專家解讀智能LED照明關(guān)鍵設(shè)計(jì)的重要元素

圖1：ALS安裝在獨(dú)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(qiáng)。　　通信

　　下面，我們討論LED的智能通信。耳朵和喉嚨是接下來實(shí)現(xiàn)LED照明智能化的最重要功能。通過將照明燈簡(jiǎn)單組網(wǎng)，即可通過網(wǎng)絡(luò)控制燈的開、關(guān)，或者調(diào)光，這種操作將降低能耗。通信也為斷電、維護(hù)和應(yīng)急提供快速反饋，該信息將節(jié)省總體系統(tǒng)維護(hù)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(luò)規(guī)模和拓?fù)?。無線比較適合于小型室內(nèi)以及大型室外應(yīng)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(shí)現(xiàn)通信。PLC非常適合于大型市政類照明裝置、隧道、室內(nèi)停車場(chǎng)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(guān)鍵所在。如果通信發(fā)生故障，系統(tǒng)就毫無益處。

　　無線應(yīng)用中，信號(hào)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(xué)和醫(yī)療（ISM）射頻的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。限制功耗提供了網(wǎng)絡(luò)靈活性，如果端點(diǎn)使用電池時(shí)則至關(guān)重要。圖2所示是一種獨(dú)特的應(yīng)用，其中照明燈開關(guān)上配備有能量收集射頻（RF）收發(fā)器。系統(tǒng)收集用于撥動(dòng)開關(guān)的能量，產(chǎn)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(hào)能夠覆蓋光源，該開關(guān)可置于房間內(nèi)的任何地方。無需連接照明開關(guān)，室內(nèi)設(shè)計(jì)更靈活，照明控制更可靠。

圖2：樓宇自動(dòng)化應(yīng)用，其中的照明開關(guān)具有一個(gè)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(jià)選擇。由于通過維護(hù)很好的現(xiàn)有供電線路實(shí)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(shí)的性能以及網(wǎng)絡(luò)維護(hù)。范圍、速度和可靠性是設(shè)計(jì)PLC的關(guān)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(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)電力線的可靠通信。該標(biāo)準(zhǔn)支持高達(dá)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(luò)。基于OFDM、PLC控制的照明網(wǎng)絡(luò)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(jīng)節(jié)約了25%的電能，維護(hù)成本降低30%。該大型設(shè)施系統(tǒng)支持最多1022盞照明燈，通信距離長(zhǎng)達(dá)3km。

圖3：采用PLC的市政路燈網(wǎng)絡(luò)示例。　　電能測(cè)量

　　智能LED燈還需要具備電量計(jì)算能力。從智能電表到電壓控制器再到電動(dòng)汽車充電器，每個(gè)智能電網(wǎng)裝置都具有電能測(cè)量功能，實(shí)時(shí)為電力公司和用戶提供準(zhǔn)確的用電信息。發(fā)回耗電量的大多數(shù)照明裝置提供關(guān)于建筑及市政照明環(huán)境的詳細(xì)信息，可確保電力公司的收費(fèi)與耗電嚴(yán)格一致。通過調(diào)光或在不使用時(shí)關(guān)閉照明燈，及時(shí)、準(zhǔn)確地響應(yīng)用戶需求。此外，特定照明燈的耗電波動(dòng)說明需要進(jìn)行系統(tǒng)維修、維護(hù)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(hù)可節(jié)省費(fèi)用。為生成智能電網(wǎng)中的有用數(shù)據(jù)，電能測(cè)量設(shè)計(jì)必須在較寬的電流范圍保持高精度測(cè)量。不僅如此，限制或消除校準(zhǔn)時(shí)間也會(huì)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(shè)計(jì)，具有電能測(cè)量功能。5電能測(cè)量芯片也提供系統(tǒng)調(diào)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(shè)施性能的集成模塊提供了巨大的商機(jī)。為實(shí)現(xiàn)可升級(jí)，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(jiǎn)單更換相對(duì)較新和效率較高的LED，性價(jià)比較低。簡(jiǎn)單接口，例如DALI，允許將來增加ALS、通信和電能測(cè)量功能。

圖4：完整的智能LED照明參考設(shè)計(jì)，具有電能測(cè)量、環(huán)境光檢測(cè)和通信功能。

　　最后的勝者

　　這對(duì)我們意味著什么？消費(fèi)者從觀念上對(duì)LED照明的認(rèn)可和轉(zhuǎn)換是一個(gè)長(zhǎng)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(guān)鍵元素——ALS、通信和電能測(cè)量——將使LED更加強(qiáng)大，更具吸引力。智能化LED提供的測(cè)量數(shù)據(jù)能夠進(jìn)一步降低照明系統(tǒng)的能耗，降低運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本。增加智能化設(shè)計(jì)，LED將充分發(fā)揮潛力，在已經(jīng)如火如荼的競(jìng)賽中擊敗傳統(tǒng)照明。