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(jiàn)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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)。
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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(shù)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。
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)
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
