摘要：中国作为人口众多地区，能源危机尤为严重。LED(发光二极管)作为新型的冷光源，具有效率高、节能、绿色环保、使用寿命长等传统光源无法类比的优点，代表了未来照明技术的发展方向。
关键词：自动调节LED亮度；建筑照明节能；应用
前言
照明对于我们的现代生活是至关重要的。无论它是在照明住宅、办公场所、公共建筑，还是用于提供安全保障或是为了营造氛围等。事实上，建筑中约25％的能源用于照明，这使得它成为了地球上最重要的能源使用之一。白炽灯照明方案效率极低，能源成本正在以惊人的速度增加，由此发现我们正浪费大量的世界资源，并为此付出高昂的代价。因此，各国政府正在寻求通过新的能源效率法规来管控照明，而LED等新技术正成为主流，有望节省高达40％的照明能源。然而，随着设计师和消费者开始寻求更高能效且创新的照明方案，因此需要开发更新的技术来满足当前和未来的市场需求。为了最大限度地发挥其潜力，智能照明需要更复杂和创新的方法。
1 LED灯具与传统灯具比较优势
在照明领域，以前一般采用传统光源，比如白炽灯、荧光灯、卤钨灯等等，但是，这类照明设备的电能消耗量大，控制方式单一，同时，在实际应用中还会产生较大的光源热辐射，对于一些特殊场所，传统光源的应用具有明显的局限性。与传统光源相比，LED光源不仅节能效果好，使用寿命长，而且在实际应用中不会产生辐射和污染，在功能性照明方面应用优势明显。LED光源的结构封装形式有很多种，因此，LED灯具能够适应不同几何尺寸、不同空间大小的照明要求，同时，还可以将点、线、面等元素进行组合应用。除此以外，在耗电量方面，LED灯具的能耗仅仅为传统灯具能耗的1/3左右，节能性能明显。由此可见，LED灯与传统照明灯具相比，具有明显的应用优势，前景广阔。
2 LED灯技术研发方向分析
2.1 产品多样化、系列化
过去，在商业照明和家居照明中，传统灯具的品种比较多，并且主导室内照明方向。在室内照明方面，常见的LED灯主要有LED吊灯、LED杯灯、LED节能灯、LED射灯等等，灯具产品系列化，并且，LED节能灯采用通用标准灯头，不仅可以选择应用GU、E、MR标准连接灯头组件，而且还能够直接引入交流电。与传统照明设备相比，LED灯的适应性较高，通过提升LED灯设备的多样性和系列化，能够使得LED灯逐渐替代传统的照明设备，增加市场潜力。
2.2 产品集成化、智能化
在LED灯的实际应用中，采用先进的封装工艺，即共晶焊，不仅能够保证LED节能灯的散热效果，延长其使用寿命，同时，还可以丰富LED灯灯具结构设计和造型设计，促进LED灯美观度的提升。另外，LED灯的可控性较高，在发展过程中，将智能控制技术、微电子技术应用其中，提升照明设备智能化管理水平的提升。
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2.3 透镜与灯罩设计一体化
LED灯光源具有较强的方向性特征，可控性较高，通过采用有效的光学处理技术，能够有效提升LED灯的光通量。另外，在照度方面，LED灯能够达到功能照明要求，通过应用二次配光技术，可以促进LED点光源发展成为面光源，从而有效增加发光面，消除人们的视觉疲劳。透镜不仅具有聚光作用，而且还具有防护作用，能够避免光重复浪费，提升灯具光照条件的美观性，降低LED灯的应用成本。
2.4 LED灯具散热高效化
