智能LED照明系統與傳感技術(shù)簡(jiǎn)述

LED照明正在向智能化方向發(fā)展，LED照明智能化目的是為了更好的節省能源和實(shí)現智能控制，LED照明技術(shù)的智能化需要將傳感技術(shù)、信號智能處理技術(shù)、電子控制執行技術(shù)整合在一個(gè)系統里，LED光源模組的點(diǎn)亮還需要用直流恒流電源驅動(dòng)。本文將圍繞智能LED照明簡(jiǎn)述幾種智能LED照明系統及傳感技術(shù)，以及光敏傳感器、熱釋電紅外傳感器、菲涅爾透鏡、信號放大處理和控制電路，紅外自控LED節能燈具系統設計方案。

智能照明控制系統

智能照明控制系統通?？梢苑譃槿?lèi)：一是室內智能照明系統—適用于商業(yè)照明、居家照明;二是室外智能照明系統—適用于景觀(guān)照明、公共建筑和道路系統照明;三是專(zhuān)業(yè)智能照明系統—適用于特定場(chǎng)所藝術(shù)照明。

目前，應用機會(huì )比較多的智能照明控制系統是景觀(guān)照明、公共建筑和道路系統照明，它們大多數是多燈智能網(wǎng)絡(luò )控制照明系統;居家照明是室內智能照明控制系統，大多數是智能單燈自動(dòng)控制。

簡(jiǎn)單的智能LED照明系統

簡(jiǎn)單的智能LED照明系統如圖1所示。它由傳感器+MCU+控制執行+LED(包括LED光源、驅動(dòng)電源)組成。特別適合于室內智能照明單燈。

傳感器的主要功能是采集各種有用信號，將非電量信號變換成電量信號，將微弱信號進(jìn)行放大。目前適用于LED智能照明的傳感器有紅外線(xiàn)傳感器、超聲波傳感器、光敏傳感器、照度傳感器、聲敏傳感器、霍爾傳感器。它們能自動(dòng)的收集人體的活動(dòng)信息、光線(xiàn)的明暗變化的信息、聲音響度變化的信息、物體位移的信息。將這些非電量信號變換成電量信號，經(jīng)智能處理后，就能對照明燈具進(jìn)行自動(dòng)控制，開(kāi)啟或關(guān)閉LED照明燈具。適用于LED照明用的傳感器大多是用微電子技術(shù)設計、制造的，如MEMS等，因其體積小容易與LED光源和驅動(dòng)電源配置在一個(gè)燈具單元里。MEMS可以像集成電路那樣大批量生產(chǎn)，成本低廉。

傳感器輸出的電信號十分微弱，需要對小信號進(jìn)行預處理，因此需要信號調理處理器，智能信號處理包括模數轉換(ADC)、多工器(MUX)、可編程增益放大器(PGA)、電壓基準(REFERENCE)、激勵電源(EXCITATIONS)，甚至嵌入微處理器(MCU、ASIC)、存儲器(RAM、E2PROM)等單元，它們采用集成電路的技術(shù)制造。這種信號預處理器可作為輸入信號調理前端與MCU做成一體。MEMS制程工藝與集成電路完全不同，因此不能與集成電路做在同一晶圓上。但是可以將MEMS和MCU采用片上系統(SOC)技術(shù)封裝在一個(gè)單元的模塊內。

MCU或ASIC對采集的信號自動(dòng)進(jìn)行智能化處理，可以在生產(chǎn)時(shí)用軟件寫(xiě)入一些智能程序。以便產(chǎn)品在使用時(shí)自動(dòng)實(shí)現這些既定功能。

電子控制執行部分是智能處理結果實(shí)現的自動(dòng)操作系統，在智能照明應用中，一般它直接控制電源的電子開(kāi)關(guān)，控制LED光源的點(diǎn)亮或熄滅。需要遠程控制或集團控制的，還可加入Zigbee、WLAN、TCP/IP、WiFi等無(wú)線(xiàn)通訊的芯片，將控制信號遠距離傳送、遙控。

圖1 簡(jiǎn)單的智能LED照明系統

MEMS傳感器與智能MCU封裝在一個(gè)SOC單元里的技術(shù)已經(jīng)相當成熟。將物理量、化學(xué)量、生物量的MEMS傳感器與帶傳感器信號調理的MCU封裝在一個(gè)SOC中可方便設計智能照明燈具的使用(圖2)。ASIC具有強大的功能，可以輕松的完成傳感器送來(lái)的小型號處理和轉換，推動(dòng)控制執行動(dòng)作。

圖2 MEMS與智能MCU的SOC

七八年前汽車(chē)電子產(chǎn)品----自動(dòng)胎壓報警系統(TPMS)用的、放置在汽車(chē)輪胎內的傳感模塊，就是由MEMS的壓力、加速度、溫度傳感器與ASIC芯片封裝在一個(gè)SOC中，圖3右下就是這個(gè)模塊去掉封裝塑料后內部窺視圖，可見(jiàn)壓力傳感器、加速度傳感器和MCU(ASIC)封裝在一個(gè)SOC單元里。

圖3 TPMS的SOC模塊

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