闡述傳感技術(shù)配合“LED＋智能”照明進(jìn)行系統(tǒng)管理，從工作原理，硬件和軟件設(shè)計(jì)方案中體現(xiàn)傳感器在智能LED照明系統(tǒng)中擔(dān)當(dāng)?shù)闹匾巧ｎA(yù)測LED照明與更多傳感器及無線通訊技術(shù)相融合得到廣泛應(yīng)用，讓人們感受更為舒適的光環(huán)境。

引言

隨著人們生活水平的提高，具有色彩豐富的LED（light emitting diode，LED）在家居照明、商業(yè)照明、公共照明和景觀照明等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，各類傳感器和智能控制系統(tǒng)在LED照明的二次節(jié)能中發(fā)揮的作用得到充分地體現(xiàn)，傳感器在“LED＋智能”照明系統(tǒng)中起到傳輸信息與交互的作用，有效控制燈的照明時(shí)間實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源，也是實(shí)現(xiàn)智能控制的重要一環(huán)。本文重點(diǎn)介紹“LED＋智能”照明與傳感技術(shù)結(jié)合應(yīng)用的方案特點(diǎn)，為了讓人們擁有舒適的光環(huán)境及可持續(xù)節(jié)約能源，照明產(chǎn)品正由傳統(tǒng)單一的照明轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄苷彰飨到y(tǒng)，各種傳感器與LED照明產(chǎn)品匹配充當(dāng)智能控制系統(tǒng)的眼睛。例如在公共照明領(lǐng)域，LED路燈利用光敏傳感器根據(jù)白晝周期實(shí)現(xiàn)光控，紅外傳感器采集人們的活動(dòng)信息實(shí)現(xiàn)人走燈滅，使我們的生活更加節(jié)能環(huán)保，“LED＋智能”照明與傳感技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用將顛覆傳統(tǒng)照明概念。

1、傳感技術(shù)概述

人為了從外界獲取信息必須借助于感覺器官，在信息傳輸過程中，首先要解決的就是獲取準(zhǔn)確及可靠的信息，傳感器（transducers）是獲取自然環(huán)境和相應(yīng)工作過程中信息的主要途徑與手段。國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T7665－2005《傳感器通用術(shù)語》定義傳感器為：能感受被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。

1．1 典型傳感器

（1）熱釋電紅外傳感器：熱釋電紅外傳感器（passivelnfrared ray）是將具備熱釋電材料做成的熱敏型紅外傳感器，可把透過濾光晶片紅外輻射能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕臒犭娹D(zhuǎn)換。其工作原理如圖1，探測器表層溫度沒有變化時(shí)，內(nèi)部電荷與表面吸附電荷所中和，則探測器的溫度保持平衡T［K］。如果接收到外部紅外輻射時(shí)，其溫度發(fā)生變化，敏感元?jiǎng)t會(huì)有變化T＋T ［K］，即由外部紅外輻射引發(fā)探測器敏感元表層的溫度變化時(shí)，傳感器會(huì)釋放出電流。當(dāng)溫度穩(wěn)定，內(nèi)部電流則平衡，敏感元就無電流產(chǎn)生，對相對靜止的熱源體則無電流輸出，通過利用熱釋電紅外探測器這一特征，可檢測到如人運(yùn)動(dòng)的紅外熱源，此類傳感器是被動(dòng)型的溫度敏感器件，對應(yīng)用的環(huán)境溫度要求不高，靈敏度極高且光譜效應(yīng)寬，大量應(yīng)用于照明行業(yè)。

圖1 熱釋電紅外探測器原理

值得注意的是紅外熱釋電傳感器的應(yīng)用必須借助菲涅爾透鏡（fresnel lens），菲涅爾透鏡為聚烯烴或玻璃制造的薄片，薄片表面一面為光面，另一面刻錄了由小到大的同心圓，在傳感器結(jié)構(gòu)中具有視角調(diào)制與聚焦的作用，可擴(kuò)大探測器接收信號源的范圍，探測警戒線內(nèi)紅外能量的變化，監(jiān)視在運(yùn)動(dòng)的紅外源或者移動(dòng)熱源。菲涅爾透鏡與紅外熱釋電傳感器配合應(yīng)用如圖2，由系統(tǒng)固化軟件對采集的全部數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后傳輸給控制中心，并經(jīng)過邏輯分析并判斷是否發(fā)出控制信號。

圖2 菲涅爾透鏡與熱釋電紅外探測器的應(yīng)用

（2）光敏傳感器：光敏傳感器（photovaristor）即光敏二極管，是一種通過感知周圍光線并能將光信號變?yōu)殡娦盘柕陌雽?dǎo)體器件，通過核心部件光敏電阻利用半導(dǎo)體光電效應(yīng)形成電阻值，可隨著入射光線的強(qiáng)弱改變電阻器的阻抗值，光亮度強(qiáng)時(shí)則其電阻小，光弱則其電阻大。光敏傳感器常用于光的測量、控制及光電轉(zhuǎn)換，另一核心部分PN結(jié)的結(jié)構(gòu)不同于普通二極管，為便于接入光線，PN結(jié)的面積會(huì)盡量做大和電極面積做小，把PN結(jié)空穴做淺到小于1 μm。圖3為光敏傳感器工作原理圖，在應(yīng)用時(shí)會(huì)有一個(gè)感應(yīng)環(huán)境光強(qiáng)弱的端口，當(dāng)光線變化時(shí)，PN會(huì)自動(dòng)開關(guān)。通常路燈運(yùn)用光敏傳感器實(shí)現(xiàn)天黑時(shí)開燈及天亮后滅燈的功能，不需人工操作而實(shí)現(xiàn)光控模式的典型應(yīng)用。

圖3 光敏傳感器電路

（3）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。

（4）溫度傳感器：能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器為溫度傳感器（temperature transducer）。由于LED燈具散熱不佳而導(dǎo)致LED早期失效或光衰嚴(yán)重的案例很多，固照明產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)廣泛采用溫度傳感器作為LED或控制裝置的過溫保護(hù)裝置，在燈具的熱源處利用溫度傳感器來實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)艟叩臏囟龋?dāng)燈體溫度升高到上限值時(shí)，電路自動(dòng)降低控制裝置的輸出電流或關(guān)閉控制裝置使燈具降溫，當(dāng)溫度降至設(shè)定下限值時(shí)自動(dòng)調(diào)整控制裝置的輸出電流至額定值或重新開啟，其工作原理見圖4。

圖4 NTC過溫保護(hù)電路