LED控制系統在夜景照明中的應用分析

宋賽春

華建集團 上海建筑設計研究院有限公司，上海 200041

0 引言

在社會經濟高速發展的今天，城鄉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境及品質，夜景照明及智能系統應運而生。工作人員在設計夜景照明效果的同時，采用了新型智能控制程序，利用該程序的內部優勢適時優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的現象出現。

1 LED控制系統的內部構成

1.1 硬件設計

在研究LED控制系統的過程中，相關人員應明確該系統的內部構成，其包含照明裝置、驅動電路、控制設備與傳感器單元等。

在LED照明控制系統內，其硬件設計多作用在主控器件的設計中，主控器件內部的芯片功能為系統中的計算處理，在執行該項任務時需借助聲控傳感器、熱紅外傳感器與強光傳感器等。該類器械在獲取接收命令后，要利用A/D轉換完成初步加工，在處理完此類信號數據后實行D/A轉換，再將其作用到顯示電路與LED驅動電路內，使系統工作開展得更加順利[1]。

1.2 軟件設計

對于LED控制系統的軟件設計，為較好地簡化設計結構，相關人員在開展系統設計時應運用模塊化思維，將主程序設置成核心功能模塊，系統內部的各項功能則由子程序擔當，在軟件系統工作時，主程序與子程序可實行相互協調、相互影響[2]。

不同功能下的子模塊應帶有對應功能，信號輸入模塊則負責將傳感器信號傳輸到單片機的信號通道內，在相關軟件系統中將紅外線探測器中的信號與聲音傳感器中的信號設定為布爾型數據，利用光強度探測體系將其產生的信號分成兩種，即A/D數據轉換與布爾值，再借用控制系統來完成燈具亮度的調節，依照周圍環境的具體變化來調整LED系統的發光亮度，繼而有效實現LED控制系統的智能照明。

2 LED控制系統在夜景照明工程中的實際應用

為促進城市夜景中的照明效果，研究人員將LED控制系統應用到城市夜景照明中，利用二者的融合達到應用效果。

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

2.1 供配電系統優化

在夜景照明配電設計中，規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載大，燈具數量多、分布廣且品種復雜，帶來較多隱患；且考慮到供電范圍大，節點數量多時，若干線出現故障，影響范圍特別大，供電可靠性降低。經過反復研究，在夜景照明中采用放射式供電效果更好（見圖2）。放射式配電穩定性好，可靠性能高，更重要的是各用電節點相互不影響，不會產生連鎖反應，故障發生后影響范圍較小，而且切換操作方便，保護簡單[3]。雖然增加了部分電纜線的數量，但是保證了整體燈光工程的安全、穩定與順利進行。

圖1 樹干式供電接線圖

圖2 放射式供電接線圖

2.2 電氣回路控制優化

在配電系統中，線路遠就意味著線路電阻大。當電流流過導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，嚴重時會使負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]。這就是遠距離照明多出的耗電。

在安裝泛光照明裝置前，相關人員應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過相關住戶區域，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，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。建筑外立面若想達到適宜的景觀要求，只能沿雨水管敷設電氣管方式實現，而電氣管徑需在63 mm左右。考慮到所有的信號管與電源都將沿這唯一路徑敷設，這就要求同時利用信號與電源來控制照明系統，這時智能控制箱中信號與電源相結合的優勢就得以展現。

在這個項目中運用了“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；燈具采用標準DMX512控制協議，其輸出電壓可在DC36 V左右，實現了遠距離傳輸控制方案。單邊供電供信號最高可達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、設備數量等現實問題，利用信號與低壓電源共管的形式來縮減安裝成本，有效控制了保護管的整體數量，在實施過程中極大地簡化了施工流程，降低了施工難度。這是配電系統在遠距離傳輸上又一技術突破，是戶外照明亮化的優勢之選。

2.3 燈具優化選擇

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

在挑選燈具的過程中，相關人員應根據區域的大小與整體結構來科學設計LED控制系統的發光面積，尤其是在嵌入或明裝時，需與幕墻外觀的效果保持一致，促進光源與環境的統一性、和諧性。例如，在工程項目中相關人員選用發光地磚，在應用該產品前，工作人員需適時查看地面鋪裝石材的具體尺寸，確保產品設計尺寸與該項數值相符，在其模數達到相關要求的情況下，其模數規格根據該城市地面的實際規格而定。

在進行燈具的安裝與設計時，還應依照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內，從而增加城市夜景照明系統的多功能、多造型設計，促進夜景照明的整體效果，使城市內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

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

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

圖3 控制系統架構示意圖

完成燈具安裝后，必須對燈具信號實行一定的控制，將節點網關、4G路由器、網絡交換機、主控制器、分控制器、信號放大器等設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，確保整個照明系統的運行可靠。

在設計LED照明控制系統時，相關人員還應明確節能指標，詳盡考察該系統的節能減排、綠色環保效果。一般來說，基于LED控制系統的夜景照明系統可有效實現照明節能，不過，對系統內部的其他裝置也要實行節能控制。例如，相關人員可借用對傳感電路的控制來完成其節能環保效果。從照明能耗的角度看，不但其內部光源會散發出較強的熱與光，該照明控制系統都要利用電能來完成程序運轉，且消耗大量能量，因而加強控制系統的節能較為重要，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完成二次節能與多次節能。

3 LED控制系統在夜景照明工程中應用的要求

在明確城市夜景照明建設的主要內容后，還需對LED照明控制系統提出多項建設性要求。比如，在當前的夜景照明建設中加強整體布置，確保其能為相關建筑與城市創設出良好的光環境。其整體設計要具備科學性、合理性、實用性，在保障整個系統運行的基礎上，還需要兼顧綠色、節能、安全及維修方便等。

4 總結

綜上所述，在當前的城市設計與建設中，良好的照明系統較為重要，相關人員在設計夜景照明系統期間，需靈活運用LED控制裝置，將其內部的多項功能應用到夜景照明中。實踐表明，在科學使用光源能源后，不但有效縮減了資源能源的浪費，還給人民群眾的生活活動帶來極大便利。