傳統照明布線(xiàn)與無(wú)線(xiàn)照明控制相關(guān)技術(shù)問(wèn)題

　　為了巧妙地使用燈內電子產(chǎn)品，使其能夠執行除簡(jiǎn)單開(kāi)關(guān)切換之外的其它任務(wù)，需要用一個(gè)接口在各設備（如燈具和傳感器）之間進(jìn)行通信，并配置一個(gè)控制器。 當前正提倡使用不需專(zhuān)用布線(xiàn)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)施準備了嗎？

　　為什么傳統照明接口已過(guò)時(shí)？

　　照明燈具調光控制實(shí)施中最容易的一種方式是采用傳統的0V 至 10V 協(xié)議。 這項簡(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中，這需要使用大量線(xiàn)纜。

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

　　DALI 提供的數據速率為 1200baud，而 DMX512A 提供的為 250kbaud。 然而 DALI 適用于建筑物（需要光源數字管理）中使用的照明系統，如現代化的辦公樓和酒店，或需要監控功能的地方。 DMX512A 是專(zhuān)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(xiàn)基礎設施與電源隔開(kāi)。 這使照明設施成本顯著(zhù)增加。 在已經(jīng)布有電力線(xiàn)（電力線(xiàn)靠近照明設備布線(xiàn)）的現有結構上增加控制布線(xiàn)可能并不可行。

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

　　如何消除獨立控制布線(xiàn)？

　　傳統照明配線(xiàn)接口技術(shù)成熟，是針對其預期應用的久經(jīng)考驗的解決方案：調光、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(xiàn)但沒(méi)有控制布線(xiàn)的地方。

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

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

　　? 需要混色的地方

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

　　但是照明業(yè)界真準備采用該技術(shù)了嗎？

　　無(wú)線(xiàn)照明控制

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

　　? 支持長(cháng)距離范圍內的許多節點(diǎn)

　　? 運行功率低，包括備用模式時(shí)的功率。 使用的無(wú)線(xiàn)開(kāi)關(guān)或傳感器未與主電源連接的系統尤其如此。

　　? 啟動(dòng)時(shí)快速連接設備

　　? 照明設備總成本基本不增加

　　兩種最有名的無(wú)線(xiàn)協(xié)議（Bluetooth 和 WiFi）都不符合這些要求。 它們提供的節點(diǎn)范圍及數量有限，并且電流消耗過(guò)多。 啟動(dòng)時(shí)需花很長(cháng)時(shí)間連接設備。

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

　　基本上共有兩類(lèi)應用，每類(lèi)都需要不同的工作條件：室外照明和室內照明。 對于像路燈之類(lèi)的室外應用，該協(xié)議必須在節點(diǎn)之間提供很長(cháng)的距離，同時(shí)支持細長(cháng)網(wǎng)絡(luò )。

　　室內應用中，節點(diǎn)彼此距離很近，它們之間的工作范圍不重要。 但是無(wú)線(xiàn)電協(xié)議應能夠形成一種樹(shù)狀或網(wǎng)狀拓撲（見(jiàn)圖1）。 從而允許對網(wǎng)絡(luò )的整個(gè)范圍進(jìn)行擴充，而各個(gè)節點(diǎn)都有效地發(fā)揮中繼器的作用。

網(wǎng)狀拓撲更復雜，它為信號提供多條通道，并與網(wǎng)狀協(xié)議中經(jīng)常出現的自修復功能協(xié)同工作，因而即使有些網(wǎng)點(diǎn)出現故障也能使網(wǎng)絡(luò )保持運行狀態(tài)。 而網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )管理相對復雜些，因而消耗的處理器資源更多；因此發(fā)現更簡(jiǎn)單的樹(shù)狀拓撲通常更適合于照明控制網(wǎng)絡(luò )。

　　節點(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） 的系統的范圍更大，穿透磚石和其他障礙的能力更強，但會(huì )消耗更多的電力。 2.4GHz 系統提供的優(yōu)點(diǎn)相反：尺寸更小、功耗更低、數據速率更高并且網(wǎng)絡(luò )管理速度更快。

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

　　? 協(xié)議特點(diǎn)、拓撲 v 復雜性的選擇，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，設備設計人員必須具體考慮采用哪種協(xié)議。ZigBee 標準是最流行的且符合照明網(wǎng)絡(luò )要求的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )類(lèi)型。 主要規格包括：以 sub-GHz 和 2.4GHz 頻率運行；數據速率高達 250kbits/s；范圍 100m（露天，功率 0dBm ，頻率 2.4GHz）；并且支持樹(shù)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(guò)認證，并保證來(lái)自不同供應商的設備可互操作?？蓮恼彰骺刂茀⒖荚O計開(kāi)始，加快開(kāi)發(fā)過(guò)程。 FreescaleSemiconductor 和 Future Electronics 可提供特別有用的開(kāi)發(fā)板：

　　? Freescale 的照明參考設計支持 DALI 和 DMX512-A/RDM協(xié)議，并通過(guò)一塊單獨的通信板為 ZigBee 提供支持。這個(gè)接口連接到 Tower 系統開(kāi)發(fā)平臺內的 Kinetis MCU主板。

　　? Future Electronics 的無(wú)線(xiàn)照明和控制參考設計可在802.15.4 網(wǎng)絡(luò )上實(shí)施對紅色、綠色、藍色和白色 LED 的無(wú)線(xiàn)控制。 該套件包含一個(gè)控制器板、幾個(gè)遠程燈板和一些收發(fā)器板。

　　使用芯片制造商開(kāi)發(fā)的專(zhuān)有協(xié)議可免去 ZigBee 許可證費（見(jiàn)表 2）。 NXP 提供 JenNet 協(xié)議，該協(xié)議在 2.4GHz 波段內運行，能組建樹(shù)狀、星狀和線(xiàn)性自修復網(wǎng)絡(luò )，最高包含500 個(gè)節點(diǎn)。 Microchip 的免費 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)器上運行。

　　共享電源布線(xiàn)

　　實(shí)施復雜照明控制網(wǎng)絡(luò )（無(wú)專(zhuān)用控制網(wǎng)絡(luò )布線(xiàn)）的另一種方法是采用電力線(xiàn)通信 （PLC），其可托管在電源布線(xiàn)上。公用事業(yè)公司已經(jīng)開(kāi)創(chuàng )了 PLC 的使用，它提供一種在電網(wǎng)上訪(fǎng)問(wèn)電表和其它器具的方法。 但是 PLC 也可用于在建筑內提供低數據速率通信，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制方案、線(xiàn)路阻抗和噪聲，但是極有可能當節點(diǎn)之間距離太大、或者條件對于無(wú)線(xiàn)信號而言過(guò)于惡劣時(shí)才值得對 PLC 進(jìn)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(méi)有普遍接受的、用于照明控制或家庭自動(dòng)化的 PLC 規格。 最流行的標準是 KNX，它能將電力線(xiàn)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 以下的數據速率。

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

　　Microchip 基于其 dsPIC33F 系列微控制器推出一種 PLC 軟調制解調器參考設計，可提供高達 7.2kbits/s 的數據速率。Cypress Semiconductor 也推出一系列 PLC 設備，它們都將Cypress 的電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議堆棧集成在作為 PHY 的同一設備上。

　　結論

　　由于為了支持 DALI 及其它已確立的照明控制標準而安裝并行