LED照明智能控制系統(tǒng)中的傳感器技術(shù)解析

傳感器作為信號采集和機(jī)電轉(zhuǎn)換的器件，其機(jī)電技術(shù)已相當(dāng)成熟，近幾年來，傳感器技術(shù)向小型化、智能化、多功能化、低成本化大踏步邁進(jìn)。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(gè)智能控制系統(tǒng)，傳感器將采集來的各種物理量信號轉(zhuǎn)換成電信號，可以經(jīng)由集成電路化的AD（模數(shù)）轉(zhuǎn)換器、MCU（微控制器）、DA（數(shù)模）轉(zhuǎn)換器對所采集的信號進(jìn)行智能化處理，從而控制LED照明燈具開啟和關(guān)閉。并可以籍此在MCU上設(shè)定各種控制要求，控制LED燈的開關(guān)時(shí)間、亮度、顯色、多彩變幻，從而達(dá)到智能照明控制的目標(biāo)。

光敏傳感器

光敏傳感器是比較理想的因天亮、天暗（日出、日落）時(shí)照度變化而能控制電路自動(dòng)開關(guān)的電子傳感器。光敏傳感器可根據(jù)天氣、時(shí)間段和地區(qū)自動(dòng)控制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(shí)相比，面積為200平米的便利店最大可降低53％的耗電量，壽命也長達(dá)約5～10萬小時(shí)。一般情況下，LED照明燈具的壽命為4萬小時(shí)左右；發(fā)光的顏色也可采用RGB（紅綠藍(lán)）多彩變幻的方式，使燈光更多彩，氣氛更活躍。

光敏傳感器是比較理想的因天亮、天暗（日出、日落）時(shí)照度變化而能控制電路自動(dòng)開關(guān)的電子傳感器。光敏傳感器可根據(jù)天氣、時(shí)間段和地區(qū)自動(dòng)控制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(shí)相比，面積為200平米的便利店最大可降低53％的耗電量，壽命也長達(dá)約5～10萬小時(shí)。一般情況下，LED照明燈具的壽命為4萬小時(shí)左右；發(fā)光的顏色也可采用RGB（紅綠藍(lán)）多彩變幻的方式，使燈光更多彩，氣氛更活躍。

紅外傳感器

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(qiáng)后聚集到熱釋電元件PIR（被動(dòng)式紅外）探測器上，當(dāng)人活動(dòng)時(shí)，紅外輻射的發(fā)射位置就會(huì)發(fā)生變化，該元件就會(huì)失去電荷平衡，發(fā)生熱釋電效應(yīng)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(zhuǎn)換成電信號，即熱電轉(zhuǎn)換。在被動(dòng)紅外探測器的探測區(qū)內(nèi)無人體移動(dòng)時(shí)，紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的只是背景溫度，當(dāng)人體進(jìn)人探測區(qū)，通過菲涅爾透鏡，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)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(shù)據(jù)進(jìn)行比較以判斷是否真的有人等紅外線源進(jìn)入探測區(qū)域。

被動(dòng)式紅外傳感器有三個(gè)關(guān)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(gè)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(nèi)分為若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入探測區(qū)的移動(dòng)物體／人能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化的熱釋紅外信號。一般還會(huì)匹配低噪放大器，當(dāng)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(shí)，傳感器的靈敏度下降，經(jīng)由它對增益進(jìn)行補(bǔ)償，增加其靈敏度。輸出信號可用來驅(qū)動(dòng)電子開關(guān)，實(shí)現(xiàn)LED照明電路的開關(guān)控制。

超聲波傳感器

與紅外傳感器應(yīng)用相仿的超聲波傳感器近年在自動(dòng)探測移動(dòng)物體中得到更多的應(yīng)用。超聲波傳感器主要利用多普勒原理，通過晶振向外發(fā)射超過人體能感知的高頻超聲波，一般典型的選用25～40kHz波，然后控制模塊檢測反射回來波的頻率，如果區(qū)域內(nèi)有物體運(yùn)動(dòng)，反射波頻率就會(huì)有輕微的波動(dòng)，即多普勒效應(yīng)，以此來判斷照明區(qū)域的物體移動(dòng)，從而達(dá)到控制開關(guān)的目的。

