LED照明燈具與傳感器技術

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

　　關鍵詞：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(jié)能低碳和無污染是其顯著的優(yōu)點。這幾年高亮度的LED光源銷售價格連續(xù)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(tǒng)的照明燈具最大的區(qū)別，LED照明燈具是一個完全的電子產品，而傳統(tǒng)的照明燈具僅是一個電器產品。因此LED燈具可以很方便地與各種類型的傳感器關聯(lián)，從而實現光控、紅外控制等多種自動控制功能。如LED路燈的自動開關，用一個光敏傳感器就可簡單實現;社區(qū)夜間走道和庭院照明，可以用紅外傳感器采集人類活動信息，自動開閉照明燈具??

　　LED照明燈具開關自動控制

　　傳感器作為信號采集和機電轉換的器件，其機電技術已相當成熟，近幾年MEMS(微機電系統(tǒng))技術興起又將傳感器技術向小型化、智能化、多功能化、低成本化大踏步邁進。光敏傳感器、紅外傳感器等各種類型的傳感器都可與LED照明燈具組成一個智能控制系統(tǒng)，傳感器將采集來的各種物理量信號轉換成電信號，可以經由集成電路化的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行智能化處理，從而控制LED照明燈具開啟和關閉。人類可以籍此在MCU上設定各種控制要求，控制LED燈的開關時間、亮度、顯色、多彩變幻，從而達到省電節(jié)能的目標。傳感器與LED燈具組成的系統(tǒng)框圖如圖1所示。目前的集成電路制造技術已經可以將AD、DA、MCU集成在一個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

　　風光電LED路燈是一種高度智能化和無人值守的道路照明燈具，利用風力、陽光發(fā)電，用蓄電池儲能，因此能源的自動管理十分重要。光敏傳感器是比較理想的因天亮、天暗(日出、日落)時照度變化而能控制電路自動開關的電子傳感器。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(tǒng)工作原理如圖1所示。

　　光敏傳感器可根據天氣、時間段和地區(qū)自動控制商場LED照明燈具開閉。在明亮的白天通過減少其輸出功率來降低耗電量，與使用熒光燈時相比，店鋪面積為200m2的便利店最大可降低53%的耗電量。壽命也長達約5~10萬小時。一般情況下，LED照明燈具的壽命為4萬小時左右;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)射的紅外線而工作的。主要原理是：人體發(fā)射的10μm左右的紅外線通過菲涅爾濾光透鏡增強后聚集到熱釋電元件PIR(被動式紅外)探測器上，當人活動時，紅外輻射的發(fā)射位置就會發(fā)生變化，該元件就會失去電荷平衡，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。在被動紅外探測器的探測區(qū)內無人體移動時，紅外感應器感應到的只是背景溫度，當人體進人探測區(qū)，通過菲涅爾透鏡，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(tǒng)中已存在的探測數據進行比較以判斷是否真的有人等紅外線源進入探測區(qū)域。

　　被動式紅外傳感器有三個關鍵性的元件：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(qū)內分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進入探測區(qū)的移動物體/人能以溫度變化的形式在PIR上產生變化的熱釋紅外信號。一般還會匹配低噪放大器，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，傳感器的靈敏度下降，經由它對增益進行補償，增加其靈敏度。輸出信號可用來驅動電子開關，實現LED照明電路的開關控制。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傳感器。一旦紅外傳感器檢測到人的體溫，LED電燈泡將會在50s內自動開啟與關閉。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。