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，為了節(jié)約能源，許多人都在尋找新途徑來拯救我們的地球。太陽能，風(fēng)能，水能和其他可再生能源發(fā)電正在建設(shè)，用來取代煤與蒸汽這樣有害環(huán)境的方式。
另一個節(jié)約能源的替代方案是通過智能網(wǎng)格和智能系統(tǒng)消耗更少的能量，只有需要時才消耗能量。對于照明系統(tǒng)，LED結(jié)合智能傳感器電路看來是一個很有前途的方法，可以用來解決能耗高的問題。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。其余的能源通過玻璃罩作為熱量浪費和消失了。由于，白熾燈效率很低，他們在世界上許多國家已經(jīng)開始被淘汰。澳大利亞和委內(nèi)瑞拉于現(xiàn)階段處于領(lǐng)先地位，美國將從2012年通過2014年開始著手這個事情。節(jié)能燈(CFL)已經(jīng)開始使用了，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制引起的轉(zhuǎn)換。吸引消費者們的是“走向綠色”，實現(xiàn)帳單上的成本節(jié)約。然而，這對于很多人來說并不都是一個積極的經(jīng)驗，比如他們希望光線變暗，而節(jié)能燈不能通過調(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，這將會導(dǎo)致地下水污染。節(jié)能燈的采用率很低，在美國估計只有大約11%的家庭使用。在過去5年里節(jié)能燈技術(shù)已大大改善，但現(xiàn)在仍舊沒有最優(yōu)的解決方案。
半導(dǎo)體照明(SSL)技術(shù)的進步使商業(yè)和住宅市場的LED照明設(shè)備迅速增加。承諾壽命長，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，來真正帶來額外的節(jié)能和經(jīng)濟利益，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間里，大多數(shù)的消費者都會愿意使用LED照明。
接下來的幾年里，照明行業(yè)將會在照明史上迎來一個關(guān)鍵時刻，在歐盟國家、加拿大、巴西和美國的許多州將會逐步采取措施使白熾燈泡從市場上退出。美國當(dāng)?shù)毓檬聵I(yè)已經(jīng)開始引入LED燈激勵計劃，這將加速LED照明采用速度。這些刺激措施將會彌補消費者購買新式燈的高額費用，它大約是節(jié)能燈成本的五倍。
照明科學(xué)小組(LSGC)總部位于佛羅里達州衛(wèi)星海灘，他們最近宣布，為大眾拯救計劃下的公用事業(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新聞公報中報道，選擇原因是基于他們在LED燈DEFINITY線上嚴(yán)格的LM-79照明性能測試、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、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，同時增加特色來吸引消費者。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)動電子設(shè)備。
大多數(shù)LED照明燈具使用電子控制通過脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)來控制LED光輸出。這些PWM通過控制LED為“開”的時間的百分率來控制產(chǎn)生多少時間的光輸出。該驅(qū)動方法也可以把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)計里固有的電子驅(qū)動也可以用來進一步控制光輸出的功能。隨處可得，傳感器是決定什么時候需要光、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)今市場上已經(jīng)極大豐富，他們大部分都可以編程來執(zhí)行多種智能LED驅(qū)動功能。每天都有許多新的集成方案出來，驅(qū)動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)計工程師一個單芯片方案，包含所有的建立智能LED驅(qū)動所需的模塊。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5VDC-DC調(diào)節(jié)器和電源FET ，形成了一個單芯片集成電路。片上系統(tǒng)(SoC)是照明功能的設(shè)計基礎(chǔ)。它使設(shè)計者擁有驅(qū)動設(shè)計的平臺，可以滿足他們公司所期望的所有市場需求。使用這一集成方案可以重新配置電力，可簡化硬件設(shè)計，減少測試時間，降低BOM成本。