Светодиодные датчики: Светодиодные датчики – максимум удобства и простоты в освещении | Статьи

Светодиодные датчики – максимум удобства и простоты в освещении | Статьи

Светодиодные датчики, реагирующие на движение, приближение, прикосновение, тепло, интенсивность освещения и смену объема пространства, представляют одно из наибольших преимуществ в работе осветительного оборудования на светоизлучающих диодных кристаллах. Современные сенсорные устройства, которые работают совместно с LED-оборудованием, позволяют еще больше повысить энергоэффективность этих осветительных приборов и добиться идеальных эксплуатационных характеристик оборудования. Современные датчики могут работать от сети, а также быть оснащенными собственным блоком питания, что бывает очень кстати при аварийном отключении электричества. Многие устройства имеют также удаленную панель управления, позволяющую менять режим и настройки работы осветительного оборудования.

 

Возможности сенсорных устройства для LED-светильников

• Реагировать на появление человека в помещении, включая осветительный прибор
• Реагировать на наличие движения в помещении, поддерживая прибор во включенном состоянии и выключать его при отсутствии движения через установленный интервал времени
• Реагировать на степень освещенности, усиливая и уменьшая интенсивность свечения с наступлением сумерек вечером и восходом солнца утром
• Реагировать на движение рукой вблизи устройства, на прикосновение к датчику или подключенному к нему металлическому прибору

Светодиодные датчики при освещении жилых помещений способны реагировать на поднесение руки для включения или выключения, что бывает особенно удобно при работе на кухне, если руки влажные. Установив такой светодиодный датчик возле плиты, мойки или рабочей поверхности, можно не делать лишних движений, как для обыкновенного выключателя, увеличивая производительность работы.

Очень удобно устанавливать сенсорные устройства внутри шкафов, тумбочек, которые реагируют на открывание дверцы или выдвижение полки, включая светодиодный светильник.

Существует также технология, позволяющая регулировать яркость и интенсивность освещения при помощи датчиков, которые реагируют на количество движений руки на расстоянии до 6 см, и запоминают последний установленный режим яркости освещения. 

 

Применение светодиодных датчиков

Сенсорные устройства для LED-светильников используются в сфере ЖКХ, в общественных зданиях, холлах и бизнес-центрах, а также в интерьерном освещении (в подсветке мебели, зеркал) и многих других сферах, где необходимо эффективное управление освещением.

Светодиодные светильники для подъездов, парадных и придомовых территорий, оснащенные акустическими датчиками, позволяют добиться большего экономического эффекта освещения. Если обычные лампы накаливания работают в течение всей ночи, приводя к неэффективным энергозатратам, то акустический датчик, включающий светодиодный светильник в подъезде при появлении человека, позволяет существенно снизить расход электричества, не причиняя неудобств жильцам дома. Многие датчики позволяют запрограммировать работу светильника при наличии движения на расстоянии до 20 м,  а также выключение прибора при отсутствии движения спустя 1 с – 10 мин.

Все возможности применения светодиодных датчиков можно внедрить на производстве и в быту с помощью компании ReLED.

Применение датчиков движения с led светильниках

Современные интерьеры обязаны быть комфортными и удобными по своей сути. Помогают в достижении поставленной задачи датчики движения, которыми сейчас уже трудно кого-то удивить. Они активно используются в жилых, коммерческих и промышленных объектах. Обычно подобные системы устанавливаются в офисах, производственных площадках, там, где персонал находится на протяжении определенного промежутка времени. Отметим, что автоматизация обычного потолочного светильника способна заметно упростить жизнь человека и существенно сэкономить на оплате электрических счетов.

Перед началом сборки электрической схемы необходимо определиться с основными целями и задачами, которые предстоит решить. В одних ситуациях можно приобрести отдельно трековые прожекторы и установить на них датчики, в других – целесообразно выбирать готовые комплекты. Отдельного внимания заслуживает вопрос подключения и настройки всей системы. Интересно, что она может быть выполнена на основе одного или нескольких контуров. Чаще всего датчики движения позволяют обойтись без установки классических выключателей. Поэтому они особенно уместны в зонах общественного пользования, там, где свет во время присутствия человека обязателен. 

