LED如何有效地用作智能电表的指标

毫无疑问，智能计量市场的快速增长将持续数年。虽然美国和欧洲的公用事业继续向国内，商业和工业客户推广，但其他地理区域已经效仿。

智能计量的一个关键优势是能够让消费者观察他的能量消耗。在我们能够明显看到我们的行动对我们的行动的影响时，鼓励在国内实现节能的运动，例如使用低能耗灯泡，关掉灯和不使用的器具，以及选择节能产品，都可以更加有效。能源消耗，更具体地说，可以节省多少钱。

双向通信和有效的用户界面是这里的关键因素，为消费者和公用事业公司提供消费信息，并向消费者保证持续有效的运营。 LED指示灯和字母数字显示屏是让消费者了解情况的主要手段。同时，智能电表必须便宜，低功耗，不引人注目，以及准确可靠。 LED指示灯不仅满足这些限制，而且通过创新设计可以出奇地实现多功能性。

智能电表中使用的典型设备包括Lumex Opto的QuasarBrite闪烁LED和Dialight的605和558系列RGB LED。将对驱动器的选择给予一些考虑，例如德州仪器（TI）的LP3943/4，以及关于如何保持设计低功耗的一些指示。

市场增长

市场研究公司MarketsandMarkets表示，全球智能电表市场预计将从2010年的43.8亿美元增长至2016年的152.61亿美元，估计复合年增长率接近21％。主要市场驱动因素是国际动机，主要是由于政府要求减少全球能源消耗，特别是温室气体排放的压力。进一步融入“智能电网”和智慧城市项目，正在刺激北美和欧洲的进一步增长。报告称，澳大利亚，新西兰，印度和中东的需求也在增加。

虽然智能电表概念的范围涵盖电力，燃气和水的消耗，但测量用电量是主要应用。智能电表通过远程抄表设备间接地通过公用事业公司减少能源消耗。当然，公用事业进一步受益于在运营方面和客户账单方面的显着成本节省，消除了对估计账单的需求。

能源使用也可以直接减少，因为住户可以更加了解他们的实时消费，并通过简单的手势节省成本，例如在不使用时拔掉手机充电器，或改变习惯，例如在非高峰时段使用电器。这是智能电表的一大优势，通过非常明显且易于理解的用户界面最有效地实现。激励消费者转移设备使用以节省资金将对公用事业公司产生重大影响，从而降低峰值能耗。

图1：Itron Sentinel智能电表是典型的设备，可替代传统的模拟电表。

智能但小巧

智能电表本身必须是相对较小，简单，低成本的设备，坚固，可靠，防篡改。有些设计用于直接替换旧的模拟仪表（参见图1）。有些是定制设计，以满足特定的外形要求（见图2）。智能电表安装在能源供应进入房屋的地方附近，这通常不是户主查看消费数据的理想位置。然而，仪表通常具有数字显示器和多个LED。

图2：Landis和Gyr E470专为英国市场设计，由英国天然气公司和苏格兰电力公司等公用事业公司安装。

通常，LCD用于显示信息，包括实时能耗，一段时间内的消耗，资费和计费信息，以及仪表配置和校准数据。前面板LED指示灯还可用于表示消耗的能量，通信状态，操作状态，以及警告用户错误或其他因素。

智能电表的一个有用配件是智能能源监控器。公开市场上有各种各样的消费设备。一些公用事业公司正在提供智能能源监控器以补充其智能电表。当安装多个智能电表（电气，燃气，水）时，它们特别有用，并且可以轻松集成到家庭自动化集线器中。监视器通常包括传感器，发射器和显示器。有些装置配有一个传感器，可以固定在仪表的电源线上，以测量电流。其他人使用光学/LED传感器从智能电表本身收集数据，这用于精确计算能源使用情况。然后将数据无线传输到显示单元。优点是显示器可以放置在家中的任何位置，并且可以显示使消费者更容易理解的信息。同样，用户界面通常是由LED指示器补充的LCD。

图3：LCD和LED指示灯的组合是智能能源监控器中的典型用户界面，例如Watts Clever的此系统。

令人放心的简单

虽然彩色数字液晶显示器可以提供丰富的信息，即使在相对较小的空间内，有时候简单的红色或绿色LED是状态指示器的最佳选择。快速浏览一下显示发光LED的智能电表，可以确保设备正常运行。可以有效地使用具有不同照明图案的不同颜色的多个LED来提供各种信息。

从红色到琥珀色到绿色的一系列LED可以提供指示使用电量的简单方法：从低到中等消耗的绿色到琥珀色灯，以及用于高能耗的琥珀色到红色。 Eltako的FEA55LED无线能耗指示器（如下图4所示）使用一系列十个红色LED。一次点亮多达五个，LED亮度顺时针方向增加。如果超出预设范围，则最后一个LED闪烁。根据环境光线水平，结合光传感器来控制LED亮度。

