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分析智能LED照明系统设计方案(一)
dearlihui520


发贴: 23



2013-01-17 16:58 查看他的注册信息   查看他的Blog 给他发送悄悄话 引用并回帖 搜索他发表的帖子 复制到剪贴板. 
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  LED照明灯具正在向智能化方向发展,LED照明智能化目的是为了更好的节省能源和实现智能控制,LED照明技术的智能化需要将传感技术、信号智能处理技术、电子控制执行技术整合在一个系统里,LED光源模组的点亮还需要用直流恒流电源驱动。
  智能照明控制系统
  智能照明控制系统通常可以分为三类:一是室内智能照明系统—适用于商业照明、居家照明;二是室外智能照明系统—适用于景观照明、公共建筑和道路系统照明;三是专业智能照明系统—适用于特定场所艺术照明。
  目前,应用机会比较多的智能照明控制系统是景观照明、公共建筑和道路系统照明,它们大多数是多灯智能网络控制照明系统;居家照明是室内智能照明控制系统,大多数是智能单灯自动控制。
  简单的智能LED照明系统
  简单的智能LED照明系统如图1所示。它由传感器+MCU+控制执行+LED(包括LED光源、驱动电源)组成。特别适合于室内智能照明单灯。
  传感器的主要功能是采集各种有用信号,将非电量信号变换成电量信号,将微弱信号进行放大。目前适用于LED智能照明的传感器有红外线传感器、超声波传感器、光敏传感器、照度传感器、声敏传感器、霍尔传感器。它们能自动的收集人体的活动信息、光线的明暗变化的信息、声音响度变化的信息、物体位移的信息。将这些非电量信号变换成电量信号,经智能处理后,就能对照明灯具进行自动控制,开启或关闭LED照明灯具。适用于LED照明用的传感器大多是用微电子技术设计、制造的,如MEMS等,因其体积小容易与LED光源和驱动电源配置在一个灯具单元里。MEMS可以像集成电路那样大批量生产,成本低廉。
  传感器输出的电信号十分微弱,需要对小信号进行预处理,因此需要信号调理处理器,智能信号处理包括模数转换(ADC)、多工器(MUX)、可编程增益放大器(PGA)、电压基准(REFERENCE)、激励电源(EXCITATIONS),甚至嵌入微处理器(MCU、ASIC)、存储器(RAM、E2PROM)等单元,它们采用集成电路的技术制造。这种信号预处理器可作为输入信号调理前端与MCU做成一体。MEMS制程工艺与集成电路完全不同,因此不能与集成电路做在同一晶圆上。但是可以将MEMS和MCU采用片上系统(SOC)技术封装在一个单元的模块内。
  MCU或ASIC对采集的信号自动进行智能化处理,可以在生产时用软件写入一些智能程序。以便产品在使用时自动实现这些既定功能。
  电子控制执行部分是智能处理结果实现的自动操作系统,在智能照明应用中,一般它直接控制电源的电子开关,控制LED光源的点亮或熄灭。需要远程控制或集团控制的,还可加入Zigbee、WLAN、TCP/IP、WiFi等无线通讯的芯片,将控制信号远距离传送、遥控。




  图1 简单的智能LED照明系统

  七八年前汽车电子产品----自动胎压报警系统(TPMS)用的、放置在汽车轮胎内的传感模块,就是由MEMS的压力、加速度、温度传感器与ASIC芯片封装在一个SOC中,图2右下就是这个模块去掉封装塑料后内部窥视图,可见压力传感器、加速度传感器和MCU(ASIC)封装在一个SOC单元里。单灯的智能照明控制系统。


  图2 TPMS的SOC模块

  MEMS传感器与智能MCU封装在一个SOC单元里的技术已经相当成熟。将物理量、化学量、生物量的MEMS传感器与带传感器信号调理的MCU封装在一个SOC中可方便设计智能照明灯具的使用(图3)。ASIC具有强大的功能,可以轻松的完成传感器送来的小型号处理和转换,推动控制执行动作。




  图3 MEMS与智能MCU的SOC
带红外传感器的LED照明灯具如图4所示,这款带红外传感器的LED照明灯具 ,采用E27标准螺口灯头的灯具,它的电源适用范围是 AC180V-250V (50/60Hz), 红外传感器检测范围大约在3M-15M,它的标准产品 IFS-Bulb 3W灯具达80 lm ,5W灯具达140 lm 。随着LED的光通量提高,目前产品可达300-450lm。从图4可见在LED光源模块的中央部分嵌入红外线传感器。一旦红外传感器检测到人的体温,LED光源将会在50秒内自动开启,然后延迟一定时间关闭。适用于任何一种室内应用,如走廊、储藏室、楼梯和大厅入口处。


  图4 带红外传感器的LED照明灯具

  单灯的智能照明控制系统必须做得十分紧凑,才能放入空间有限的灯具里面。智能照明的单灯需要有一个收集外界信息的传感器、一个带信号处理的MCU、一个电子开关、一个AC/DC的恒流电源、一个LED光源板(图5)。设计一个单灯的智能照明控制系统的灯具,必须首先确定应用目标,才能决定选用哪一种传感器。

  图5 单灯的智能照明控制系统
  红外自控LED节能灯具系统方案设计思路
  具体的红外自控LED节能灯具产品方案设计思路,应依据信号采集和处理的路径,设计各功能部分,整体上满足产品设计的目标。红外传感器输出的信号很小,必须加以放大才能使用,因此红外自控LED照明灯具系统方案设计思路如图6所示,将红外传感器的微弱信号通过一个四运放(LP2902M)的仪表放大器放大和比较,经CD4538多谐振荡器组成的计时器电路,再经一大功率三极管驱动继电器实现LED电源的开闭,由LED驱动电源去点亮灯具中的LED光源或LED光源阵列。


dearlihui520 edited on 2013-01-17 17:06



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