智能LED照明系統(tǒng)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(jié)省能源和實(shí)現(xiàn)智能控制，LED照明技術(shù)的智能化需要將傳感技術(shù)、信號(hào)智能處理技術(shù)、電子控制執(zhí)行技術(shù)整合在一個(gè)系統(tǒng)里，LED光源模組的點(diǎn)亮還需要用直流恒流電源驅(qū)動(dòng)。本文將圍繞智能LED照明簡(jiǎn)述幾種智能LED照明系統(tǒng)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(hào)放大處理和控制電路，紅外自控LED節(jié)能燈具系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

智能照明控制系統(tǒng)

智能照明控制系統(tǒng)通?？梢苑譃槿悾阂皇鞘覂?nèi)智能照明系統(tǒng)—適用于商業(yè)照明、居家照明;二是室外智能照明系統(tǒng)—適用于景觀照明、公共建筑和道路系統(tǒng)照明;三是專業(yè)智能照明系統(tǒng)—適用于特定場(chǎng)所藝術(shù)照明。

目前，應(yīng)用機(jī)會(huì)比較多的智能照明控制系統(tǒng)是景觀照明、公共建筑和道路系統(tǒng)照明，它們大多數(shù)是多燈智能網(wǎng)絡(luò)控制照明系統(tǒng);居家照明是室內(nèi)智能照明控制系統(tǒng)，大多數(shù)是智能單燈自動(dòng)控制。

簡(jiǎn)單的智能LED照明系統(tǒng)

簡(jiǎn)單的智能LED照明系統(tǒng)如圖1所示。它由傳感器+MCU+控制執(zhí)行+LED(包括LED光源、驅(qū)動(dòng)電源)組成。特別適合于室內(nèi)智能照明單燈。

傳感器的主要功能是采集各種有用信號(hào)，將非電量信號(hào)變換成電量信號(hào)，將微弱信號(hào)進(jìn)行放大。目前適用于LED智能照明的傳感器有紅外線傳感器、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(hào)變換成電量信號(hào)，經(jīng)智能處理后，就能對(duì)照明燈具進(jìn)行自動(dòng)控制，開啟或關(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(shè)計(jì)、制造的，如MEMS等，因其體積小容易與LED光源和驅(qū)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(hào)十分微弱，需要對(duì)小信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，因此需要信號(hào)調(diào)理處理器，智能信號(hào)處理包括模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)、多工器(MUX)、可編程增益放大器(PGA)、電壓基準(zhǔn)(REFERENCE)、激勵(lì)電源(EXCITATIONS)，甚至嵌入微處理器(MCU、ASIC)、存儲(chǔ)器(RAM、E2PROM)等單元，它們采用集成電路的技術(shù)制造。這種信號(hào)預(yù)處理器可作為輸入信號(hào)調(diào)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(tǒng)(SOC)技術(shù)封裝在一個(gè)單元的模塊內(nèi)。

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

電子控制執(zhí)行部分是智能處理結(jié)果實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)操作系統(tǒng)，在智能照明應(yīng)用中，一般它直接控制電源的電子開關(guān)，控制LED光源的點(diǎn)亮或熄滅。需要遠(yuǎn)程控制或集團(tuán)控制的，還可加入Zigbee、WLAN、TCP/IP、WiFi等無線通訊的芯片，將控制信號(hào)遠(yuǎn)距離傳送、遙控。

圖1 簡(jiǎn)單的智能LED照明系統(tǒng)

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(dāng)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(hào)調(diào)理的MCU封裝在一個(gè)SOC中可方便設(shè)計(jì)智能照明燈具的使用(圖2)。ASIC具有強(qiáng)大的功能，可以輕松的完成傳感器送來的小型號(hào)處理和轉(zhuǎn)換，推動(dòng)控制執(zhí)行動(dòng)作。

圖2 MEMS與智能MCU的SOC

七八年前汽車電子產(chǎn)品----自動(dòng)胎壓報(bào)警系統(tǒng)(TPMS)用的、放置在汽車輪胎內(nèi)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(nèi)部窺視圖，可見壓力傳感器、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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