原创 物联网系统中常见的状态指示和显示单元_发光二极管

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物联网系统中为什么要使用发光二极管

物联网系统中使用发光二极管（LED）的原因主要基于其多方面的优势和应用特性，以下是一些主要方面：

1、高能效与环保

• 节能高效：LED作为一种高节能的灯具，相比传统白炽灯和荧光灯，具有更高的能效比，能够显著降低能耗。在物联网系统中，使用LED作为光源或指示灯，有助于减少整体系统的能耗，符合绿色环保的发展趋势。

2、长寿命与可靠性

• 长寿命：LED的使用寿命远超过传统光源，一般可达数万小时，减少了更换频率和维护成本。在物联网系统中，这一特性保证了设备长期稳定运行，减少了因光源损坏导致的系统故障。
• 高可靠性：LED具有较高的可靠性，抗振动和冲击能力强，不易受外界环境影响，适合在复杂多变的物联网环境中使用。

3、光信号传输与通信

• 光信号传输：LED不仅可以作为光源使用，还可以作为光信号发射器。在物联网系统中，利用LED发出的光信号进行数据传输成为一种新的通信方式，如Li-Fi（光保真）技术，利用LED光源的高速闪烁来传输数据，实现高速、低干扰的无线通信。
• 可见光通信：LED发出的可见光信号可以直接被人眼识别，也可以被光电传感器接收并转换为电信号，从而实现信息的传递。这种通信方式在物联网系统中具有广泛的应用前景，如智能家居、智能交通等领域。

4、丰富的颜色和可控性

• 丰富的颜色：LED可以发出多种颜色的光，通过控制不同颜色的LED组合，可以实现丰富的色彩变化，为物联网系统提供多样化的视觉效果和用户体验。
• 高可控性：LED的亮度和颜色可以通过电子信号进行精确控制，实现智能化调节。在物联网系统中，这一特性使得LED能够根据不同的场景和需求进行灵活调整，提升系统的智能化水平。

5、具体应用场景

• 照明：室内外照明、舞台灯光、城市亮化等。
• 显示：各种数字显示、符号显示、图形显示等。
• 电子用品：屏背光源、指示灯、显示器等。
• 汽车：尾灯、转向灯、刹车灯等。
• 光电转换：太阳能电池、激光器、红外线发射器等。

6、红外LED的特定应用

• 红外通信与传感：红外LED在物联网系统中还具有特定的应用，如红外通信和红外传感。红外LED可以发射红外光信号进行无线通信，或者作为红外传感器的光源进行非接触式测量和检测，如测量距离、温度等参数。

综上所述，物联网系统中使用发光二极管（LED）的原因主要包括其高能效、长寿命、可靠性、光信号传输与通信能力、丰富的颜色和可控性，以及红外LED的特定应用等方面。这些优势使得LED成为物联网系统中不可或缺的重要组成部分。

本文会再为大家详解光电器件家族中的一员——发光二极管。

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发光二极管（LED）定义

发光二极管（Light Emitting Diode，简称LED）是一种能将电能转化为光能的半导体电子元件。它包含一个PN结，当电流通过时，电子与空穴在PN结附近复合，释放出能量并以光的形式辐射出去。

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发光二极管（LED）原理

LED的工作原理基于半导体材料的电致发光效应。当在PN结两端注入正向电流时，注入的非平衡载流子（电子－空穴对）在扩散过程中复合发光，这种发射过程主要对应光的自发发射过程。LED的发光颜色取决于半导体材料的种类和掺杂元素，不同材料的LED能发出不同颜色的光。

发光二极管核心是二极管的空穴和电子在电压作用下从电极流向PN结。当空穴和电子相遇而产生复合，电子会跌落到较低的能阶，同时以光的形式释放出能量。如下所示：

LED根据不同的使用材料，发出不同的颜色（发光波长）。下图是可见光的波长分布：

白色光是复合产生的，下面是常用的两种方法。

蓝色LED＋黄色荧光体

蓝色LED与其辅助色即黄色荧光体组合，获得白色光。该方式与其他方式相比，结构简单、效率高，因此目前已成为主流。

RGB复合得到

光的三基色通过配合可以得到任何颜色的光，该方式比起照明用途，更多的用于全彩LED显示设备。

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发光二极管（LED）分类

LED可以根据不同的分类方法进行分类，常见的分类方式包括：

• 按发光颜色：红色LED、黄色LED、绿色LED、蓝色LED、白色LED等。
• 按亮度：低亮度LED和高亮度LED。
• 按结构：点状LED、矩阵LED、COB LED等。
• 按封装
• 直插式

