LED作為新一代光源，具有低電壓、低功耗、體積小、響應快、無污染、高可靠性和長壽命等一系列特點。由于它產(chǎn)生的光譜中沒有紫外線和紅外線，因而沒有熱量和熱輻射，并可減少二氧化碳和其它室溫氣體的產(chǎn)生，因而被認為是一種符合環(huán)保和節(jié)能的真正意義上的綠色照明光源。白上世紀90年代以來，13本、美國、歐盟、韓國、中國臺灣等國家和地區(qū)紛紛推出半導體照明計劃，促進LED照明技術研發(fā)。與此同時，世界著名的照明光源廠商也積極介入，與半導體材料器件廠商聯(lián)盟，大力開拓LED照明市場。在眾多力量的推動下，LED照明技術與產(chǎn)業(yè)取得了日新月異的進步，逐漸進入人們的日常生活。

　　綠色照明是美國國家環(huán)保局于上個世紀90年代初提出的概念。完整的綠色照明內(nèi)包含高效節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適等4項指標。近年來綠色LED照明理念受到人們的關注。市場上也誕生了以LED為光源的各種類型、別具特色的產(chǎn)品。智能照明也逐漸受到大家的重視，特別是物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展。使得智能照明變得更加重要。智能照明不僅僅是指智能發(fā)光降低能耗，而且是涵蓋傳感、通訊、物聯(lián)網(wǎng)等多種現(xiàn)代化技術。本文討論智能綠色LED照明技術在通用照明、景觀照明和LED顯示屏中的運用以及微控制器、傳感器接口芯片、無線收發(fā)芯片和LED驅(qū)動芯片等微電子芯片在智能綠色LED照明中所發(fā)揮的作用。

　　1智能綠色LED照明技術

　　1.1智能LED照明技術

　　LED具有很好的可控性，由此可以開發(fā)出智能LED照明技術，智能LED照明技術通過外部傳感器和控制電路對LED進行實時監(jiān)控與跟蹤。自動平滑地調(diào)節(jié)LED發(fā)光的明暗和色彩，達到智能控制LED的目的。在智能控制軟件上，有完備的控制協(xié)議和控制方法，完善的人機接El，故障的自我診斷和提示：在硬件上，具有多種通信能力的手段。如無線、電力載波、可見光、紅外光。

　　智能LED照明技術具有如下優(yōu)點：

　　(1)控制智能化實現(xiàn)照明控制智能化，提高管理水平，減少維護費用;

　　(2)節(jié)能通過合理的管理，根據(jù)不同日期、不同時間、不同的照度，按照各個功能區(qū)域的運行情況預先進行光照度的設置;

　　(3)美化環(huán)境好的燈光設計可以營造出一種溫馨、舒適的環(huán)境，增添其藝術的魅力;

　　(4)延長燈具壽命大幅減少燈具無效照明時間，從而大大延長燈具壽命;

　　(5)照度的一致性采用光敏傳感器，可以達到室內(nèi)的光線保持恒定;

　　(6)與其它系統(tǒng)聯(lián)動智能照明可與其他系統(tǒng)聯(lián)動控制，例如BA系統(tǒng)，監(jiān)控報警系統(tǒng)、車庫刷卡系統(tǒng)。

　　1.2綠色LED照明技術

　　綠色LED照明是將科學的控制技術與LED燈具相結合，帶來巨大的經(jīng)濟效益，節(jié)約能源和資金;綠色LED照明會使人們得到高品質(zhì)的照明環(huán)境。有益身心健康，改善學習、工作、生活條件;同時帶來社會效益，減少空氣污染，保護環(huán)境，體現(xiàn)現(xiàn)代文明的光文化。綠色LED照明要求節(jié)約能源，但綠色照明不能簡單地停留在節(jié)能的水平上，而是要從更高層次去認識其深刻含義。同時滿足對照明質(zhì)量和視覺環(huán)境條件的更高要求。要通過照明工程系統(tǒng)設計關鍵環(huán)節(jié)。同時，要盡量減少LED生命周期內(nèi)的污染物排放，采用潔凈自然光源和綠色材料，并要避免光污染。

