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、新工藝的不斷發現和應用，發光二極管的發光強度有了很大的提高，發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，使得其應用領域得到進一步的拓寬，從傳統的用作儀表信號指示，發展到廣泛應用于交通信號燈、汽車燈、室內外裝飾照明、手機背光源、顯示屏等領域 ，并正向通用照明領域深入。

　　一、引言

　　近幾年來，隨著新材料、新工藝的不斷發現和應用，發光二極管的發光強度有了很大的提高，發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，使得其應用領域得到進一步的拓寬，從傳統的用作儀表信號指示，發展到廣泛應用于交通信號燈、汽車燈、室內外裝飾照明、手機背光源、顯示屏等領域 ，并正向通用照明領域深入。作為半導體照明領域的一部分，城市景觀照明及室內外裝飾照明的霓虹燈具必將逐步被具有節能、環保、壽命長、可靠性高及可實現全彩變化的LED燈具所取代。目前，在裝飾照明領域中用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業。

　　二、全彩LED裝飾照明系統構架

　　一個大型的廣場、舞臺、標志性建筑物或大型室內全彩LED裝飾照明系統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(一個標準子系統由單片機控制/驅動模塊及多只全彩LED燈具組成)，通過子系統單片機的控制/驅動模塊驅動各組LED燈具。通過在微型計算機上用軟件進行不同的設定，就可以使整個裝飾照明系統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裝飾照明系統結構示意圖如下圖1所示。

　　1、標準子系統的結構

　　一個標準的全彩LED裝飾照明子系統的構架如圖1中虛線框所示。它是由標準的控制/驅動模塊與其所驅動的多只可實現全彩變化的LED燈具組成，其既可單獨作為一個小型的裝飾照明系統，用于小型的裝飾照明場所，也可用多個標準子系統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全彩變化的大型裝飾照明光源系統。全彩LED裝飾照明標準子系統的結構框圖如下圖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、與顯示驅動模塊的標準通信接口及環境光強檢測模塊組成一個標準的控制模塊硬件結構，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送的控制信號與數據，也可利用本微控制器內所貯存的控制程序與數據，通過數據輸出線向LED燈具驅動模塊發送控制信號及數據。

　　環境光強檢測模塊：該模塊主要將檢測到的環境光強的數據傳輸給微控制器，微控制根據環境光強的不同，自動調節燈具的發光強度。

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

　　(2)顯示驅動模塊

　　顯示驅動模塊組是由多只結構相同的標準LED全彩燈具驅動模塊組成，每一個標準驅動模塊驅動一只全彩LED燈具。根據子系統不同的使用場合所需LED燈具的數量來確定所需的驅動模塊的數量。每一個標準驅動模塊通過標準接口接收微控制器所發送的控制信號及R/G/B色彩變化信號，經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驅動線及一根公共電源線)驅動全彩LED燈具顯示設定的狀態和顏色。

　　(3)AC/DC電源轉換模塊

　　主要為整個控制子系統提供工作電源及為驅動多只全彩LED燈具提供工作電源。該模塊可以像開關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換效率，以確保達到較好的節能效果。

　　(4)由R/G/B三基色LED組成的可實現全彩變化的LED燈具。

　　每一只全彩LED燈具通過標準接口及連接線與驅動模塊相連。LED燈具由若干組發光單元構成，每個發光單元包含有一只紅色LED、一綠色LED、一只藍色 LED，通過對發光單元合理進行排布，就可實現全彩變化。根據不同的使用場合，可選擇不同數量及不同結構的LED燈具。

　　2、工作原理

　　通過內置于微控制器中的控制程序，由微控制器向全彩LED燈具驅動模塊發送控制信號和數據，驅動模塊根據控制信號和數據的要求，產生相應的動作，從而對每一只由R、G、B三基色LED組成的全彩LED燈具實現單獨的控制。若微控制器連續地向各LED顯示驅動模塊不斷發送控制信號和數據，使各LED燈具受到連續的協調控制，可使整體燈飾產生各種顏色、多種變化的動態顯示效果。

　　一個大型的城市亮化、室內外裝飾照明及景觀照明工程或大型廣告顯示系統可采用多個標準的全彩LED裝飾照明子系統組合，每個標準子系統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，在微型計算機上利用相關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，就可使各子系統按規定的程序工作，從而使整個大型系統顯示預定的圖型、文字及色彩。

　　三、全彩LED裝飾照明系統的應用前景

　　隨著我國經濟的持續發展和人民物質生活質量的提高，人們對于居住的城市的環境要求越來越高，“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為城市夜晚的景觀照明。這就是說，城市燈光正在從照明向著多姿多彩的動態效果演變，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，人們在不遺余力尋找高效節能，長壽命低維護，環保型無污染，多色彩的新穎光源，來取代傳統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，具有節能、環保、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已進入裝飾照明領域并逐步取代現有的熒光燈及白熾燈。本系統正是利用了LED的易于控制及可實現全彩變化的特點，設想通過將照明光源、燈具及控制系統各部件形成標準化、系列化產品，并根據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。該系統可廣泛應用于城市亮化及景觀照明系統工程、大型廣告顯示系統、室內外裝飾照明及大型舞臺的燈光系統等領域，因此具有廣闊的市場前景。隨著LED技術的不斷進步與發展，其產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有的傳統裝飾照明燈具，并形成一個獨立的產業。

　　四、結論

　　通過以上分析我們得知，一個大型的全彩LED裝飾照明系統可由若干個標準的全彩LED子系統組成，而每個子系統又可由標準CPU控制模塊、標準化/系列化的全彩LED燈具驅動模塊、AC/DC電源轉換模塊及若干各種結構/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，因此，具有廣闊的市場前景。