第二章數(shù)字化半導(dǎo)體照明的前世今生

摘要

隨著半導(dǎo)體照明技術(shù)的飛速發(fā)展，半導(dǎo)體照明應(yīng)用已進(jìn)入到數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的時(shí)代，照明領(lǐng)域的數(shù)字化和遠(yuǎn)程監(jiān)控需求越來(lái)越明確，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和遠(yuǎn)程監(jiān)控已經(jīng)成為照明技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)配置。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化 半導(dǎo)體照明 數(shù)字化城市 半導(dǎo)體照明工程

一、塑造光

(一)自然光與塑造光

光的來(lái)源，有自然光和塑造光。

自然光：自然界存在的可見光，不借助人類任何輔助工具，由自然現(xiàn)象發(fā)出的光源，自然光只能選擇等待，而不能借助物質(zhì)工具進(jìn)行改變。如陽(yáng)光、火光、雷電的閃光，通常由高溫產(chǎn)生，光譜范圍廣。

塑造光：人類在發(fā)展歷程中，利用各種物質(zhì)所具有的特性，借助物質(zhì)自身屬性，由人工設(shè)計(jì)制造的儀器、設(shè)備產(chǎn)生的光，例如：日光燈的光、激光及LED燈具發(fā)出的光。

自然光和塑造光在本質(zhì)上是具有區(qū)別的：

1、可變性

自然光最重要一個(gè)本質(zhì)特征即是認(rèn)為不可變性，自然光的強(qiáng)度和方向是不能任意調(diào)節(jié)和控制的，只能根據(jù)自然現(xiàn)象被動(dòng)適應(yīng)，而塑造光則是可以根據(jù)人類不同需求，隨時(shí)可以進(jìn)行變動(dòng)，如選擇與不選擇，選擇什么樣的塑造光，選擇什么強(qiáng)度的塑造光，什么時(shí)候選擇等。

2、實(shí)現(xiàn)功能不同

自然光因具有不因人類意志而變動(dòng)的特性，人為無(wú)法進(jìn)行定制和管理，因此只能滿足人們單一的照明需求，而塑造光則是能根據(jù)不同領(lǐng)域、不同環(huán)境、不同使用主體，滿足人們不同需求，能滿足人們除單一的照明需求外的多樣化需求。

(二)人類、時(shí)代、社會(huì)對(duì)光的需求

1、不同的主體、不同的領(lǐng)域、不同的環(huán)境各自有著不同的需求。

無(wú)形的光是萬(wàn)事萬(wàn)物存在的基礎(chǔ)，一切視覺(jué)的存在都仰仗光線的照射。不同的主體、不同的領(lǐng)域、不同的環(huán)境各自有著不同的需求。

光是一種非物質(zhì)的存在，無(wú)法直接看到卻能夠照亮物體。光的形態(tài)大致上是通過(guò)照明工具或者發(fā)光體來(lái)塑造的。

2、光塑造→光品質(zhì)的呈現(xiàn)→光需求的形成

塑造光的形態(tài)：

(1)通過(guò)界面的形態(tài)塑造光的形態(tài)，即間接照明

(2)燈具塑造的光的形態(tài)

(3)發(fā)光體塑造光的形態(tài)

光品質(zhì)的呈現(xiàn)：

(1)間接照明的特點(diǎn)是光線均勻柔和、層次感強(qiáng)、不刺眼、無(wú)眩光，沒(méi)有明顯的陰影，有很好的表現(xiàn)力，擅長(zhǎng)營(yíng)造一種安靜平和的環(huán)境。

(2)燈具發(fā)出的光分為集中光和漫射光兩種

集中光的特點(diǎn)是光線明確的匯集成一束，照射方向明確，光的穿透力比較強(qiáng)，照在物體上容易產(chǎn)生強(qiáng)烈的反光。集中光主要表現(xiàn)為寬窄不同的各種光束，光束邊緣區(qū)域亮度衰減劇烈，因此集中光大多具有清晰的輪廓和明確的形態(tài)。

