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[摘要]首先简要介绍新型照明技术——LED光源的特点，并探讨其在城市景观照明中的应用。结合ARM技术设计一种采用微处理器LPC2119设计实现的新型智能照明控制系统，有巨大的实用价值和市场潜力。
[关键词]LED 特点 CAN 景观照明
中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2008）1110031－01
科技奥运、绿色奥运为LED(发光二极管)产业提供了广阔的发展空间。由2008位缶手控制的用在奥运会开幕式倒计时的缶阵变换数字让2008中国奥运会的开幕式震撼登场。设计者为每一个缶面都嵌入了一个触发式LED发光面，只要敲击时,缶面就会发亮。除此之外此次开幕式上LED的完美运用还有炫目的五环、地面上的大型舞台以及中国传统的卷轴，它们都是LED通过不同的组合、适时的色彩变换所呈现的。它以其应用灵活、绿色环保、调节方便等诸多优点，引发一次照明领域的革命，逐渐成为景观照明领域的最佳光源，有巨大的市场潜力。
一、LED应用景观照明的优特点
（一）效率高：LED发光效率并不高，但LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，光效率在65%左右，而且单色性好，无需过滤可直接发出有色可见光，光线很纯。而白炽灯可见光效率仅为10～20%。
（二）能耗少：LED功率一般在0.03～1w，通过集群方式可以满足各种造型的需要，由于其光谱中无紫外线，故无热量，无辐射损失。需要彩色光时，其固有的色彩又避免了白光经过滤色的费时费力和耗能。不会形成光污染，是真正的绿色光源。我国目前每年用于照明的电力接近2500亿度，其中若能有1/3采用半导体照明，每年就可节电800亿度左右.
（三）安全可靠：LED单体工作电压1.5～5V之间，工作电流20～70mA之间，人体接触无危险。灯体环氧树脂封装，抗机械冲击、震动能力较强且无汞、钠等有害物质，可回收。
（四）方便管理：LED光源由于有上述特点，可以集中控制和分散控制或对点进行可调节性控制等多种方式。通过控制电流调光，不同光色组合以调色，加上控制电路以达到多种动态变化效果。其长达10万小时以上的寿命更是减少了城市景观亮化的维护工作量。
（五）社会经济效益：与传统的照明工具相比，LED照明产品，尤其是氮化镓基白光LED照明光源，体积小、重量轻、方向性好并可耐各种恶劣条件，在功耗、寿命以及环保等方面均有不可比拟的优越性，足以对传统光源市场造成巨大冲击。
二、系统结构及控制方法
该LED景观照明系统是为了满足日益增多的城市景观照明的需求和“绿色照明工程”的要求而设计的一种新型控制系统。本系统主要由上位机、智能照明控制器（下位机）、CAN网关/网桥、若干驱动器以及用于景观功能和参数设置的专用管理软件等构成。
CAN(控制器局域网)是当今国际上应用最广泛的现场总线之一。CAN总线信号的传输最高通信速率可达1Mbps,数据传输在5Kbps时，传输距离可达到10km。一个CAN网段上的网络节点可达110个，还可通过CAN网关/网桥延伸网段或和其他各种网络互连互通。CAN总线的这些特点使得其很适宜应用在条件苛刻的照明控制系统中 。
上位机为PC机，内插PC-CAN 接口卡，网络拓扑采用总线结构，传输介质采用双绞线，为提高系统的抗干扰能力，在传输介质和智能控制器之间采取了光电隔离。系统通过ＰＣ机的专用管理软件，对景观照明的跑、跳、亮、闪、淡入、淡出等功能及参数进行设置。主控制器（下位机）根据相应的参数设置对驱动器发布控制命令以实现景观照明的脱机控制。驱动器内有三路输出，分别控制红色、绿色、蓝色三种颜色的ＬＥＤ灯，通过三种基色灯的组合，可以形成白色（红、绿、蓝）、红色、黄色、浅蓝（绿、蓝）、绿色、蓝色、粉红等七种颜色。
三、智能照明控制器的硬件结构设计
本智能控制器主要由CPU模块、电源模块、通信模块、开关控制模块等组成。通信模块将所有的控制器连接成一个完整的网络，开关控制模块则是通过光电耦合、大功率可控硅开关进行控制的。主控制器根据相应的参数设置对驱动器发布控制命令以实现景观照明的跑、跳、亮、闪、淡入、淡出等功能。
