LED照明智能控制系统中的传感器技术解析

传感器作为信号采集和机电转换的器件，其机电技术已相当成熟，近几年来，传感器技术向小型化、智能化、多功能化、低成本化大踏步迈进。光敏传感器、红外传感器等各种类型的传感器都可与LED照明灯具组成一个智能控制系统，传感器将采集来的各种物理量信号转换成电信号，可以经由集成电路化的AD（模数）转换器、MCU（微控制器）、DA（数模）转换器对所采集的信号进行智能化处理，从而控制LED照明灯具开启和关闭。并可以籍此在MCU上设定各种控制要求，控制LED灯的开关时间、亮度、显色、多彩变幻，从而达到智能照明控制的目标。

光敏传感器

光敏传感器是比较理想的因天亮、天暗（日出、日落）时照度变化而能控制电路自动开关的电子传感器。光敏传感器可根据天气、时间段和地区自动控制LED照明灯具开闭。在明亮的白天通过减少其输出功率来降低耗电量，与使用荧光灯时相比，面积为200平米的便利店最大可降低53％的耗电量，寿命也长达约5～10万小时。一般情况下，LED照明灯具的寿命为4万小时左右；发光的颜色也可采用RGB（红绿蓝）多彩变幻的方式，使灯光更多彩，气氛更活跃。

光敏传感器是比较理想的因天亮、天暗（日出、日落）时照度变化而能控制电路自动开关的电子传感器。光敏传感器可根据天气、时间段和地区自动控制LED照明灯具开闭。在明亮的白天通过减少其输出功率来降低耗电量，与使用荧光灯时相比，面积为200平米的便利店最大可降低53％的耗电量，寿命也长达约5～10万小时。一般情况下，LED照明灯具的寿命为4万小时左右；发光的颜色也可采用RGB（红绿蓝）多彩变幻的方式，使灯光更多彩，气氛更活跃。

红外传感器

红外传感器是靠探测人体发射的红外线而工作的。主要原理是：人体发射的10μm左右的红外线通过菲涅尔滤光透镜增强后聚集到热释电元件PIR（被动式红外）探测器上，当人活动时，红外辐射的发射位置就会发生变化，该元件就会失去电荷平衡，发生热释电效应向外释放电荷，红外传感器将透过菲涅尔滤光透镜的红外辐射能量的变化转换成电信号，即热电转换。在被动红外探测器的探测区内无人体移动时，红外感应器感应到的只是背景温度，当人体进人探测区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异，信号被采集后与系统中已存在的探测数据进行比较以判断是否真的有人等红外线源进入探测区域。

被动式红外传感器有三个关键性的元件：菲涅尔滤光透镜，热释电红外传感器和匹配低噪放大器。菲涅尔透镜有两个作用：一是聚焦作用，即将热释红外信号折射在PIR上：二是将探测区内分为若干个明区和暗区，使进入探测区的移动物体／人能以温度变化的形式在PIR上产生变化的热释红外信号。一般还会匹配低噪放大器，当探测器上的环境温度上升，尤其是接近人体正常体温（37℃）时，传感器的灵敏度下降，经由它对增益进行补偿，增加其灵敏度。输出信号可用来驱动电子开关，实现LED照明电路的开关控制。

超声波传感器

与红外传感器应用相仿的超声波传感器近年在自动探测移动物体中得到更多的应用。超声波传感器主要利用多普勒原理，通过晶振向外发射超过人体能感知的高频超声波，一般典型的选用25～40kHz波，然后控制模块检测反射回来波的频率，如果区域内有物体运动，反射波频率就会有轻微的波动，即多普勒效应，以此来判断照明区域的物体移动，从而达到控制开关的目的。

超声波的纵向振荡特性，可以在气体、液体及固体中传播，且其传播速度不同；它还有折射和反射现象，在空气中传播频率较低、衰减较快，而在固体、液体中则衰减较小、传播较远。超声波传感器正是利用超声波的这些特性。超声波传感器有敏感范围大，无视觉盲区，不受障碍物干扰等特点，已经被证明是检测小物体运动最有效的方法。因此与LED灯具组成系统可灵敏控制开关。由于超声波传感器灵敏度高，空气振动、通风采暖制冷系统及周围邻近空间的运动都会引起超声波传感器产生误触发，所以超声波传感器需要及时校准。

温度传感器

温度传感器NTC（负温度系数）做LED灯具的过温保护被比较早的广泛应用。LED灯具如采用大功率LED光源，就必须采用多翼的铝散热器，由于室内照明用的LED灯具本身空间很小，散热问题到目前还是最大的技术瓶颈之一。

LED灯具散热不爽的话，会导致LED光源因过热而早期光衰。LED灯具开启后热量还会因热空气自动上升而向灯头富集，影响电源的寿命。因此在设计LED灯具时，可以在铝散热器靠近LED光源方紧贴一个NTC，以便实时采集灯具的温度，当灯杯铝散热器温度升高时可利用此电路自动降低恒流源输出电流，使灯具降温；当灯杯铝散热器温度升高到限用设定值时自动关断LED电源，实现灯具过温保护，当温度降低后，自动再将灯开启。

声控传感器

由声音控制传感器、音频放大器、选择频道电路、延时开启电路及可控硅控制电路等组成的声控传感器（microphone array）。以声音对比结果来判断是否要启动控制电路，用调节器给定声控传感器的原始值设定，声控传感器不断地将外界声音强度与原始值做比较，当超过原始值时向控制中心传达“有音”信号，声控传感器在楼道及公共照明场所得到广泛的应用。

微波感应传感器

微波感应传感器是利用多普勒效应原理设计的移动物体探测器。它以非接触方式探测物体的位置是否发生移动，继而产生相应的开关操作。当有人走进感应区内，并且达到照明需求时，感应开关自动开启，负载电器开始工作，并启动延时系统，只要人体未离开感应区，负载电器将持续工作。当人体离开感应区后，感应器开始计算延时，延时结束，感应器开关自动关闭，负载电器停止工作。真正做到安全、方便、智能、节能。