LED控制系统在夜景照明中的应用分析

2022-01-12宋赛春

光源与照明 2021年6期

宋赛春

华建集团上海建筑设计研究院有限公司，上海 200041

0 引言

在社会经济高速发展的今天，城乡居民的生活水平与居住条件有了较大提升，人们更加注重生活的环境及品质，夜景照明及智能系统应运而生。工作人员在设计夜景照明效果的同时，采用了新型智能控制程序，利用该程序的内部优势适时优化了城市夜景照明的整体水平，给城市夜景照明带来了诸多便利，不仅适时缩减了城市管理中的人力、物力、财力，还有效防止了资源浪费的现象出现。

1 LED控制系统的内部构成

1.1 硬件设计

在研究LED控制系统的过程中，相关人员应明确该系统的内部构成，其包含照明装置、驱动电路、控制设备与传感器单元等。

在LED照明控制系统内，其硬件设计多作用在主控器件的设计中，主控器件内部的芯片功能为系统中的计算处理，在执行该项任务时需借助声控传感器、热红外传感器与强光传感器等。该类器械在获取接收命令后，要利用A/D转换完成初步加工，在处理完此类信号数据后实行D/A转换，再将其作用到显示电路与LED驱动电路内，使系统工作开展得更加顺利[1]。

1.2 软件设计

对于LED控制系统的软件设计，为较好地简化设计结构，相关人员在开展系统设计时应运用模块化思维，将主程序设置成核心功能模块，系统内部的各项功能则由子程序担当，在软件系统工作时，主程序与子程序可实行相互协调、相互影响[2]。

不同功能下的子模块应带有对应功能，信号输入模块则负责将传感器信号传输到单片机的信号通道内，在相关软件系统中将红外线探测器中的信号与声音传感器中的信号设定为布尔型数据，利用光强度探测体系将其产生的信号分成两种，即A/D数据转换与布尔值，再借用控制系统来完成灯具亮度的调节，依照周围环境的具体变化来调整LED系统的发光亮度，继而有效实现LED控制系统的智能照明。

2 LED控制系统在夜景照明工程中的实际应用

为促进城市夜景中的照明效果，研究人员将LED控制系统应用到城市夜景照明中，利用二者的融合达到应用效果。

具体来看，在夜景照明中使用LED控制系统，首先需明确城市夜景照明的主要内容。其可大致分为电气及信号两个方面。在当前的城市夜景照明内，人们越来越重视电气（照明）的系统设计，其中包括灯具类型选择、灯具合理布置、供配电系统、电气回路控制等；信号系统包括控制架构系统、信号控制回路等。在设计中应明确夜景照明设计的重难点，即运用适宜方式来优化夜景照明内容，达到较好的夜景照明效果。

2.1 供配电系统优化

在夜景照明配电设计中，规范要求供电半径不宜超过300 m，灯具端电压的偏差不宜高于其额定电压值的105%，也不宜低于其额定电压值的90%。在选择供电方式时，若遇到长距离供配电，夜景照明供电方式一般采用树干式供电（多级配电方式）（见图1）。由于末端三级分箱负载大，灯具数量多、分布广且品种复杂，带来较多隐患；且考虑到供电范围大，节点数量多时，若干线出现故障，影响范围特别大，供电可靠性降低。经过反复研究，在夜景照明中采用放射式供电效果更好（见图2）。放射式配电稳定性好，可靠性能高，更重要的是各用电节点相互不影响，不会产生连锁反应，故障发生后影响范围较小，而且切换操作方便，保护简单[3]。虽然增加了部分电缆线的数量，但是保证了整体灯光工程的安全、稳定与顺利进行。

图1 树干式供电接线图

图2 放射式供电接线图

2.2 电气回路控制优化

在配电系统中，线路远就意味着线路电阻大。当电流流过导线时在线阻上会变成热量而消耗一部分电量，同时形成线路压降，严重时会使负载供电电压降低至无法正常工作。在长距离传输中，压降对线路的影响是非常大的，照明线路长度越长，电阻较大，耗电较大。根据焦耳定律，消耗在线路上的电能和电阻成正比，所以线路电阻大，线路耗电就多[4]。这就是远距离照明多出的耗电。