LED是一种半导体光电器件，在LED灯具的实际应用中，只有15~25%的电能能够转换为电能，另外的电能则转换为热能，由此造成LED灯具温度升高，当周边环境温度达到一定限值后，就会造成LED灯具光衰，同时，LED灯具长时间处于高温状态，亦造成使用寿命缩短，同时稳定性降低。因此，在LED灯具的发展过程中，需要优化LED灯具设计方案，提升其散热性能，具体而言，不仅需要优选导热材料，同时，还需要综合考虑灯具的整体散热片外表热交换形式。在自然散热方面，可以在灯具的周边位置布设散热片，其中，薄的铝翅片应用较为广泛，能够有效增加灯具散热面积。另外，在灯具壳体外表面设置散热孔，使其与内部光源腔体直接联通，为灯具提供散热通道，避免封闭结构形式，也能够提升灯具散热效果，有效解决LED灯具散热问题，从而提升LED灯具的使用寿命。
2.5 产品人性化、艺术化
随着LED照明变革的不断深入，人们的照明理念也在逐渐发生变化，并且开始关注不同光色和亮度对于人们生理和心理所造成的影响。在人们的日常生活过程中，一般偏爱黄色光源或者暖色光源，对此，通过应用三基色原理，使得灯具的亮度、灰度、颜色能够调节变化，将传统照明的白光拓展为颜色丰富的光源。另外，LED灯具还朝着小体积方向发展，对光线进行有效控制，通过优化灯具外观设计，满足人们对于灯具审美观的要求。
3 基于单片机的LED灯自动调光系统设计
在单片机硬件系统的基础上，再配上相应的软件，才能构成一个完整的系统。用户软件的开发与系统硬件有着密切的关系。在系统的硬件及输入输出方法确定后,程序软件就可以完全独立的进行设计、开发。在本系统的设计过程中，总体设计采用自上至下的设计思想将主程序设计好，而在各个部分展开成从属程序或子程序时，是将各个小模块分别进行设计和编程，在编程的过程中又用到了结构程序设计的思想。本控制系统软件模块主要包括：系统死循环主程序、信号采集模块、无线通信模块、PWM调光驱动模块。常用的LED灯调光方式是PWM调光，这种方式是通过改变流过LED的电流时间和关断时间的比而改变其亮度。流过LED灯的电流是恒定的，而在关断时流过LED灯的电流是零。PWM调光是通过以人眼察觉不到的频率快速开关LED灯，为了人眼察觉不到，这个频率应该不小于100Hz。同时PWM调光有利于LED灯散热。在LED灯的驱动电路中可知，灯的亮灭实际上是单片机给出的方波来控制的，单片机发出PWM波之后，在T1间断内，三极管导通，使得LED灯点亮。相应的T2时段内为熄灭状态。因为PWM波形是一个周期性波形，也就意味着LED灯是不断地闪烁的。当这个周期T的值很小时，人眼就分辨不出灯光的闪烁。之所以能够调节LED灯的亮度是因为当占空比D不同时，在一个周期内灯亮的时常不一样，也就是说灯发出的光的总量是较多的，光强自然也就越高。也可以理解为占空比越高，施加在LED灯两端的平均电压也就越大，因此亮度越高。在程序上这点很容易实现，只需要建立延时电路即可。
结束语
本文设计是以R8C/25单片机为主控电路的控制芯片，通过与相关电路的结合，实现对LED灯的调光控制。系统的硬件电路一般采用简易和性价比高的芯片,使电路设计简化，降低成本，使系统的可推广性更强，同时节省了单片机的I/0口资源，使系统的进一步扩展有很大的空间。系统自动调光软件程序的实现采用分块模式去编写，将不必要的延时程序减少到最少，使系统的运行效率大大提高。系统的硬件及软件设计完成后进行了联合调试,调试结果表明系统可以完成预期目标进行自动调光，该设计可以大大节省电能资源。
参考文献
[1]瑞萨科技.R8C/24群、R8C/25硬件手册[J].瑞萨科技,2017.09:1.
[2]张波等,曹丰文,汪义旺.LED路灯驱动及职能调光系统的研究与设计[J].照明工程学报,2016,22(4):71-78.
论文作者:王坤
论文发表刊物:《防护工程》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/25
标签：灯具论文; 调光论文; 光源论文; 系统论文; 亮度论文; 单片机论文; 电能论文; 《防护工程》2018年第34期论文;