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。LED目(mu)前(qian)的(de)成(cheng)本(ben)遠(yuan)遠(yuan)高(gao)於(yu)現(xian)有(you)照(zhao)明(ming)方(fang)案(an)。節(jie)能(neng)往(wang)往(wang)不(bu)足(zu)以(yi)說(shuo)服(fu)價(jia)格(ge)敏(min)感(gan)的(de)企(qi)業(ye)和(he)消(xiao)費(fei)者(zhe)購(gou)買(mai)較(jiao)貴(gui)的(de)產(chan)品(pin)。隨(sui)著(zhe)時(shi)間(jian)推(tui)移(yi)，大(da)規(gui)模(mo)生(sheng)產(chan)可(ke)能(neng)會(hui)降(jiang)低(di)價(jia)格(ge)，但(dan)成(cheng)本(ben)是(shi)否(fou)能(neng)夠(gou)降(jiang)得(de)足(zu)夠(gou)低(di)
，降(jiang)價(jia)速(su)度(du)是(shi)否(fou)滿(man)足(zu)用(yong)戶(hu)的(de)預(yu)期(qi)？這(zhe)些(xie)都(dou)是(shi)不(bu)確(que)定(ding)因(yin)素(su)
，有(you)待(dai)商(shang)榷(que)。當(dang)然(ran)，這(zhe)些(xie)問(wen)題(ti)也(ye)超(chao)出(chu)了(le)本(ben)文(wen)的(de)討(tao)論(lun)範(fan)圍(wei)。假(jia)如(ru)我(wo)們(men)隨(sui)便(bian)找(zhao)兩(liang)家(jia)五(wu)金(jin)店(dian)
，嚐(chang)試(shi)尋(xun)找(zhao)相(xiang)同(tong)的(de)LEDdeng，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、室shi內nei停ting車che場chang等deng由you於yu物wu理li位wei置zhi或huo建jian築zhu牆qiang壁bi的de原yuan因yin而er無wu法fa使shi用yong自zi然ran光guang的de環huan境jing。所suo有you通tong信xin引yin用yong中zhong，可ke靠kao性xing是shi關guan鍵jian所suo在zai。如ru果guo通tong信xin發fa生sheng故gu障zhang，係xi統tong就jiu毫hao無wu益yi處chu。
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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
、weihuhuogenghuan。haowuyiwen
，xuduozhaomingdengchuyunanyichujidequyu，youhuaweihukejieshengfeiyong。weishengchengzhinengdianwangzhongdeyouyongshuju，diannengceliangshejibixuzaijiaokuandedianliufanweibaochigaojingduceliang。bujinruci，xianzhihuoxiaochuxiaozhunshijianyehuijiangdizongtixitongchengben。tu4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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