霓虹燈與LED應用于裝飾照明方面的比較

摘要：近幾年來，隨著新材料、新工藝的不斷發(fā)現(xiàn)和應用，發(fā)光二極管的發(fā)光強度有了很大的提高，發(fā)光效率也超過了白熾燈，隨著LED亮度的不斷提高，特別是超高亮度的LED的出現(xiàn)，使得其應用領(lǐng)域得到進一步的拓寬，從傳統(tǒng)的用作儀表信號指示，發(fā)展到廣泛應用于交通信號燈、汽車燈、室內(nèi)外裝飾照明、手機背光源、顯示屏等領(lǐng)域 ，并正向通用照明領(lǐng)域深入。

　　一、引言

　　近幾年來，隨著新材料、新工藝的不斷發(fā)現(xiàn)和應用，發(fā)光二極管的發(fā)光強度有了很大的提高，發(fā)光效率也超過了白熾燈，隨著LED亮度的不斷提高，特別是超高亮度的LED的出現(xiàn)，使得其應用領(lǐng)域得到進一步的拓寬，從傳統(tǒng)的用作儀表信號指示，發(fā)展到廣泛應用于交通信號燈、汽車燈、室內(nèi)外裝飾照明、手機背光源、顯示屏等領(lǐng)域 ，并正向通用照明領(lǐng)域深入。作為半導體照明領(lǐng)域的一部分，城市景觀照明及室內(nèi)外裝飾照明的霓虹燈具必將逐步被具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、可靠性高及可實現(xiàn)全彩變化的LED燈具所取代。目前，在裝飾照明領(lǐng)域中用LED制作的各類燈具由正被逐步推廣，預計在不久的將來會單獨形成一種產(chǎn)業(yè)。

　　二、全彩LED裝飾照明系統(tǒng)構(gòu)架

　　一個大型的廣場、舞臺、標志性建筑物或大型室內(nèi)全彩LED裝飾照明系統(tǒng)一般是由一臺微型計算機集中控制，通過微型計算機將控制信號傳遞給多個全彩LED裝飾照明標準子系統(tǒng)(一個標準子系統(tǒng)由單片機控制/驅(qū)動模塊及多只全彩LED燈具組成)，通過子系統(tǒng)單片機的控制/驅(qū)動模塊驅(qū)動各組LED燈具。通過在微型計算機上用軟件進行不同的設(shè)定，就可以使整個裝飾照明系統(tǒng)達到所預期的燈光效果或顯示不同的文字或圖案。大型全彩LED裝飾照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如下圖1所示。

　　1、標準子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　一個標準的全彩LED裝飾照明子系統(tǒng)的構(gòu)架如圖1中虛線框所示。它是由標準的控制/驅(qū)動模塊與其所驅(qū)動的多只可實現(xiàn)全彩變化的LED燈具組成，其既可單獨作為一個小型的裝飾照明系統(tǒng)，用于小型的裝飾照明場所，也可用多個標準子系統(tǒng)組合并通過中央控制器的控制，組成適用于不同場所、顯示預期圖形或文字并可實現(xiàn)全彩變化的大型裝飾照明光源系統(tǒng)。全彩LED裝飾照明標準子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如下圖2所示。

　　由此可見，它主要由以下幾部分組成：

　　(1)CPU控制模塊

　　主要由CPU微處理器、與上位機的標準通信接口、與顯示驅(qū)動模塊的標準通信接口及環(huán)境光強檢測模塊組成一個標準的控制模塊硬件結(jié)構(gòu)，通過編制不同的軟件，即可用于不同的場所。

　　CPU微處理器：可采用51系列單片機作微控制器，微控制器既可通過標準通信接口與上位機相連，接收并處理上位機所發(fā)送的控制信號與數(shù)據(jù)，也可利用本微控制器內(nèi)所貯存的控制程序與數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)輸出線向LED燈具驅(qū)動模塊發(fā)送控制信號及數(shù)據(jù)。

　　環(huán)境光強檢測模塊：該模塊主要將檢測到的環(huán)境光強的數(shù)據(jù)傳輸給微控制器，微控制根據(jù)環(huán)境光強的不同，自動調(diào)節(jié)燈具的發(fā)光強度。

　　與上位機(微型計算機)及與顯示驅(qū)動模塊的接口：可采用標準的RS232、RS422AK或RS485通信接口。

　　(2)顯示驅(qū)動模塊

　　顯示驅(qū)動模塊組是由多只結(jié)構(gòu)相同的標準LED全彩燈具驅(qū)動模塊組成，每一個標準驅(qū)動模塊驅(qū)動一只全彩LED燈具。根據(jù)子系統(tǒng)不同的使用場合所需LED燈具的數(shù)量來確定所需的驅(qū)動模塊的數(shù)量。每一個標準驅(qū)動模塊通過標準接口接收微控制器所發(fā)送的控制信號及R/G/B色彩變化信號，經(jīng)處理后通過標準接口(可做成標準的四芯接口，包括三根G/G/B驅(qū)動線及一根公共電源線)驅(qū)動全彩LED燈具顯示設(shè)定的狀態(tài)和顏色。

