3S Market「全球智慧科技應用」市場資訊網: ．一文瞭解 LED 智慧照明六種常用感測器

Motion Activated Light Strips:

My Automated Lights Set Up

來源：数智网

感測器作為信號採集和機電轉換的器件，其機電技術已相當成熟，近幾年來，感測器技術向小型化、智慧化、多功能化、低成本化大踏步邁進。

光敏感測器、紅外線感測器等，各種類型的感測器，都可與LED照明燈具組成一個智慧控制系統，感測器將採集來的各種物理量信號轉換成電信號，可以經由整合電路化的AD（模數）轉換器、MCU（微控制器）、DA（數位類比）轉換器對所採集的信號進行智慧化處理，從而控制LED照明燈具開啓和關閉。並可以籍此在MCU上設定各種控制要求，控制LED燈的開關時間、亮度、顯色、多彩變幻，從而達到智慧照明控制的目標。

光敏感測器

光敏感測器是比較理想的因天亮、天暗（日出、日落）時照度變化，而能控制電路自動開關的電子感測器。光敏感測器可根據天氣、時間段和地區，自動控制LED照明燈具開閉。

在明亮的白天，透過減少其輸出功率來降低耗電量，與使用螢光燈時相比，面積為200平米的便利店，最大可降低53％的耗電量，壽命也長達約5～10萬小時。

一般情況下，LED照明燈具的壽命為4萬小時左右；發光的顏色也可採用RGB（紅綠藍）多彩變幻的方式，使燈光更多彩，氣氛更活躍。

在明亮的白天通過減少其輸出功率來降低耗電量，與使用螢光燈時相比，面積為200平米的便利店最大可降低53％的耗電量，壽命也長達約5～10萬小時。

紅外線感測器

紅外線感測器，是靠探測人體發射的紅外線而工作的。主要原理是：人體發射的10μm左右的紅外線，透過菲涅爾濾光透鏡增強後，聚集到熱釋電元件PIR（被動式紅外）探測器上，當人活動時，紅外線輻射的發射位置就會發生變化，該元件就會失去電荷平衡，發生熱釋電效應向外釋放電荷，紅外線感測器將透過，菲涅爾濾光透鏡的紅外線輻射能量的變化，轉換成電信號，即熱電轉換。

在被動紅外線探測器的探測區內，無人體移動時，紅外線感測器感應到的只是背景溫度，當人體進人探測區，透過菲涅爾透鏡，熱釋電紅外線感應器感應到的是人體溫度與背景溫度的差異，信號被採集後與系統中已存在的探測數據進行比較以判斷是否真的有人等紅外線源進入探測區域。

被動紅外線探測器有三個關鍵性的元件：菲涅爾濾光透鏡，熱釋電紅外線探測器和匹配低噪放大器。

菲涅爾透鏡有兩個作用：一是聚焦作用，即將熱釋紅外線信號折射在PIR上：二是將探測區內分為若干個明區和暗區，使進入探測區的移動物體/人，能以溫度變化的形式在PIR上產生變化的熱釋紅外信號。

一般還會匹配低噪放大器，當探測器上的環境溫度上升，尤其是接近人體正常體溫（37℃）時，探測器的靈敏度下降，經由它對增益進行補償，增加其靈敏度。輸出信號可用來驅動電子開關，實現LED照明電路的開關控制。

超音波感測器

與紅外線探測器應用相仿的超音波感測器，近年在自動探測移動物體中得到更多的應用。超音波感測器主要利用多普勒原理，透過晶振向外發射，超過人體能感知的高頻超音波，一般典型的選用25～40kHz波，然後控制模組檢測，反射回來波的頻率，如果區域內有物體運動，反射波頻率就會有輕微的波動，即多普勒效應，以此來判斷照明區域的物體移動，從而達到控制開關的目的。

超音波的縱向振蕩特性，可以在氣體、液體及固體中傳播，且其傳播速度不同；它還有折射和反射現象，在空氣中傳播頻率較低、衰減較快，而在固體、液體中則衰減較小、傳播較遠。超音波感測器正是利用超音波的這些特性。超音波感測器有敏感範圍大，無視覺盲區，不受障礙物乾擾等特點，已經被證明是檢測小物體運動最有效的方法。

因此與LED燈具組成系統可靈敏控制開關。由於超音波感測器靈敏度高，空氣振動、通風採暖制冷系統，及周圍鄰近空間的運動，都會引起超音波感測器產生誤觸發，所以超音波感測器需要即時校準。

溫度感測器

溫度感測器NTC（負溫度系數）做LED燈具的過溫保護，被比較早的廣泛應用。LED燈具如採用大功率LED光源，就必須採用多翼的鋁散熱器，由於室內照明用的LED燈具，本身空間很小，散熱問題到目前還是最大的技術瓶頸之一。

LED燈具散熱不爽的話，會導致LED光源因過熱而早期光衰。LED燈具開啓後，熱量還會因熱空氣自動上升，而向燈頭富集，影響電源的壽命。因此在設計LED燈具時，可以在鋁散熱器靠近LED光源方，緊貼一個NTC，以便即時採集燈具的溫度，當燈杯鋁散熱器溫度升高時，可利用此電路自動降低恆流源輸出電流，使燈具降溫；當燈杯鋁散熱器溫度升高到限用設定值時，自動關斷LED電源，實現燈具過溫保護，當溫度降低後，自動再將燈開啓。

聲控感測器

由聲音控制感測器、音頻放大器、選擇頻道電路、延時開啓電路及可控矽控制電路等組成的聲音控制感測器（microphone array）。以聲音對比結果，來判斷是否要啓動控制電路，用調節器給定聲音控制感測器的原始值設定，聲音控制感測器不斷地將外界聲音強度，與原始值做比較，當超過原始值時，向控制中心傳達「有音」信號，聲音控制感測器在樓道及公共照明場所得到廣泛的應用。