傳統(tǒng)照明布線與無(wú)線照明控制相關(guān)技術(shù)問(wèn)題

　　為了巧妙地使用燈內(nèi)電子產(chǎn)品，使其能夠執(zhí)行除簡(jiǎn)單開關(guān)切換之外的其它任務(wù)，需要用一個(gè)接口在各設(shè)備（如燈具和傳感器）之間進(jìn)行通信，并配置一個(gè)控制器。 當(dāng)前正提倡使用不需專用布線的新接口，因此價(jià)格更低，更易于安裝。 但是目前它們做好實(shí)施準(zhǔn)備了嗎？

　　為什么傳統(tǒng)照明接口已過(guò)時(shí)？

　　照明燈具調(diào)光控制實(shí)施中最容易的一種方式是采用傳統(tǒng)的0V 至 10V 協(xié)議。 這項(xiàng)簡(jiǎn)單技術(shù)易于實(shí)施，但有其缺點(diǎn)。

　　首先，必須分別控制每個(gè)光源。 在包含許多燈泡的系統(tǒng)中，這需要使用大量線纜。

　　其次，該協(xié)議只支持單向通信，且只支持調(diào)光 - 系統(tǒng)不能獲得燈泡相關(guān)信息。 為解決這些不足，開發(fā)出了照明用數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：首先是 DMX512A-RDM，其使用菊花鏈在一根總線上連接多達(dá) 512 個(gè)設(shè)備，且為雙向通信。 同樣，數(shù)字式可尋址照明接口 （DALI） 支持最多 64 個(gè)設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)設(shè)備都有個(gè)別地址和組地址。 廣播信息能控制場(chǎng)景或光源組。

　　DALI 提供的數(shù)據(jù)速率為 1200baud，而 DMX512A 提供的為 250kbaud。 然而 DALI 適用于建筑物（需要光源數(shù)字管理）中使用的照明系統(tǒng)，如現(xiàn)代化的辦公樓和酒店，或需要監(jiān)控功能的地方。 DMX512A 是專業(yè)照明環(huán)境的理想選擇。

　　但是 DALI 和 DMX512A 網(wǎng)絡(luò)都仍然需要將它們自己的布線基礎(chǔ)設(shè)施與電源隔開。 這使照明設(shè)施成本顯著增加。 在已經(jīng)布有電力線（電力線靠近照明設(shè)備布線）的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)上增加控制布線可能并不可行。

　　這樣就出現(xiàn)了推出不需任何其它布線的照明控制協(xié)議的熱切期待。

　　如何消除獨(dú)立控制布線？

　　傳統(tǒng)照明配線接口技術(shù)成熟，是針對(duì)其預(yù)期應(yīng)用的久經(jīng)考驗(yàn)的解決方案：調(diào)光、舞臺(tái)照明以及大型建筑中的照明管理。

　　但是它們的局限性使它們?cè)谟行┉h(huán)境中并不適用：

　　? 如前文中提及的已經(jīng)有電線但沒(méi)有控制布線的地方。

　　? 要求只通過(guò)一個(gè)控制點(diǎn)操作大量燈的地方。

　　? 需要以高數(shù)據(jù)速率進(jìn)行雙向通信的地方，例如從溫度傳感器或光線傳感器發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　? 需要混色的地方

　　當(dāng)前看似可獲得商業(yè)支持的兩項(xiàng)技術(shù)可能會(huì)提供答案：無(wú)線通信，采用無(wú)許可證的 ISM 頻率波段；電線通信，在現(xiàn)有主電源布線上實(shí)施。

　　但是照明業(yè)界真準(zhǔn)備采用該技術(shù)了嗎？

　　無(wú)線照明控制

　　無(wú)線照明網(wǎng)絡(luò)的特定操作要求如何？ 其必須：

　　? 支持長(zhǎng)距離范圍內(nèi)的許多節(jié)點(diǎn)

