LED照明燈具與傳感器技術(shù)

　　摘要：探討了傳感器在LED照明燈具中的應用，包括方案、工作原理和關(guān)鍵技術(shù)。

　　關(guān)鍵詞：LED照明燈具;光敏傳感器;紅外傳感器;超聲波傳感器;溫度傳感器LED(發(fā)光二極管)照明燈具作為第四代新型燈具，節能低碳和無(wú)污染是其顯著(zhù)的優(yōu)點(diǎn)。這幾年高亮度的LED光源銷(xiāo)售價(jià)格連續幾年年降率達30%～35% 。如今使用LED光源已成為全球的海量需求。

　　LED照明燈具與傳統的照明燈具最大的區別，LED照明燈具是一個(gè)完全的電子產(chǎn)品，而傳統的照明燈具僅是一個(gè)電器產(chǎn)品。因此LED燈具可以很方便地與各種類(lèi)型的傳感器關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現光控、紅外控制等多種自動(dòng)控制功能。如LED路燈的自動(dòng)開(kāi)關(guān)，用一個(gè)光敏傳感器就可簡(jiǎn)單實(shí)現;社區夜間走道和庭院照明，可以用紅外傳感器采集人類(lèi)活動(dòng)信息，自動(dòng)開(kāi)閉照明燈具??

　　LED照明燈具開(kāi)關(guān)自動(dòng)控制

　　傳感器作為信號采集和機電轉換的器件，其機電技術(shù)已相當成熟，近幾年MEMS(微機電系統)技術(shù)興起又將傳感器技術(shù)向小型化、智能化、多功能化、低成本化大踏步邁進(jìn)。光敏傳感器、紅外傳感器等各種類(lèi)型的傳感器都可與LED照明燈具組成一個(gè)智能控制系統，傳感器將采集來(lái)的各種物理量信號轉換成電信號，可以經(jīng)由集成電路化的AD(模數)轉換器、MCU(微控制器)、DA(數模)轉換器對所采集的信號進(jìn)行智能化處理，從而控制LED照明燈具開(kāi)啟和關(guān)閉。人類(lèi)可以籍此在MCU上設定各種控制要求，控制LED燈的開(kāi)關(guān)時(shí)間、亮度、顯色、多彩變幻，從而達到省電節能的目標。傳感器與LED燈具組成的系統框圖如圖1所示。目前的集成電路制造技術(shù)已經(jīng)可以將AD、DA、MCU集成在一個(gè)5mm×5mm或更小的封裝內，安裝在燈具內既不占面積而且十分方便。

　　光敏傳感器與LED燈具組合

　　風(fēng)光電LED路燈是一種高度智能化和無(wú)人值守的道路照明燈具，利用風(fēng)力、陽(yáng)光發(fā)電，用蓄電池儲能，因此能源的自動(dòng)管理十分重要。光敏傳感器是比較理想的因天亮、天暗(日出、日落)時(shí)照度變化而能控制電路自動(dòng)開(kāi)關(guān)的電子傳感器。圖2所示是一種光敏傳感器的外貌。圖3是光敏傳感器的光敏電阻板，它對光線(xiàn)的明暗亮度十分敏感。圖4是光電轉換的基本原理圖。光控LED燈具照明系統工作原理如圖1所示。

　　光敏傳感器可根據天氣、時(shí)間段和地區自動(dòng)控制商場(chǎng)LED照明燈具開(kāi)閉。在明亮的白天通過(guò)減少其輸出功率來(lái)降低耗電量，與使用熒光燈時(shí)相比，店鋪面積為200m2的便利店最大可降低53%的耗電量。壽命也長(cháng)達約5~10萬(wàn)小時(shí)。一般情況下，LED照明燈具的壽命為4萬(wàn)小時(shí)左右;發(fā)光的顏色也可采用RGB(紅綠藍)多彩變幻的方式，使商場(chǎng)燈光更多彩，氣氛更活躍;與配套使用黃色熒光體的原藍色LED相比，配套使用紅、綠、藍三色熒光體的紫色LED的演色性更高。

　　紅外傳感器與LED燈具組合

　　紅外傳感器是靠探測人體發(fā)射的紅外線(xiàn)而工作的。主要原理是：人體發(fā)射的10μm左右的紅外線(xiàn)通過(guò)菲涅爾濾光透鏡增強后聚集到熱釋電元件PIR(被動(dòng)式紅外)探測器上，當人活動(dòng)時(shí)，紅外輻射的發(fā)射位置就會(huì )發(fā)生變化，該元件就會(huì )失去電荷平衡，發(fā)生熱釋電效應向外釋放電荷，紅外傳感器將透過(guò)菲涅爾濾光透鏡的紅外輻射能量的變化轉換成電信號，即熱電轉換。在被動(dòng)紅外探測器的探測區內無(wú)人體移動(dòng)時(shí)，紅外感應器感應到的只是背景溫度，當人體進(jìn)人探測區，通過(guò)菲涅爾透鏡，熱釋電紅外感應器感應到的是人體溫度與背景溫度的差異，信號被采集后與系統中已存在的探測數據進(jìn)行比較以判斷是否真的有人等紅外線(xiàn)源進(jìn)入探測區域。

　　被動(dòng)式紅外傳感器有三個(gè)關(guān)鍵性的元件：菲涅爾濾光透鏡，熱釋電紅外傳感器和匹配低噪放大器。菲涅爾透鏡有兩個(gè)作用：一是聚焦作用，即將熱釋紅外信號折射在PIR上：二是將探測區內分為若干個(gè)明區和暗區，使進(jìn)入探測區的移動(dòng)物體/人能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化的熱釋紅外信號。一般還會(huì )匹配低噪放大器，當探測器上的環(huán)境溫度上升，尤其是接近人體正常體溫(37℃)時(shí)，傳感器的靈敏度下降，經(jīng)由它對增益進(jìn)行補償，增加其靈敏度。輸出信號可用來(lái)驅動(dòng)電子開(kāi)關(guān)，實(shí)現LED照明電路的開(kāi)關(guān)控制。圖5是紅外傳感器外貌，圖6 是紅外傳感器內部結構與內部電路圖。圖7 是帶紅外傳感器的LED照明燈具，這是一款E27標準螺口燈頭的燈具，其電源適用范圍是AC180V-250V (50/60Hz)， 紅外傳感器檢測范圍大約在3m～15m，其標準產(chǎn)品 IFS-Bulb 3W燈具達80 lm ，5W燈具達140 lm。在LED光源模塊的中央部分嵌入紅外線(xiàn)傳感器。一旦紅外傳感器檢測到人的體溫，LED電燈泡將會(huì )在50s內自動(dòng)開(kāi)啟與關(guān)閉。適用于任何一種室內應用，如走廊、儲藏室、樓梯和大廳入口處。