按外观分类：一般圆柱型外观有3mm,5mm,8mm等。一般根据引脚长短区分正负极（长正短负）。

表贴式

根据外形分类：0402，0603，0805，1206，3030，3528，5050等等。

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发光二极管（LED）选型参数

在选型时，需要考虑以下主要参数：

• 电压和电流：LED的正常工作电压和电流范围。

伏安特性

A点是开启电压，电压开启点以前是截止状态。从A点以后随着电压的升高，电流以指数形式增加。AC段为正向工作区，LED与普通二极管正向导通电压要高一般大于1V。下图是不同颜色在20mA工作电流下正向导通电压。

• 正向导通电流：正常情况下不应超过最大值的60%。
• 最大反向电压：当加载反向电压超过一定值后，LED将会烧毁。
• 反向漏电流：正向电压下，反向漏电流是少子的运动很小，一般＜10uA。反向漏电流越小，说明LED单向导电性越小。
• 功耗：正向导通电流*正向导通电压即为消耗功率。应保证小于最大允许功率。
• 发光强度：表示从特定方向观测到的亮度。单位为cd（坎德拉）。

比较光强时需要特别注意指向角，光强是指单位立体角内发出的光通量。透镜作为LED封装的组成部分可以向特定方向集中光输出（用透镜集光），即使光输出小也能集光，因此光强变大。比较技术资料时，需要根据指向角和光强进行判断。

• 光效：LED的发光效率，通常以流明/瓦（lm/W）表示。
• 光通量：LED发出的总光量，指从光源发射出来的全部光量。单位为流明（lm）。
• 波长（色温）：LED发光的主波长或色温，影响光的颜色。
• 峰值波长 λP[nm]

指LED发出的光谱输出值最高的波长，单位为nm（纳米）。

设计LED时采用峰值波长进行设计，但实际用人眼比较波长时使用主波长进行比较。

• 主波长 λD[nm]

LED一般用波长表示颜色。主波长相当于眼睛看到的颜色所对应的波长，与发光波长的峰值波长有差异。

• 色度坐标 x, y：

L指用二维正交坐标系表示LED发光颜色的刺激值，一般使用x y坐标系。

• 指向角

表示LED光辐射的范围。单位为 “度” 。 将封装倾斜观察光输出时，用于判断从输出的极限值位置能观测多大角度。将输出达到峰值一半时的角度乘以2倍（从正面看时相当于左右端）的值叫做指向角。

• 显色指数：LED光源对物体颜色的还原能力。
• 使用寿命：LED的预期工作寿命。
• 封装形式：LED的封装方式和尺寸。

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发光二极管（LED）使用注意事项

• 电流控制：LED应在规定的电流范围内工作，过高的电流会导致LED损坏或寿命缩短。
• 散热：LED在工作时会产生热量，需要良好的散热设计以防止过热。
• 防静电：LED对静电敏感，应避免在静电环境下操作或存储。
• 焊接条件：焊接时需注意温度和时间控制，避免损坏LED。
• 工作环境：LED应在规定的工作温度和湿度范围内使用。
• 串联电路

当LED以恒压驱动方式串联点亮时，通常如下图所示，电路中包含与LED串联的电阻，用于控制电流。限流电阻值由正向电压和电流计算所得。

• 并联电路

将LED以恒压驱动方式并列排列时，建议给每列LED加入控制电阻。

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发光二极管（LED）厂商

LED的厂商众多，国内外都有许多知名的LED制造商，如三安光电、华灿光电、欧普照明、飞利浦照明等。这些厂商在LED的研发、生产和销售方面具有丰富的经验和先进的技术，为市场提供了高质量的LED产品。请注意，由于市场变化迅速，具体厂商信息可能随时间发生变化，建议查阅最新的行业报告或企业官网以获取最新信息。

供应商A:深圳市成兴光电子科技有限公司

1、产品能力

（1）选型手册

（2）主推型号1-XL-A1615RGBC

2、支撑

（1）技术产品

• 技术资料

XL-A1615RGBC 1615七彩共阴.pdf

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