使用有线物联网标准的LED，可以更加省电-第 4部分

在第 1 部分中，我们研究了如何从 LED 灯泡中移除 AC/DC 转换器以节省能源。第 2 部分和第 3 部分涵盖家庭照明网络和通信。在这里，我们将深入探讨太阳能、电线、连接器和灯泡设计。

你想节省能源吗？考虑太阳能物联网。这是当您的光伏太阳能系统连接到局域网并被建模为另一个提供电力的物联网设备时。在这个概念中，太阳能材料是多层层压的，如 PCB。图 11显示了太阳能层压板的侧视图。

图 11光伏电池包含连接到本地网络的 PCB。

在俯视图中（图 12），嵌入式 PCB 以红色显示，金属导体以灰色和浅蓝色显示。我们的基材是铝板。随后，它可以直接安装到建筑物的外表面，例如胶合板屋顶或墙壁。有关详细信息，请参阅研发计划旨在解决能源和气候问题。

图 12太阳能电池内的嵌入式 PCB。

图 13显示了我们的 PCB 的特写，以及它如何连接到由太阳能材料产生的不同电压。每个单元就像一个电池，PCB 可以通过 MOSFET 开关将它们串联或并联组合。我们从太阳能物联网设备获得可编程直流电压。

图 13 PCB 连接到太阳能电池的不同电压。

电气连接
电源接线连接通常使用螺钉力完成，其中螺钉头以每平方英寸数千磅的力压在电线上（图 14）。这创造了持续 100 年的可靠连接。或者，推入插座并用弹簧力固定到位的销不太可靠，尤其是在处理电源时。

图 14螺钉连接非常可靠。

需要一种支持多触点螺钉力且安装快速的连接器。下面是一个这样的想法。右图显示了一个螺钉压在一个楔子（红色）上，该楔子又向一个滑块施加压力（图 15）。左图显示了螺钉如何从插座对多个刀片施加巨大的力（相对于弹簧力），每个信号之间有绝缘层（蓝色）。叶片中显示的扭结使得在拧紧螺钉后插头很难断开。例如，该连接器可以放置在灯插座和最终用户开/关/调光开关外壳内。

图 15带螺钉的接线端子将使电源和数据连接可靠。

带有四根或六根导体的带状电缆可以很好地装入压接工具中，该压接工具将上述刀片触点一次挤压到电线上（图 16）。

图 16可以使用压接工具连接带状电缆。

明天的电工可以使用手钻大小的电动机器更快地移动，该机器可以铣削塑料并电动旋转螺钉，如图 17所示。这种机器可以夹住电缆，识别其尺寸，然后研磨塑料以露出电线。每个设备上的蛤壳夹固定整个电缆，单独的螺丝夹与每根电线接触。这台机器还转动螺钉并施加所需的扭矩。随后，我们可以在不切断电缆的情况下触摸每个设备，从而节省时间并提高可靠性。如果电工每小时花费 75 美元，那么节省时间的精密机器可以轻松收回成本。

图 17新的电工工具可以节省时间并提供更一致的连接。

建议的 LED 灯泡还支持未连接到网络的独立系统，如图 18所示。

图 18灯仍然可以使用，只是没有连接到网络。

扩散器和灯罩配件
传统灯泡的最初设计是为了容纳由于内部白炽灯丝而产生的大量热量。在我们缩小的仅限 LED 的形式中，我们可以将灯泡与表面齐平放置，并以较小的间隔距离进行冷却。图 19显示了干墙天花板（黑色）、2×4 木框架（棕色）、金属电箱（蓝色虚线）和灯插座装置（橙色虚线）。

图 19如果没有电源转换电路，LED 灯泡可以齐平地安装在天花板上。

在图 20中，我们在灯泡和插座之间有一个平面（浅绿色）。我们能用这个做什么？将热量从灯泡传导到插座？支持售后轨道照明类定向支持机制，如图19所示？如果我们增加插座的强度以抵抗售后配件增加的扭矩，它们也会增加成本。这是机械工程师需要考虑的一个问题。在许多建筑物中，灯泡被放置在天花板内的凹腔中。这使得灯泡对用户来说不那么明显和突兀。图 20 显示了具有类似效果的售后配件示例。或者，也可以添加更大的圆顶以更好地分布光线。

图 20我们有机会将配件添加到头顶灯泡。

因为我们正在制定新的电气标准，所以我们可以添加一个标准化的机械区域来抓握扩散器和遮阳配件。图 20 灯罩附件中显示的蓝线适合 LED 机械标准控制的区域，并且所有灯泡和所有插座都需要。图 21显示了轨道照明的工作原理。

图 21轨道照明也可以直接安装到照明网络。

热量和国家电气规范
移动热量和符合建筑规范值得更多考虑（例如国家电气规范、保险商实验室）。一种选择是依靠插座来帮助散热，因为它固定在比灯泡更大的东西上，并且比灯泡具有更大的表面积。由于距离很近，热量很容易从 LED 传递到金属插座。为了避免火灾，可以在每个灯泡内放置一个 MOSFET 开关，如果过热（例如 105°C）就会打开。为了降低成本，人们会希望从房间的中心位置（例如天花板中的占用传感器）连接到每个灯泡，可能还有每个窗户，而不需要导管。

嵌入在传统灯泡底座中的电源会承受极高的温度；在这些条件下，诸如电解电容器之类的组件不会持续很长时间。电解电容器的典型使用寿命规格为 105°C 时为 2000 小时。LED SMT 设备在灯泡内耗散了大约 85% 的热量，这意味着它们会变得非常热（例如 8.5 W 和 10 W 灯泡）。随后，将电子部件从 LED SMT 设备移开会降低其工作温度，并延长其使用寿命。

一种加热策略是将导热斜面/反射器/成型/散热装置夹在灯泡和插座之间，如下图 22中的蓝色所示。灯泡和插座之间的热垫圈提供热接触，同时紧靠中央电导体。或者，我们可以在中央电导体处放置一个弹簧，并避免灯泡和插座之间的热垫圈。

图 22灯泡和天花板之间的金属充当散热器。

让所有这些工作需要一个标准化的即插即用太阳能物联网系统，其中包括机械标准、电气连接标准和通信协议。