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传感器在工业照明领域的解决方案

出处:电子发烧友 发布于:2019-01-25 13:59:24 | 400 次阅读

工业照明空间是指定义明确的灯光类型和颜色用于特定任务的空间。因此,基于物体和光子的传感器都被大量使用,以确保在给定情况下的照明性能和一致性。这些情况包括周围环境照明和作为机器视觉系统一部分嵌入机器中的高功率照明。这种系统中涉及的传感器通常不仅提供用于照明控制的通过/不通过确定,还提供与光相关的价值度量数据。该信息用于使用光图案的定制混合来监视和控制照明。在高级应用中,这些传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(开,关,调光等)

为什么基于传感器的控制?

工业照明市场与住宅市场的不同之处在于,大多数工业照明照明解决方案的位置要么难以控制,要么成本高昂。大多数实用型照明在车库,楼梯间,地下室和存储区域始终处于打开状态。由于它们的使用是随机的和不定期的,因此雇用人员来手动控制灯是不经济的。这些区域也很大,因此历史上可用的本地化自动化对于支持照明控制功能是不实际的。

由于地理位置的原因,其他类型的工业照明难以控制。在机器照明,可移动照明(独立或系留设备)和高大的设施照明中,手动控制是一项挑战。自动化的问题在于速度,可靠性和区分情况的能力,如果掌握了这些情况,则可以实现主动控制而不是始终打开灯。

连接的“智能”传感器方法通过使用传感器和传感器类型的适当组合,高速执行器以及有线,光学和无线通信来解决许多这些问题,以识别工业情况的背景并根据决策矩阵确定最佳行动方案。由于嵌入式处理器的功能和用于传感器处理的内部状态机的速度,这种功能可以在远程或本地使用。

控制内容

照明传感器传统上用于小型办公室应用中的白炽灯照明以及工厂和大面积的荧光灯照明。白炽灯具有开/关和调光控制,传统的荧光灯只有开/关控制。随着荧光灯用高速镇流器的推出以及新型LED照明的推出,这些装置可实现调光和快速切换。在工业照明空间中使用传感器的头号驱动力是基于灯的减少的操作而节省的成本。

环境光监控

最常见的照明控制应用包括在天黑时打开灯,通过环境光传感器实现。 Panasonic Electric Works AMS104W(图1)等产品用于确定区域内的光量。该产品具有响应于传感器检测到的光量的线性输出,其响应与人眼相同的光谱频率。出于这个原因,该装置用于控制用于监视摄像机灯的调光量,以便提供从黄昏到夜晚以及在一天中变化的通道/楼梯照明的均匀图像。模拟输出通常被发送到数据转换器然后被处理,然后用于构建系统的动作表,处理器可以从中驱动照明控制块。

传感器在工业照明领域的解决方案

图1:Panasonic的AMS104W环境光监控器(Panasonic Electric Works提供)。

Vishay制造环境光传感器 - 1206 SMD系列 - 专注于略微不同的波长。该传感器可用于设置灯光的调光水平,但也可用于完全开/关控制,以实现简单的日/夜操作。图2显示了传感器的灵敏度范围。由于输出是线性的,因此可以在移动设备和显示屏中使用,以帮助设置LCD屏幕的亮度。这些简单的传感器现在被集成到多个传感器单元中,例如Vishay的VCNL4010-GS08,它包含一个完全集成的接近传感器,一个带红外发射器的环境光传感器,一个I2C接口和一个中断功能。该单元不仅包含传感器,还包含所有处理逻辑。

传感器在工业照明领域的解决方案

图2:Vishay的1206 SMD环境光传感器灵敏度曲线(感谢Vishay Intertechnology,Inc。)。

这些集成单元在电子控制照明,LED显示器的侧光调光以及用于移动和控制设备的键盘背光。集成系统的优点是系统开发人员只需要关注接近感应的速率(每秒1.95到250次测量)和环境光测量速率(每秒一到十个样本);然后,系统将定量结果直接提供给I2C总线。图3显示了器件的简化系统框图和测试设置。这些系统包括自动偏移补偿,使移动设备和工业照明能够创建差分照明水平而不是绝对水平。

