環(huán)境適應(yīng)控制技術(shù)在戶外照明中的應(yīng)用

      在LED行業(yè)中存在著類似微處理器產(chǎn)業(yè)中的摩爾定律-Haitz定律。即LED的價(jià)格每10年將為原來(lái)的1/10,性能則提高20倍。隨著照明技術(shù)的突飛猛進(jìn),LED行業(yè)近年來(lái)發(fā)展迅速。同時(shí)由于LED綠色,環(huán)保,節(jié)能,高效的特點(diǎn),也得到了政府的大力支持。

　　LED照明的發(fā)展趨勢(shì)是高技術(shù),高附加值,智能化,模塊化。可見(jiàn)智能化的LED將成為戶外照明產(chǎn)品的未來(lái)的一個(gè)主要趨勢(shì)。

　　智能照明控制有兩點(diǎn)內(nèi)涵：一是能夠達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的，二是能夠按照人們的需求提供適度的光源。只有將照明與智能技術(shù)結(jié)合才能使照明更進(jìn)一步地滿足不同個(gè)體、不同層次群體的照明需求，實(shí)現(xiàn)按需照明。

　　2 控制技術(shù)發(fā)展

　　控制技術(shù)的核心元件是微處理器。近20年，微處理器的集成度有了顯著提高，在降低功耗的同時(shí)性能有了明顯的提升。微處理器主要包括單片機(jī)，DSP,FPGA,ARM等。

　　單片機(jī)：90年代后，單片機(jī)技術(shù)得到了巨大的提高。單片機(jī)逐漸從單片微型機(jī)發(fā)展為單片微控制器，而為了滿足應(yīng)用系統(tǒng)掛在芯片上最大化的解決，單片機(jī)形成SOC化趨勢(shì)，延伸到了單片應(yīng)用系統(tǒng)階段。不同的單片機(jī)能夠滿足不同的智能控制需求。

　　DSP:90年代，DSP已廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)通信，海量存儲(chǔ)，語(yǔ)音處理，視頻處理等，隨著技術(shù)的發(fā)展，DSP開(kāi)始與FPGA,高檔CPU等融合，DSP融入高檔CPU的分支預(yù)示和動(dòng)態(tài)緩沖技術(shù)，大大提高了性能，而FPGA內(nèi)融入DSP核，大大提高信號(hào)處理速度，使其支持多路大數(shù)據(jù)流。DSP的高運(yùn)行速度和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力使大量的數(shù)字信息能在短時(shí)間內(nèi)處理完畢。這是單片機(jī)無(wú)法完成的。

　　FPGA: FPGA是繼處理器和DSP之后有一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)核心芯片。這24年，F(xiàn)PGA技術(shù)無(wú)論從芯片隔膜還是復(fù)雜度都發(fā)生了革命性的變化，使其具有更高的靈活性，并行性。FPGA內(nèi)部不斷融合各種軟硬IP核，更有利于SOC設(shè)計(jì)。應(yīng)用FPGA的EDA工具可以設(shè)計(jì)多達(dá)數(shù)十萬(wàn)門兩級(jí)的邏輯設(shè)計(jì)，復(fù)雜程序是手工無(wú)法完成的。

　　ARM:ARM是RISC結(jié)構(gòu)下嵌入式系統(tǒng)的核心部件，被廣泛應(yīng)用于控制，無(wú)線通訊等多種領(lǐng)域，ARM的發(fā)展提高能夠提高對(duì)象體系統(tǒng)智能性，控制力和人機(jī)交互能力。ARM合作伙伴聯(lián)盟已經(jīng)超過(guò)500家，能夠提供豐富的設(shè)計(jì)及解決方案。

　　LED照明控制技術(shù)除了核心的微控制器外，同時(shí)融合了傳感器技術(shù)，智能控制技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，多媒體技術(shù)等多種技術(shù)。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也逐漸應(yīng)用于戶外照明。

