專家解讀智能LED照明關鍵設計的重要元素

圖1：ALS安裝在獨立的PCB，處于照明燈支架的陰影下，防止傳感器讀取照明燈本身的光強。　　通信

　　下面，我們討論LED的智能通信。耳朵和喉嚨是接下來實現(xiàn)LED照明智能化的最重要功能。通過將照明燈簡單組網(wǎng)，即可通過網(wǎng)絡控制燈的開、關，或者調光，這種操作將降低能耗。通信也為斷電、維護和應急提供快速反饋，該信息將節(jié)省總體系統(tǒng)維護成本。無線和有線通信能夠在不同環(huán)境下很好地工作，取決于網(wǎng)絡規(guī)模和拓撲。無線比較適合于小型室內以及大型室外應用，后者需要具有連續(xù)視線、可用的頻帶以及裕量足夠的傳輸功率。電力線通信（PLC）利用現(xiàn)有電力線實現(xiàn)通信。PLC非常適合于大型市政類照明裝置、隧道、室內停車場等由于物理位置或建筑墻壁的原因而無法使用自然光的環(huán)境。所有通信引用中，可靠性是關鍵所在。如果通信發(fā)生故障，系統(tǒng)就毫無益處。

　　無線應用中，信號傳輸方式可能是Wi-Fi、ZigBee或其它往往屬于，但不僅限于工業(yè)、科學和醫(yī)療（ISM）射頻的標準協(xié)議。限制功耗提供了網(wǎng)絡靈活性，如果端點使用電池時則至關重要。圖2所示是一種獨特的應用，其中照明燈開關上配備有能量收集射頻（RF）收發(fā)器。系統(tǒng)收集用于撥動開關的能量，產生可使用的直流電壓，支持照明燈具的無線電通信（《1GHz RF）。只要信號能夠覆蓋光源，該開關可置于房間內的任何地方。無需連接照明開關，室內設計更靈活，照明控制更可靠。

圖2：樓宇自動化應用，其中的照明開關具有一個無需接線的能量收集射頻收發(fā)器，用以控制LED照明。

　　PLC照明控制方法利用現(xiàn)有的供電線路，不失為高性價選擇。由于通過維護很好的現(xiàn)有供電線路實現(xiàn)通信，PLC避免了許多麻煩，例如共用通信頻率、惡劣天氣時的性能以及網(wǎng)絡維護。范圍、速度和可靠性是設計PLC的關鍵。

　　電力線的噪聲極大，影響系統(tǒng)通信的可靠性。G3-PLC通信是一種基于OFDM的新型PLC標準，可實現(xiàn)電力線的可靠通信。該標準支持高達300kbps的速度、網(wǎng)狀組網(wǎng)以及高噪聲環(huán)境下的可靠模式非常適合LED控制網(wǎng)絡?；贠FDM、PLC控制的照明網(wǎng)絡類似于現(xiàn)有的G3-PLC。

　　圖3所示為Nyx Hemera Technologies公司用于隧道照明的PLC裝置4，該系統(tǒng)已經節(jié)約了25%的電能，維護成本降低30%。該大型設施系統(tǒng)支持最多1022盞照明燈，通信距離長達3km。

圖3：采用PLC的市政路燈網(wǎng)絡示例。　　電能測量

　　智能LED燈還需要具備電量計算能力。從智能電表到電壓控制器再到電動汽車充電器，每個智能電網(wǎng)裝置都具有電能測量功能，實時為電力公司和用戶提供準確的用電信息。發(fā)回耗電量的大多數(shù)照明裝置提供關于建筑及市政照明環(huán)境的詳細信息，可確保電力公司的收費與耗電嚴格一致。通過調光或在不使用時關閉照明燈，及時、準確地響應用戶需求。此外，特定照明燈的耗電波動說明需要進行系統(tǒng)維修、維護或更換。毫無疑問，許多照明燈處于難以觸及的區(qū)域，優(yōu)化維護可節(jié)省費用。為生成智能電網(wǎng)中的有用數(shù)據(jù)，電能測量設計必須在較寬的電流范圍保持高精度測量。不僅如此，限制或消除校準時間也會降低總體系統(tǒng)成本。圖4所示為一種靈活的LED照明參考設計，具有電能測量功能。5電能測量芯片也提供系統(tǒng)調光和DALI接口。

　　目前許多城市安裝了非智能LED照明燈，這為改善LED照明設施性能的集成模塊提供了巨大的商機。為實現(xiàn)可升級，這些系統(tǒng)需要連接到智能照明系統(tǒng)。如果LED的成本和容量一定，簡單更換相對較新和效率較高的LED，性價比較低。簡單接口，例如DALI，允許將來增加ALS、通信和電能測量功能。

圖4：完整的智能LED照明參考設計，具有電能測量、環(huán)境光檢測和通信功能。

　　最后的勝者

　　這對我們意味著什么？消費者從觀念上對LED照明的認可和轉換是一個長期過程。顯而易見，LED照明具有改變照明方式以及節(jié)省巨大電能的潛力。增加“智能” 照明的關鍵元素——ALS、通信和電能測量——將使LED更加強大，更具吸引力。智能化LED提供的測量數(shù)據(jù)能夠進一步降低照明系統(tǒng)的能耗，降低運營和維護成本。增加智能化設計，LED將充分發(fā)揮潛力，在已經如火如荼的競賽中擊敗傳統(tǒng)照明。