漫射光的特點(diǎn)是光線分散，照射方向不明確，亮度均勻柔和，照在物體上不容易產(chǎn)生強(qiáng)烈的反光。漫射光束邊緣區(qū)域亮度衰減柔和，光的輪廓線和形態(tài)都不是很清晰。

集中光輪廓鮮明的光束是一種非常有視覺(jué)沖擊力的設(shè)計(jì)元素，漫射光均勻柔和的光線是一種溫和的設(shè)計(jì)元素，兩者都具有豐富的藝術(shù)表現(xiàn)力。

(3)通過(guò)發(fā)光體的造型塑造具有獨(dú)特魅力的光的形態(tài)

發(fā)光體的設(shè)計(jì)重在形體的藝術(shù)性與光的表現(xiàn)力的統(tǒng)一，通過(guò)發(fā)光體的造型塑造具有獨(dú)特魅力的光的形態(tài)，或者通過(guò)光的材料加強(qiáng)發(fā)光體造型的藝術(shù)性。

二、數(shù)字化照明的前身——功能性照明

功能性照明就是用于實(shí)現(xiàn)某種具體作用的照明，比如室內(nèi)照明、道路照明、應(yīng)急照明等都屬于功能性照明。根據(jù)照明的對(duì)象、目的、要求不同，所采用的光源燈具亦有所不同。

(一)電光源的發(fā)展過(guò)程

第一代和第二代電光源共有的特征是能耗較大、壽命較短，并且由于自身的技術(shù)缺陷，無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制，現(xiàn)已被逐步淘汰。

第三代電光源半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)在較大的驅(qū)動(dòng)電流范圍內(nèi)仍能維持其流明效率和光色參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)照明的數(shù)字化控制。

(二)完整的半導(dǎo)體功能性照明

完整的半導(dǎo)體功能性照明應(yīng)是數(shù)字化的，無(wú)論在色彩表現(xiàn)能力、燈光控制能力、環(huán)保節(jié)能等環(huán)節(jié)，還是在工況監(jiān)測(cè)的先進(jìn)程度、維護(hù)體系的方便程度上，均比傳統(tǒng)的白熾燈、熒光燈、金鹵燈等具有明顯的優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)高水平、高質(zhì)量和高效節(jié)能的照明效果，全新的數(shù)字化照明必將給人類的照明觀念和照明應(yīng)用帶來(lái)一場(chǎng)新的革命。

三、什么是數(shù)字化半導(dǎo)體照明

隨著半導(dǎo)體照明技術(shù)的飛速發(fā)展，半導(dǎo)體照明應(yīng)用已進(jìn)入到數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的時(shí)代，照明領(lǐng)域的數(shù)字化和遠(yuǎn)程監(jiān)控需求越來(lái)越明確，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和遠(yuǎn)程監(jiān)控已經(jīng)成為照明技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)配置。

數(shù)字化半導(dǎo)體LED照明，是將單片微型計(jì)算機(jī)(Single-Chip Microcomputer，又稱微控制器(Microcontroller)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、大型海量數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)集成應(yīng)用于半導(dǎo)體LED照明系統(tǒng)。通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)遠(yuǎn)程對(duì)照明區(qū)域的燈具用能、燈具的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行環(huán)境(如電網(wǎng)參數(shù)、環(huán)境溫濕度等)進(jìn)行實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)，提供運(yùn)行狀態(tài)異常警告，同時(shí)可以使管理者可以分區(qū)分片地控制燈具的開關(guān)。

數(shù)字化半導(dǎo)體LED照明燈具通過(guò)RS485接口對(duì)外部網(wǎng)絡(luò)上的管理軟件系統(tǒng)提供燈具自身的運(yùn)行參數(shù)，如電壓、電流、溫度、照度等數(shù)據(jù)，還能提供燈具的環(huán)境溫度和環(huán)境濕度，并能夠通過(guò)RS485網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)絡(luò)接收管理者的命令來(lái)開關(guān)燈具。以便于管理者通過(guò)管理系統(tǒng)軟件了解照明系統(tǒng)的運(yùn)行情況和控制燈具的開關(guān)。

