二合一的智能照明和聯接方案

在智能建筑應用中，照明是建筑物的基礎功能，除了通過智能照明控制以達到節省能源、提高效率的目標外，通過可見光通信（VLC）技術，還可以實現室內定位與數據傳輸的功能，同時提供了二合一的智能照明和聯接方案。本文將為您介紹VLC技術的發展，以及安森美（onsemi）推出的相關解決方案。

高效率、易管理的智能照明解決方案

智能建筑是基于智能網絡體系，使IoT產品之間實現溝通交流，通過互聯網，實現遠程感知、控制以及居家建筑里一系列自動化電子設備的編程。比如休假時屋主可通過手機、平板或者個人電腦開啟房屋的安保系統、控制溫度、啟動或關閉電器、控制燈光照明、設置家庭影院或其他娛樂系統等等各種操作。

智能建筑的實現需要滿足一些基本要求，包括設備應具有某種程度的智能化，應相互聯接并聯接到云端，應具有從原本的主要功能中進行拆解得出新應用的能力（例如，音響還能用作播放警報），并應能夠在設備之上添加新的設備、應用和服務。

無論是家庭、商業還是工業用途的建筑物，都需要采用內部照明。如今在建筑中的照明系統已經擁有了實現高效和省電的可能性。當前的LED照明已基本上取代了白熾燈和鹵素燈泡，但照明的供電和使用方式并沒有太大變化。安裝照明的傳統方法是鋪設電源電纜到計劃的燈具位置。然而，市電是交流電源，但LED需要直流電源，這說明需要一個變壓器（對交流電進行整流），通常還需要一個額外的DC-DC轉換器來對變壓器的直流輸出進行下變頻。

想象一下，如果能夠將直流電源路由到燈具，并考慮利用燈具做一些其他的工作，而不僅僅是為單個房間提供照明，將會更有意義。事實上，燈具除了照明之外，還可以提供一系列不同的功能。例如，通過在照明設備上加裝溫度、濕度和圖像的傳感器，可以監測房間的溫度、濕度和房間占用情況。通過為這些方案添加有線或無線連接功能，終端用戶能夠在云端追蹤所有相關信息，實時地進行設置調整，從而提高效率、舒適度和安全性。所有這些裝置都是互聯的，且可以進行管理，以使智能建筑以最高效率運行。此外，考慮如何將單個燈具聯接起來，整合成一個照明系統，將可在建筑管理系統中實現自動化照明。

不過，想要達到上述的功能，便需要解決如何為燈具提供傳感器所需的直流電源和可靠的數字聯接等問題，由于節能建筑使用大量絕緣材料并且墻壁較厚，因此可排除無線技術。以太網供電（PoE）是個很好的候選方案，因為智能建筑現在通常都鋪設了Cat5或Cat6以太網電纜作為標準配置。將以太網電纜路由到燈具以取代主電源電纜，并可以提供聯接（以選定的速度）。以太網供電（PoE）還可將直流電壓輸送到傳感器和燈具。

可見光通信解決室內定位與數據傳輸問題

另一方面，可見光通信（VLC）技術則可以實現室內定位與數據傳輸等功能。顧名思義，VLC使用光而不是射頻（RF）進行通信，數據被轉換成調制光并傳輸到接收器。調制光由接收器端的圖像傳感器或光電二極管捕獲，并轉換為數字信號，系統微控制器隨后對其進行處理。

事實上，VLC并不是新技術，在1880年代便已經有相關技術，但受限于光源的穩定性不足等因素，VLC技術并未得到發展，而LED技術的最新進展使VLC的適用性和效率得以恢復。新的LED技術使得使用相同的LED進行照明和通信變得更加容易，無需搭配單獨的通信基礎設施。VLC無需安裝和部署單獨的通信節點、接入點或信標，而是可以集成到現有燈具之中。

使用可見光作為數據載體具有顯著優勢，即信息訪問點或廣播點可以集成到現有的燈具基礎設施中，從而節省安裝成本和復雜性。采用不需要深度調制幅度的調制技術，并保持穩定的平均亮度水平，將保持用戶預期的照明水平。通過從幾kHz以上的調制頻率開始工作，數據流將保持對人眼完全不可見。

光通信當然永遠不會取代射頻通信，它是一種互補技術，在許多用例中，將共存甚至合作，以在應用中實現最佳結果。VLC的主要應用之一是工業環境中的室內定位系統，使用該技術識別包裹或叉車等資產的位置。只需要在每個LED鎮流器嵌入一個唯一標識符，指示出在建筑物內的位置，LED鎮流器通過可見光向接收器發出信號，接收器通過檢測代碼便可計算出位置，接收器可以是傳感器相機模塊或光電二極管。

在最簡單的形式中，移動單元可以有一個預編程的平面圖。平面圖數據庫包含唯一ID和燈具位置，燈具將不斷傳輸其唯一ID。移動單元上的光學傳感器或攝像頭模塊可捕獲ID，通過應用程序可進行三角測量以取得移動單元的位置，在現場可實現在三個維度上低至10~15厘米的精度。

為燈具設計人員提供一站式解決方案

目前市面上已經有各式各樣的聯網燈具，但目前市面上的方案通常使用一個單獨的LED光源驅動IC，和一個用于數據連接的PoE控制器。安森美推出的NCL31010則將兩個器件集成到一個封裝中，使單個燈具成為完全互聯和管理的照明系統的一部分，并可實現許多其他功能。

該器件經由PoE可提供超過90 W的功率，并含兩個輔助DC-DC轉換器，可為微控制器和傳感器供電。該器件的一個創新應用是VLC，這是使用單獨的LED驅動器和PoE控制器的照明系統所無法實現的。這涉及將（不可見的）數據直接調制到LED燈上，使其充當室內定位系統（例如Yellow Dot?）的定位信標，從而克服目前其他無線系統（GPS、Wi-Fi?等）在室內定位用途上精度不足的顯著問題。

如此一來，LED燈具的功能將不僅僅是簡單地照亮建筑物內部，通過PoE這種供電和聯接方案，可支持燈具提供一系列其他智能功能，以支持實現建筑自動化。NCL31010將為燈具設計人員提供一站式方案，來管理他們的供電和聯接要求。

高度集成、多功能的LED驅動器

NCL31010這款PoE接口LED驅動器，包含通過PoE設計連接和管理照明系統所需的所有元素，包括VLC（50kHz帶寬）和室內定位功能，并通過IEEE802.3bt/at/af標準認證，可提供超過90W的系統功率。

NCL31010集成了一個高效降壓LED驅動器（97%），支持高帶寬模擬和PWM調光至零電流。包含兩個輔助DC-DC轉換器，例如為系統微控制器和傳感器供電，包括高精度計量（±1%）和診斷，以測量輸入和輸出電流和電壓、LED或系統溫度以及DC-DC電壓和電流。NCL31010集成了3.3V降壓轉換器，是可調2.5至24V降壓轉換器，并支持I2C或SPI串行接口。

NCL31000系列包括非PoE版本以適應其他通信標準的NCL31000，以及支持多通道解決方案的縮減功能版本的NCL31001。NCL31000系列可應用在互聯LED照明、可見光通信、室內定位，常見的終端產品包括智能LED燈具、可管理LED照明系統、多通道LED照明等。

結語

智能照明是智能建筑應用中的基礎，結合PoE與VLC技術，將可大幅降低建置的成本，并為許多新應用打開了大門，克服了當今射頻技術實施時的一些限制。憑借來自安森美的高度集成和高效的LED驅動器，將可提供擴展信息和定位服務的各種有價值附加技術，將會是智能照明應用的理想解決方案。