Установка светодиодных светильников с интеллектуальным управлением уместна на улицах, у подъездов в целях экономии электричества. Времена, когда устройства освещения оставляли гореть всю ночь остались далеко позади. Фактически сегодня они считаются непростительным расточительством. Поэтому и рекомендуется выбирать системы, работающие на основе датчиков движения с функцией определения уровня освещенности. С ними отсутствует необходимость в постоянном контроле, ручном включении и отключении света. Интегрированные настройки датчиков позволяют регулировать активизацию ламп по мере обнаружения движения в подконтрольном пространстве.

Независимо от того, будет это светильник на шинопроводе, профиле или мачте, его достаточным включить один раз. Далее он сможет самостоятельно работать с учетом заданной программы. Если говорить о жилой зоне, то здесь важно учитывать настройку чувствительности. В большинстве случаев появляется необходимость в «обучении» датчиков на предмет их игнорирования краткосрочных движений. Иначе они станут срабатывать всякий раз, когда вы, например, будете перемещаться в пределах смежных комнат. Это заставит светильник подвесной включаться тогда, когда в этом нет необходимости, что негативно скажется на его сроке службы. Кроме этого появятся раздражающие факторы, неблагоприятно воздействующие на нервную систему человека.

Подбор и позиционирование датчика потолочного спота

Сегодня в продаже представлена масса всевозможных устройств, адаптированных для решения определенного спектра задач. Некоторые специально предназначены для работы с малыми внутридомовыми системами освещения, другие привлекают внимание универсальностью, возможностью применения на улице, в паре с охранными комплексами, сигнализацией, электрическими приборами и прочими сложными модулями. Поэтому имеет смысл выделить такую важную характеристику, как угол обзора, который может быть горизонтальным и вертикальным в принципе. Примечательно, что настенные варианты охватывают всего 120 градусов пространства (продвинутые модели контролируют до 180 градусов) по горизонтали и 30 градусов по вертикали. 

Отдельно стоит остановиться на способе крепления светильника освещения с датчиком, поскольку от этого зависит охват территории. С поворотными моделями удастся легко скорректировать позиционирование устройства уже по завершению его монтажа. Если же выбирается прибор с цельным корпусом, то подобной «свободы» размещения вы не получите. В подобных случаях требуется оптимальный расчет места установки led светильника с датчиком. Во внимание обязательно берутся как углы охвата, так и площадь рабочей зоны детектора, что позволит гарантировать его корректное срабатывание. Иногда целесообразно устанавливать широкоугольные модели, «берущие» по горизонтали 360 градусов, по вертикали 30 градусов. Отметим, что, несмотря на столь внушительные возможности, и них также имеются слепые зоны.

Планируя монтаж контура искусственного освещения на улице, необходимо выбирать оборудование с соответствующим классом защиты, который должен быть не ниже IP44. Промышленный светильник дополнительно устанавливают в отдельном боксе с козырьком. Специалисты рекомендуют монтировать датчик движения на высоте не менее 2200 мм от уровня пола, в противном случае его работа окажется малоэффективной. Вместе с этим не стоит размещать детектор выше 4 метров, поскольку на такой высоте он не сможет «улавливать» движение и станет попросту бесполезным.

Системы требовательны к месту размещения. Нет никакого смысла ставить их там, где они, например, будут частично или полностью закрываться колоннами, стенами, столбами и другими архитектурными объектами. Монтируя датчик на вертикальной ровной стене, следует учитывать, что его чувствительность наибольшая в горизонтальной плоскости, при пересечении объекта «охраняемой» зоны справа налево и в обратном направлении. Необходимо помнить, что все детекторы рассчитаны на определенную мощность подключения. Т.е. если она составляет 100 Вт, то устройство сможет работать, например, с 10 лампами по 10 Вт, или 20 лампами по 5 Вт.

Учету подлежат и параметры микроклимата, где планируется эксплуатация подвесного светодиодного светильника. В случае необходимости установки датчика в складских помещениях, морозилках, стоит помнить, что они способны работать при температуре до -20 градусов. Если же речь идет о горячих цехах, то соответствующий показатель не должен превышать +40 градусов. С целью исключения вероятности ложного срабатывания, детекторы не рекомендуется размещать на вибрирующих основаниях, вблизи систем кондиционирования воздуха, вентиляции, способных исказить тепловую картину пространства. Специалисты рекомендуют не монтировать датчики рядом с белыми стенами, полированными поверхностями ввиду не корректности работы с ними.