四、數(shù)字化半導(dǎo)體照明基本原理

(一)數(shù)字化半導(dǎo)體LED照明的硬件整體構(gòu)架

這個(gè)照明系統(tǒng)數(shù)控網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)系統(tǒng)框架采用三層結(jié)構(gòu)：服務(wù)器層、通訊設(shè)備層、監(jiān)控采集設(shè)備層。

服務(wù)器層與通訊設(shè)備層采用百兆以太網(wǎng)互聯(lián)。監(jiān)控采集設(shè)備層與通訊設(shè)備層采用工業(yè)RS485網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。[!--empirenews.page--]

服務(wù)器層與通訊設(shè)備層主要設(shè)備為：工業(yè)控制機(jī)、百兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。

監(jiān)控采集設(shè)備層主要設(shè)備有：三相電子式有功電能表、智能型萬(wàn)能式斷路器、數(shù)字化LED照明燈具。

(二)數(shù)字化半導(dǎo)體LED照明燈具

數(shù)字化半導(dǎo)體照明燈是一種新穎的LED燈具，它可以對(duì)外通過(guò)RS485端口提供燈具自身的運(yùn)行參數(shù)，如電壓、電流、照度、溫度等數(shù)據(jù)，還能提供燈具的環(huán)境溫度和環(huán)境濕度，并能夠通過(guò)RS485端口接收管理者的命令來(lái)開關(guān)燈具。以便管理者通過(guò)管理軟件系統(tǒng)可以了解燈具的運(yùn)行情況和控制燈具的開關(guān)。

數(shù)字化半導(dǎo)體LED照明燈具硬件框圖

(三)數(shù)字化半導(dǎo)體LED照明的計(jì)算機(jī)軟件管理子系統(tǒng)構(gòu)架

數(shù)字化半導(dǎo)體LED照明的計(jì)算機(jī)軟件管理子系統(tǒng)使用Sql Server大型數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，前臺(tái)數(shù)據(jù)顯示和后臺(tái)數(shù)據(jù)采集開發(fā)編程軟件采用Micsoft Visio Net (C#)，以事件驅(qū)動(dòng)模式和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)照明區(qū)域每層照明電路進(jìn)行分層、分時(shí)智能控制，對(duì)照明區(qū)域每層照明系統(tǒng)進(jìn)行在線用能監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)照明設(shè)備運(yùn)行工況。

管理軟件平臺(tái)功能

1、運(yùn)行設(shè)置功能

軟件平臺(tái)提供系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)置功能，可設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行智能LED燈具的信息(編號(hào)、安裝位置、額定電壓電流)、報(bào)警的電壓、電流、溫度的極限值、監(jiān)控串行口設(shè)置、數(shù)字用能計(jì)量設(shè)備的地址測(cè)試與設(shè)置、手動(dòng)控制/自動(dòng)控制程控智能斷路器切換等。

2、運(yùn)行監(jiān)控界面

軟件平臺(tái)提供運(yùn)行監(jiān)控界面，開啟/停止監(jiān)控，顯示當(dāng)前用能數(shù)據(jù)、各智能LED燈具的運(yùn)行參數(shù)(電壓、電流、照度、功率等)，單控/群控等功能。

3、報(bào)警記錄

軟件平臺(tái)提供報(bào)警記錄，記錄系統(tǒng)中過(guò)壓、過(guò)流、欠壓、高溫等報(bào)警記錄。

4、運(yùn)行曲線

軟件平臺(tái)提供現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的24小時(shí)或以前運(yùn)行曲線，如：用能曲線、溫度曲線、電壓曲線、電流曲線、環(huán)境溫度曲線、環(huán)境濕度曲線等。

5、程控智能斷路器控制

軟件平臺(tái)提供程控智能斷路器的控制界面，采用冗余多路控制、二次確認(rèn)等控制手法，以保證燈具的遠(yuǎn)程開關(guān)的可靠性。并同時(shí)具備自動(dòng)與手動(dòng)切換功能。