　　1.3智能綠色LED照明的網(wǎng)絡化控制

　　單個LED燈具即使采用智能綠色LED照明技術之后，也只是一個點，效果相對有限;如能實現(xiàn)多點LED燈具的網(wǎng)絡化控制，使之統(tǒng)一集中地照明管理控制，即由主控計算機對網(wǎng)絡內(nèi)的照明設備進行控制管理，并及時反饋給操作人員，對于充分發(fā)揮智能綠色LED照明技術優(yōu)勢與潛力有重要意義。

　　樓宇LED照明網(wǎng)絡控制方案，總控制器通過以太網(wǎng)連接到以太網(wǎng)接人器，以太網(wǎng)接入器端通過Zigbee無線網(wǎng)控制每個燈具，以模塊式的自動控制為主，手動控制為輔。圖2所示是景觀照明的智能網(wǎng)絡化控制.通過燈光場景實時控制服務器、燈光場景編輯工作站、開關燈及照明監(jiān)控工作站和配電柜測量控制節(jié)點與智能網(wǎng)橋通過TCP/IP以太網(wǎng)交換信息，實現(xiàn)智能控制，智能網(wǎng)橋再通過RS485總線傳輸控制信號到智能LED控制器，智能LED控制器再改變LED燈的開關、明暗和色彩。顯示屏的智能綠色控制如圖3所示，信息制作端和業(yè)務數(shù)據(jù)傳輸要顯示的信息到服務器，傳輸?shù)男畔⑼ㄟ^預覽審核之后，再將信息加密，通過專用內(nèi)網(wǎng)或者互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)絅多個LED顯示屏上，再通過信息解密將要顯示的內(nèi)容顯示在LED屏上。

　　2智能綠色LED照明技術的應用

　　2.1通用照明技術

　　據(jù)統(tǒng)計，照明在樓宇建筑電力能耗中占的比例達40%以上，大幅度的降低照明可以大大的節(jié)約能量。LED本身比傳統(tǒng)光源的效率高，是很好的綠色照明光源，再加上智能控制，可以做到更加節(jié)能。例如：中央調(diào)光控制：通過集中中央控制，調(diào)光、定時關閉LED;日光補償控制：充分利用自然光，降低LED照明時間和亮度;紅外線感應：人體紅外線感應器實現(xiàn)人來燈亮，人走燈滅;事件控制：通過特殊事件預編程，精確管理照明。

　　2.2景觀照明中的應用

　　景觀照明的目標是使景觀照明與景觀協(xié)調(diào)，因“景”制宜，因建筑特色制宜，達到美化環(huán)境的新水平。道路照明強調(diào)亮度，而景觀照明側(cè)重于環(huán)境的美化效果。智能綠色LED照明在景觀中的應用包括。

　　(1)自動開關燈為了節(jié)省電力，降低功耗，通過預先編制好的時間表來開關景觀照明，也可以通過光電傳感器檢測日光的照度值來控制開關燈，來達到無人值守，降低功耗的目的。

　　(2)動態(tài)自動調(diào)光智能控制系統(tǒng)通過網(wǎng)絡自動獲取當?shù)禺斕斓奶鞖馇闆r并根據(jù)當時的天氣對照明場景的色彩，亮度做出自動調(diào)整。比如在雨天或者霧天，照明控制系統(tǒng)自動增加燈的亮度。在寒冷冬天，照明系統(tǒng)增加光線中使人感到暖和的紅光的比例，在炎熱的夏天，照明系統(tǒng)增加光線中使人感到?jīng)鏊�的藍光的比例。

　　(3)綠色能源景觀照明系統(tǒng)通常包括不同的燈具，比如：LED埋地燈，LED地磚燈，LED草坪燈，勾勒建筑物輪廓的LED護欄管，裝飾植物的LED柔性燈帶以及LED顯示屏。其中前三類燈具功耗比較小，通常在10w以內(nèi)。可以用太陽能作為能源給蓄電池充電，晚問再給LED供電。

