèi)，使系統(tǒng)工作開展得更加順利[1]。

1.2 軟件設(shè)計

對于LED控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計，為較好地簡化設(shè)計結(jié)構(gòu)，相關(guān)人員在開展系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)運(yùn)用模塊化思維，將主程序設(shè)置成核心功能模塊，系統(tǒng)內(nèi)部的各項功能則由子程序擔(dān)當(dāng)，在軟件系統(tǒng)工作時，主程序與子程序可實行相互協(xié)調(diào)、相互影響[2]。

不同功能下的子模塊應(yīng)帶有對應(yīng)功能，信號輸入模塊則負(fù)責(zé)將傳感器信號傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)的信號通道內(nèi)，在相關(guān)軟件系統(tǒng)中將紅外線探測器中的信號與聲音傳感器中的信號設(shè)定為布爾型數(shù)據(jù)，利用光強(qiáng)度探測體系將其產(chǎn)生的信號分成兩種，即A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與布爾值，再借用控制系統(tǒng)來完成燈具亮度的調(diào)節(jié)，依照周圍環(huán)境的具體變化來調(diào)整LED系統(tǒng)的發(fā)光亮度，繼而有效實現(xiàn)LED控制系統(tǒng)的智能照明。

2 LED控制系統(tǒng)在夜景照明工程中的實際應(yīng)用

為促進(jìn)城市夜景中的照明效果，研究人員將LED控制系統(tǒng)應(yīng)用到城市夜景照明中，利用二者的融合達(dá)到應(yīng)用效果。

具體來看，在夜景照明中使用LED控制系統(tǒng)，首先需明確城市夜景照明的主要內(nèi)容。其可大致分為電氣及信號兩個方面。在當(dāng)前的城市夜景照明內(nèi)，人們越來越重視電氣（照明）的系統(tǒng)設(shè)計，其中包括燈具類型選擇、燈具合理布置、供配電系統(tǒng)、電氣回路控制等；信號系統(tǒng)包括控制架構(gòu)系統(tǒng)、信號控制回路等。在設(shè)計中應(yīng)明確夜景照明設(shè)計的重難點(diǎn)，即運(yùn)用適宜方式來優(yōu)化夜景照明內(nèi)容，達(dá)到較好的夜景照明效果。

2.1 供配電系統(tǒng)優(yōu)化

在夜景照明配電設(shè)計中，規(guī)范要求供電半徑不宜超過300 m，燈具端電壓的偏差不宜高于其額定電壓值的105%，也不宜低于其額定電壓值的90%。在選擇供電方式時，若遇到長距離供配電，夜景照明供電方式一般采用樹干式供電（多級配電方式）（見圖1）。由于末端三級分箱負(fù)載大，燈具數(shù)量多、分布廣且品種復(fù)雜，帶來較多隱患；且考慮到供電范圍大，節(jié)點(diǎn)數(shù)量多時，若干線出現(xiàn)故障，影響范圍特別大，供電可靠性降低。經(jīng)過反復(fù)研究，在夜景照明中采用放射式供電效果更好（見圖2）。放射式配電穩(wěn)定性好，可靠性能高，更重要的是各用電節(jié)點(diǎn)相互不影響，不會產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，故障發(fā)生后影響范圍較小，而且切換操作方便，保護(hù)簡單[3]。雖然增加了部分電纜線的數(shù)量，但是保證了整體燈光工程的安全、穩(wěn)定與順利進(jìn)行。

圖1 樹干式供電接線圖

圖2 放射式供電接線圖

2.2 電氣回路控制優(yōu)化

在配電系統(tǒng)中，線路遠(yuǎn)就意味著線路電阻大。當(dāng)電流流過導(dǎo)線時在線阻上會變成熱量而消耗一部分電量，同時形成線路壓降，嚴(yán)重時會使負(fù)載供電電壓降低至無法正常工作。在長距離傳輸中，壓降對線路的影響是非常大的，照明線路長度越長，電阻較大，耗電較大。根據(jù)焦耳定律，消耗在線路上的電能和電阻成正比，所以線路電阻大，線路耗電就多[4]。這就是遠(yuǎn)距離照明多出的耗電。

在安裝泛光照明裝置前，相關(guān)人員應(yīng)全面考量該類燈光對周邊居民生活的影響，并通過多舉措將影響縮減到最低。例如，在海泰住宅項目中，燈具供電管線不可經(jīng)過相關(guān)住戶區(qū)域，只能利用避難層來完成集中安裝，通過電源線傳輸至照明裝置。在這個項目中，唯一可貫通上、下多層的路徑，只有外立面的豎向雨水管，沿雨水管下引敷設(shè)，傳送到各層地漏陽臺燈具。其向下供電的半徑在12層左右，長度約為80 m。建筑外立面若想達(dá)到適宜的景觀要求，只能沿雨水管敷設(shè)電氣管方式實現(xiàn)，而電氣管徑需在63 mm左右?？紤]到所有的信號管與電源都將沿這唯一路徑敷設(shè)，這就要求同時利用信號與電源來控制照明系統(tǒng)，這時智能控制箱中信號與電源相結(jié)合的優(yōu)勢就得以展現(xiàn)。

在這個項目中運(yùn)用了“銘濠”智能控制箱，利用信號與電源的融合來完成燈具照明的集中控制。電源及信號為5芯線傳輸，由三芯信號線及兩芯電源線組合；燈具采用標(biāo)準(zhǔn)DMX512控制協(xié)議，其輸出電壓可在DC36 V左右，實現(xiàn)了遠(yuǎn)距離傳輸控制方案。單邊供電供信號最高可達(dá)120 m，是超高層方案的首選，減少了前期布線和施工過程中復(fù)雜的接線，從而大幅降低了用工成本。

