傳感器在工業(yè)照明領域的解決方案

工業(yè)照明空間是指定義明確的燈光類型和顏色用于特定任務的空間。因此，基于物體和光子的傳感器都被大量使用，以確保在給定情況下的照明性能和一致性。這些情況包括周圍環(huán)境照明和作為機器視覺系統(tǒng)一部分嵌入機器中的高功率照明。這種系統(tǒng)中涉及的傳感器通常不僅提供用于照明控制的通過/不通過確定，還提供與光相關的價值度量數(shù)據(jù)。該信息用于使用光圖案的定制混合來監(jiān)視和控制照明。在高級應用中，這些傳感器可能是控制回路的一部分，包括基于DMX的光序列和操作（開，關，調光等）

為什么基于傳感器的控制？

工業(yè)照明市場與住宅市場的不同之處在于，大多數(shù)工業(yè)照明照明解決方案的位置要么難以控制，要么成本高昂。大多數(shù)實用型照明在車庫，樓梯間，地下室和存儲區(qū)域始終處于打開狀態(tài)。由于它們的使用是隨機的和不定期的，因此雇用人員來手動控制燈是不經濟的。這些區(qū)域也很大，因此歷史上可用的本地化自動化對于支持照明控制功能是不實際的。

由于地理位置的原因，其他類型的工業(yè)照明難以控制。在機器照明，可移動照明（獨立或系留設備）和高大的設施照明中，手動控制是一項挑戰(zhàn)。自動化的問題在于速度，可靠性和區(qū)分情況的能力，如果掌握了這些情況，則可以實現(xiàn)主動控制而不是始終打開燈。

連接的“智能”傳感器方法通過使用傳感器和傳感器類型的適當組合，高速執(zhí)行器以及有線，光學和無線通信來解決許多這些問題，以識別工業(yè)情況的背景并根據(jù)決策矩陣確定最佳行動方案。由于嵌入式處理器的功能和用于傳感器處理的內部狀態(tài)機的速度，這種功能可以在遠程或本地使用。

控制內容

照明傳感器傳統(tǒng)上用于小型辦公室應用中的白熾燈照明以及工廠和大面積的熒光燈照明。白熾燈具有開/關和調光控制，傳統(tǒng)的熒光燈只有開/關控制。隨著熒光燈用高速鎮(zhèn)流器的推出以及新型LED照明的推出，這些裝置可實現(xiàn)調光和快速切換。在工業(yè)照明空間中使用傳感器的頭號驅動力是基于燈的減少的操作而節(jié)省的成本。

環(huán)境光監(jiān)控

最常見的照明控制應用包括在天黑時打開燈，通過環(huán)境光傳感器實現(xiàn)。 Panasonic Electric Works AMS104W（圖1）等產品用于確定區(qū)域內的光量。該產品具有響應于傳感器檢測到的光量的線性輸出，其響應與人眼相同的光譜頻率。出于這個原因，該裝置用于控制用于監(jiān)視攝像機燈的調光量，以便提供從黃昏到夜晚以及在一天中變化的通道/樓梯照明的均勻圖像。模擬輸出通常被發(fā)送到數(shù)據(jù)轉換器然后被處理，然后用于構建系統(tǒng)的動作表，處理器可以從中驅動照明控制塊。

圖1：Panasonic的AMS104W環(huán)境光監(jiān)控器（Panasonic Electric Works提供）。

Vishay制造環(huán)境光傳感器 - 1206 SMD系列 - 專注于略微不同的波長。該傳感器可用于設置燈光的調光水平，但也可用于完全開/關控制，以實現(xiàn)簡單的日/夜操作。圖2顯示了傳感器的靈敏度范圍。由于輸出是線性的，因此可以在移動設備和顯示屏中使用，以幫助設置LCD屏幕的亮度。這些簡單的傳感器現(xiàn)在被集成到多個傳感器單元中，例如Vishay的VCNL4010-GS08，它包含一個完全集成的接近傳感器，一個帶紅外發(fā)射器的環(huán)境光傳感器，一個I2C接口和一個中斷功能。該單元不僅包含傳感器，還包含所有處理邏輯。

圖2：Vishay的1206 SMD環(huán)境光傳感器靈敏度曲線（感謝Vishay Intertechnology，Inc。）。

這些集成單元在電子控制照明，LED顯示器的側光調光以及用于移動和控制設備的鍵盤背光。集成系統(tǒng)的優(yōu)點是系統(tǒng)開發(fā)人員只需要關注接近感應的速率（每秒1.95到250次測量）和環(huán)境光測量速率（每秒一到十個樣本）;然后，系統(tǒng)將定量結果直接提供給I2C總線。圖3顯示了器件的簡化系統(tǒng)框圖和測試設置。這些系統(tǒng)包括自動偏移補償，使移動設備和工業(yè)照明能夠創(chuàng)建差分照明水平而不是絕對水平。