6、自動(dòng)報(bào)表

軟件平臺(tái)提供自動(dòng)報(bào)表功能，能自動(dòng)定時(shí)或隨時(shí)打印報(bào)警報(bào)表、運(yùn)行報(bào)表等。

7、用能計(jì)量

顯示數(shù)字用能計(jì)量設(shè)備采集到的電壓、電流、電能計(jì)量，并提供相關(guān)電網(wǎng)24小時(shí)或以前運(yùn)行電壓曲線、電流曲線、用能曲線。

五、與傳統(tǒng)照明的區(qū)別

(一)照明節(jié)能技術(shù)的革新

數(shù)字化半導(dǎo)體LED照明的優(yōu)點(diǎn)是：

高節(jié)能：節(jié)能能源無(wú)污染即為環(huán)保。直流驅(qū)動(dòng)，超低功耗(單管0.03-0.06瓦)電光功率轉(zhuǎn)換接近100%，相同照明效果比傳統(tǒng)光源節(jié)能80%以上。

壽命長(zhǎng)：LED光源被稱為長(zhǎng)壽燈，意為永不熄滅的燈。固體冷光源，環(huán)氧樹脂封裝，燈體內(nèi)也沒(méi)有松動(dòng)的部分，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰等缺點(diǎn)，使用壽命可達(dá)6萬(wàn)到10萬(wàn)小時(shí)，比傳統(tǒng)光源壽命長(zhǎng)10倍以上。

色彩多樣：LED光源可利用紅、綠、藍(lán)三基色原理，在計(jì)算機(jī)技術(shù)控制下使三種顏色具有256級(jí)灰度并任意混合，即可產(chǎn)生256×256×256=16777216種顏色，形成不同光色的組合變化多端，實(shí)現(xiàn)豐富多彩的動(dòng)態(tài)變化效果及各種圖像。

利環(huán)保：環(huán)保效益更佳，光譜中沒(méi)有紫外線和紅外線，既沒(méi)有熱量，也沒(méi)有輻射，眩光小，而且廢棄物可回收，沒(méi)有污染不含汞元素，冷光源，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源。

高新技術(shù)、尖端技術(shù)：與傳統(tǒng)光源單調(diào)的發(fā)光效果相比，LED光源是低壓微電子產(chǎn)品，成功融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、圖像處理技術(shù)、嵌入式控制技術(shù)等，所以亦是數(shù)字信息化產(chǎn)品，是半導(dǎo)體光電器件“高新尖”技術(shù)，具有在線編程，無(wú)限升級(jí)，靈活多變的特點(diǎn)。

傳統(tǒng)照明改為數(shù)字化半導(dǎo)體LED照明，改造后的節(jié)能率可達(dá)60%以上。

(二)管理手段的革新

傳統(tǒng)照明情況下，照明系統(tǒng)用能需要人工讀表，管理者對(duì)照明系統(tǒng)的用能實(shí)時(shí)情況掌握不及時(shí)、不直觀。

傳統(tǒng)照明情況下，管理者無(wú)法了解照明系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如電網(wǎng)參數(shù)(實(shí)時(shí)電壓、實(shí)時(shí)電流、實(shí)時(shí)功率等)。

傳統(tǒng)照明情況下，管理者無(wú)法了解燈具的運(yùn)行狀態(tài)，如燈具具體用能情況、電壓、電流、光照、溫度、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度等情況。

數(shù)字化半導(dǎo)體LED照明，增加了電能計(jì)量設(shè)備，改變了傳統(tǒng)照明情況下對(duì)燈具照明能耗無(wú)計(jì)量系統(tǒng)的現(xiàn)狀，并通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將能耗狀態(tài)永久存儲(chǔ)，以備管理查詢。

同時(shí)利用智能電路控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行了統(tǒng)一的綠色運(yùn)營(yíng)管理，定時(shí)/分區(qū)/分片進(jìn)行計(jì)算機(jī)自動(dòng)管理模式或在特殊情況下人工手動(dòng)管理模式，在自動(dòng)管理模式下，達(dá)到有效控制節(jié)能效果，減少不必要的電能消耗。