Наибольшие искажения появляются при установке светильников трековых светодиодных рядом с радиаторами отопления. В результате устройства могут неоднократно самопроизвольно срабатывать, без наличия на то необходимости. Помимо раздражающего эффекта, подобная ситуация приводит к существенному снижению срока службы ламп. Причиной тому является реакция на изменяющийся в пространстве температурный фон, наблюдаемый в инфракрасном спектре. На улице устройства освещения следует устанавливать так, чтобы сильные ветровые потоки не проходили рядом с чувствительным элементом датчика. Кроме этого детектор следует настраивать так, чтобы он не срабатывал на раскачивающиеся ветки деревьев, пролетающих мимо птиц, проходящих животных и т.д.

Рекомендуем посмотреть:

Активность: светодиод в качестве датчика освещенности

Эта версия (07 февраля 2022 г., 15:17) была одобрена Дугом Мерсером. Доступна ранее утвержденная версия (05 марта 2019 г., 12:43).

Содержание

• Действие: Светодиод как датчик освещенности — ADALM2000

  • Цель:

  • Фон:

  • Материалы:

  • Проезд:

  • Настройка оборудования:

  • Процедура:

  • Шаг 2 Направления:

  • Шаг 2 Настройка оборудования:

  • Шаг 2 Процедура:

  • Вопросы:

Цель:

Целью этой лабораторной работы является изучение использования светодиодов в качестве фотодиодного датчика света и использование NPN-транзисторов и NPN-транзисторов, соединенных Дарлингтоном, в качестве интерфейсных схем для датчика света.

Фон:

При воздействии света фотодиоды производят ток, который прямо пропорционален интенсивности света. Этот генерируемый светом ток течет в направлении, противоположном току в обычном диоде или светодиоде. Чем больше фотонов попадает на фотодиод, тем больше ток, вызывая напряжение на диоде. По мере увеличения напряжения на диоде линейность уменьшается.

Помимо излучения света, светодиод может использоваться в качестве фотодиодного датчика/детектора света. Эта возможность может использоваться в различных приложениях, включая датчик уровня внешней освещенности и двустороннюю связь. Как фотодиод, светодиод чувствителен к длинам волн, равным или меньшим, чем преобладающая длина волны, которую он излучает. Зеленый светодиод будет чувствителен к синему свету и к некоторому зеленому свету, но не к желтому или красному свету. Например, красный светодиод будет обнаруживать свет, излучаемый желтым светодиодом, а желтый светодиод будет обнаруживать свет, излучаемый зеленым светодиодом, но зеленый светодиод не будет обнаруживать свет, излучаемый красным или желтым светодиодом.

Все три светодиода обнаруживают «белый» свет или свет синего светодиода. Белый свет содержит компонент синего света, который можно обнаружить с помощью зеленого светодиода. Вспомним, что длины волн видимого света можно перечислить от самой длинной до самой короткой: красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго, фиолетовый (вспомните мнемонику «Рой Г. Бив»). Фиолетовый свет имеет самую короткую длину волны с наиболее энергичными фотонами, а красный имеет самую длинную длину волны света с наименее энергичными фотонами из всех видимых цветов света. Светодиоды с прозрачной пластиковой оболочкой будут более чувствительны к освещению широкого спектра (например, общее комнатное освещение), чем светодиоды с цветной оболочкой (например, включенные в комплект аналоговых деталей ADALP2000).

Чтобы использовать светодиод в качестве оптического детектора, не смещайте светодиод прямо в квадрант № 1 кривой ток-напряжение (I- V ). (Квадрант 1 — это когда рабочее напряжение и ток положительны. ) Разрешить светодиоду работать в режиме солнечной батареи, квадрант № 4 (рабочее напряжение положительное, ток отрицательный) или в квадранте режима фотодиода № 3 (рабочий напряжение отрицательное, ток отрицательный). В режиме солнечной батареи приложенное напряжение смещения не используется. Солнечная батарея (или светодиод в данном случае) генерирует собственный ток и напряжение.

Материалы:

Активный обучающий модуль ADALM2000
Макет без пайки
Перемычки
2 — 2N3904 NPN-транзисторы (или SSM2212 NPN-согласованная пара)
1 — Резистор 100 кОм
1 — Резистор 2,2 кОм
3 — Светодиоды (несколько красных, желтых и зеленых цветов)
1 — Инфракрасный светодиод (QED-123)

Адрес:

На макетной плате без пайки соберите схему светодиодного датчика освещенности, как показано на рис. 1. Обратите внимание, что светодиод D ₁ имеет обратное смещение 9.0086 т.е. напротив того, как он будет подключен как излучатель света. Ток фотогенерации будет течь в Q ₁ в качестве тока базы и появится в коллекторе, умноженном на коэффициент усиления по току ß транзистора.