图4：Eltako的FEA55LED无线能耗指示器使用一系列十个红色LED。

闪烁LED广泛用于智能电表：眨眼越快，消耗的电量就越多。对于转换为kWh的配置脉冲，可以非常精确地校准设备，以提供精确的消耗数据。从这种类型的LED安装中，包含光传感器的智能能量监视器可以获取其数据。

虽然恒定的LED可以指示设备正在工作，但闪烁的LED可以指示错误。某些设备使用琥珀色/黄色LED指示GSM信号强度，或显示设备何时从基站发送/接收数据。

Panelware

领先的LED设计和制造公司Lumex提供经典的“交通信号灯”闪光LED系列，非常适合用作家电和智能电表的面板指示灯。 QuasarBrite系列中的LX5093系列有红色，黄色和绿色。红色版本提供各种亮度选项，从5到600 mcd。绿色和黄色均指定为20 mcd典型值。

从设计角度来看，闪烁功能不需要额外的驱动器，并且可以在很宽的电压范围内驱动器件。这些通孔径向引线LED具有60°视角，在-40至100°C的工作温度范围内，额定寿命至少为50，000小时。

LX5093BRSD是200 mcd红色闪烁LED，峰值波长为660 nm。 LX5093BGD是20 mcd绿色闪烁版本，峰值波长为565 nm。

Dialight还提供面板安装指示灯LED。 605系列包括5 mm卡入式LED，适用于主电源和远程电源指示，状态指示器以及各种仪表应用中的维护和警告指示。 605-2111-110F是一款嵌入式红色设备，额定亮度为38 mcd。还提供绿色和黄色版本。寿命通常为100，000小时，不产生热量，功耗低，仅消耗15 mA。

558系列需要3.9 mm安装孔的小型卡入式LED。基于AlInGaP或InGaN技术，对于高亮度应用，该系列包括双色版本和带有集成电阻的器件。 558-0102-001F是一款红色LED，具有直接端子，60°视角和29 mcd亮度等级。 558-0202-007F是绿色版本之一，额定值为19 mcd，具有60°视角，以及用于焊接安装的引线。

驾驶灯

通过德州仪器（TI）的LP3943 LED驱动器等专用设备可轻松实现驱动多个LED以提供闪烁，调光和开/关指示效果。该器件能够独立驱动多达16个RGB或单色LED，内置精密振荡器，可提供驱动每个LED所需的所有必要时序。两个预分频器寄存器和两个PWM（脉冲宽度调制）寄存器可提供多种占空比控制。

该器件与SMbus/I²C应用兼容。每个引脚的最大输出吸收电流为25 mA，每个封装为200 mA。任何不用于控制LED的端口都可用于通用I/O扩展。

还提供用于驱动8个LED的等效设备LP3944。

下面的图5显示了LP3943的典型应用电路。请注意，在许多应用中，LED和LP3943共用相同的VDD。当LED熄灭时，LED引脚的电位低于VDD，从而产生额外的电源电流。为尽量减小此电流，建议将LED引脚保持在等于或大于VDD的电压。 TI的LP3943数据表建议了几种在LED关闭时降低IQ的方法。²

图5：德州仪器（TI）的LP3943多LED驱动器的典型应用电路。它可以很容易地应用于在智能仪表或能量监视器中以各种照明配置驱动一系列彩色LED。

省电

鉴于安装智能电表的主要动机是节省能源，低功耗运行是必不可少的功能也就不足为奇了。 LED指示灯比霓虹灯或替代技术使用的能源要少得多，但低功耗设计仍然是一个重要的限制因素。 LED的常用节能方法是LED脉冲驱动和驱动电路多路复用。多路复用技术通过将LED光阳极和阴极分组在一起，简化了设计并减少了元件数量。

同时，脉冲驱动提供一系列短电脉冲来照亮发光二极管或阵列。脉冲驱动可用于减少占空比，使LED能够比正常操作消耗更少的能量。这在电池供电设备或依赖于能量收集技术的设备中特别有用。另一个好处是减少了散热。

根据应用的不同，应该考虑LED的运行。例如，当系统处于可见或可听见的活动状态时关闭LED可能更合适，然后当不使用时，LED被点亮以警告系统或特定功能不再可操作。如有必要，单个LED可以轻松保持照明数月。

在其他应用程序中，提供“部分打开”状态而不是“关闭”状态可能更有用。这用作连续指示灯的一种形式。即使使用极端节能方法，LED通常也可以继续为特定系统模式的基本指示提供足够的光，而不会耗尽电池。此外，脉动或闪烁的LED阵列仅保持开启仅几分之一秒，不仅可以是更有效的指示器，它甚至比连续点亮时使用更少的功率。 LED的性质意味着脉冲操作不会像传统照明系统那样降低设备的性能。它耗电更少，甚至延长了LED的使用寿命。