　　(4)故障智能診斷快速定位故障芯片所在位置方便維修，對處于異常工作狀態(tài)下的芯片，比如在芯片電流異常，燈具亮度過高或過低時及時報警。

　　(5)無線系統(tǒng)目前的景觀照明系統(tǒng)通常是對單一建筑物進行設計的，以光纖和雙絞線方式對各子系統(tǒng)進行控制。如果景觀面積很大，比如公園或住宅小區(qū)，需要通過無線局域網(wǎng)(WLAN)，WIFI，或者ZigBee技術和目前的靜態(tài)控制結合的方式，方便經(jīng)濟地把各子系統(tǒng)連接起來，進行統(tǒng)一控制。

　　2.3LED顯示屏中的應用

　　LED在顯示屏上具有獨特的優(yōu)勢，例如可視遠、亮度高、可視角大、功耗低和壽命長。實現(xiàn)綠色低功耗化途徑可以通過使顯示屏硬件低功耗化具體實現(xiàn)。

　　(1)繼續(xù)提高RGB三色LED管芯的發(fā)光效率，研究新的封裝結構或方式，提高取光效率，使器件達到同樣發(fā)光強度而所需電流減小，功耗降低。

　　(2)研發(fā)低導通電壓驅(qū)動芯片，為降低整屏工作電壓提供條件，例如顯示屏工作電壓從5v降低到4v，可節(jié)能20%。

　　(3)將同步整流等低功耗技術引入顯示屏開關電源當中，在降低輸出電壓的同時仍然能保持高效率。

　　(4)整屏的智能驅(qū)動控制技術對亮度進行控制，根據(jù)周圍環(huán)境光強自動控制顯示屏亮度，節(jié)能的同時可提高觀看舒適度。目前控制系統(tǒng)一般都有該功能，但實際應用效果不佳。難以進行無級調(diào)整或者會損害到顯示效果。有待加強此方面的研究：與監(jiān)控攝像頭、傳感器結合，采用圖像識別技術，在顯示屏服務范圍內(nèi)達到一定人流密度時才開機播放內(nèi)容，無觀眾或者觀眾人數(shù)過少時則自動關閉屏幕，達到節(jié)能目的。

　　3微電子芯片支撐技術

　　智能照明的實現(xiàn)需要微電子芯片技術,下面介紹幾類在智能照明中得到廣泛應用的微電子芯片。

　　3.1微控制器

　　微控制器已被廣泛應用以執(zhí)行多種智能LED驅(qū)動功能。通過盡量降低外圍器件數(shù)量和成本，或提供低成本單芯片方案，是智能綠色LED照明MCU研發(fā)的重點內(nèi)容。

　　筆者目前正在研究一款低功耗、16位RISC的微控制器，包含有一個模擬比較器和直接驅(qū)動一個LED的大電流I/O引腳。該微控制器不僅適用于電池供電設備、系統(tǒng)監(jiān)控以及白色家電等注重成本的應用。還適用于那些要求高性能和低功耗的應用。

　　3.2傳感器接口芯片

　　相對于傳統(tǒng)白熾燈與氣體放電光源，LED容易控制，非常適合與各類傳感器結合，實現(xiàn)智能控制，如使用傳感器來決定何時燈光應該打開、關掉或根據(jù)環(huán)境情況調(diào)整為合適的光亮。圖5所示是傳感器在智能綠色LED照明中應用圖，超聲波、紅外線、聲敏、微波傳感器接人外部信息，再傳給微處理器。傳感器在LED的應用中要解決的關鍵技術有：

　　(1)低功耗/微功耗的待機電源;

　　(2)有效的干擾濾波算法和智能化控制;

　　(3)微功耗傳感器模塊、微處理器、網(wǎng)絡通信模塊。

　　以上都需要新型低功耗Ic的支持，是芯片研究的主要內(nèi)容之一。

　　良好的傳感器接口芯片可以大大簡化傳感器系統(tǒng)的設計，使傳感器能直接接收輸人信號并執(zhí)行激勵、補償、限幅和線性化工作，并以工程單位(標準波特率)通過一對串行口輸出數(shù)據(jù)。由于絕大多數(shù)傳感器產(chǎn)生的是低電平微弱信號，因此它們對來自周圍環(huán)境中的干擾非常敏感，而且常常是非線性的，這就要求傳感器接口芯片首先對信號進行預處理(放大、濾波、線性化)。傳感器接口芯片主要由A/D轉(zhuǎn)換、多工器(MUX)、可編程增益放大器(PGA)、電壓基準(REFERENCE)、激勵源(EXCITATIONS)、嵌入式微處理器(MICROPROCESSOR)、存儲器(RAM、E2PROM)等單元組成。

