新一代一体化固态智能照明灯具 5.pdf

新一代一体化固态智能照明灯具 南京理工大学 梁人杰 摘要 固态照明光源，如：LED ,OLED ,QLED兼备了令传统光源望尘莫及的固态电子器件特征， 没有灯丝阴极，无需充入气体，结构体积小巧，可控性能极好，如同人类蓬勃兴起的智能化产 品一样，新一代的嵌入智能单元的固态照明灯具应运而生。文章简明讨论基本的一体化智能灯 具及其与多学科技术的融合，以及双参数、多参数联合探测控制等问题,以促进一体化智能LED 照明灯具的创新开发与发展。 前言 固态照明光源，如：LED ,OLED ,QLED等，以节能环保，超长寿命，结构柔性等等优势， 正在与传统光源展开激烈的市场争夺。固态照明光源所兼备的微电子器件特征，没有灯丝阴极， 无需充入气体，结构体积小巧，可控性能极好，而令传统光源望尘莫及。由于现代微电子技术 的发展，特别是LED等固态照明光源的进步，结构上已可实现把传感器件与自动控制智能单元 嵌入到灯具内部，构成一体化的自动控制灯具，因此，与人类蓬勃兴起的所有的智能化产品一 样，新一代的嵌入智能单元的一体化固态智能照明灯具应运而生。 新一代的嵌入智能单元的固态照明灯具，可简称为智能化灯具（下文同），属于分离式照 明自动控制的概念。智能化灯具相对于网络化的照明自动控制而言，往往是一种单个或单组的， 可独立的，不连接成控制网络的，实施自动开关或自动调光的照明自动控制。 智能化灯具一般采用探测环境物理量的控制单元来自动控制照明状态，有光控，时控，声 控，红外控制，雷达控制，或者上述物理量的双参数，三参数，乃至多参数联合控制与调光等。 例如：光控+声控；光控+红外控制+定时控制；光控+雷达控制+定时控制等。 目前，初步发展的基本的智能化自动控制灯具，适用于很小的场合，很小的照明功率或简 单的照明需求，或对光环境没有高要求的场合，但却能够有效实现照明节能，最主要的优点是 在广泛的场合均可实现人性化的照明节能，且成本低，可靠性高，广泛推广所引起的经济效益 和社会效益非常显著。 1 声光控延时控制LED灯具 1.1 原理 声光控自动控制灯具是环境声响与环境亮度的双参数联合控制，还带有延时功能，运行逻 辑的控制策略示于图1。因此，也被称为声光控延时自动灯具。 1 声光控自动灯具的声学传感器可用结构小巧的驻极体话筒，专门检测有效控制范围环境内 人员行走或车辆进出的声响信号；而光学传感器可采用光敏电阻、光敏二极管或光敏三极管等， 以检测有效控制范围内的环境亮度。图2为原理框图的例子。信号调理电路，可以定量确定开 关动作时的环境声响大小与环境照度的量级，这是一种 “与”逻辑的关系，即：只有在环境声 响大到超越环境噪声的水平与环境照度降低到安全照度的水平，二者同时满足时，声光控延时 自动开关才会点亮被控制的照明灯具。而延时开关的作用主要是在灯具点亮后适当延迟亮灯的 时间，以确保对人们的步行行走距离有足够时间的安全照明。 2 2 红外线感应自动控制LED灯具 2.1 热释电红外线传感器原理 按照物理学原理，凡是温度高于摄氏-273℃ （绝对零度）的任何物体或生物，都会发出红 外线辐射。依靠一种对人体辐射红外线敏感的传感器作为探测器，可在探测目标区域周围监测 是否有人员活动，从而使开关控制灯具处于ON或OFF状态。这种传感器就是被动式热释电红外 线传感器，是一种能将探测到的红外线热信号转换为电信号的传感器。 热释电红外线传感器关键部分由敏感单元、阻抗变换器，菲涅尔透镜等三大部分组成。如 图3所示，敏感元件就是图中的热释电元件PIR；阻抗变换器主要是图中的场效应管等；图中 探测窗的下面就是菲涅尔透镜。 3 红外传感器内的敏感单元——热释电元件PIR，是一种高热电系数的材料。因型号差别材 料有所不同，例如有锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等。敏感材料被做成薄片，制成尺 寸例如为2×1mm的探测元件。常用的为双源式探头，有的成为二元低噪声探头，在每个传感器内装 有两个探测元件，如同图3上的等效原理图中的二个电容。因为这两个小电容是做在同一硅晶 片上，并且反极性串联，在电容的两端产生极性相反的正、负电荷。就可以抑制由于自身温度 升高而产生的飘移和环境杂散干扰。正是这种独特设计，使得传感器具