在安装泛光照明装置前，相关人员应全面考量该类灯光对周边居民生活的影响，并通过多举措将影响缩减到最低。例如，在海泰住宅项目中，灯具供电管线不可经过相关住户区域，只能利用避难层来完成集中安装，通过电源线传输至照明装置。在这个项目中，唯一可贯通上、下多层的路径，只有外立面的竖向雨水管，沿雨水管下引敷设，传送到各层地漏阳台灯具。其向下供电的半径在12层左右，长度约为80 m。建筑外立面若想达到适宜的景观要求，只能沿雨水管敷设电气管方式实现，而电气管径需在63 mm左右。考虑到所有的信号管与电源都将沿这唯一路径敷设，这就要求同时利用信号与电源来控制照明系统，这时智能控制箱中信号与电源相结合的优势就得以展现。

在这个项目中运用了“铭濠”智能控制箱，利用信号与电源的融合来完成灯具照明的集中控制。电源及信号为5芯线传输，由三芯信号线及两芯电源线组合；灯具采用标准DMX512控制协议，其输出电压可在DC36 V左右，实现了远距离传输控制方案。单边供电供信号最高可达120 m，是超高层方案的首选，减少了前期布线和施工过程中复杂的接线，从而大幅降低了用工成本。

该方案有效解决供电信号的长度、设备数量等现实问题，利用信号与低压电源共管的形式来缩减安装成本，有效控制了保护管的整体数量，在实施过程中极大地简化了施工流程，降低了施工难度。这是配电系统在远距离传输上又一技术突破，是户外照明亮化的优势之选。

2.3 灯具优化选择

在城市夜景照明设计中LED灯具在实际运用时带有较大优势。对于LED控制系统的光源设计，可逐渐小型化，设计时可沿用此前与道路照明相关的灯具外壳，在该类灯具中的电路板上安设控制IC。该类设计较为简便，在实际应用时可获取合适的程序变化效果。该类照明会在较小区域内实行高密度控制，同时有效改善灯具的使用寿命。

在挑选灯具的过程中，相关人员应根据区域的大小与整体结构来科学设计LED控制系统的发光面积，尤其是在嵌入或明装时，需与幕墙外观的效果保持一致，促进光源与环境的统一性、和谐性。例如，在工程项目中相关人员选用发光地砖，在应用该产品前，工作人员需适时查看地面铺装石材的具体尺寸，确保产品设计尺寸与该项数值相符，在其模数达到相关要求的情况下，其模数规格根据该城市地面的实际规格而定。

在进行灯具的安装与设计时，还应依照LED光源的实际特征，将不同类型的LED光源混入相同的控制系统内，从而增加城市夜景照明系统的多功能、多造型设计，促进夜景照明的整体效果，使城市内部各项建筑的功能更为丰富，增加广大居民的愉悦感与舒适度。

2.4 信号控制系统

夜景灯光往往靠近城市居住区域，人群密集，所以必须加强夜景灯光工程的安全性与可靠性，避免发生意外事故。

信号控制系统平台包括GPS卫星导航系统、CLOUD ZBOXES系统以及集控中心，可以对视频媒体墙、道路照明装置、喷泉水景设备、集控终端、视频监控终端、舞美器材、体感外设、中控设备及拓展接口等进行控制（见图3）。

图3 控制系统架构示意图

完成灯具安装后，必须对灯具信号实行一定的控制，将节点网关、4G路由器、网络交换机、主控制器、分控制器、信号放大器等设备通过信号管线连接至灯具，形成控制回路，以有效控制不同灯具的灯光变化，确保整个照明系统的运行可靠。

在设计LED照明控制系统时，相关人员还应明确节能指标，详尽考察该系统的节能减排、绿色环保效果。一般来说，基于LED控制系统的夜景照明系统可有效实现照明节能，不过，对系统内部的其他装置也要实行节能控制。例如，相关人员可借用对传感电路的控制来完成其节能环保效果。从照明能耗的角度看，不但其内部光源会散发出较强的热与光，该照明控制系统都要利用电能来完成程序运转，且消耗大量能量，因而加强控制系统的节能较为重要，要利用LED控制搭建出适宜的智能控制体系，从而帮助夜景照明系统完成二次节能与多次节能。