無懼環境變化,一款優異的智能照明電路設計解決方案

2019年07月23日 作者:Teardown

LED 照明的數字化本質顯著增強了可控制性,利用這種可控制性,我們可以實現眾多不同的照明效果,從調光和顏色變換到基于占位的特性。照明已經實現了智能化,提供靈敏的響應,但如果與新興的物聯網 (IoT) 配合使用,并且部署更多的傳感器,它將能夠支持更強大的功能。例如,如果街燈配備了攝像頭、接近傳感器或空氣質量傳感器,則可為智能城市管理發揮輔助作用。嵌入民用燈具內部的傳感器可以增強危險檢測或應急呼叫。

如何能夠經濟高效地將新一代智能燈具引入到現有網絡中?這個問題亟待解決。物聯網是一個快速發展的領域,但現今已安裝新型 LED 燈具的用戶卻期望燈具在使用很長時間之后再進行升級,從而最大程度地提高他們的投資回報。這正是新型智能燈具大展身手的舞臺,因為它們帶有功能全面及可升級的傳感器接口,能夠隨時利用云技術的快速進步,為用戶提供更多價值。

照明和物聯網

人們對智能照明的寬泛理解是實現燈具響應自動化,例如調光或開關控制,旨在增強用戶舒適度并節省電能。環境光傳感器 (ALS) 可用于檢測自然光的多少,從而相應地調節燈具的輸出。該傳感器必須位于接近燈具的位置,以便提供環境條件的相關指示,但它的定位又必須最大程度地避免暴露在燈具自身的光線下,以防止出現不適宜的調光和亮度調節。

Maxim Integrated 已經演示了如何將類似 MAX44009 的 ALS 應用于室外燈具設計,如圖 1 所示。該系統基于 Microchip PIC18LF4520 微控制器。硬件相對簡單,在 MCU 和傳感器之間使用簡單直觀的雙線纜連接。參考設計將 ALS 安裝在單獨的 PCB 上,以實現最佳傳感器定位。

如圖 2 的流程圖所示,智能照明控制器軟件可以測量環境光線,跟蹤時間,讓我們能夠通過簡單的用戶界面,對光照度閾值、早晚開關時間進行編程。圖中包括一個按鈕,還有兩個 7 分段顯示屏和指示燈 LED。Maxim 應用說明 AN5320 提供了十六進制格式的控制器軟件。

在監控該軟件管理的燈具附近區域的環境光照強度方面,ALS 可以發揮重要作用。另一方面,也可使用 PIR 傳感器進行占位檢測,打開或關閉相對位置較遠的燈具,這種技術應用于各個區域,例如在辦公室、零售店、工廠或家里。與 ALS 傳感器相同,PIR 傳感器也可以直接連接到燈具。另外,傳感器陣列能夠支持更高級功能,例如在有人走過時,對走廊進行分段照明,或者當工人進入倉庫從特定位置提貨時,有選擇地為倉庫中的某些區域照明。

接近傳感器作為云連接物聯網端點

Texas Instruments 提出了一種將 PIR 傳感器作為云連接物聯網端點部署的方法,可將占位數據發送到云應用。

Texas Instruments 的參考設計基于 CC1310 SimpleLink? 超低功耗次 1 GHz 無線微控制器。選擇用來調節模擬 PIR 傳感器信號的 LPV802 雙運算放大器和 TLV3691 雙比較器是毫微功耗器件,可以最大程度地降低整體功耗,讓傳感器能夠在沒有鈕扣電池的情況下獨立工作數年時間。TLV3691 比較器充當一個窗口,區分運動和噪聲,當檢測到運動時,它會為 CPU 生成中斷。這使 MCU 能夠在節能模式下工作,從而延長電池壽命,只有在需要將消息發送回到遠程主機時,才會喚醒 MCU。圖 3 顯示了傳感器節點的功能框圖。

CC1310 是一款多標準器件,能夠支持多種無線電協議,帶有 wM-Bus 和 IEEE 802.15.4g 協議棧。參考設計使用基于 IEEE 802.15.4 協議棧的應用來處理傳感算法,以及網關和傳感器節點之間的次 1 GHz 通信。

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