超聲波的縱向振蕩特性，可以在氣體、液體及固體中傳播，且其傳播速度不同；它還有折射和反射現(xiàn)象，在空氣中傳播頻率較低、衰減較快，而在固體、液體中則衰減較小、傳播較遠(yuǎn)。超聲波傳感器正是利用超聲波的這些特性。超聲波傳感器有敏感范圍大，無視覺盲區(qū)，不受障礙物干擾等特點(diǎn)，已經(jīng)被證明是檢測小物體運(yùn)動(dòng)最有效的方法。因此與LED燈具組成系統(tǒng)可靈敏控制開關(guān)。由于超聲波傳感器靈敏度高，空氣振動(dòng)、通風(fēng)采暖制冷系統(tǒng)及周圍鄰近空間的運(yùn)動(dòng)都會(huì)引起超聲波傳感器產(chǎn)生誤觸發(fā)，所以超聲波傳感器需要及時(shí)校準(zhǔn)。

溫度傳感器

溫度傳感器NTC（負(fù)溫度系數(shù)）做LED燈具的過溫保護(hù)被比較早的廣泛應(yīng)用。LED燈具如采用大功率LED光源，就必須采用多翼的鋁散熱器，由于室內(nèi)照明用的LED燈具本身空間很小，散熱問題到目前還是最大的技術(shù)瓶頸之一。

LED燈具散熱不爽的話，會(huì)導(dǎo)致LED光源因過熱而早期光衰。LED燈具開啟后熱量還會(huì)因熱空氣自動(dòng)上升而向燈頭富集，影響電源的壽命。因此在設(shè)計(jì)LED燈具時(shí)，可以在鋁散熱器靠近LED光源方緊貼一個(gè)NTC，以便實(shí)時(shí)采集燈具的溫度，當(dāng)燈杯鋁散熱器溫度升高時(shí)可利用此電路自動(dòng)降低恒流源輸出電流，使燈具降溫；當(dāng)燈杯鋁散熱器溫度升高到限用設(shè)定值時(shí)自動(dòng)關(guān)斷LED電源，實(shí)現(xiàn)燈具過溫保護(hù)，當(dāng)溫度降低后，自動(dòng)再將燈開啟。

聲控傳感器

由聲音控制傳感器、音頻放大器、選擇頻道電路、延時(shí)開啟電路及可控硅控制電路等組成的聲控傳感器（microphone array）。以聲音對比結(jié)果來判斷是否要啟動(dòng)控制電路，用調(diào)節(jié)器給定聲控傳感器的原始值設(shè)定，聲控傳感器不斷地將外界聲音強(qiáng)度與原始值做比較，當(dāng)超過原始值時(shí)向控制中心傳達(dá)“有音”信號，聲控傳感器在樓道及公共照明場所得到廣泛的應(yīng)用。

微波感應(yīng)傳感器

微波感應(yīng)傳感器是利用多普勒效應(yīng)原理設(shè)計(jì)的移動(dòng)物體探測器。它以非接觸方式探測物體的位置是否發(fā)生移動(dòng)，繼而產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)操作。當(dāng)有人走進(jìn)感應(yīng)區(qū)內(nèi)，并且達(dá)到照明需求時(shí)，感應(yīng)開關(guān)自動(dòng)開啟，負(fù)載電器開始工作，并啟動(dòng)延時(shí)系統(tǒng)，只要人體未離開感應(yīng)區(qū)，負(fù)載電器將持續(xù)工作。當(dāng)人體離開感應(yīng)區(qū)后，感應(yīng)器開始計(jì)算延時(shí)，延時(shí)結(jié)束，感應(yīng)器開關(guān)自動(dòng)關(guān)閉，負(fù)載電器停止工作。真正做到安全、方便、智能、節(jié)能。