使用有線物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的LED，可以更加省電-第 4部分

在第 1 部分中，我們研究了如何從 LED 燈泡中移除 AC/DC 轉(zhuǎn)換器以節(jié)省能源。第 2 部分和第 3 部分涵蓋家庭照明網(wǎng)絡(luò)和通信。在這里，我們將深入探討太陽能、電線、連接器和燈泡設(shè)計(jì)。

你想節(jié)省能源嗎？考慮太陽能物聯(lián)網(wǎng)。這是當(dāng)您的光伏太陽能系統(tǒng)連接到局域網(wǎng)并被建模為另一個提供電力的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備時。在這個概念中，太陽能材料是多層層壓的，如 PCB。圖 11顯示了太陽能層壓板的側(cè)視圖。

圖 11光伏電池包含連接到本地網(wǎng)絡(luò)的 PCB。

在俯視圖中（圖 12），嵌入式 PCB 以紅色顯示，金屬導(dǎo)體以灰色和淺藍(lán)色顯示。我們的基材是鋁板。隨后，它可以直接安裝到建筑物的外表面，例如膠合板屋頂或墻壁。有關(guān)詳細(xì)信息，請參閱研發(fā)計(jì)劃旨在解決能源和氣候問題。

圖 12太陽能電池內(nèi)的嵌入式 PCB。

圖 13顯示了我們的 PCB 的特寫，以及它如何連接到由太陽能材料產(chǎn)生的不同電壓。每個單元就像一個電池，PCB 可以通過 MOSFET 開關(guān)將它們串聯(lián)或并聯(lián)組合。我們從太陽能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備獲得可編程直流電壓。

圖 13 PCB 連接到太陽能電池的不同電壓。

電氣連接
電源接線連接通常使用螺釘力完成，其中螺釘頭以每平方英寸數(shù)千磅的力壓在電線上（圖 14）。這創(chuàng)造了持續(xù) 100 年的可靠連接。或者，推入插座并用彈簧力固定到位的銷不太可靠，尤其是在處理電源時。

圖 14螺釘連接非?？煽?。

需要一種支持多觸點(diǎn)螺釘力且安裝快速的連接器。下面是一個這樣的想法。右圖顯示了一個螺釘壓在一個楔子（紅色）上，該楔子又向一個滑塊施加壓力（圖 15）。左圖顯示了螺釘如何從插座對多個刀片施加巨大的力（相對于彈簧力），每個信號之間有絕緣層（藍(lán)色）。葉片中顯示的扭結(jié)使得在擰緊螺釘后插頭很難斷開。例如，該連接器可以放置在燈插座和最終用戶開/關(guān)/調(diào)光開關(guān)外殼內(nèi)。

圖 15帶螺釘?shù)慕泳€端子將使電源和數(shù)據(jù)連接可靠。

帶有四根或六根導(dǎo)體的帶狀電纜可以很好地裝入壓接工具中，該壓接工具將上述刀片觸點(diǎn)一次擠壓到電線上（圖 16）。

圖 16可以使用壓接工具連接帶狀電纜。

明天的電工可以使用手鉆大小的電動機(jī)器更快地移動，該機(jī)器可以銑削塑料并電動旋轉(zhuǎn)螺釘，如圖 17所示。這種機(jī)器可以夾住電纜，識別其尺寸，然后研磨塑料以露出電線。每個設(shè)備上的蛤殼夾固定整個電纜，單獨(dú)的螺絲夾與每根電線接觸。這臺機(jī)器還轉(zhuǎn)動螺釘并施加所需的扭矩。隨后，我們可以在不切斷電纜的情況下觸摸每個設(shè)備，從而節(jié)省時間并提高可靠性。如果電工每小時花費(fèi) 75 美元，那么節(jié)省時間的精密機(jī)器可以輕松收回成本。

圖 17新的電工工具可以節(jié)省時間并提供更一致的連接。

建議的 LED 燈泡還支持未連接到網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立系統(tǒng)，如圖 18所示。