　　將智能控制技術(shù)應(yīng)用于戶外照明，有如下優(yōu)勢(shì)：

　　1)延長(zhǎng)光源壽命

　　2)全自動(dòng)調(diào)光，在運(yùn)行中節(jié)能

　　3)對(duì)光源的充分利用

　　4)照度的一致性

　　5)具有藝術(shù)性和靈活性，滿足個(gè)性化，層次化的照明

　　6)實(shí)現(xiàn)光-環(huán)境-人的互動(dòng)，向智慧型城市發(fā)展

　　智能照明是使照明進(jìn)一步走向綠色和可持續(xù)發(fā)展的重要手段。在未來(lái)，智能照明將是LED照明的主流趨勢(shì)。

　　3 照明產(chǎn)品的應(yīng)用方式

　　推行LED照明旨在節(jié)能，在采用LED作為戶外照明的基礎(chǔ)上通過(guò)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)照明的進(jìn)一步節(jié)能是一件非常有意義的事情。

　　傳統(tǒng)的紅外感應(yīng)技術(shù)大部分是用于室內(nèi)照明，他是通過(guò)探測(cè)人體溫度來(lái)做出判斷的，而戶外夏天有很多物體的溫度與人體接近。而且探測(cè)傳輸距離很近，最遠(yuǎn)也在3米范圍，所以應(yīng)用在戶外照明不可取。通過(guò)研究實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用自然光光譜中的微波，可以實(shí)現(xiàn)這一功能。微波是指頻率為300MHz-300GHz的電磁波，是無(wú)線電波中一個(gè)有限頻帶的簡(jiǎn)稱，即波長(zhǎng)在1米(不含1米)到1毫米之間的電磁波，是分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波的統(tǒng)稱　　

燈具采用10.525GHZ的微波，發(fā)射天線向外定向發(fā)射微波，遇到運(yùn)動(dòng)物體時(shí)信號(hào)被反射，反射波被接收天線接收，經(jīng)過(guò)混合，檢波后將低頻信號(hào)發(fā)送給控制部分。低頻信號(hào)中包含三種信號(hào)：多普勒移位信號(hào)、直流信號(hào)、噪聲信號(hào)。

　　當(dāng)物體在微波探測(cè)傳感器的有效探測(cè)范圍內(nèi)以1m/s的速度相對(duì)于微波探測(cè)傳感器做徑向移動(dòng)時(shí)，微波探測(cè)傳感器的IF輸出為72Hz/ s，IF的脈動(dòng)輸出頻率與物體相對(duì)徑向移動(dòng)速度成近似線性關(guān)系。IF的輸出幅度與物體的大小、距離有關(guān)，當(dāng)一個(gè)體重70kg、身高170cm的測(cè)試者在距離HB1001m處以1m/s的速度相對(duì)于微波探測(cè)傳感器做徑向移動(dòng)時(shí)，IF的輸出為5mV、72Hz/s脈動(dòng)信號(hào)，IF的輸出幅度與距離的平方成近似反比關(guān)系

　　低頻信號(hào)經(jīng)過(guò)模擬電路放大和濾波及采樣后，MCU對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，計(jì)算得到波形波動(dòng)幅度及頻率。幅度代表運(yùn)動(dòng)物體的遠(yuǎn)近，頻率代表運(yùn)動(dòng)速度的快慢(一般人走的多普勒信號(hào)頻率在100HZ以下)，計(jì)算完成后執(zhí)行相應(yīng)的智能控制。
產(chǎn)品特點(diǎn)還在于通過(guò)軟件程序的設(shè)計(jì)，信號(hào)屏蔽過(guò)濾微小的動(dòng)作，比如小動(dòng)物，樹(shù)葉的移動(dòng)，還有微風(fēng)吹動(dòng)燈桿等等錯(cuò)誤的信息。

　　除上述技術(shù)外，我們還將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，多媒體技術(shù)等應(yīng)用于戶外照明，來(lái)滿足日益復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境及使燈光更貼近人們的需求。同時(shí)，我們也研究城市智能燈光控制技術(shù)，設(shè)計(jì)師通過(guò)智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)人們更多的對(duì)照明的創(chuàng)意。

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