　　? 運(yùn)行功率低，包括備用模式時(shí)的功率。 使用的無(wú)線開關(guān)或傳感器未與主電源連接的系統(tǒng)尤其如此。

　　? 啟動(dòng)時(shí)快速連接設(shè)備

　　? 照明設(shè)備總成本基本不增加

　　兩種最有名的無(wú)線協(xié)議（Bluetooth 和 WiFi）都不符合這些要求。 它們提供的節(jié)點(diǎn)范圍及數(shù)量有限，并且電流消耗過(guò)多。 啟動(dòng)時(shí)需花很長(zhǎng)時(shí)間連接設(shè)備。

　　幸運(yùn)的是，有多種可供選擇的其他 RF 協(xié)議，每個(gè)都有自己的長(zhǎng)處和不足。 照明控制設(shè)備制造商肯定將能夠找到符合上述要求，并且將在預(yù)期應(yīng)用條件下運(yùn)行的一種協(xié)議。

　　基本上共有兩類應(yīng)用，每類都需要不同的工作條件：室外照明和室內(nèi)照明。 對(duì)于像路燈之類的室外應(yīng)用，該協(xié)議必須在節(jié)點(diǎn)之間提供很長(zhǎng)的距離，同時(shí)支持細(xì)長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)。

　　室內(nèi)應(yīng)用中，節(jié)點(diǎn)彼此距離很近，它們之間的工作范圍不重要。 但是無(wú)線電協(xié)議應(yīng)能夠形成一種樹狀或網(wǎng)狀拓?fù)洌ㄒ?jiàn)圖1）。 從而允許對(duì)網(wǎng)絡(luò)的整個(gè)范圍進(jìn)行擴(kuò)充，而各個(gè)節(jié)點(diǎn)都有效地發(fā)揮中繼器的作用。

網(wǎng)狀拓?fù)涓鼜?fù)雜，它為信號(hào)提供多條通道，并與網(wǎng)狀協(xié)議中經(jīng)常出現(xiàn)的自修復(fù)功能協(xié)同工作，因而即使有些網(wǎng)點(diǎn)出現(xiàn)故障也能使網(wǎng)絡(luò)保持運(yùn)行狀態(tài)。 而網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)管理相對(duì)復(fù)雜些，因而消耗的處理器資源更多；因此發(fā)現(xiàn)更簡(jiǎn)單的樹狀拓?fù)渫ǔ８m合于照明控制網(wǎng)絡(luò)。

　　節(jié)點(diǎn)之間的范圍主要取決于發(fā)送功率、接收靈敏度、頻率和傳遞條件。 所有其它條件都相同的情況下，頻率較低（《1GHz） 的系統(tǒng)的范圍更大，穿透磚石和其他障礙的能力更強(qiáng)，但會(huì)消耗更多的電力。 2.4GHz 系統(tǒng)提供的優(yōu)點(diǎn)相反：尺寸更小、功耗更低、數(shù)據(jù)速率更高并且網(wǎng)絡(luò)管理速度更快。

　　然而，照明控制設(shè)備制造商評(píng)估 RF 技術(shù)時(shí)需要考慮各種因素：

　　? 協(xié)議特點(diǎn)、拓?fù)?v 復(fù)雜性的選擇，以及處理器資源上的漏電。

　　? 頻率 v 范圍，以及功率消耗

　　決定了這些高級(jí)要求后，設(shè)備設(shè)計(jì)人員必須具體考慮采用哪種協(xié)議。ZigBee 標(biāo)準(zhǔn)是最流行的且符合照明網(wǎng)絡(luò)要求的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)類型。 主要規(guī)格包括：以 sub-GHz 和 2.4GHz 頻率運(yùn)行；數(shù)據(jù)速率高達(dá) 250kbits/s；范圍 100m（露天，功率 0dBm ，頻率 2.4GHz）；并且支持樹狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。

　　IC 和模塊中都提供有 ZigBee 解決方案（見(jiàn)表1）。 商業(yè)使用本規(guī)范不收取費(fèi)用 - 制造商必須屬于 ZigBee 聯(lián)盟，最終產(chǎn)品必須

