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LED照明灯具与传感器技术

作者:时间:2011-03-27来源:电子产品世界

  摘要:探讨了传感器在灯具中的应用,包括方案、工作原理和关键技术。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/118093.htm

  关键词:灯具;;红外传感器;超声波传感器;温度传感器LED(发光二极管)照明灯具作为第四代新型灯具,节能低碳和无污染是其显著的优点。这几年高亮度的LED光源销售价格连续几年年降率达30%~35% 。如今使用LED光源已成为全球的海量需求。

  灯具与传统的照明灯具最大的区别,LED照明灯具是一个完全的电子产品,而传统的照明灯具仅是一个电器产品。因此LED灯具可以很方便地与各种类型的传感器关联,从而实现光控、红外控制等多种自动控制功能。如LED路灯的自动开关,用一个就可简单实现;社区夜间走道和庭院照明,可以用红外传感器采集人类活动信息,自动开闭照明灯具⋯⋯

  LED照明灯具开关自动控制

  传感器作为信号采集和机电转换的器件,其机电技术已相当成熟,近几年MEMS(微机电系统)技术兴起又将传感器技术向小型化、智能化、多功能化、低成本化大踏步迈进。、红外传感器等各种类型的传感器都可与LED照明灯具组成一个智能控制系统,传感器将采集来的各种物理量信号转换成电信号,可以经由集成电路化的AD(模数)转换器、MCU(微控制器)、DA(数模)转换器对所采集的信号进行智能化处理,从而控制LED照明灯具开启和关闭。人类可以籍此在MCU上设定各种控制要求,控制LED灯的开关时间、亮度、显色、多彩变幻,从而达到省电节能的目标。传感器与LED灯具组成的系统框图如图1所示。目前的集成电路制造技术已经可以将AD、DA、MCU集成在一个5mm×5mm或更小的封装内,安装在灯具内既不占面积而且十分方便。

  光敏传感器与LED灯具组合

  风光电LED路灯是一种高度智能化和无人值守的道路照明灯具,利用风力、阳光发电,用蓄电池储能,因此能源的自动管理十分重要。光敏传感器是比较理想的因天亮、天暗(日出、日落)时照度变化而能控制电路自动开关的电子传感器。图2所示是一种光敏传感器的外貌。图3是光敏传感器的光敏电阻板,它对光线的明暗亮度十分敏感。图4是光电转换的基本原理图。光控LED灯具照明系统工作原理如图1所示。

  光敏传感器可根据天气、时间段和地区自动控制商场LED照明灯具开闭。在明亮的白天通过减少其输出功率来降低耗电量,与使用荧光灯时相比,店铺面积为200m2的便利店最大可降低53%的耗电量。寿命也长达约5~10万小时。一般情况下,LED照明灯具的寿命为4万小时左右;发光的颜色也可采用RGB(红绿蓝)多彩变幻的方式,使商场灯光更多彩,气氛更活跃;与配套使用黄色荧光体的原蓝色LED相比,配套使用红、绿、蓝三色荧光体的紫色LED的演色性更高。

  红外传感器与LED灯具组合

  红外传感器是靠探测人体发射的红外线而工作的。主要原理是:人体发射的10μm左右的红外线通过菲涅尔滤光透镜增强后聚集到热释电元件PIR(被动式红外)探测器上,当人活动时,红外辐射的发射位置就会发生变化,该元件就会失去电荷平衡,发生热释电效应向外释放电荷,红外传感器将透过菲涅尔滤光透镜的红外辐射能量的变化转换成电信号,即热电转换。在被动红外探测器的探测区内无人体移动时,红外感应器感应到的只是背景温度,当人体进人探测区,通过菲涅尔透镜,热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异,信号被采集后与系统中已存在的探测数据进行比较以判断是否真的有人等红外线源进入探测区域。

  被动式红外传感器有三个关键性的元件:菲涅尔滤光透镜,热释电红外传感器和匹配低噪放大器。菲涅尔透镜有两个作用:一是聚焦作用,即将热释红外信号折射在PIR上:二是将探测区内分为若干个明区和暗区,使进入探测区的移动物体/人能以温度变化的形式在PIR上产生变化的热释红外信号。一般还会匹配低噪放大器,当探测器上的环境温度上升,尤其是接近人体正常体温(37℃)时,传感器的灵敏度下降,经由它对增益进行补偿,增加其灵敏度。输出信号可用来驱动电子开关,实现LED照明电路的开关控制。图5是红外传感器外貌,图6 是红外传感器内部结构与内部电路图。图7 是带红外传感器的LED照明灯具,这是一款E27标准螺口灯头的灯具,其电源适用范围是AC180V-250V (50/60Hz), 红外传感器检测范围大约在3m~15m,其标准产品 IFS-Bulb 3W灯具达80 lm ,5W灯具达140 lm。在LED光源模块的中央部分嵌入红外线传感器。一旦红外传感器检测到人的体温,LED电灯泡将会在50s内自动开启与关闭。适用于任何一种室内应用,如走廊、储藏室、楼梯和大厅入口处。

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