（一）CPU模块。本智能控制器的核心采用了Philips公司的LPC2119微处理器，其采用ARM公司ARM7TDMI-S内核，具有32位总线宽度，内置16KB的SRAM，128KB Flash存储器。通过片内PLL对片外晶振的倍频，可实现最大为60MHz的CPU操作频率。同时通过片内Bootloader可实现ISP在系统编程和IAP在应用编程功能。由于LPC2119较小的64引脚封装、极低的功耗、多个32位定时器、4路10位ADC、2路CAN、8路10位ADC，以及多达9个外部中断使它们能很好的满足系统的设计需要。
（二）电源模块。LPC2119为双电源，CPU操作电压范围：1.65~1.95V
(1.8V±0.15V)，I/O操作电压范围：3.0~3.6V(3.3V±10%)，可承受5V电压，而温度传感器和光电传感器及光耦隔离器均需5V直流电源驱动，故在设计电源模块时必须提供5V、3.3V和1.8V的直流电源。在电源电路里加入了整流桥和稳压模块，并采用电源隔离器B0505S将输入和输出电源相隔离，以屏蔽电源噪声的影响。
（三）通信模块。LPC2119内部集成了2个CAN控制器。CAN通信速率高、开放性好、通信距离长，且具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点，与其它通信总线相比，CAN总线数据通信具有突出的高可靠性、实时性和灵活性。
（四）开关控制模块。LPC2119提供了多达46个通用的I/O口，因此对LED灯进行控制是非常方便的。一个控制器可以根据实际情况分别或同时控制4盏、8盏、16盏灯。LPC2119是通过固态继电器来对灯进行控制的。
三、结语
本文介绍的LED景观照明系统设计性能稳定，工作可靠，有很高的实用性和广阔的市场前景。现代城市的美丽夜景，体现着城市的文化品位，它需要科学地统筹、精巧地策划和完美地设计。采用新型ＬＥＤ光源作为景观照明是必然的趋势，未来的ＬＥＤ必将成为绿色照明的主体，开发针对这一光源的控制系统有着广泛的发展前景。
参考文献：
[1]邬宽明，CAN总线原理和应用系统设计，北京航空航天大学出版社，1997.
[2]LPC2119 User Manual . http://www.semiconductors.philips.com/.
[3]周立功，ARM微控制器基础与实践，北京航空航天大学出版社，2003.
[关键词]LED 特点 CAN 景观照明
中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2008）1110031－01
科技奥运、绿色奥运为LED(发光二极管)产业提供了广阔的发展空间。由2008位缶手控制的用在奥运会开幕式倒计时的缶阵变换数字让2008中国奥运会的开幕式震撼登场。设计者为每一个缶面都嵌入了一个触发式LED发光面，只要敲击时,缶面就会发亮。除此之外此次开幕式上LED的完美运用还有炫目的五环、地面上的大型舞台以及中国传统的卷轴，它们都是LED通过不同的组合、适时的色彩变换所呈现的。它以其应用灵活、绿色环保、调节方便等诸多优点，引发一次照明领域的革命，逐渐成为景观照明领域的最佳光源，有巨大的市场潜力。
一、LED应用景观照明的优特点
（一）效率高：LED发光效率并不高，但LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，光效率在65%左右，而且单色性好，无需过滤可直接发出有色可见光，光线很纯。而白炽灯可见光效率仅为10～20%。
（二）能耗少：LED功率一般在0.03～1w，通过集群方式可以满足各种造型的需要，由于其光谱中无紫外线，故无热量，无辐射损失。需要彩色光时，其固有的色彩又避免了白光经过滤色的费时费力和耗能。不会形成光污染，是真正的绿色光源。我国目前每年用于照明的电力接近2500亿度，其中若能有1/3采用半导体照明，每年就可节电800亿度左右.