　　3.3無線收發(fā)芯片

　　在現(xiàn)在LED顯示屏中，可以加入無線控制技術，通過用戶遠程輸人信息，再通過無線發(fā)射系統(tǒng)發(fā)送信號，在LED顯示屏終端接收發(fā)送過來的信號，再將信息顯示在LED顯示屏上，在這一系列控制中，關鍵是要開發(fā)無線收發(fā)芯片，為LED顯示屏在無線控制上提供可靠的技術保障。目前在LED路燈照明中.已將ZigBee無線技術運用于其中，結合嵌入式系統(tǒng)，針對城市路燈控制系統(tǒng)現(xiàn)狀和節(jié)能及精確控制的實際需求，提出的無線組網(wǎng)、單點控制解決方案。具備低功耗、遠距離、無線靈活組網(wǎng)、抗干擾、燈具故障自檢等優(yōu)點，可為廣大路燈控制設備廠商提供定制的無線配套產(chǎn)品。

　　3.4LED驅(qū)動芯片

　　LED照明是一個系統(tǒng)級的工程，包括LED燈珠、LED驅(qū)動電源、LED照明燈具等組成部分。LED驅(qū)動IC是LED驅(qū)動電源的核心，是實現(xiàn)LED照明必不可少的一部分。目前出臺的一些標準對于LED路燈電源功率因數(shù)和轉(zhuǎn)換效率有更高的要求。主要包括：在更寬的輸人電壓范圍內(nèi)能夠提供穩(wěn)定的輸出電壓，在全負載范圍內(nèi)能高效率工作，以及體積更小，功率密度更高等。

　　同時，LED照明驅(qū)動電路要求應用線路簡約也急需要新的拓撲結構的LED恒流驅(qū)動芯片.例如更加適合原邊控制技術、源極驅(qū)動技術的芯片。另外，在以往的LED驅(qū)動電路中存在電解電容器壽命和驅(qū)動電路元器件多等問題，電解電容器的存在影響了整個系統(tǒng)的整體壽命，元器件多使電路的成本增長。HvLED可以很好的解決上述問題，同時它具有導通電流小、工作電壓高、容易散熱和易于市電驅(qū)動等優(yōu)點。HVLED正在成為與LVLED并駕齊驅(qū)進入室內(nèi)照明海量市場有競爭力的新寵。研發(fā)專門針對HvLED的驅(qū)動芯片非常必要，有一款正在開發(fā)針對HVLED的恒流驅(qū)動芯片，可以根據(jù)輸入電壓的不同讓不同個數(shù)的LED分段點亮，使整個系統(tǒng)具有很好的功率因數(shù)，很好的效率和光效。整個應用電路簡潔無需電解電容器和電感器嘲。

　　4結束語

　　隨著未來幾年LED照明的增長與普及,LED的高效率將會降低整個地球的能源消耗和照明成本,LED也開啟了許多新的照明發(fā)展機遇。這些是普通燈具所不可能實現(xiàn)的，它將充分結合智能微控制器、傳感器來確保我們“聰明”地使用能源智能綠色LED照明的關鍵技術之一是集成電路芯片設計技術的不斷創(chuàng)新和發(fā)展。北京大學上海微電子研究院在智能綠色LED照明領域進行了深入研究，針對不同的應用場合研發(fā)了一系列專用集成電路和系統(tǒng)方案，涵蓋LED景觀/燈飾照明、室內(nèi)中小功率LED照明、戶外大功率LED照明、智能化控制網(wǎng)絡軟件與硬件研發(fā)等多個方面，爭取為智能綠色LED技術發(fā)展做出應有的貢獻。