如今，LED照明燈具的節(jié)能已是路人皆知了，LED照明燈具加上紅外線傳感器，可實現(xiàn)自動控制——無人時燈具自動關閉，有人時燈具自動照亮，人走后燈具自動熄滅，可以真正做到照明的節(jié)能省電。由此，紅外傳感器將大舉進入LED照明領域。本文就紅外自控LED節(jié)能燈具設計方案進行探索。

紅外自控LED節(jié)能燈具系統(tǒng)方案

紅外傳感器輸出的信號很小，必須加以放大才能使用，因此紅外自控LED節(jié)能燈具系統(tǒng)方案設計思路如圖1所示，將紅外傳感器的微弱信號通過一個四運放（LP2902M）的儀表放大器放大和比較，經(jīng)CD4538多諧振蕩器組成的計時器電路，再經(jīng)一大功率三極管驅(qū)動繼電器實現(xiàn)LED電源的開閉，由LED驅(qū)動電源去點亮燈具中的LED光源或LED光源陣列，電原理圖如圖2所示。

紅外傳感器

尼賽拉的紅外傳感器是一種熱釋電紅外傳感器，它是用具有熱電性能材料制成的熱探測器，是產(chǎn)業(yè)界用得較多的紅外傳感器之一。

熱釋電紅外傳感器表層溫度無變化時，敏感元電荷保持平衡T[K]，當接收外界紅外輻射，表層溫度即發(fā)生變化，敏感元隨之變化，T+ΔT[K]。即由于外界的紅外輻射而引起傳感器敏感元表層溫度變化時，紅外傳感器才釋放出電荷（電流）；當溫度變化趨于穩(wěn)定，內(nèi)部電荷就趨于平衡，敏感元就沒有電荷（電流）產(chǎn)生，對靜止的熱源體沒有電流輸出。利用紅外傳感器這一特性，可以及時檢測運動的紅外熱源，如人類的走動。紅外傳感器是一種被動型溫度敏感器件，對應用環(huán)境溫度不苛求，靈敏度高，光譜響應寬，可廣泛用于各種紅外入侵探測器、照明燈具的自動感應開關。

菲涅爾透鏡

紅外熱釋電傳感器的成功應用需借助于菲涅爾透鏡，菲涅爾透鏡在紅外熱釋電傳感器前具有聚焦和視角調(diào)制的作用，菲涅爾透鏡可擴大紅外熱釋電傳感器接收紅外信號源的視角和探測區(qū)域，因此可以監(jiān)視運動中的紅外源或移動熱源。菲涅爾透鏡一般種類有：水平多分割式（或稱水平幕簾式、特殊應用）、垂直多分割式（或稱垂直幕簾式、特殊應用）、水平垂直分割式（常用）、圓錐多區(qū)分割式（頂視式、常用）等數(shù)種，應按不同燈具的產(chǎn)品功能需要來選用。菲涅爾透鏡是由專業(yè)廠家制作的，有專門的光學設計，經(jīng)專用模具壓制的特種塑料零件。

信號放大處理和控制功能集成化

信號放大處理和控制功能集成化對于紅外自控LED節(jié)能燈具系統(tǒng)方案的普遍推廣有特殊意義，只有應用電路簡化了，應用成本低了，有了好的性價比，才有可能被廣泛應用。圖3是熱釋電紅外傳感器專用信號處理電路BISS0001的實際應用圖。由于它的電路元器件少，組裝工藝簡單，可靠性好，因而被大量使用。

BISS0001是由運算放大器、電壓比較器和狀態(tài)控制器、延遲時間定時器、封鎖時間定時器及參考電壓源等構(gòu)成的數(shù)模混合專用集成電路，可廣泛應用于多種傳感器和延時控制器。

首先，以圖4所示的不可重復觸發(fā)工作方式下的各點波形，來說明BISS0001的工作過程。

根據(jù)實際需要，利用運算放大器OP1組成傳感信號預處理電路，將信號放大。然后耦合給運算放大器OP2，再進行第二級放大，同時將直流電位抬高為VM（≈0.5VDD）后，送到由比較器COP1和COP2組成的雙向鑒幅器，檢出有效觸發(fā)信號Vs。由于VH≈0.7VDD、VL≈0.3VDD，所以，當VDD=5V時，可有效地抑制±1V的噪聲干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。COP3是一個條件比較器。輸入電壓Vc＜VR（≈0.2VDD）時，COP3輸出為低電平封住了與門U2，禁止觸發(fā)信號Vs向下級傳遞；而當VC＞VR時，COP3輸出為高電平，打開與門U2，此時若有觸發(fā)信號Vs的上跳邊沿來到，則可啟動延時時間定時器，同時Vo端輸出為高電平，進入延時周期。當A端接“0”電平時，在Tx時間內(nèi)任何V2的變化都被忽略，直至Tx時間結(jié)束，即所謂不可重復出發(fā)工作方式。當Tx時間結(jié)束時，Vo下跳回低電平，同時啟動封鎖時間定時器而進入封鎖周期Ti。在Ti周期內(nèi)，任何V2的變化都不能使Vo為有效狀態(tài)。這一功能的設置，可有效抑制負載切換過程中產(chǎn)生的各種干擾。

其次，如圖5所示可重復觸發(fā)工作方式下各點的波形，來說明BISS0001在此狀態(tài)下的工作過程。

在Vc=“0”、A=“0”期間，Vs不能觸發(fā)Vo為有效狀態(tài)。在Vc=“1”、A=“1”時，Vs可重復觸發(fā)Vo為有效狀態(tài)，并在Tx周期內(nèi)一直保持有效狀態(tài)。在Tx時間內(nèi)，只要有Vs得上跳變，則Vo將從Vs上跳變時刻算起繼續(xù)延長一個Tx周期；若Vs保持為“1”狀態(tài)，則Vo一直保持有效狀態(tài)；若Vs保持為“0”狀態(tài)，則在Tx周期結(jié)束后，Vo恢復為無效狀態(tài)，并且在封鎖時間Ti時間內(nèi)，任何Vs的變化都不能觸發(fā)Vo為有效狀態(tài)。

期待新一代信號放大處理和控制芯片

雖然BISS0001能滿足紅外自控LED節(jié)能燈具市場的一部分需要，但是更多功能的變化和燈具廠需要生產(chǎn)個性化的燈具產(chǎn)品還是要應用當代先進的MCU，因此開發(fā)新一代的適合紅外傳感器信號放大處理、帶MCU功能的新一代芯片是當今市場和時代賦予芯片設計公司的重任、期望和海量市場的召喚。

目前結(jié)合MCU的紅外自控LED節(jié)能燈具系統(tǒng)方案如圖6所示。使用PIC12C508，應當說是比較老一代的MCU。

PIC12C508MCU與LP2902M四運放的配合，對來自熱釋電紅外傳感器的微弱電信號進行放大處理，加上生產(chǎn)廠商賦予MCU的編程，可實現(xiàn)對繼電器開關的特殊動作，控制LED燈具開關、延遲或其它變化，實現(xiàn)既定的紅外自控LED節(jié)能燈具的各種功能。

謹以此與我們廣大的LED燈具設計師探討。我們期待有更多、更好的新一代紅外傳感器和信號處理控制集成電路可供我們的產(chǎn)品設計師選用，創(chuàng)造更新一代的LED節(jié)能燈具。