传感器在工业照明领域的解决方案

图3:Vishay的VCNL4010集成传感器框图(礼貌) Vishay Intertechnology,Inc。)。

在工厂环境中,测量级别的可编程控制至关重要,因为工厂环境中的设备有不同的负载速度和操作级别。它还对具有规定工作时间的设施产生影响。例如,楼梯间和车库入口照明的开/关控制可以在员工的到达和离开时间内逐步增加到每秒6到8个样本,但是当有非常高的时候,它会在晚上逐步降低到每秒一个样本的水平。周围的人很少(接近传感器与环境光传感器一起工作)。

可以在Digi-Key的网站上找到ROHM Semiconductor,Intersil,Maxim和Vishay等供应商提供的环境光传感器的其他产品培训和解决方案。

图像传感器

高速嵌入式信号处理器和DSP的出现为工业市场带来了新的照明控制水平。使用OmniVision Technologies的OVM7690完全集成相机模块等中速产品的图像感应作为其他传感器信息的补充而越来越受欢迎。这些独立模块(见图4)包含成像CCD,信号处理逻辑和输出接口,以提供30 fps的全彩VGA图像。这个级别适用于手机,但也可以用于监控,网络摄像头和汽车应用。用于照明控制的典型应用是与环境光传感器结合使用的运动传感装置,用于对访问区域照明的主要控制。添加图像处理模块将允许确定它是进入该区域的人,动物还是送货卡车。利用这些附加信息,系统可以确定是否应该打开灯以吓跑动物;进入该区域的人将其打开到中间位置;或者将其打开以便进行物料交付。

传感器在工业照明领域的解决方案

图4:OmniVision的OMV7690 VGA摄像头模块(由OmniVision Technologies,Inc。提供)。

数据传输

所有这些系统都需要将数字信息传递给照明控制块。当控制环境离控制模块很远时,或者如果位置有电噪声,机器连接也可以使用光纤互连,这些互连不受电磁噪声的影响。虽然有非常高速的通信级光纤,但使用低成本的1,000μm塑料光缆也很容易安装,管理和替换数据链路。这些连接器不需要任何特殊工具来组装。你只需用剃刀或单刃刀剪断电缆;将电缆插入连接器;将电缆与微透镜齐平;然后拧下连接器锁定螺母以将电缆固定到位。

工业光纤的IF-E91D光纤红外LED模块(见图6)可用于10米距离下高达100 Mbps的低成本数字链路。它们用于创建本地网络,并在标准铜线不合适的情况下传输音频系统,机器人和汽车通信以及电子游戏应用中的传感器数据。光纤解决方案的灵活性和低重量使其成为传感器接口的关键互连技术。

传感器在工业照明领域的解决方案

图5:工业光纤的IF-E91D 100 Mbps红外LED模块(由工业光纤公司提供)。

分布式信号处理

将传感器集成到照明流中以确定正确的照明类型和数量,这在很大程度上基于分布式信号处理环境。具有本地处理功能的智能传感器通常与传统的单功能传感器一起使用,以确定正确的照明动作。这种分布式处理使得更小和更低成本的中央处理解决方案能够驱动整个照明系统。在工业领域,整个流程 - 包括办公室,工厂,停车场,通道和外部照明 - 在一个地方进行管理。

所有这些照明控制系统的共同点是开/关切换和调光。成像系统可以使用简单的开/关功能来控制多色光,以保持区域中色谱的均匀性。环境光传感器实际上被调谐到各种波长的光,通常为500到660nm和/或940nm光谱。通过增加彩色LED灯,如TT Electronics的OVM18F4x7蓝色LED模块,控制系统可以平衡环境光的颜色。颜色专用LED模块用于嵌入式方向标牌,顶灯和图形墙应用。

图形墙应用和多色照明解决方案通常通过DMX界面进行管理。 DMX控制系统是一种出站语言,允许情境定时和多灯单元控制。对于停车场和工厂车间等大型综合体,您可以建立一个跟踪车辆,材料和具有位置特定照明的人的运动跟踪系统。这可以通过关闭其他照明单元来创建巨大的节能,其中传感器用于运动,接近和环境光跟踪运动并相应地调整照明。这种照明的使用很好地协调了设施的安全性,从而减少了产品损失,同时提高了人员安全,所有这些都在自主控制之下。

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