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环境适应控制技术在户外照明中的应用

日期:2012-11-10 12:46:22   点击:


      在LED行业中存在着类似微处理器产业中的摩尔定律-Haitz定律。即LED的价格每10年将为原来的1/10,性能则提高20倍。随着照明技术的突飞猛进,LED行业近年来发展迅速。同时由于LED绿色,环保,节能,高效的特点,也得到了政府的大力支持。

  LED照明的发展趋势是高技术,高附加值,智能化,模块化。可见智能化的LED将成为户外照明产品的未来的一个主要趋势。

  智能照明控制有两点内涵:一是能够达到节能环保的目的,二是能够按照人们的需求提供适度的光源。只有将照明与智能技术结合才能使照明更进一步地满足不同个体、不同层次群体的照明需求,实现按需照明。

  2 控制技术发展

  控制技术的核心元件是微处理器。近20年,微处理器的集成度有了显著提高,在降低功耗的同时性能有了明显的提升。微处理器主要包括单片机,DSP,FPGA,ARM等。

  单片机:90年代后,单片机技术得到了巨大的提高。单片机逐渐从单片微型机发展为单片微控制器,而为了满足应用系统挂在芯片上最大化的解决,单片机形成SOC化趋势,延伸到了单片应用系统阶段。不同的单片机能够满足不同的智能控制需求。

  DSP:90年代,DSP已广泛应用于数据通信,海量存储,语音处理,视频处理等,随着技术的发展,DSP开始与FPGA,高档CPU等融合,DSP融入高档CPU的分支预示和动态缓冲技术,大大提高了性能,而FPGA内融入DSP核,大大提高信号处理速度,使其支持多路大数据流。DSP的高运行速度和强大的数据处理能力使大量的数字信息能在短时间内处理完毕。这是单片机无法完成的。

  FPGA: FPGA是继处理器和DSP之后有一个数字系统核心芯片。这24年,FPGA技术无论从芯片隔膜还是复杂度都发生了革命性的变化,使其具有更高的灵活性,并行性。FPGA内部不断融合各种软硬IP核,更有利于SOC设计。应用FPGA的EDA工具可以设计多达数十万门两级的逻辑设计,复杂程序是手工无法完成的。

  ARM:ARM是RISC结构下嵌入式系统的核心部件,被广泛应用于控制,无线通讯等多种领域,ARM的发展提高能够提高对象体系统智能性,控制力和人机交互能力。ARM合作伙伴联盟已经超过500家,能够提供丰富的设计及解决方案。

  LED照明控制技术除了核心的微控制器外,同时融合了传感器技术,智能控制技术,网络技术,多媒体技术等多种技术。随着物联网的发展,物联网技术也逐渐应用于户外照明。

  将智能控制技术应用于户外照明,有如下优势:

  1)延长光源寿命

  2)全自动调光,在运行中节能

  3)对光源的充分利用

  4)照度的一致性

  5)具有艺术性和灵活性,满足个性化,层次化的照明

  6)实现光-环境-人的互动,向智慧型城市发展

  智能照明是使照明进一步走向绿色和可持续发展的重要手段。在未来,智能照明将是LED照明的主流趋势。

  3 照明产品的应用方式

  推行LED照明旨在节能,在采用LED作为户外照明的基础上通过控制技术实现照明的进一步节能是一件非常有意义的事情。

  传统的红外感应技术大部分是用于室内照明,他是通过探测人体温度来做出判断的,而户外夏天有很多物体的温度与人体接近。而且探测传输距离很近,最远也在3米范围,所以应用在户外照明不可取。通过研究实验,运用自然光光谱中的微波,可以实现这一功能。微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波,是无线电波中一个有限频带的简称,即波长在1米(不含1米)到1毫米之间的电磁波,是分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波的统称  

灯具采用10.525GHZ的微波,发射天线向外定向发射微波,遇到运动物体时信号被反射,反射波被接收天线接收,经过混合,检波后将低频信号发送给控制部分。低频信号中包含三种信号:多普勒移位信号、直流信号、噪声信号。

  当物体在微波探测传感器的有效探测范围内以1m/s的速度相对于微波探测传感器做径向移动时,微波探测传感器的IF输出为72Hz/ s,IF的脉动输出频率与物体相对径向移动速度成近似线性关系。IF的输出幅度与物体的大小、距离有关,当一个体重70kg、身高170cm的测试者在距离HB1001m处以1m/s的速度相对于微波探测传感器做径向移动时,IF的输出为5mV、72Hz/s脉动信号,IF的输出幅度与距离的平方成近似反比关系

  低频信号经过模拟电路放大和滤波及采样后,MCU对数字信号进行运算,计算得到波形波动幅度及频率。幅度代表运动物体的远近,频率代表运动速度的快慢(一般人走的多普勒信号频率在100HZ以下),计算完成后执行相应的智能控制。
产品特点还在于通过软件程序的设计,信号屏蔽过滤微小的动作,比如小动物,树叶的移动,还有微风吹动灯杆等等错误的信息。

  除上述技术外,我们还将互联网技术,多媒体技术等应用于户外照明,来满足日益复杂的应用环境及使灯光更贴近人们的需求。同时,我们也研究城市智能灯光控制技术,设计师通过智能控制技术实现人们更多的对照明的创意。

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