圖 18燈仍然可以使用，只是沒有連接到網(wǎng)絡(luò)。

擴(kuò)散器和燈罩配件
傳統(tǒng)燈泡的最初設(shè)計(jì)是為了容納由于內(nèi)部白熾燈絲而產(chǎn)生的大量熱量。在我們縮小的僅限 LED 的形式中，我們可以將燈泡與表面齊平放置，并以較小的間隔距離進(jìn)行冷卻。圖 19顯示了干墻天花板（黑色）、2×4 木框架（棕色）、金屬電箱（藍(lán)色虛線）和燈插座裝置（橙色虛線）。

圖 19如果沒有電源轉(zhuǎn)換電路，LED 燈泡可以齊平地安裝在天花板上。

在圖 20中，我們在燈泡和插座之間有一個平面（淺綠色）。我們能用這個做什么？將熱量從燈泡傳導(dǎo)到插座？支持售后軌道照明類定向支持機(jī)制，如圖19所示？如果我們增加插座的強(qiáng)度以抵抗售后配件增加的扭矩，它們也會增加成本。這是機(jī)械工程師需要考慮的一個問題。在許多建筑物中，燈泡被放置在天花板內(nèi)的凹腔中。這使得燈泡對用戶來說不那么明顯和突兀。圖 20 顯示了具有類似效果的售后配件示例?；蛘?，也可以添加更大的圓頂以更好地分布光線。

圖 20我們有機(jī)會將配件添加到頭頂燈泡。

因?yàn)槲覀冋谥贫ㄐ碌碾姎鈽?biāo)準(zhǔn)，所以我們可以添加一個標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)械區(qū)域來抓握擴(kuò)散器和遮陽配件。圖 20 燈罩附件中顯示的藍(lán)線適合 LED 機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)控制的區(qū)域，并且所有燈泡和所有插座都需要。圖 21顯示了軌道照明的工作原理。

圖 21軌道照明也可以直接安裝到照明網(wǎng)絡(luò)。

熱量和國家電氣規(guī)范
移動熱量和符合建筑規(guī)范值得更多考慮（例如國家電氣規(guī)范、保險商實(shí)驗(yàn)室）。一種選擇是依靠插座來幫助散熱，因?yàn)樗潭ㄔ诒葻襞莞蟮臇|西上，并且比燈泡具有更大的表面積。由于距離很近，熱量很容易從 LED 傳遞到金屬插座。為了避免火災(zāi)，可以在每個燈泡內(nèi)放置一個 MOSFET 開關(guān)，如果過熱（例如 105°C）就會打開。為了降低成本，人們會希望從房間的中心位置（例如天花板中的占用傳感器）連接到每個燈泡，可能還有每個窗戶，而不需要導(dǎo)管。

嵌入在傳統(tǒng)燈泡底座中的電源會承受極高的溫度；在這些條件下，諸如電解電容器之類的組件不會持續(xù)很長時間。電解電容器的典型使用壽命規(guī)格為 105°C 時為 2000 小時。LED SMT 設(shè)備在燈泡內(nèi)耗散了大約 85% 的熱量，這意味著它們會變得非常熱（例如 8.5 W 和 10 W 燈泡）。隨后，將電子部件從 LED SMT 設(shè)備移開會降低其工作溫度，并延長其使用壽命。

一種加熱策略是將導(dǎo)熱斜面/反射器/成型/散熱裝置夾在燈泡和插座之間，如下圖 22中的藍(lán)色所示。燈泡和插座之間的熱墊圈提供熱接觸，同時緊靠中央電導(dǎo)體?；蛘?，我們可以在中央電導(dǎo)體處放置一個彈簧，并避免燈泡和插座之間的熱墊圈。

圖 22燈泡和天花板之間的金屬充當(dāng)散熱器。

讓所有這些工作需要一個標(biāo)準(zhǔn)化的即插即用太陽能物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其中包括機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)、電氣連接標(biāo)準(zhǔn)和通信協(xié)議。