智能LED照明系統(tǒng)與傳感技術簡述

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)省能源和實現智能控制，LED照明技術的智能化需要將傳感技術、信號智能處理技術、電子控制執(zhí)行技術整合在一個系統(tǒng)里，LED光源模組的點亮還需要用直流恒流電源驅動。本文將圍繞智能LED照明簡述幾種智能LED照明系統(tǒng)及傳感技術，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(jié)能燈具系統(tǒng)設計方案。

智能照明控制系統(tǒng)

智能照明控制系統(tǒng)通常可以分為三類：一是室內智能照明系統(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)—適用于特定場所藝術照明。

目前，應用機會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，它們大多數是多燈智能網絡控制照明系統(tǒng);居家照明是室內智能照明控制系統(tǒng)，大多數是智能單燈自動控制。

簡單的智能LED照明系統(tǒng)

簡單的智能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、驅動電源)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。它們能自動的收集人體的活動信息、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。將這些非電量信號變換成電量信號，經智能處理后，就能對照明燈具進行自動控制，開啟或關閉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設計、制造的，如MEMS等，因其體積小容易與LED光源和驅動電源配置在一個燈具單元里。MEMS可以像集成電路那樣大批量生產，成本低廉。

傳感器輸出的電信號十分微弱，需要對小信號進行預處理，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(tǒng)(SOC)技術封裝在一個單元的模塊內。

MCU或ASIC對采集的信號自動進行智能化處理，可以在生產時用軟件寫入一些智能程序。以便產品在使用時自動實現這些既定功能。

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

圖1 簡單的智能LED照明系統(tǒng)

MEMS傳感器與智能MCU封裝在一個SOC單元里的技術已經相當成熟。將物理量、化學量、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的小型號處理和轉換，推動控制執(zhí)行動作。

圖2 MEMS與智能MCU的SOC

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

圖3 TPMS的SOC模塊

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