傳感器在工業(yè)照明領(lǐng)域的解決方案

 工業(yè)照明空間是指定義明確的燈光類型和顏色用于特定任務(wù)的空間。因此，基于物體和光子的傳感器都被大量使用，以確保在給定情況下的照明性能和一致性。這些情況包括周圍環(huán)境照明和作為機(jī)器視覺系統(tǒng)一部分嵌入機(jī)器中的高功率照明。這種系統(tǒng)中涉及的傳感器通常不僅提供用于照明控制的通過/不通過確定，還提供與光相關(guān)的價(jià)值度量數(shù)據(jù)。該信息用于使用光圖案的定制混合來監(jiān)視和控制照明。在高級應(yīng)用中，這些傳感器可能是控制回路的一部分，包括基于DMX的光序列和操作(開，關(guān)，調(diào)光等)

為什么基于傳感器的控制?

工業(yè)照明市場與住宅市場的不同之處在于，大多數(shù)工業(yè)照明照明解決方案的位置要么難以控制，要么成本高昂。大多數(shù)實(shí)用型照明在車庫，樓梯間，地下室和存儲區(qū)域始終處于打開狀態(tài)。由于它們的使用是隨機(jī)的和不定期的，因此雇用人員來手動控制燈是不經(jīng)濟(jì)的。這些區(qū)域也很大，因此歷史上可用的本地化自動化對于支持照明控制功能是不實(shí)際的。

由于地理位置的原因，其他類型的工業(yè)照明難以控制。在機(jī)器照明，可移動照明(獨(dú)立或系留設(shè)備)和高大的設(shè)施照明中，手動控制是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。自動化的問題在于速度，可靠性和區(qū)分情況的能力，如果掌握了這些情況，則可以實(shí)現(xiàn)主動控制而不是始終打開燈。

連接的“智能”傳感器方法通過使用傳感器和傳感器類型的適當(dāng)組合，高速執(zhí)行器以及有線，光學(xué)和無線通信來解決許多這些問題，以識別工業(yè)情況的背景并根據(jù)決策矩陣確定最佳行動方案。由于嵌入式處理器的功能和用于傳感器處理的內(nèi)部狀態(tài)機(jī)的速度，這種功能可以在遠(yuǎn)程或本地使用。

控制內(nèi)容

照明傳感器傳統(tǒng)上用于小型辦公室應(yīng)用中的白熾燈照明以及工廠和大面積的熒光燈照明。白熾燈具有開/關(guān)和調(diào)光控制，傳統(tǒng)的熒光燈只有開/關(guān)控制。隨著熒光燈用高速鎮(zhèn)流器的推出以及新型LED照明的推出，這些裝置可實(shí)現(xiàn)調(diào)光和快速切換。在工業(yè)照明空間中使用傳感器的頭號驅(qū)動力是基于燈的減少的操作而節(jié)省的成本。

環(huán)境光監(jiān)控

最常見的照明控制應(yīng)用包括在天黑時(shí)打開燈，通過環(huán)境光傳感器實(shí)現(xiàn)。 Panasonic Electric Works AMS104W(圖1)等產(chǎn)品用于確定區(qū)域內(nèi)的光量。該產(chǎn)品具有響應(yīng)于傳感器檢測到的光量的線性輸出，其響應(yīng)與人眼相同的光譜頻率。出于這個(gè)原因，該裝置用于控制用于監(jiān)視攝像機(jī)燈的調(diào)光量，以便提供從黃昏到夜晚以及在一天中變化的通道/樓梯照明的均勻圖像。模擬輸出通常被發(fā)送到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器然后被處理，然后用于構(gòu)建系統(tǒng)的動作表，處理器可以從中驅(qū)動照明控制塊。

圖1：Panasonic的AMS104W環(huán)境光監(jiān)控器(Panasonic Electric Works提供)。

Vishay制造環(huán)境光傳感器 - 1206 SMD系列 - 專注于略微不同的波長。該傳感器可用于設(shè)置燈光的調(diào)光水平，但也可用于完全開/關(guān)控制，以實(shí)現(xiàn)簡單的日/夜操作。圖2顯示了傳感器的靈敏度范圍。由于輸出是線性的，因此可以在移動設(shè)備和顯示屏中使用，以幫助設(shè)置LCD屏幕的亮度。這些簡單的傳感器現(xiàn)在被集成到多個(gè)傳感器單元中，例如Vishay的VCNL4010-GS08，它包含一個(gè)完全集成的接近傳感器，一個(gè)帶紅外發(fā)射器的環(huán)境光傳感器，一個(gè)I2C接口和一個(gè)中斷功能。該單元不僅包含傳感器，還包含所有處理邏輯。

圖2：Vishay的1206 SMD環(huán)境光傳感器靈敏度曲線(感謝Vishay Intertechnology，Inc。)。

這些集成單元在電子控制照明，LED顯示器的側(cè)光調(diào)光以及用于移動和控制設(shè)備的鍵盤背光。集成系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)開發(fā)人員只需要關(guān)注接近感應(yīng)的速率(每秒1.95到250次測量)和環(huán)境光測量速率(每秒一到十個(gè)樣本);然后，系統(tǒng)將定量結(jié)果直接提供給I2C總線。圖3顯示了器件的簡化系統(tǒng)框圖和測試設(shè)置。這些系統(tǒng)包括自動偏移補(bǔ)償，使移動設(shè)備和工業(yè)照明能夠創(chuàng)建差分照明水平而不是絕對水平。