PowerPSoC可以給設(shè)計者提供數(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有專門的能耗電路用于LED驅(qū)動，每通道最高可達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，使用傳感器來決定何時燈光應(yīng)該打開、關(guān)掉或根據(jù)環(huán)境情況調(diào)整為合適的光亮。因為許多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控制一個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，可以從車道里使用一個光傳感器來控制LED聚光燈，到商業(yè)辦公大樓里使用傳感器來降低能源成本。
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。目前市場上技術(shù)最先進的LED燈泡之一是由一家來自佛羅里達南部的叫MSiSSL(www.msissl.com) 的公司開發(fā)的。智能PAR38，或iPAR-38，使用霍爾效應(yīng)傳感器連接到PowerPSoC來確定用戶期望的輸出電流。MSiSSL的專利Powerband技術(shù)，采用簡單的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，或者可以在需要強光的地方增加照明” MSiSSL的銷售副總裁約翰·伯克這樣說。
圖2:MSiSSL智能iPAR-38是當(dāng)今市場上的最智能的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，無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燈泡上實現(xiàn)的。
MSiSSL的Powerband技術(shù)使用賽普拉斯PowerPSoC里的霍爾效應(yīng)傳感器實現(xiàn)，以確定驅(qū)動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)太陽下山時打開。這些光敏二級管傳感器具有一種類似人類眼睛的光譜靈敏度，可以用來精確的調(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根據(jù)自然光線輸出需要的適當(dāng)?shù)牧凉狻?/div>
運動探測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)及倉庫，只有運動存在時才會打開。主動式運動傳感器可以在下面情況下使用：一束光從發(fā)射機注入到接收機，光束交叉時檢測到不同。被動式運動傳感器，也稱為PIR(被動式紅外線)傳感器，通常用于能夠檢測人體熱量的安全燈。
器件本身是類似于光傳感器的簡單電子元件。紅外燈電路可以自動探測并放大成一個信號。被動式紅外傳感器是用來檢測對象的存在或占用。
圖3:雙被動式紅外傳感器用于精確運動檢測
最近美國能源部(DOE) 發(fā)布的報告顯示，在種類眾多的照明項目中，以傳感器為基礎(chǔ)的LED照明設(shè)備確實節(jié)省了能源。其中一個項目是在Manchester NH的T.J.Maxx停車場，這里有22盞高壓鈉燈，6盞金屬鹵素?zé)簦?5盞 LED燈。報告中強調(diào)，58%能源節(jié)省是由于LED以及傳感器的使用，當(dāng)沒有汽車時可以減少光輸出。在新罕布什爾州商業(yè)區(qū)域經(jīng)營，這種應(yīng)用的回收期估計大約為三年。
照明科學(xué)小組最近報告說，他們已經(jīng)在加州Ventura County的美國海軍基地的單身宿舍安裝了LED 墻壁燈架。這些戶外照明專門為邊界安全照明設(shè)計，和傳感器一起實現(xiàn)妥善地管理能源使用。LSGC的新聞發(fā)布中報告，“這種照明方式將比傳統(tǒng)照明能持續(xù)長達三倍的時間，卻只消耗少于一半的能源量”。同時還宣告，“為了節(jié)省額外的能源，每個燈架都包含板上傳感器，以減少燈架瓦特數(shù)，當(dāng)檢測到一定周期沒有活動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，以決定是否需要系統(tǒng)的光輸出。
隨著未來幾年LED照明的增長與普及，其固有的效率將會降低整個地球的能源消耗和成本。我們繼續(xù)會看到越來越多用途的照明，可以看到彩色的摩天大樓點綴風(fēng)景，也可以在我們的家里增加更多的插座。LED開啟了許多新的照明發(fā)展機遇，這些是白熾燈不可能實現(xiàn)的。它將充分利用智能微控制器和傳感器，來確保我們“聰明”地使用能源，并且真正的利用“綠色環(huán)保”的好處，這個時代已經(jīng)到來。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上帶來真正的“綠色”智能照明。
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