今天，大約有100億白熾燈照明，他們消耗大約世界上五分之一的能源。隨著當(dāng)前“走向綠色”生態(tài)趨勢(shì)，為了節(jié)約能源，許多人都在尋找新途徑來(lái)拯救我們的地球。太陽(yáng)能，風(fēng)能，水能和其他可再生能源發(fā)電正在建設(shè)，用來(lái)取代煤與蒸汽這樣有害環(huán)境的方式。
另一個(gè)節(jié)約能源的替代方案是通過(guò)智能網(wǎng)格和智能系統(tǒng)消耗更少的能量，只有需要時(shí)才消耗能量。對(duì)于照明系統(tǒng)，LED結(jié)合智能傳感器電路看來(lái)是一個(gè)很有前途的方法，可以用來(lái)解決能耗高的問(wèn)題。LED，或固態(tài)光源(SSL)協(xié)議，能源消耗大約為白熾燈的三分之一，他們是更有效率的運(yùn)用能源方式。制造商已經(jīng)有了這樣的解決方案。
Watt-sucking白熾燈仍舊繼續(xù)主導(dǎo)住宅照明景觀，盡管他們是低效率的，而且只轉(zhuǎn)化一小部分能量為光。其余的能源通過(guò)玻璃罩作為熱量浪費(fèi)和消失了。由于，白熾燈效率很低，他們?cè)谑澜缟显S多國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始被淘汰。澳大利亞和委內(nèi)瑞拉于現(xiàn)階段處于領(lǐng)先地位，美國(guó)將從2012年通過(guò)2014年開(kāi)始著手這個(gè)事情。節(jié)能燈(CFL)已經(jīng)開(kāi)始使用了，他們節(jié)省了家庭消耗電源的25%，而產(chǎn)生更少的熱量。事實(shí)上，一20W的節(jié)能燈可以和75W的白熾燈發(fā)出同樣亮度的光。
消費(fèi)者從白熾燈到節(jié)能燈的轉(zhuǎn)換是在1990年代末，給在城市和城鎮(zhèn)里的人們提供折扣機(jī)制引起的轉(zhuǎn)換。吸引消費(fèi)者們的是“走向綠色”，實(shí)現(xiàn)帳單上的成本節(jié)約。然而，這對(duì)于很多人來(lái)說(shuō)并不都是一個(gè)積極的經(jīng)驗(yàn)，比如他們希望光線變暗，而節(jié)能燈不能通過(guò)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)亮暗，節(jié)能燈含有少量的水銀，需要適當(dāng)處理有害物質(zhì)。許多燈泡將被回收并妥善處理，但大多數(shù)被掩埋到垃圾場(chǎng)，這將會(huì)導(dǎo)致地下水污染。節(jié)能燈的采用率很低，在美國(guó)估計(jì)只有大約11%的家庭使用。在過(guò)去5年里節(jié)能燈技術(shù)已大大改善，但現(xiàn)在仍舊沒(méi)有最優(yōu)的解決方案。
半導(dǎo)體照明(SSL)技術(shù)的進(jìn)步使商業(yè)和住宅市場(chǎng)的LED照明設(shè)備迅速增加。承諾壽命長(zhǎng)，發(fā)光效果更好，并且更節(jié)能，這些都是LED替代白熾燈和節(jié)能燈的主要因素。LED只需要消耗它的前輩白熾燈能量的三分之一。它可以充分利用智能傳感器和微控制器，來(lái)真正帶來(lái)額外的節(jié)能和經(jīng)濟(jì)利益，是的真正的“綠色”技術(shù)。有專家預(yù)期，在今后不到一年的時(shí)間里，大多數(shù)的消費(fèi)者都會(huì)愿意使用LED照明。
接下來(lái)的幾年里，照明行業(yè)將會(huì)在照明史上迎來(lái)一個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻，在歐盟國(guó)家、加拿大、巴西和美國(guó)的許多州將會(huì)逐步采取措施使白熾燈泡從市場(chǎng)上退出。美國(guó)當(dāng)?shù)毓檬聵I(yè)已經(jīng)開(kāi)始引入LED燈激勵(lì)計(jì)劃，這將加速LED照明采用速度。這些刺激措施將會(huì)彌補(bǔ)消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)新式燈的高額費(fèi)用，它大約是節(jié)能燈成本的五倍。
照明科學(xué)小組(LSGC)總部位于佛羅里達(dá)州衛(wèi)星海灘，他們最近宣布，為大眾拯救計(jì)劃下的公用事業(yè)在東北老工業(yè)基地改造、新建建筑和其他用戶應(yīng)用中給客戶提供折扣。在LSGC新聞公報(bào)中報(bào)道，選擇原因是基于他們?cè)贚ED燈DEFINITY線上嚴(yán)格的LM-79照明性能測(cè)試、量產(chǎn)系列豐富，和鞋盒式的夾具。這些在東北地區(qū)的打折必將減少成本障礙，增加消費(fèi)者LED燈具的使用率。