圖3：Vishay的VCNL4010集成傳感器框圖(禮貌) Vishay Intertechnology，Inc。)。

在工廠環(huán)境中，測量級別的可編程控制至關(guān)重要，因?yàn)楣S環(huán)境中的設(shè)備有不同的負(fù)載速度和操作級別。它還對具有規(guī)定工作時(shí)間的設(shè)施產(chǎn)生影響。例如，樓梯間和車庫入口照明的開/關(guān)控制可以在員工的到達(dá)和離開時(shí)間內(nèi)逐步增加到每秒6到8個(gè)樣本，但是當(dāng)有非常高的時(shí)候，它會在晚上逐步降低到每秒一個(gè)樣本的水平。周圍的人很少(接近傳感器與環(huán)境光傳感器一起工作)。

可以在Digi-Key的網(wǎng)站上找到ROHM Semiconductor，Intersil，Maxim和Vishay等供應(yīng)商提供的環(huán)境光傳感器的其他產(chǎn)品培訓(xùn)和解決方案。

圖像傳感器

高速嵌入式信號處理器和DSP的出現(xiàn)為工業(yè)市場帶來了新的照明控制水平。使用OmniVision Technologies的OVM7690完全集成相機(jī)模塊等中速產(chǎn)品的圖像感應(yīng)作為其他傳感器信息的補(bǔ)充而越來越受歡迎。這些獨(dú)立模塊(見圖4)包含成像CCD，信號處理邏輯和輸出接口，以提供30 fps的全彩VGA圖像。這個(gè)級別適用于手機(jī)，但也可以用于監(jiān)控，網(wǎng)絡(luò)攝像頭和汽車應(yīng)用。用于照明控制的典型應(yīng)用是與環(huán)境光傳感器結(jié)合使用的運(yùn)動傳感裝置，用于對訪問區(qū)域照明的主要控制。添加圖像處理模塊將允許確定它是進(jìn)入該區(qū)域的人，動物還是送貨卡車。利用這些附加信息，系統(tǒng)可以確定是否應(yīng)該打開燈以嚇跑動物;進(jìn)入該區(qū)域的人將其打開到中間位置;或者將其打開以便進(jìn)行物料交付。

圖4：OmniVision的OMV7690 VGA攝像頭模塊(由OmniVision Technologies，Inc。提供)。

數(shù)據(jù)傳輸

所有這些系統(tǒng)都需要將數(shù)字信息傳遞給照明控制塊。當(dāng)控制環(huán)境離控制模塊很遠(yuǎn)時(shí)，或者如果位置有電噪聲，機(jī)器連接也可以使用光纖互連，這些互連不受電磁噪聲的影響。雖然有非常高速的通信級光纖，但使用低成本的1，000μm塑料光纜也很容易安裝，管理和替換數(shù)據(jù)鏈路。這些連接器不需要任何特殊工具來組裝。你只需用剃刀或單刃刀剪斷電纜;將電纜插入連接器;將電纜與微透鏡齊平;然后擰下連接器鎖定螺母以將電纜固定到位。

工業(yè)光纖的IF-E91D光纖紅外LED模塊(見圖6)可用于10米距離下高達(dá)100 Mbps的低成本數(shù)字鏈路。它們用于創(chuàng)建本地網(wǎng)絡(luò)，并在標(biāo)準(zhǔn)銅線不合適的情況下傳輸音頻系統(tǒng)，機(jī)器人和汽車通信以及電子游戲應(yīng)用中的傳感器數(shù)據(jù)。光纖解決方案的靈活性和低重量使其成為傳感器接口的關(guān)鍵互連技術(shù)。

圖5：工業(yè)光纖的IF-E91D 100 Mbps紅外LED模塊(由工業(yè)光纖公司提供)。

分布式信號處理

將傳感器集成到照明流中以確定正確的照明類型和數(shù)量，這在很大程度上基于分布式信號處理環(huán)境。具有本地處理功能的智能傳感器通常與傳統(tǒng)的單功能傳感器一起使用，以確定正確的照明動作。這種分布式處理使得更小和更低成本的中央處理解決方案能夠驅(qū)動整個(gè)照明系統(tǒng)。在工業(yè)領(lǐng)域，整個(gè)流程 - 包括辦公室，工廠，停車場，通道和外部照明 - 在一個(gè)地方進(jìn)行管理。

所有這些照明控制系統(tǒng)的共同點(diǎn)是開/關(guān)切換和調(diào)光。成像系統(tǒng)可以使用簡單的開/關(guān)功能來控制多色光，以保持區(qū)域中色譜的均勻性。環(huán)境光傳感器實(shí)際上被調(diào)諧到各種波長的光，通常為500到660nm和/或940nm光譜。通過增加彩色LED燈，如TT Electronics的OVM18F4x7藍(lán)色LED模塊，控制系統(tǒng)可以平衡環(huán)境光的顏色。顏色專用LED模塊用于嵌入式方向標(biāo)牌，頂燈和圖形墻應(yīng)用。

圖形墻應(yīng)用和多色照明解決方案通常通過DMX界面進(jìn)行管理。 DMX控制系統(tǒng)是一種出站語言，允許情境定時(shí)和多燈單元控制。對于停車場和工廠車間等大型綜合體，您可以建立一個(gè)跟蹤車輛，材料和具有位置特定照明的人的運(yùn)動跟蹤系統(tǒng)。這可以通過關(guān)閉其他照明單元來創(chuàng)建巨大的節(jié)能，其中傳感器用于運(yùn)動，接近和環(huán)境光跟蹤運(yùn)動并相應(yīng)地調(diào)整照明。這種照明的使用很好地協(xié)調(diào)了設(shè)施的安全性，從而減少了產(chǎn)品損失，同時(shí)提高了人員安全，所有這些都在自主控制之下。