利用安徽云龍科技有限公司的專利產(chǎn)品數(shù)字化LED照明燈具對(duì)特定區(qū)域內(nèi)燈具的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，以點(diǎn)觀面，管中窺豹，從而推測(cè)其他大量燈具的運(yùn)行狀態(tài)。

綜上所述，數(shù)字化半導(dǎo)體LED照明提高了照明系統(tǒng)的現(xiàn)代化管理水平，在“節(jié)能”、“低碳”、“減排”方面突出了LED節(jié)能低碳照明技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)給照明系統(tǒng)的現(xiàn)代化管理帶來(lái)變革，真正帶來(lái)良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

[!--empirenews.page--]目錄

第一章 我國(guó)“新四化”建設(shè)呼喚數(shù)字化城市

一、我國(guó)發(fā)展數(shù)字化半導(dǎo)體照明背景

二、發(fā)展數(shù)字化城市的指導(dǎo)思想

三、數(shù)字化半導(dǎo)體照明與當(dāng)下中國(guó)政府政策

第二章 數(shù)字化半導(dǎo)體照明的前世今生

一、塑造光

二、數(shù)字化照明的前身—功能性照明

三、什么是數(shù)字化半導(dǎo)體照明

四、數(shù)字化半導(dǎo)體照明基本原理

五、數(shù)字化半導(dǎo)體照明與傳統(tǒng)照明的區(qū)別

第三章 數(shù)字化半導(dǎo)體照明的的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

一、數(shù)字化半導(dǎo)體照明的優(yōu)特點(diǎn)

二、數(shù)字化半導(dǎo)體照明的應(yīng)用效果

三、數(shù)字化半導(dǎo)體照明的先進(jìn)性

第四章 數(shù)字化半導(dǎo)體照明在中國(guó)

一、數(shù)字化半導(dǎo)體照明市場(chǎng)需求結(jié)構(gòu)及分析

二、數(shù)字化半導(dǎo)體照明在促進(jìn)照明行業(yè)發(fā)展的功用

三、數(shù)字化半導(dǎo)體照明在中國(guó)的發(fā)展及應(yīng)用狀況

四、數(shù)字化半導(dǎo)體照明在發(fā)展過(guò)程中存在的問(wèn)題及建議

第五章 數(shù)字化半導(dǎo)體照明在安徽

一、安徽是數(shù)字化半導(dǎo)體照明的發(fā)源地

二、安徽政府對(duì)發(fā)展數(shù)字化半導(dǎo)體照明的大力支持

三、安徽發(fā)展數(shù)字化半導(dǎo)體照明的先天優(yōu)勢(shì)

[!--empirenews.page--]第六章 數(shù)字化半導(dǎo)體照明與數(shù)字化城市

一、數(shù)字化城市的概念與構(gòu)成

二、數(shù)字化半導(dǎo)體照明是數(shù)字化城市的重要組成部分

三、數(shù)字化半導(dǎo)體照明的先導(dǎo)作用

第七章 數(shù)字化半導(dǎo)體照明與節(jié)能減排

一、照明節(jié)能與節(jié)能減排的重要意義

二、數(shù)字化半導(dǎo)體照明對(duì)節(jié)能減排的重要作用

第八章 數(shù)字化半導(dǎo)體照明經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益分析

一、 經(jīng)濟(jì)效益分析

二、社會(huì)效益分析(拉動(dòng)、帶動(dòng)作用)

第九章 數(shù)字化半導(dǎo)體照明的發(fā)展前景

一、發(fā)展前景

二、應(yīng)用范圍及空間

第十章 數(shù)字化半導(dǎo)體照明的成長(zhǎng)過(guò)程

一、發(fā)展階段與過(guò)程

二、經(jīng)歷與認(rèn)證

第十一章 數(shù)字化半導(dǎo)體照明作者

第十二章 講述作者背后的故事