　　(3)AC/DC電源轉(zhuǎn)換模塊

　　主要為整個控制子系統(tǒng)提供工作電源及為驅(qū)動多只全彩LED燈具提供工作電源。該模塊可以像開關(guān)電源一樣做成不同功率大小的標準模塊。該模塊需有較高的電源轉(zhuǎn)換效率，以確保達到較好的節(jié)能效果。

　　(4)由R/G/B三基色LED組成的可實現(xiàn)全彩變化的LED燈具。

　　每一只全彩LED燈具通過標準接口及連接線與驅(qū)動模塊相連。LED燈具由若干組發(fā)光單元構(gòu)成，每個發(fā)光單元包含有一只紅色LED、一綠色LED、一只藍色 LED，通過對發(fā)光單元合理進行排布，就可實現(xiàn)全彩變化。根據(jù)不同的使用場合，可選擇不同數(shù)量及不同結(jié)構(gòu)的LED燈具。

　　2、工作原理

　　通過內(nèi)置于微控制器中的控制程序，由微控制器向全彩LED燈具驅(qū)動模塊發(fā)送控制信號和數(shù)據(jù)，驅(qū)動模塊根據(jù)控制信號和數(shù)據(jù)的要求，產(chǎn)生相應的動作，從而對每一只由R、G、B三基色LED組成的全彩LED燈具實現(xiàn)單獨的控制。若微控制器連續(xù)地向各LED顯示驅(qū)動模塊不斷發(fā)送控制信號和數(shù)據(jù)，使各LED燈具受到連續(xù)的協(xié)調(diào)控制，可使整體燈飾產(chǎn)生各種顏色、多種變化的動態(tài)顯示效果。

　　一個大型的城市亮化、室內(nèi)外裝飾照明及景觀照明工程或大型廣告顯示系統(tǒng)可采用多個標準的全彩LED裝飾照明子系統(tǒng)組合，每個標準子系統(tǒng)通過標準通信接口與上位機(微型計算機)連接，組合成一個大的系統(tǒng)，在微型計算機上利用相關(guān)軟件編輯好不同的顯示程序，并通過信號線傳輸給各子系統(tǒng)，就可使各子系統(tǒng)按規(guī)定的程序工作，從而使整個大型系統(tǒng)顯示預定的圖型、文字及色彩。

　　三、全彩LED裝飾照明系統(tǒng)的應用前景

　　隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展和人民物質(zhì)生活質(zhì)量的提高，人們對于居住的城市的環(huán)境要求越來越高，“白天需要綠常色。晚上需要燈光”。尤其是城市夜晚的景觀燈光，已成為一個重要的部分。城市夜晚的燈光，已從早期的簡單照明正在演變?yōu)槌鞘幸雇淼木坝^照明。這就是說，城市燈光正在從照明向著多姿多彩的動態(tài)效果演變，燈光的亮麗與否，已成為城市夜晚一道靚麗風景線。

　　城市景觀燈光這一時代特征，極大地刺激著照明工業(yè)，人們在不遺余力尋找高效節(jié)能，長壽命低維護，環(huán)保型無污染，多色彩的新穎光源，來取代傳統(tǒng)的白熾燈和充氣光源。這就給LED光源帶來機遇，LED作為半導體固體“冷”光源，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、可靠性高及易于控制等特點點，正好符合上述要求。用LED 制作的各類照明燈具現(xiàn)已進入裝飾照明領(lǐng)域并逐步取代現(xiàn)有的熒光燈及白熾燈。本系統(tǒng)正是利用了LED的易于控制及可實現(xiàn)全彩變化的特點，設(shè)想通過將照明光源、燈具及控制系統(tǒng)各部件形成標準化、系列化產(chǎn)品，并根據(jù)所使用的場合不同而方便地將各標準組件時行組合，形成所需的全彩LED裝飾照明系統(tǒng)。該系統(tǒng)可廣泛應用于城市亮化及景觀照明系統(tǒng)工程、大型廣告顯示系統(tǒng)、室內(nèi)外裝飾照明及大型舞臺的燈光系統(tǒng)等領(lǐng)域，因此具有廣闊的市場前景。隨著LED技術(shù)的不斷進步與發(fā)展，其產(chǎn)品成本將變得越來越低，價格也越來越具有競爭力，LED裝飾照明光源及燈具必將最終取代現(xiàn)有的傳統(tǒng)裝飾照明燈具，并形成一個獨立的產(chǎn)業(yè)。

　　四、結(jié)論

　　通過以上分析我們得知，一個大型的全彩LED裝飾照明系統(tǒng)可由若干個標準的全彩LED子系統(tǒng)組成，而每個子系統(tǒng)又可由標準CPU控制模塊、標準化/系列化的全彩LED燈具驅(qū)動模塊、AC/DC電源轉(zhuǎn)換模塊及若干各種結(jié)構(gòu)/形式的全彩LED燈具組成，并且各模塊或部件之間可通過標準接口相連，因此易于實現(xiàn)標準化并降低成本，且可用各種標準部件方便地組成適用于不同場所，顯示不同文字或圖形的大型全彩LED裝飾照明系統(tǒng)，因此，具有廣闊的市場前景。