今天的LED燈具的成本是主要由LED、電子驅(qū)動(dòng)、光學(xué)，和散熱器組成。許多LED照明設(shè)備制造商都在努力降低成本，同時(shí)增加特色來(lái)吸引消費(fèi)者。還有的在努力增加智能控制，這些可以很容易的整合到LED驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備。
大多數(shù)LED照明燈具使用電子控制通過(guò)脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)來(lái)控制LED光輸出。這些PWM通過(guò)控制LED為“開(kāi)”的時(shí)間的百分率來(lái)控制產(chǎn)生多少時(shí)間的光輸出。該驅(qū)動(dòng)方法也可以把LED調(diào)暗，可以與大多數(shù)家庭里墻上的傳統(tǒng)調(diào)光器一起使用。設(shè)計(jì)里固有的電子驅(qū)動(dòng)也可以用來(lái)進(jìn)一步控制光輸出的功能。隨處可得，傳感器是決定什么時(shí)候需要光、需要多少光的關(guān)鍵，所以LED燈具提供了最佳的有效輸出。
智能微控制器在當(dāng)今市場(chǎng)上已經(jīng)極大豐富，他們大部分都可以編程來(lái)執(zhí)行多種智能LED驅(qū)動(dòng)功能。每天都有許多新的集成方案出來(lái)，驅(qū)動(dòng)廠商致力于為客戶降低BOM器件數(shù)量和成本。最理想的情況是，這些產(chǎn)品能夠提供給設(shè)計(jì)工程師一個(gè)單芯片方案，包含所有的建立智能LED驅(qū)動(dòng)所需的模塊。PowerPSoC現(xiàn)在整合了賽普拉斯的可編程片上系統(tǒng)(PSoC)，包含了CSA，滯后控制器，一個(gè)5VDC-DC調(diào)節(jié)器和電源FET ，形成了一個(gè)單芯片集成電路。片上系統(tǒng)(SoC)是照明功能的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。它使設(shè)計(jì)者擁有驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的平臺(tái)，可以滿足他們公司所期望的所有市場(chǎng)需求。使用這一集成方案可以重新配置電力，可簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)，減少測(cè)試時(shí)間，降低BOM成本。PowerPSoC可以給設(shè)計(jì)者提供數(shù)字和模擬兩種I/O，可以有多種傳感器接口以供選擇。
圖1:賽普拉斯的PowerPSoC有專門(mén)的能耗電路用于LED驅(qū)動(dòng)，每通道最高可達(dá)1A，32V。板上控制器還有數(shù)字和模擬I/O，可以連接大多數(shù)傳感器到其內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器。
可編程控制照明已存在多年，使用傳感器來(lái)決定何時(shí)燈光應(yīng)該打開(kāi)、關(guān)掉或根據(jù)環(huán)境情況調(diào)整為合適的光亮。因?yàn)樵S多LED燈具板上已經(jīng)有電子控制器，這些傳感器可以容易的連接或整合到智能子系統(tǒng)。這些傳感器可以用來(lái)控制一個(gè)單一的燈具或控制整棟建筑復(fù)雜的照明。應(yīng)用范圍很廣，可以從車(chē)道里使用一個(gè)光傳感器來(lái)控制LED聚光燈，到商業(yè)辦公大樓里使用傳感器來(lái)降低能源成本。
傳感器可以很容易地集成到智能照明系統(tǒng)，可以把他們連接到期望的處理器，例如PowerPSoC。目前市場(chǎng)上技術(shù)最先進(jìn)的LED燈泡之一是由一家來(lái)自佛羅里達(dá)南部的叫MSiSSL(www.msissl.com) 的公司開(kāi)發(fā)的。智能PAR38，或iPAR-38，使用霍爾效應(yīng)傳感器連接到PowerPSoC來(lái)確定用戶期望的輸出電流。MSiSSL的專利Powerband技術(shù)，采用簡(jiǎn)單的band方法可以有基于10瓦，12瓦，16瓦的靈活的光輸出。”零售商在他們的商店有不同照明需求，這一產(chǎn)品可以在光線不太需要的地方降低功率節(jié)約能源，或者可以在需要強(qiáng)光的地方增加照明” MSiSSL的銷售副總裁約翰·伯克這樣說(shuō)。
圖2:MSiSSL智能iPAR-38是當(dāng)今市場(chǎng)上的最智能的LED燈之一
根據(jù)磁環(huán)的位置不同，iPAR38可以輸出550流明， 650流明或800流明。這將使得照明規(guī)格做到最優(yōu)化設(shè)計(jì)，無(wú)論是從光輸出還是光能量節(jié)省上，并且所有這些都是在一個(gè)燈泡上實(shí)現(xiàn)的。
