傳感器與mcu的智能LED照明解決方案

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 傳感器與mcu的智能LED照明解決方案近十年來，發(fā)光二極管（LED）已經(jīng)從電子設備指標的優(yōu)勢選擇轉變?yōu)槭拐彰鞲?jié)能的主要焦點。有效產生強光照度的能力使LED成為大多數(shù)應用越來越受歡迎的選擇，超越了熒光和其他技術的能力。 LED相對于其他選項的另一個重要優(yōu)勢是其可控性。 雖然LED調光涉及比傳統(tǒng)白熾燈照明所用的簡單控制器更復雜的電路設計，但LED支持不僅可以調節(jié)照明水平，但發(fā)出的顏色要精細調整。這種可控性可用于各種應用，從倉庫和工廠的高棚照明到智能溫室。 LED照明已經(jīng)通過延長可能的生長季節(jié)來提高農業(yè)產量溫帶氣候下幾個月的作物范圍。通過提高產量和增長時間，該技術使

2、屋頂農業(yè)更加經(jīng)濟。因此，城市可以開始為糧食生產做出奉獻。智能溫室設計的一個重要方面是能夠使LED響應環(huán)境光水平，以防止過度消耗電力，并提供不同的顏色，以支持作物在其生命周期中的需求。在明亮的環(huán)境照明條件下，LED可以完全關閉，并在降低時逐漸上線。 在倉庫中環(huán)境照明不太容易獲得，但它通常通過天窗和窗戶呈現(xiàn)。傳統(tǒng)照明設計的問題是在整個地面空間提供一致的照明。傳統(tǒng)上，燈具將被設置為提供恒定水平的照明，這在高環(huán)境光水平的區(qū)域中將是浪費的。同時，周圍燈具和窗戶或天窗很少的角落區(qū)域可能比較暗。智能LED照明可以通過不僅適應自然光的變化，而且可以適應其他燈具的影響來彌補這些問題。 智能LED照明解決方案將電

3、路控制每個元件與檢測環(huán)境光線水平的傳感器相結合。雖然越來越多的系統(tǒng)采用無線微控制器來支持交互式控制，但這種組合為高效的光采集提供了根底，而不需要復雜的通信方案。 原則上，LED提供的光線易于控制。 LED的輸出是正向電流的近似線性函數(shù)，并且為了提供一致的照明，它需要恒定的驅動電流。通常，隨著LED結加熱，亮度與電流曲線變平，由于溫度升高導致的特性效率損失而浪費能量。 圖1：LED輸出與電流的關系圖。 實際上，只要頻率快于人眼可以檢測到的頻率，流向LED的電流就可以短時間中斷。通常，200Hz的開關頻率防止了人們注意到燈閃爍的情況。 LED的有效電流和因此感知的亮度水平變得與調光電路提供的波形的

4、占空比成比例。這使得脈沖寬度調制（PWM）成為實現(xiàn)高效LED調光的有效方法。 專為PWM工作而設計的LED功率控制器，如*儀器TPS92640，使用標準PWM提供2500：1的調光范圍在分流FET的幫助下調光和20000：1。在該系列的另一個成員TPS92641上使用并聯(lián)FET，克服了PWM周期時間對調光水平的限制。因為對PWM功率控制器的輸出級電感器充電和放電需要時間，所以可能需要比給定水平的光所需的電流更多的電流通過LED。通過激活與LED或串聯(lián)連接的LED串并聯(lián)的并聯(lián)FET，可以轉移大部分電流。 TPS92640和類似的控制器提供與分流FET的連接，以激活周期的可變部分，從而進一步調暗L

5、ED。 PWM調光的另一個優(yōu)點是它可以更好地控制LED的亮度。輸出光譜，是使用熒光粉涂層的白光LED的一個重要方面。在低電流下，磷光體輸出占主導地位，這傾向于導致黃色色調。在高電流時，LED的藍光占主導地位。通過以特定電流驅動LED，電路設計人員可以確保一致的色彩輸出。使用恒流策略是不可能的，其中需要改變電流水平以實現(xiàn)不同的調光水平。 TPS92640和TPS92641承受來自外部控制器的模擬或PWM輸入。智能照明系統(tǒng)將使用微控制器來實現(xiàn)感測邏輯和照明控制，這傾向于有利于使用PWM輸入的應用。*儀器（TI）生產的CC2650微控制器等設備可以連接2.4 GHz工作的低功耗無線網(wǎng)絡，以及接收傳感

6、器信號的眾多接口端口。 圖2：智能光捕獲燈具的方框圖。 *儀器OPT3001可以向系統(tǒng)提供有關現(xiàn)有光照水平的信息。設計傳感器的光譜響應與人眼的明視響應嚴密匹配。其過濾包括顯著的紅外抑制，以防止過高估計可收集的環(huán)境光量。 通過I 2 C總線提供結果，可以通過OPT3001從0.01 lux到83 klux，無需手動選擇滿量程范圍。這是使用內部滿量程設置功能執(zhí)行的。此功能允許在23位有效動態(tài)范圍內開展光測量。通過分離重要的半字節(jié)，從通過I 2 C發(fā)送的每個測量字中提取數(shù)據(jù)。此高位半字節(jié)包含一個比例因子，需要應用于三個低半字節(jié)以提供勒克斯值。 OPT3001可以連續(xù)執(zhí)行測量或作為單次讀數(shù)，在100

7、ms或800 ms的時間段內集成讀數(shù)，以消除其他人造光源噪聲源的影響。該器件有自己的中斷邏輯。這允許其在主機MCU可以睡眠的設計中使用，直到超過限制。這可以提高燈具在長時間不活動的情況下的效率 - 例如陽光燦爛的日子。 OPT3001可以將其讀數(shù)與上限和下限存放器開展比較，并在遇到其中任何一個時產生中斷。 MCU可以通過I 2 C重新編程限制存放器，以支持不同的操作模式。例如，一旦燈具處于活動狀態(tài)，MCU就可以承受來自OPT3001的讀數(shù)，并且在下模式改變之前不需要傳感器根據(jù)上限或下限開展中斷?；蛘撸琈CU可以關閉OPT3001以節(jié)省功耗并使用定期讀取的單次讀數(shù)。每次單次讀取后，OPT3001

8、都會關閉。 有些系統(tǒng)設計可能會選擇將OPT3001集成到燈具本身。其他人可能會使用耦合到無線微控制器的分布式OPT3001傳感器將地板水平的光強度數(shù)據(jù)傳回燈具，每個燈具內的本地MCU集成了結果，以計算LED燈串本身所需的PWM比率。 圖3：OPT3001與主機MCU之間的連接。 智能燈具中另一個重要組件是溫度傳感器。這可用于確保LED免受過溫條件的影響。 MCU不僅可以通過降低LED的功率來響應這些功能，以保護設備，還可以通過無線網(wǎng)絡發(fā)出警報。合適的溫度傳感器是Texas Instruments LMT84。這是一款精細CMOS溫度傳感器，提供模擬輸出，可用于饋入CC2650的一個ADC端口。 LMT84的輸出電壓與溫度成線性和反比。該設計具有瞬態(tài)負載要