　　經(jīng)過(guò)認(rèn)證，并保證來(lái)自不同供應(yīng)商的設(shè)備可互操作。可從照明控制參考設(shè)計(jì)開始，加快開發(fā)過(guò)程。 FreescaleSemiconductor 和 Future Electronics 可提供特別有用的開發(fā)板：

　　? Freescale 的照明參考設(shè)計(jì)支持 DALI 和 DMX512-A/RDM協(xié)議，并通過(guò)一塊單獨(dú)的通信板為 ZigBee 提供支持。這個(gè)接口連接到 Tower 系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)內(nèi)的 Kinetis MCU主板。

　　? Future Electronics 的無(wú)線照明和控制參考設(shè)計(jì)可在802.15.4 網(wǎng)絡(luò)上實(shí)施對(duì)紅色、綠色、藍(lán)色和白色 LED 的無(wú)線控制。 該套件包含一個(gè)控制器板、幾個(gè)遠(yuǎn)程燈板和一些收發(fā)器板。

　　使用芯片制造商開發(fā)的專有協(xié)議可免去 ZigBee 許可證費(fèi)（見(jiàn)表 2）。 NXP 提供 JenNet 協(xié)議，該協(xié)議在 2.4GHz 波段內(nèi)運(yùn)行，能組建樹狀、星狀和線性自修復(fù)網(wǎng)絡(luò)，最高包含500 個(gè)節(jié)點(diǎn)。 Microchip 的免費(fèi) MiWi 堆棧同時(shí)以 sub-GHz和 2.4GHz 兩種頻率，在 PIC 微控制器和 Microchip 收發(fā)器上運(yùn)行。

　　共享電源布線

　　實(shí)施復(fù)雜照明控制網(wǎng)絡(luò)（無(wú)專用控制網(wǎng)絡(luò)布線）的另一種方法是采用電力線通信 （PLC），其可托管在電源布線上。公用事業(yè)公司已經(jīng)開創(chuàng)了 PLC 的使用，它提供一種在電網(wǎng)上訪問(wèn)電表和其它器具的方法。 但是 PLC 也可用于在建筑內(nèi)提供低數(shù)據(jù)速率通信，由此控制主電源上連接的燈具。

　　該技術(shù)的范圍取決于所用調(diào)制方案、線路阻抗和噪聲，但是極有可能當(dāng)節(jié)點(diǎn)之間距離太大、或者條件對(duì)于無(wú)線信號(hào)而言過(guò)于惡劣時(shí)才值得對(duì) PLC 進(jìn)行評(píng)估（例如有金屬墻的建筑）。

　　照明業(yè)界采用 PLC 的最大障礙是沒(méi)有普遍接受的、用于照明控制或家庭自動(dòng)化的 PLC 規(guī)格。 最流行的標(biāo)準(zhǔn)是 KNX，它能將電力線以及其它介質(zhì)用于家庭和建筑自動(dòng)化功能；但局限于 1.2kbits/s 以下的數(shù)據(jù)速率。

　　或者，照明控制設(shè)備制造商可采用由 PLC 調(diào)制解調(diào)器和芯片系統(tǒng) （SoC） 制造商開發(fā)的技術(shù)。 例如，Yitran 公司的 IT700調(diào)制解調(diào)器采用高級(jí) DCSK 調(diào)制，可提供速度高達(dá) 7.5kbits/s的穩(wěn)定通信，另還為命令和控制應(yīng)用采用其 Y-Net 協(xié)議堆棧。

　　Microchip 基于其 dsPIC33F 系列微控制器推出一種 PLC 軟調(diào)制解調(diào)器參考設(shè)計(jì)，可提供高達(dá) 7.2kbits/s 的數(shù)據(jù)速率。Cypress Semiconductor 也推出一系列 PLC 設(shè)備，它們都將Cypress 的電力線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議堆棧集成在作為 PHY 的同一設(shè)備上。

　　結(jié)論

　　由于為了支持 DALI 及其它已確立的照明控制標(biāo)準(zhǔn)而安裝并行