互聯(lián)照明驅(qū)動智能建筑應(yīng)用市場快速增長

互聯(lián)照明驅(qū)動智能建筑應(yīng)用市場快速增長

互聯(lián)照明通過網(wǎng)絡(luò)連結(jié)以接收與傳送信息，將使照明設(shè)備更智能、更節(jié)能、更易于管理，結(jié)合可見光通信 (VLC) 技術(shù)，將可提供室內(nèi)定位功能，使其應(yīng)用范圍更為寬廣，市場成長空間將極為龐大。本文將為您介紹互聯(lián)照明相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，以及由安森美 (onsemi) 所推出的NCL310xx 智能 LED 驅(qū)動器系列的產(chǎn)品特性與優(yōu)勢。

全球互聯(lián)照明市場極具發(fā)展?jié)摿?/p>

顧名思義，互聯(lián)照明便是可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連結(jié)的照明設(shè)備，又可稱之為智能照明，照明設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連結(jié)，便可以進(jìn)行遠(yuǎn)程的照明管理，這是智能建筑的基礎(chǔ)功能之一。如此一來，將能使電源的使用擁有更高的效率，若能集成各式各樣的傳感器（房間占用率、溫度、濕度、CO/CO2……），以及通過LED、PoE和KNX設(shè)備進(jìn)行尋址，將更能有效地管理建筑物內(nèi)各個房間的使用狀況，實現(xiàn)更智能的建筑物管理。

依據(jù)市場調(diào)查顯示，在2020年的全球智能照明市場約有89億美元，預(yù)計到2027年則將成長到289億美元，復(fù)合年增長率（CAGR）將可達(dá)到18.3%，取決于來源和時間表，復(fù)合年增長率將在15 ~ 30%之間，極具市場發(fā)展?jié)摿Α?/p>

采用可見光為載體的數(shù)據(jù)通信技術(shù)

可見光通信（VLC）其實并不是什么新技術(shù)，早在1880年代的貝爾實驗室推出的光電話便是采用VLC技術(shù)，發(fā)展歷史比無線電還早，其采用的可見光的頻率介于400 THz（波長780 nm）至800 THz（波長375 nm）之間，VLC是使用可見光為載體的數(shù)據(jù)通信技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸速率較低（kb/s）。

可見光無線通信技術(shù)（Light Fidelity，簡稱Li-Fi），是一種利用VLC來實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)的信息傳輸。通俗地說，可見光無線通信技術(shù)就是以各種可見光源作為信號發(fā)射源，通過控制器控制燈光的通斷，從而控制光源和終端接收器之間的通信。Li-Fi是一種允許雙向傳輸光的VLC形式，不同的是，它不是采用無線電頻譜，而是通過配備特殊芯片的LED燈具控制，利用可見光譜來傳輸數(shù)據(jù)。

Li-Fi具有高帶寬（其帶寬是Wi-Fi的1萬倍）傳輸能力，在5米（16英尺）的距離內(nèi)使用白色LED時，速度為500 Mbit/s，在實驗室條件下使用五個LED時，在更遠(yuǎn)的距離上速度為100 Mbit/s，并具有高安全性（室內(nèi)電腦、行動終端信息不會泄露到室外）、節(jié)能等特點。盡管Li-Fi燈具必須保持打開狀態(tài)才能傳輸數(shù)據(jù)，但是燈具可以調(diào)暗至人眼看不到的程度，卻仍然能夠執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸。

此外，運用VLC技術(shù)還可以進(jìn)行室內(nèi)定位，使用調(diào)光功能（通過MCU控制）用于傳輸數(shù)據(jù)，通過保持平均的LED輸出電流，來載入人眼無法察覺的信號，當(dāng)使用外部接收器（智能手機、平板電腦…）時，手機或平板上的圖像傳感器可以接收并讀取數(shù)據(jù)，并便利用手機處理器來計算出位置信息。另一方面，目前一些燈具可以通過采用Yellow Dot通信協(xié)議，定義了PWM頻率、占空比和符號率的VLC方案來傳輸信號。

