- 為什么傳統(tǒng)照明接口已過時
- 如何消除獨立控制布線
- 無線照明控制
- 共享電源布線
電子設(shè)備是如今市場上推出的幾乎每個光源或燈具的組成部分。 電源管理、開關(guān)和調(diào)光控制、混色、系統(tǒng)監(jiān)控以及用戶界面中都使用電子電路。 電子鎮(zhèn)流器中也使用數(shù)字和模擬集成電路，這些鎮(zhèn)流器用于高強度放電燈、節(jié)能燈、LED 照明、白熾燈調(diào)光器和控制設(shè)備。
為了巧妙地使用燈內(nèi)電子產(chǎn)品，使其能夠執(zhí)行除簡單開關(guān)切換之外的其它任務(wù)，需要用一個接口在各設(shè)備（如燈具和傳感器）之間進行通信，并配置一個控制器。 當(dāng)前正提倡使用不需專用布線的新接口，因此價格更低，更易于安裝。 但是目前它們做好實施準(zhǔn)備了嗎？
為什么傳統(tǒng)照明接口已過時
照明燈具調(diào)光控制實施中最容易的一種方式是采用傳統(tǒng)的0V 至 10V 協(xié)議。 這項簡單技術(shù)易于實施，但有其缺點。
首先，必須分別控制每個光源。 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 512 個設(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 個設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò)，每個設(shè)備都有個別地址和組地址。 廣播信息能控制場景或光源組。
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。
如何消除獨立控制布線
傳統(tǒng)照明配線接口技術(shù)成熟，是針對其預(yù)期應(yīng)用的久經(jīng)考驗的解決方案：調(diào)光、舞臺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在有些環(huán)境中并不適用：
? 如前文中提及的已經(jīng)有電線但沒有控制布線的地方。
? 要求只通過一個控制點操作大量燈的地方。
? 需要以高數(shù)據(jù)速率進行雙向通信的地方，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)支持的兩項技術(shù)可能會提供答案：無線通信，采用無許可證的 ISM 頻率波段；電線通信，在現(xiàn)有主電源布線上實施。
但是照明業(yè)界真準(zhǔn)備采用該技術(shù)了嗎？
無線照明控制
無線照明網(wǎng)絡(luò)的特定操作要求如何？ 其必須：
? 支持長距離范圍內(nèi)的許多節(jié)點
? 運行功率低，包括備用模式時的功率。 使用的無線開關(guān)或傳感器未與主電源連接的系統(tǒng)尤其如此。
? 啟動時快速連接設(shè)備
? 照明設(shè)備總成本基本不增加
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兩種最有名的無線協(xié)議（Bluetooth 和 WiFi）都不符合這些要求。 它們提供的節(jié)點范圍及數(shù)量有限，并且電流消耗過
多。 啟動時需花很長時間連接設(shè)備。
幸運的是，有多種可供選擇的其他 RF 協(xié)議，每個都有自己的長處和不足。 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。 對于像路燈之類的室外應(yīng)用，該協(xié)議必須在節(jié)點之間提供很長的距離，同時支持細長網(wǎng)絡(luò)。
室內(nèi)應(yīng)用中，節(jié)點彼此距離很近，它們之間的工作范圍不重要。 但是無線電協(xié)議應(yīng)能夠形成一種樹狀或網(wǎng)狀拓撲（見圖1）。 從而允許對網(wǎng)絡(luò)的整個范圍進行擴充，而各個節(jié)點都有效地發(fā)揮中繼器的作用。
節(jié)點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，但會消耗更多的電力。 2.4GHz 系統(tǒng)提供的優(yōu)點相反：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)備制造商評估 RF 技術(shù)時需要考慮各種因素：
? 協(xié)議特點、拓撲 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
決定了這些高級要求后，設(shè)備設(shè)計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)要求的無線網(wǎng)絡(luò)類型。 主要規(guī)格包括：以 sub-GHz 和 2.4GHz 頻率運行；數(shù)據(jù)速率高達 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（見表1）。 商業(yè)使用本規(guī)范不收取費用 - 制造商必須屬于 ZigBee 聯(lián)盟，最終產(chǎn)品必須
經(jīng)過認證，并保證來自不同供應(yīng)商的設(shè)備可互操作。可從照明控制參考設(shè)計開始，加快開發(fā)過程。 FreescaleSemiconductor 和 Future Electronics 可提供特別有用的開發(fā)板：
? Freescale 的照明參考設(shè)計支持 DALI 和 DMX512-A/RDM協(xié)議，并通過一塊單獨的通信板為 ZigBee 提供支持。這個接口連接到 Tower 系統(tǒng)開發(fā)平臺內(nèi)的 Kinetis MCU主板。
? Future Electronics 的無線照明和控制參考設(shè)計可在802.15.4 網(wǎng)絡(luò)上實施對紅色、綠色、藍色和白色 LED 的無線控制。 該套件包含一個控制器板、幾個遠程燈板和一些收發(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（見表 2）。 NXP 提供 JenNet 協(xié)議，該協(xié)議在 2.4GHz 波段內(nèi)運行，能組建樹狀、星狀和線性自修復(fù)網(wǎng)絡(luò)，最高包含500 個節(jié)點。 Microchip 的免費 MiWi 堆棧同時以 sub-GHz和 2.4GHz 兩種頻率，在 PIC 微控制器和 Microchip 收發(fā)器上運行。
共享電源布線
實施復(fù)雜照明控制網(wǎng)絡(luò)（無專用控制網(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)點之間距離太大、或者條件對于無線信號而言過于惡劣時才值得對 PLC 進行評估（例如有金屬墻的建筑）。
照明業(yè)界采用 PLC 的最大障礙是沒有普遍接受的、用于照明控制或家庭自動化的 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 DCSK 調(diào)制，可提供速度高達 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，可提供高達 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)而安裝并行布線基礎(chǔ)設(shè)施需要很高成本，因此目前不需任何附加布線的備選方案進入主流市場的時機已經(jīng)來臨。
對于創(chuàng)新型照明設(shè)備制造商而言，PLC 仍然正處于開發(fā)階段時，是一次占據(jù)市場份額的機遇。 相反，RF 技術(shù)已經(jīng)在建筑自動化領(lǐng)域內(nèi)廣泛應(yīng)用，其提供的數(shù)據(jù)速率和網(wǎng)絡(luò)特點明顯足以滿足照明控制應(yīng)用的要求。
照明規(guī)格制定機構(gòu)寄望于實施更多控制應(yīng)用，以改進用戶體驗并降低能量消耗，這使制造商也從中受益，制造商們能讓終端用戶相信 RF 鏈接在完全安裝時將會非常穩(wěn)定。