Рис. 1 Светодиод и датчик света NPN с одним общим эмиттером

Настройка оборудования:

Рис. 2. Светодиод и датчик света NPN с одним общим эмиттером. Макетная плата.

Используйте переменный положительный источник питания от модуля ADALM2000, настроенный на +5 В для питания вашей схемы. Используйте канал осциллографа 1 для контроля напряжения на узле коллектора Q ₁ .

Процедура:

Вставьте красный, желтый или зеленый светодиод в цепь, как показано, по одному. Попробуйте подвергнуть светодиоды трех разных цветов из комплекта аналоговых деталей ADALP2000 воздействию различных источников света, таких как стандартные лампы накаливания, люминесцентные и светодиодные лампы, расположенные на разном расстоянии от светодиодного датчика. Обратите внимание на форму волны напряжения на коллекторе транзистора Q 9.0084 1 . Попробуйте вставить инфракрасный светодиод из вашего комплекта и посмотреть, как он реагирует на свет от разных источников. Попробуйте увеличить чувствительность или усиление, увеличив значение R

L до 200 кОм или 470 кОм.

Рис. 3. Красный светодиод и датчик света NPN с одним общим эмиттером — максимальное расстояние до светодиода

Рис. 4. Красный светодиод и датчик света NPN с одним общим эмиттером — светодиодное освещение на среднем расстоянии

Рис. 5 Красный светодиод и датчик света NPN с одним общим эмиттером — минимальное расстояние светодиода

Шаг 2 Направления:

Измените схему на макетной плате на схему Дарлингтона, показанную на рис. 6. Обязательно отключите питание, прежде чем вносить какие-либо изменения в схему. С транзисторами, соединенными Дарлингтоном, ток эмиттера Q ₂ становится базовым током Q ₁ , так что фотогенерируемый ток светодиода D ₁ теперь умножается на ß ² и появляется в нагрузочном резисторе.

R _L из сборщиков Q ₁ и Q ₂ . Из-за этого гораздо более высокого коэффициента усиления по току мы можем использовать нагрузочный резистор с гораздо меньшим сопротивлением.

Рис. 6 Светодиод и датчик освещенности Darlington, подключенный к NPN

Шаг 2 Настройка оборудования:

Рис. 7. Светодиод и датчик освещенности, подключенные к Дарлингтону. Макетная плата.

Шаг 2 Процедура:

Повторите ту же процедуру, вставив различные светодиоды в цепь для D ₁ и измерив отклик на различные источники света, и запишите результаты в своем лабораторном отчете.

Рис. 8. Красный светодиод и подключенный датчик освещенности Дарлингтона — максимальное расстояние светодиодного освещения

Рис. 9. Красный светодиод и подключенный датчик освещенности Дарлингтона — светодиодная подсветка среднего расстояния

Рис. 10. Красный светодиод и подключенный датчик освещенности Дарлингтона — минимальное расстояние светодиода

Вопросы:

Насколько хорошо красный светодиод реагирует на различные источники света? Реагирует ли он на другой красный, желтый или зеленый светодиод, используемый в качестве излучателя света? Как насчет желтого и зеленого светодиодов? Чувствителен ли инфракрасный светодиод к той же или другой длине волны света по сравнению со светодиодами видимого света? Какой из них наиболее чувствителен к стандартным бытовым лампам, таким как лампы накаливания и компактные люминесцентные лампы?

Какова чувствительность конфигурации с подключением по Дарлингтону по сравнению с конфигурацией с одним общим эмиттером? Минимальное и максимальное напряжения одинаковы для обеих конфигураций? Если нет, то почему?

Ресурсы:

• Fritzing файлы: led_light_sensor_bb

• Файлы LTspice: led_light_sensor_ltspice

Для дальнейшего чтения:

https://en. wikipedia.org/wiki/LED
https://en.wikipedia.org/wiki/LED_circuit
https://en.wikipedia.org/wiki/Фотодиод

Вернуться к содержанию лабораторной работы.