支持定位功能的可見光通信技術(shù)

相較于射頻無線通信技術(shù)，VLC擁有更高的抗干擾能力，對反射不太敏感（適用于金屬環(huán)境），并且不會受到附近射頻發(fā)射源的影響，也不會對其他通信系統(tǒng)造成影響，更適合應(yīng)用對電磁干擾敏感的場域，像是飛機、醫(yī)院、有爆炸風(fēng)險的場域，并具可擴(kuò)展性，通信渠道不會因為使用大量接收端設(shè)備而飽和，且具有更高的安全性，其本質(zhì)上僅限于視距范圍內(nèi)通信（不穿墻），可依據(jù)光源來定位。此外，VLC系統(tǒng)復(fù)雜性也相對較低，無需額外的功率放大器和信號鏈，可降低功耗和設(shè)計復(fù)雜性。

想要利用VLC來進(jìn)行室內(nèi)定位時，首先可將每個LED燈具設(shè)定一個唯一的ID，并布建與指示出該燈具在建筑物內(nèi)的位置，然后LED可通過VLC發(fā)送信號至接收器端，接收裝置接收到信號并譯碼后計算出位置信息，接收裝置可以是攝像鏡頭（模塊）或是光電二極管（photodiode），其精確度可以準(zhǔn)確到15公分。

以移動機器人運用VLC進(jìn)行室內(nèi)定位為例，其定位精度可達(dá)到幾十厘米，并可抗射頻干擾，由于信號僅限于建筑物內(nèi)部，因此本質(zhì)上相當(dāng)安全，且指令可以通過燈具網(wǎng)絡(luò)單向傳輸，并可通過增強的現(xiàn)有射頻基礎(chǔ)設(shè)施來進(jìn)行雙向傳輸。定位時在平面圖數(shù)據(jù)庫會包含燈具位置和唯一ID，燈具會連續(xù)傳輸其唯一ID，機器人的光學(xué)傳感器或攝像頭模塊則會捕獲ID，然后機器人應(yīng)用三角原理進(jìn)行定位。

支持可見光通信的智能LED驅(qū)動器系列

看好智能建筑市場的發(fā)展，安森美推出了NCL310xx智能LED驅(qū)動器系列，將通信接口、系統(tǒng)電源、LED驅(qū)動器和計量功能全部集成在一個芯片中，NCL310xx系列智能LED驅(qū)動器以高效率、單通道或多通道、互聯(lián)燈具應(yīng)用為目標(biāo)。

NCL310xx系列具有非常高的集成度，提供了兩個輔助DC-DC轉(zhuǎn)換器來為微控制器、傳感器和其他外圍設(shè)備供電，包括用于測量和報告輸入和輸出電流和電壓、LED溫度和DC-DC電壓的精確計量，而整個范圍的故障保護(hù)和診斷涵蓋設(shè)備、應(yīng)用和用戶安全。

NCL310xx系列包括集成DC-DC轉(zhuǎn)換器的NCL31000，與為多通道應(yīng)用移除了DC-DC轉(zhuǎn)換器的NCL31001，以及集成了IEEE802.bt PD（90W）的NCL31010。其中的NCL31000系列具有連通性、集成、控制和定位功能特性，專為PoE設(shè)計、可見光通信，支持RF/MCU連接（SPI/I2C串行接口），集成了97%高效的LED驅(qū)動器、3.3V降壓轉(zhuǎn)換器、在2.5-24V可調(diào)降壓轉(zhuǎn)換器，支持功率計量，擁有高級光引擎控制能力，真正的可調(diào)光至黑暗，可通過多通道功能進(jìn)行顏色混合與環(huán)境設(shè)置，室內(nèi)定位的精度在30cm以內(nèi)，可啟用VLC并與手機通信。