圖3：Vishay的VCNL4010集成傳感器框圖（禮貌） Vishay Intertechnology，Inc。）。

在工廠環(huán)境中，測量級別的可編程控制至關重要，因為工廠環(huán)境中的設備有不同的負載速度和操作級別。它還對具有規(guī)定工作時間的設施產生影響。例如，樓梯間和車庫入口照明的開/關控制可以在員工的到達和離開時間內逐步增加到每秒6到8個樣本，但是當有非常高的時候，它會在晚上逐步降低到每秒一個樣本的水平。周圍的人很少（接近傳感器與環(huán)境光傳感器一起工作）。

可以在Digi-Key的網(wǎng)站上找到ROHM Semiconductor，Intersil，Maxim和Vishay等供應商提供的環(huán)境光傳感器的其他產品培訓和解決方案。

圖像傳感器

高速嵌入式信號處理器和DSP的出現(xiàn)為工業(yè)市場帶來了新的照明控制水平。使用OmniVision Technologies的OVM7690完全集成相機模塊等中速產品的圖像感應作為其他傳感器信息的補充而越來越受歡迎。這些獨立模塊（見圖4）包含成像CCD，信號處理邏輯和輸出接口，以提供30 fps的全彩VGA圖像。這個級別適用于手機，但也可以用于監(jiān)控，網(wǎng)絡攝像頭和汽車應用。用于照明控制的典型應用是與環(huán)境光傳感器結合使用的運動傳感裝置，用于對訪問區(qū)域照明的主要控制。添加圖像處理模塊將允許確定它是進入該區(qū)域的人，動物還是送貨卡車。利用這些附加信息，系統(tǒng)可以確定是否應該打開燈以嚇跑動物;進入該區(qū)域的人將其打開到中間位置;或者將其打開以便進行物料交付。

圖4：OmniVision的OMV7690 VGA攝像頭模塊（由OmniVision Technologies，Inc。提供）。

數(shù)據(jù)傳輸

所有這些系統(tǒng)都需要將數(shù)字信息傳遞給照明控制塊。當控制環(huán)境離控制模塊很遠時，或者如果位置有電噪聲，機器連接也可以使用光纖互連，這些互連不受電磁噪聲的影響。雖然有非常高速的通信級光纖，但使用低成本的1，000μm塑料光纜也很容易安裝，管理和替換數(shù)據(jù)鏈路。這些連接器不需要任何特殊工具來組裝。你只需用剃刀或單刃刀剪斷電纜;將電纜插入連接器;將電纜與微透鏡齊平;然后擰下連接器鎖定螺母以將電纜固定到位。

工業(yè)光纖的IF-E91D光纖紅外LED模塊（見圖6）可用于10米距離下高達100 Mbps的低成本數(shù)字鏈路。它們用于創(chuàng)建本地網(wǎng)絡，并在標準銅線不合適的情況下傳輸音頻系統(tǒng)，機器人和汽車通信以及電子游戲應用中的傳感器數(shù)據(jù)。光纖解決方案的靈活性和低重量使其成為傳感器接口的關鍵互連技術。

圖5：工業(yè)光纖的IF-E91D 100 Mbps紅外LED模塊（由工業(yè)光纖公司提供）。

分布式信號處理

將傳感器集成到照明流中以確定正確的照明類型和數(shù)量，這在很大程度上基于分布式信號處理環(huán)境。具有本地處理功能的智能傳感器通常與傳統(tǒng)的單功能傳感器一起使用，以確定正確的照明動作。這種分布式處理使得更小和更低成本的中央處理解決方案能夠驅動整個照明系統(tǒng)。在工業(yè)領域，整個流程 - 包括辦公室，工廠，停車場，通道和外部照明 - 在一個地方進行管理。

所有這些照明控制系統(tǒng)的共同點是開/關切換和調光。成像系統(tǒng)可以使用簡單的開/關功能來控制多色光，以保持區(qū)域中色譜的均勻性。環(huán)境光傳感器實際上被調諧到各種波長的光，通常為500到660nm和/或940nm光譜。通過增加彩色LED燈，如TT Electronics的OVM18F4x7藍色LED模塊，控制系統(tǒng)可以平衡環(huán)境光的顏色。顏色專用LED模塊用于嵌入式方向標牌，頂燈和圖形墻應用。

圖形墻應用和多色照明解決方案通常通過DMX界面進行管理。 DMX控制系統(tǒng)是一種出站語言，允許情境定時和多燈單元控制。對于停車場和工廠車間等大型綜合體，您可以建立一個跟蹤車輛，材料和具有位置特定照明的人的運動跟蹤系統(tǒng)。這可以通過關閉其他照明單元來創(chuàng)建巨大的節(jié)能，其中傳感器用于運動，接近和環(huán)境光跟蹤運動并相應地調整照明。這種照明的使用很好地協(xié)調了設施的安全性，從而減少了產品損失，同時提高了人員安全，所有這些都在自主控制之下。