介紹一款基于PoE的互聯(lián)照明設計

智能住宅、辦公室和工廠(chǎng)的設計人員正在不斷尋求新的方法來(lái)提高用于提供和管理建筑設施的系統能效。在過(guò)去，數據和電力網(wǎng)絡(luò )是分開(kāi)安裝的，目的是為了各自執行明顯不同的功能，但這需要在建筑結構內安裝兩種完全不同的電纜類(lèi)型?，F在，以太網(wǎng)供電(PoE)的發(fā)展提供了一種方法，讓一些設備(如攝像頭、電話(huà)、無(wú)線(xiàn)路由器)從其數據電纜中獲取電力，以減少對交流電力電纜的需求。照明作為PoE的一個(gè)潛在應用領(lǐng)域，正獲得越來(lái)越多的關(guān)注。

在這篇文章中，我們探究互聯(lián)照明系統在智能建筑系統的部署和管理中可以發(fā)揮的作用，并考慮照明和建筑自動(dòng)化之間的潛在關(guān)系。我們還介紹設計的標準方法，并闡釋了如何實(shí)現互聯(lián)照明系統的新應用，和大大簡(jiǎn)化設計。

圖1：智能照明在建筑自動(dòng)化中起著(zhù)關(guān)鍵作用

互聯(lián)照明和建筑自動(dòng)化

在建筑物內，無(wú)論是住宅、辦公樓還是工廠(chǎng)，照明都無(wú)處不在。近來(lái)，低能效的白熾燈和鹵素燈已基本被低功耗、更高效的LED 取代。但照明的供電方式并沒(méi)有明顯的改變，電源線(xiàn)仍被鋪設到要安裝燈具的地方。

由于LED需要直流電，燈具必須含一個(gè)AC-DC變壓器，可能還有一個(gè)DC-DC 轉換器，為 LED 提供所需的電壓水平，并最終控制電流。這種方法雖然提供了一個(gè)有效的照明方案，但燈具只負責單一的功能——照明，完全忽略了它們承載著(zhù)智能建筑一系列其他功能。

第一步，利用燈具的普遍性，提供數字聯(lián)接。將單個(gè)燈具數字化，然后將它們互聯(lián)成一個(gè)統一的系統，作為在整個(gè)建筑內托管物聯(lián)網(wǎng)(IoT)應用的骨干。在一個(gè)互聯(lián)照明系統中，每個(gè)燈具都有個(gè)獨一無(wú)二的IP地址，可以通過(guò)建筑物的數據網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行雙向數據通信?；ヂ?lián)照明顯然是在房屋、辦公室和工廠(chǎng)中傳輸IoT數據的備選方案，因為電力和數據通信網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)到位。這種方法將介許聯(lián)網(wǎng)的燈具承載無(wú)數應用的其他傳感器功能。

互聯(lián)照明系統整合不司類(lèi)型的智能傳感器(溫度、濕度、接近度、空氣質(zhì)量等)?？捎脕?lái)同時(shí)捕獲建筑物內各房間的人員占用情況和其他環(huán)境指標的數據，這些數據將作為智能建筑自動(dòng)化系統的可操作輸入。這些信息可用干協(xié)助空間優(yōu)化、提高運營(yíng)效率。并有助于最大化建筑環(huán)境對住戶(hù)的舒適度。該系統所收集的關(guān)于住戶(hù)行為的信息也可用于能源管理。

實(shí)施互聯(lián)照明系統

為燈具提供數字聯(lián)接的一種方法是集成一個(gè)Wi-FiTM無(wú)線(xiàn)電。然而，由于無(wú)線(xiàn)射頻(RF)信號受到不同程度的衰減，這取決干它們的位置和它們與最近的接入點(diǎn)之間的建筑材料類(lèi)型，這可能對數據通信的速度和可靠性產(chǎn)生不利影響。

一個(gè)更好的方法是為每個(gè)燈具提供一個(gè)以太網(wǎng)接口，但這需要將Cat5/6雙絞線(xiàn)布線(xiàn)到每個(gè)燈具的位置，從而導致布線(xiàn)量增加一倍(假設已計劃了主線(xiàn)布線(xiàn))，并增加相關(guān)的成本和安裝工作量。

理想的情況是，互聯(lián)照明方案應該只需要一根電纜，既能傳輸電力(用于LED攝像頭和智能傳感器)，又能將相同設備的數據雙向傳輸到遠程控制器。這將有一個(gè)很大的好處，那就是不需要為每個(gè)燈具鋪設單獨的電源線(xiàn)。PoE能傳輸直流電壓為設備供電，和以實(shí)施的以太網(wǎng)標準的速度傳輸數據，非常適用于此用途。

全整合的方案

目前，PoE聯(lián)接的燈具使用一個(gè)單獨的LED光源驅動(dòng)IC和一個(gè)PoE接口IC，通過(guò)以太網(wǎng)提供電源。安森美(onsemi)的NCL31010將這兩個(gè)器件集成到單個(gè)封裝中，可作為完全聯(lián)接和管理的照明系統的基礎。

圖2：安森美的NCL31010 Po接口LED驅動(dòng)器

該器件符合PoE標準(能夠提供超過(guò)90瓦的系統功率)，并通過(guò)了IEEE802.3bt/at/af標準認證。其降壓LED驅動(dòng)器的能效為97%，支持高帶寬高線(xiàn)性模擬和PWM 調光(低至零電流)，采用擴頻技術(shù)，有助于降低傳導和輻射EMI。兩個(gè)輔助DC-DC轉換器也可用于為微控制器和額外的外圍器件如傳感器供電。該器件還包括高精度計量和診斷功能，以測量輸入和輸出電流和電壓、LED或系統溫度、DC-DC電壓和電流。

該器件的一個(gè)應用是低數據速率的可見(jiàn)光通信(VLC)。在這種應用中，數字數據被調制到燈具發(fā)出的LED光上，使其能夠被用作室內定位系統的定位信標(例如YellowDotTM)，而VLC中的調制數據是人眼察覺(jué)不到的。

面向未來(lái)的照明

基于PoE的互聯(lián)照明為所有類(lèi)型的未來(lái)智能建筑提供最靈活和高效的照明方案，LED 燈具通過(guò)數據網(wǎng)絡(luò )控制，并通過(guò)數據電纜供電。智能建筑把傳感器、智能燈具和智能控制系統組合起來(lái)，將提供傳統照明方案不能達到的舒適度和能效水平。從事智能建筑系統管理的建筑開(kāi)發(fā)公司和運營(yíng)商也將從中受益，因為在施工階段和建筑完全入住運行后，成本大幅降低。

來(lái)源：Onsemi

作者：Mike Sandyck