該方案有效解決供電信號的長度、設(shè)備數(shù)量等現(xiàn)實問題，利用信號與低壓電源共管的形式來縮減安裝成本，有效控制了保護(hù)管的整體數(shù)量，在實施過程中極大地簡化了施工流程，降低了施工難度。這是配電系統(tǒng)在遠(yuǎn)距離傳輸上又一技術(shù)突破，是戶外照明亮化的優(yōu)勢之選。

2.3 燈具優(yōu)化選擇

在城市夜景照明設(shè)計中LED燈具在實際運(yùn)用時帶有較大優(yōu)勢。對于LED控制系統(tǒng)的光源設(shè)計，可逐漸小型化，設(shè)計時可沿用此前與道路照明相關(guān)的燈具外殼，在該類燈具中的電路板上安設(shè)控制IC。該類設(shè)計較為簡便，在實際應(yīng)用時可獲取合適的程序變化效果。該類照明會在較小區(qū)域內(nèi)實行高密度控制，同時有效改善燈具的使用壽命。

在挑選燈具的過程中，相關(guān)人員應(yīng)根據(jù)區(qū)域的大小與整體結(jié)構(gòu)來科學(xué)設(shè)計LED控制系統(tǒng)的發(fā)光面積，尤其是在嵌入或明裝時，需與幕墻外觀的效果保持一致，促進(jìn)光源與環(huán)境的統(tǒng)一性、和諧性。例如，在工程項目中相關(guān)人員選用發(fā)光地磚，在應(yīng)用該產(chǎn)品前，工作人員需適時查看地面鋪裝石材的具體尺寸，確保產(chǎn)品設(shè)計尺寸與該項數(shù)值相符，在其模數(shù)達(dá)到相關(guān)要求的情況下，其模數(shù)規(guī)格根據(jù)該城市地面的實際規(guī)格而定。

在進(jìn)行燈具的安裝與設(shè)計時，還應(yīng)依照LED光源的實際特征，將不同類型的LED光源混入相同的控制系統(tǒng)內(nèi)，從而增加城市夜景照明系統(tǒng)的多功能、多造型設(shè)計，促進(jìn)夜景照明的整體效果，使城市內(nèi)部各項建筑的功能更為豐富，增加廣大居民的愉悅感與舒適度。

2.4 信號控制系統(tǒng)

夜景燈光往往靠近城市居住區(qū)域，人群密集，所以必須加強(qiáng)夜景燈光工程的安全性與可靠性，避免發(fā)生意外事故。

信號控制系統(tǒng)平臺包括GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、CLOUD ZBOXES系統(tǒng)以及集控中心，可以對視頻媒體墻、道路照明裝置、噴泉水景設(shè)備、集控終端、視頻監(jiān)控終端、舞美器材、體感外設(shè)、中控設(shè)備及拓展接口等進(jìn)行控制（見圖3）。

圖3 控制系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

完成燈具安裝后，必須對燈具信號實行一定的控制，將節(jié)點(diǎn)網(wǎng)關(guān)、4G路由器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、主控制器、分控制器、信號放大器等設(shè)備通過信號管線連接至燈具，形成控制回路，以有效控制不同燈具的燈光變化，確保整個照明系統(tǒng)的運(yùn)行可靠。

在設(shè)計LED照明控制系統(tǒng)時，相關(guān)人員還應(yīng)明確節(jié)能指標(biāo)，詳盡考察該系統(tǒng)的節(jié)能減排、綠色環(huán)保效果。一般來說，基于LED控制系統(tǒng)的夜景照明系統(tǒng)可有效實現(xiàn)照明節(jié)能，不過，對系統(tǒng)內(nèi)部的其他裝置也要實行節(jié)能控制。例如，相關(guān)人員可借用對傳感電路的控制來完成其節(jié)能環(huán)保效果。從照明能耗的角度看，不但其內(nèi)部光源會散發(fā)出較強(qiáng)的熱與光，該照明控制系統(tǒng)都要利用電能來完成程序運(yùn)轉(zhuǎn)，且消耗大量能量，因而加強(qiáng)控制系統(tǒng)的節(jié)能較為重要，要利用LED控制搭建出適宜的智能控制體系，從而幫助夜景照明系統(tǒng)完成二次節(jié)能與多次節(jié)能。

3 LED控制系統(tǒng)在夜景照明工程中應(yīng)用的要求

在明確城市夜景照明建設(shè)的主要內(nèi)容后，還需對LED照明控制系統(tǒng)提出多項建設(shè)性要求。比如，在當(dāng)前的夜景照明建設(shè)中加強(qiáng)整體布置，確保其能為相關(guān)建筑與城市創(chuàng)設(shè)出良好的光環(huán)境。其整體設(shè)計要具備科學(xué)性、合理性、實用性，在保障整個系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)上，還需要兼顧綠色、節(jié)能、安全及維修方便等。

4 總結(jié)

綜上所述，在當(dāng)前的城市設(shè)計與建設(shè)中，良好的照明系統(tǒng)較為重要，相關(guān)人員在設(shè)計夜景照明系統(tǒng)期間，需靈活運(yùn)用LED控制裝置，將其內(nèi)部的多項功能應(yīng)用到夜景照明中。實踐表明，在科學(xué)使用光源能源后，不但有效縮減了資源能源的浪費(fèi)，還給人民群眾的生活活動帶來極大便利。