MSiSSL的Powerband技術(shù)使用賽普拉斯PowerPSoC里的霍爾效應(yīng)傳感器實(shí)現(xiàn)，以確定驅(qū)動(dòng)LED的流明數(shù)量。
環(huán)境光感應(yīng)器例如安森美半導(dǎo)體的NOA1302和歐司朗的SFH5711都可以用于LED路燈，當(dāng)太陽(yáng)下山時(shí)打開(kāi)。這些光敏二級(jí)管傳感器具有一種類似人類眼睛的光譜靈敏度，可以用來(lái)精確的調(diào)整LED燈光輸出。這些傳感器的輸出是模擬電壓，可以很容易地連接到賽普拉斯PowerPSoC 里的A/D轉(zhuǎn)換器。或者，NOA1302可以板上集成ADC，通過(guò)PowerPSoC的I2C編程控制和通訊。環(huán)境光感應(yīng)器和微控制器的使用可以用來(lái)根據(jù)自然光線輸出需要的適當(dāng)?shù)牧凉狻?/div>
運(yùn)動(dòng)探測(cè)器是另一種類型的傳感器，可以整合到辦公大樓、安防系統(tǒng)及倉(cāng)庫(kù)，只有運(yùn)動(dòng)存在時(shí)才會(huì)打開(kāi)。主動(dòng)式運(yùn)動(dòng)傳感器可以在下面情況下使用：一束光從發(fā)射機(jī)注入到接收機(jī)，光束交叉時(shí)檢測(cè)到不同。被動(dòng)式運(yùn)動(dòng)傳感器，也稱為PIR(被動(dòng)式紅外線)傳感器，通常用于能夠檢測(cè)人體熱量的安全燈。
器件本身是類似于光傳感器的簡(jiǎn)單電子元件。紅外燈電路可以自動(dòng)探測(cè)并放大成一個(gè)信號(hào)。被動(dòng)式紅外傳感器是用來(lái)檢測(cè)對(duì)象的存在或占用。
圖3:雙被動(dòng)式紅外傳感器用于精確運(yùn)動(dòng)檢測(cè)
最近美國(guó)能源部(DOE) 發(fā)布的報(bào)告顯示，在種類眾多的照明項(xiàng)目中，以傳感器為基礎(chǔ)的LED照明設(shè)備確實(shí)節(jié)省了能源。其中一個(gè)項(xiàng)目是在Manchester NH的T.J.Maxx停車(chē)場(chǎng)，這里有22盞高壓鈉燈，6盞金屬鹵素?zé)簦?5盞 LED燈。報(bào)告中強(qiáng)調(diào)，58%能源節(jié)省是由于LED以及傳感器的使用，當(dāng)沒(méi)有汽車(chē)時(shí)可以減少光輸出。在新罕布什爾州商業(yè)區(qū)域經(jīng)營(yíng)，這種應(yīng)用的回收期估計(jì)大約為三年。
照明科學(xué)小組最近報(bào)告說(shuō)，他們已經(jīng)在加州Ventura County的美國(guó)海軍基地的單身宿舍安裝了LED 墻壁燈架。這些戶外照明專門(mén)為邊界安全照明設(shè)計(jì)，和傳感器一起實(shí)現(xiàn)妥善地管理能源使用。LSGC的新聞發(fā)布中報(bào)告，“這種照明方式將比傳統(tǒng)照明能持續(xù)長(zhǎng)達(dá)三倍的時(shí)間，卻只消耗少于一半的能源量”。同時(shí)還宣告，“為了節(jié)省額外的能源，每個(gè)燈架都包含板上傳感器，以減少燈架瓦特?cái)?shù)，當(dāng)檢測(cè)到一定周期沒(méi)有活動(dòng)后可以把光輸出功率從35瓦降到10瓦”。
現(xiàn)在存在的各式各樣的外加的控制傳感器和邏輯將進(jìn)一步提高智能照明控制器的能力，以節(jié)省世界能源消耗。溫度、濕度、壓力、聲音和超聲波傳感器，構(gòu)成了今天所有可用的傳感器，他們可以很容易的連接到智能照明驅(qū)動(dòng)，以決定是否需要系統(tǒng)的光輸出。
隨著未來(lái)幾年LED照明的增長(zhǎng)與普及，其固有的效率將會(huì)降低整個(gè)地球的能源消耗和成本。我們繼續(xù)會(huì)看到越來(lái)越多用途的照明，可以看到彩色的摩天大樓點(diǎn)綴風(fēng)景，也可以在我們的家里增加更多的插座。LED開(kāi)啟了許多新的照明發(fā)展機(jī)遇，這些是白熾燈不可能實(shí)現(xiàn)的。它將充分利用智能微控制器和傳感器，來(lái)確保我們“聰明”地使用能源，并且真正的利用“綠色環(huán)保”的好處，這個(gè)時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。許多現(xiàn)存以及新成立的照明公司都在追求綠色，并在以后的歲月里給市場(chǎng)上帶來(lái)真正的“綠色”智能照明。
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