NCL310xx智能LED驅(qū)動器系列具有21.5 V至57 V的寬輸入電壓范圍，適用于專有的100 W+應(yīng)用，集成3.3 V降壓轉(zhuǎn)換器（僅適用于NCL31000），集成可調(diào)2.5 ? 24 V降壓轉(zhuǎn)換器（僅適用于NCL31000），集成高效降壓LED驅(qū)動器，支持44.4 kHz至1 MHz可調(diào)開關(guān)頻率，使用內(nèi)部精密2.4 V基準(zhǔn)，可以0.1%的精度深度調(diào)光至零，擁有一流的線性度，具有~50 kHz的高調(diào)制帶寬，支持VLC能力并與Yellow Dot兼容。

NCL310xx在微控制器重新閃爍（熱啟動）期間，可用內(nèi)部DIM DAC進(jìn)行獨立的LED控制，具有低EMI參考設(shè)計、I2C/SPI接口，具有可用于測量電壓／電流的高精度診斷功能，可防止LED短路和開路，支持LED過壓／欠壓和過流保護(hù)、芯片過流保護(hù)、芯片和LED過溫保護(hù)，結(jié)溫范圍為?40℃至+125℃，提供48引腳QFN 7x7封裝，這些器件不含鉛且符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)。

滿足可見光通信需求的雙通道解決方案

NCL31000是安森美LED驅(qū)動器系列的新成員，專門針對燈具應(yīng)用，非常適合可見光通信和管理照明系統(tǒng)，能夠處理100W+應(yīng)用，集成了IEEE802.3bt認(rèn)證的PoE-PD接口和高效降壓LED驅(qū)動器，支持高線性度高帶寬模擬與數(shù)字調(diào)光和低至零電流的PWM調(diào)光。

NCL31000包括一個集成的固定3.3V DC-DC和一個可調(diào)DC-DC轉(zhuǎn)換器，診斷模塊包含一個ADC，可測量輸入和LED輸出電流、電壓、LED溫度、DC/DC電壓和電流?？焖侔踩珯C制可保護(hù)芯片的關(guān)鍵模塊，并可一起使用具有靈活的狀態(tài)報告和中斷機制的診斷測量。NCL31001與NCL31000相同，只是它不包括兩個DC-DC轉(zhuǎn)換器，NCL31000和NCL31001的組合是雙通道解決方案的理想選擇。

NCL310xx智能LED驅(qū)動器系列可廣泛應(yīng)用在室外照明中的互聯(lián)路燈、建筑照明，室內(nèi)照明中的辦公室照明、工業(yè)照明、劇場燈光、醫(yī)療照明，在溫室農(nóng)業(yè)中的多通道管理照明，在顯示器中用于顯示數(shù)據(jù)（電子墨水價格標(biāo)簽、LED顯示屏）、專業(yè)和高端顯示器的背光，以及應(yīng)用于危險環(huán)境。在進(jìn)行室內(nèi)定位時，通過VLC，可定位資產(chǎn)和產(chǎn)品的位置，引導(dǎo)客戶和乘客，協(xié)助倉庫自動化、自動導(dǎo)引車定位。

安森美還推出PoE接口智能LED驅(qū)動器評估套件 ― NCL31010GEVK，支持IEEE 802.3bt，帶高效有源電橋，具備Class 6 / 60W LED驅(qū)動能力、RJ45數(shù)據(jù)直通連接器、通信與控制接口、支持EMI/EMC優(yōu)化。評估套件包括NCL31010REFGEVB的PoE接口智能LED驅(qū)動器參考設(shè)計（1英寸外形），NCL31010AASGEVB的PoE LED驅(qū)動器Arduino適配器擴(kuò)展板與環(huán)通以太網(wǎng)電纜（RJ45）。

結(jié)語

通過采用VLC技術(shù)來傳輸信息的互聯(lián)照明設(shè)備，除了可以提供更易于管理與節(jié)能的智能建筑應(yīng)用，還能夠提供室內(nèi)定位功能，并擁有絕佳的信息安全性，是極具發(fā)展?jié)摿Φ氖袌?。由安森美推出的NCL310xx智能LED驅(qū)動器系列，可以廣泛使用于室內(nèi)與室外的互聯(lián)照明應(yīng)用，值得有興趣投入相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)的廠商進(jìn)一步深入了解。

審核編輯 ：李倩