университет/курсы/электроника/электроника-лаборатория-led-sensor.txt · Последнее изменение: 07 февраля 2022 г., 15:17, Doug Mercer

T³: Использование светодиодов в качестве датчиков света — Новости трюк, что мы можем использовать светодиоды в обратном порядке. Мы рассмотрим, как использовать их в качестве фотодетекторов с Arduino, и создадим простую демонстрацию, которая реагирует на прикосновения рукой.

Избранное Любимый 2

Использование светодиода в качестве детектора света не является чем-то новым (см. статью Electronic Design 2007 года). Тем не менее, это казалось крутым трюком, заслуживающим большей любви, поскольку его можно сделать с помощью Arduino и одного светодиода. Я кратко расскажу о задействованной науке, а затем приведу пару примеров проектов.

Наука

Светодиоды (LED) изготавливаются путем соединения Полупроводниковые материалы N-типа и P-типа . Для создания этих различных типов примеси добавляются в кристаллическую структуру полупроводника в процессе, называемом легированием . Полупроводники N-типа содержат примеси, которые приводят к избытку электронов в структуре. С другой стороны, легирование P-типа приводит к недостатку электронов, которые известны как дырки .

Лучший способ думать о лунке — отсутствие электрона в атомах кристаллической решетки. Дырки могут свободно перемещаться по решетке и поэтому могут действовать как носители положительного заряда.

Область, где соединяются два типа, известна как соединение PN . Когда мы прикладываем достаточное напряжение к PN-переходу (прямое смещение — это означает, что P-область находится под более высоким потенциалом, чем N-область), электроны из N-области движутся к P-области, а дырки из P-области переехать в N-район. Когда электрон и дырка встречаются, они сокращаются и высвобождают некоторую энергию.

В обычных диодах (например, из кремния) энергия выделяется в виде тепла. В светодиодах, в которых используются различные полупроводники и легирующие материалы (например, фосфид арсенида галлия), энергия высвобождается в виде фотонов (то есть света).

Самое интересное начинается, когда мы обращаем процесс вспять. Если мы приложим обратное смещение к PN-переходу (т. е. N-область находится под более высоким потенциалом, чем P-область), дырки и электроны оторвутся друг от друга, создавая большее область истощения , куда не осмеливаются проникнуть ни электроны, ни дырки.

Однако, если блуждающий фотон попадает в обедненную область, фотон может передать свою энергию электрону в решетке, в результате чего электрон отрывается от атома и свободно перемещается по решетке. Этот процесс также оставляет дыру в решетке.

В нормальных условиях электронно-дырочная пара рекомбинирует, но электрическое поле обратного смещения разделяет их. Дырка притягивается к N-области, а электрон притягивается к P-области. Как только они достигают соответствующих областей, они объединяются и уничтожаются со своими противоположностями. Движение электрических зарядов также известно как «ток».

Итак, когда свет попадает на PN-переход, возникает небольшой ток.

Измерение света

Измерение крошечного тока, создаваемого светом, падающим на светодиод, чрезвычайно сложно, особенно с помощью микроконтроллера. Тем не менее, мы все еще можем получить представление о том, сколько света падает на светодиод.

Взгляните на вторую диаграмму в разделе «Наука». P-область и N-область, по сути, представляют собой пластины, удерживающие заряд, с каким-то изолятором, разделяющим их. Похоже ли это на другой электрический компонент? Если вы угадали «конденсатор», поздравьте себя.

Мы можем заставить светодиод работать как конденсатор, подав обратное напряжение. Это зарядит крошечные пластины (в виде полупроводников P- и N-области). Если убрать напряжение, заряд должен остаться (по идее). Однако, если свет падает на PN-переход, образуются электронно-дырочные пары, которые затем перемещаются в противоположные стороны и сокращаются с другими дырками и электронами. Этот процесс, по сути, уменьшает общий заряд светодиода, действующего как конденсатор.

Мы можем использовать микроконтроллер для измерения времени, необходимого для полной разрядки светодиода. Если на светодиод падает больше света, он очень быстро разряжается. В темноте разряжается очень медленно.

На практике

Как видно из видео, мы можем ощущать присутствие объектов над светодиодами. В данном случае мы просто измеряем количество света, падающего на желтые светодиоды, чтобы определить, насколько сильно загорятся красные светодиоды.

Чтобы узнать, как воспринимать свет с помощью Arduino и одного светодиода, см.