專(zhuān)家解讀智能LED照明關(guān)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(lái)實(shí)現LED照明智能化的最重要功能。通過(guò)將照明燈簡(jiǎn)單組網(wǎng)，即可通過(guò)網(wǎng)絡(luò )控制燈的開(kāi)、關(guān)，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，該信息將節省總體系統維護成本。無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)通信能夠在不同環(huán)境下很好地工作，取決于網(wǎng)絡(luò )規模和拓撲。無(wú)線(xiàn)比較適合于小型室內以及大型室外應用，后者需要具有連續視線(xiàn)、可用的頻帶以及裕量足夠的傳輸功率。電力線(xiàn)通信（PLC）利用現有電力線(xiàn)實(shí)現通信。PLC非常適合于大型市政類(lèi)照明裝置、隧道、室內停車(chē)場(chǎng)等由于物理位置或建筑墻壁的原因而無(wú)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，系統就毫無(wú)益處。

　　無(wú)線(xiàn)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(xué)和醫療（ISM）射頻的標準協(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所示是一種獨特的應用，其中照明燈開(kāi)關(guān)上配備有能量收集射頻（RF）收發(fā)器。系統收集用于撥動(dòng)開(kāi)關(guān)的能量，產(chǎn)生可使用的直流電壓，支持照明燈具的無(wú)線(xiàn)電通信（《1GHz RF）。只要信號能夠覆蓋光源，該開(kāi)關(guān)可置于房間內的任何地方。無(wú)需連接照明開(kāi)關(guān)，室內設計更靈活，照明控制更可靠。

圖2：樓宇自動(dòng)化應用，其中的照明開(kāi)關(guān)具有一個(gè)無(wú)需接線(xiàn)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有的供電線(xiàn)路，不失為高性?xún)r(jià)選擇。由于通過(guò)維護很好的現有供電線(xiàn)路實(shí)現通信，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。范圍、速度和可靠性是設計PLC的關(guān)鍵。

　　電力線(xiàn)的噪聲極大，影響系統通信的可靠性。G3-PLC通信是一種基于OFDM的新型PLC標準，可實(shí)現電力線(xiàn)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(luò )?；贠FDM、PLC控制的照明網(wǎng)絡(luò )類(lèi)似于現有的G3-PLC。

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

圖3：采用PLC的市政路燈網(wǎng)絡(luò )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(dòng)汽車(chē)充電器，每個(gè)智能電網(wǎng)裝置都具有電能測量功能，實(shí)時(shí)為電力公司和用戶(hù)提供準確的用電信息。發(fā)回耗電量的大多數照明裝置提供關(guān)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(guò)調光或在不使用時(shí)關(guān)閉照明燈，及時(shí)、準確地響應用戶(hù)需求。此外，特定照明燈的耗電波動(dòng)說(shuō)明需要進(jìn)行系統維修、維護或更換。毫無(wú)疑問(wèn)，許多照明燈處于難以觸及的區域，優(yōu)化維護可節省費用。為生成智能電網(wǎng)中的有用數據，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(shí)間也會(huì )降低總體系統成本。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(shí)現可升級，這些系統需要連接到智能照明系統。如果LED的成本和容量一定，簡(jiǎn)單更換相對較新和效率較高的LED，性?xún)r(jià)比較低。簡(jiǎn)單接口，例如DALI，允許將來(lái)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(zhù)什么？消費者從觀(guān)念上對LED照明的認可和轉換是一個(gè)長(cháng)期過(guò)程。顯而易見(jiàn)，LED照明具有改變照明方式以及節省巨大電能的潛力。增加“智能” 照明的關(guān)鍵元素——ALS、通信和電能測量——將使LED更加強大，更具吸引力。智能化LED提供的測量數據能夠進(jìn)一步降低照明系統的能耗，降低運營(yíng)和維護成本。增加智能化設計，LED將充分發(fā)揮潛力，在已經(jīng)如火如荼的競賽中擊敗傳統照明。