（三）安全可靠：LED单体工作电压1.5～5V之间，工作电流20～70mA之间，人体接触无危险。灯体环氧树脂封装，抗机械冲击、震动能力较强且无汞、钠等有害物质，可回收。
（四）方便管理：LED光源由于有上述特点，可以集中控制和分散控制或对点进行可调节性控制等多种方式。通过控制电流调光，不同光色组合以调色，加上控制电路以达到多种动态变化效果。其长达10万小时以上的寿命更是减少了城市景观亮化的维护工作量。
（五）社会经济效益：与传统的照明工具相比，LED照明产品，尤其是氮化镓基白光LED照明光源，体积小、重量轻、方向性好并可耐各种恶劣条件，在功耗、寿命以及环保等方面均有不可比拟的优越性，足以对传统光源市场造成巨大冲击。
二、系统结构及控制方法
该LED景观照明系统是为了满足日益增多的城市景观照明的需求和“绿色照明工程”的要求而设计的一种新型控制系统。本系统主要由上位机、智能照明控制器（下位机）、CAN网关/网桥、若干驱动器以及用于景观功能和参数设置的专用管理软件等构成。
CAN(控制器局域网)是当今国际上应用最广泛的现场总线之一。CAN总线信号的传输最高通信速率可达1Mbps,数据传输在5Kbps时，传输距离可达到10km。一个CAN网段上的网络节点可达110个，还可通过CAN网关/网桥延伸网段或和其他各种网络互连互通。CAN总线的这些特点使得其很适宜应用在条件苛刻的照明控制系统中 。
上位机为PC机，内插PC-CAN 接口卡，网络拓扑采用总线结构，传输介质采用双绞线，为提高系统的抗干扰能力，在传输介质和智能控制器之间采取了光电隔离。系统通过ＰＣ机的专用管理软件，对景观照明的跑、跳、亮、闪、淡入、淡出等功能及参数进行设置。主控制器（下位机）根据相应的参数设置对驱动器发布控制命令以实现景观照明的脱机控制。驱动器内有三路输出，分别控制红色、绿色、蓝色三种颜色的ＬＥＤ灯，通过三种基色灯的组合，可以形成白色（红、绿、蓝）、红色、黄色、浅蓝（绿、蓝）、绿色、蓝色、粉红等七种颜色。
三、智能照明控制器的硬件结构设计
本智能控制器主要由CPU模块、电源模块、通信模块、开关控制模块等组成。通信模块将所有的控制器连接成一个完整的网络，开关控制模块则是通过光电耦合、大功率可控硅开关进行控制的。主控制器根据相应的参数设置对驱动器发布控制命令以实现景观照明的跑、跳、亮、闪、淡入、淡出等功能。
（一）CPU模块。本智能控制器的核心采用了Philips公司的LPC2119微处理器，其采用ARM公司ARM7TDMI-S内核，具有32位总线宽度，内置16KB的SRAM，128KB Flash存储器。通过片内PLL对片外晶振的倍频，可实现最大为60MHz的CPU操作频率。同时通过片内Bootloader可实现ISP在系统编程和IAP在应用编程功能。由于LPC2119较小的64引脚封装、极低的功耗、多个32位定时器、4路10位ADC、2路CAN、8路10位ADC，以及多达9个外部中断使它们能很好的满足系统的设计需要。
（二）电源模块。LPC2119为双电源，CPU操作电压范围：1.65~1.95V
(1.8V±0.15V)，I/O操作电压范围：3.0~3.6V(3.3V±10%)，可承受5V电压，而温度传感器和光电传感器及光耦隔离器均需5V直流电源驱动，故在设计电源模块时必须提供5V、3.3V和1.8V的直流电源。在电源电路里加入了整流桥和稳压模块，并采用电源隔离器B0505S将输入和输出电源相隔离，以屏蔽电源噪声的影响。
（三）通信模块。LPC2119内部集成了2个CAN控制器。CAN通信速率高、开放性好、通信距离长，且具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点，与其它通信总线相比，CAN总线数据通信具有突出的高可靠性、实时性和灵活性。
（四）开关控制模块。LPC2119提供了多达46个通用的I/O口，因此对LED灯进行控制是非常方便的。一个控制器可以根据实际情况分别或同时控制4盏、8盏、16盏灯。LPC2119是通过固态继电器来对灯进行控制的。
三、结语
本文介绍的LED景观照明系统设计性能稳定，工作可靠，有很高的实用性和广阔的市场前景。现代城市的美丽夜景，体现着城市的文化品位，它需要科学地统筹、精巧地策划和完美地设计。采用新型ＬＥＤ光源作为景观照明是必然的趋势，未来的ＬＥＤ必将成为绿色照明的主体，开发针对这一光源的控制系统有着广泛的发展前景。
参考文献：
[1]邬宽明，CAN总线原理和应用系统设计，北京航空航天大学出版社，1997.
[2]LPC2119 User Manual . http://www.semiconductors.philips.com/.
[3]周立功，ARM微控制器基础与实践，北京航空航天大学出版社，2003.