互聯(lián)智能LED照明網(wǎng)絡(luò)：智能建筑中集成的智能照明

當(dāng)今的LED照明不再僅限于照亮黑暗的空間。與互聯(lián)智能網(wǎng)絡(luò)中基于低壓IP的基礎(chǔ)設(shè)施相結(jié)合后，LED照明已成為強(qiáng)大系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的一部分，這些系統(tǒng)協(xié)同收集、分析、管理、控制和響應(yīng)設(shè)定的目標(biāo)和實(shí)時(shí)傳感器反饋。由此形成的“智能建筑”在性能上更有優(yōu)勢，它可以動(dòng)態(tài)響應(yīng)運(yùn)行問題，大幅提高效率，并節(jié)省電力和成本。

集成的智能照明如何與其他系統(tǒng)配合工作？ 集成系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)收益最大化將需要哪些技術(shù)？ 本文將剖析互聯(lián)智能照明，并探討基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)。

智能LED照明網(wǎng)絡(luò)

互聯(lián)智能LED網(wǎng)絡(luò)的基本前提是，讓照明控制從大面積建筑空間內(nèi)的集中化和相對統(tǒng)一布局，轉(zhuǎn)變?yōu)闈M足建筑內(nèi)各空間分區(qū)的特定需求。此外，由于照明并入了智能網(wǎng)絡(luò)，那么，照明就可以與網(wǎng)絡(luò)上的其他組件集成和聯(lián)動(dòng)。這在商業(yè)辦公樓、醫(yī)療保健設(shè)施、倉庫、制造和工業(yè)設(shè)施以及類似的大型或多用途空間中尤其有價(jià)值，在這些地方，一刀切的方法是無效或低效的。

例如，一座具有自動(dòng)供暖、新風(fēng)和空調(diào) (HVAC) 控制的建筑。HVAC監(jiān)控并調(diào)節(jié)溫度，使環(huán)境適合人體舒適度和機(jī)器性能，并保證最佳效率和最低成本?；ヂ?lián)智能LED照明網(wǎng)絡(luò)將實(shí)現(xiàn)照明與上述各目標(biāo)的統(tǒng)一， 形成照明與環(huán)境氣候控制聯(lián)動(dòng)。因此，通過互聯(lián)智能照明網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)用戶能夠更好地調(diào)節(jié)光線，讓其更有益于提升人類生產(chǎn)力、積極情緒、注意力和幸福感。它可以通過調(diào)節(jié)光線，讓光線與人類自然生理周期同步，并根據(jù)透過外部窗戶的陽光量減少或增加所需的光線，發(fā)揮潛在優(yōu)勢。

LED照明和PoE

智能LED照明網(wǎng)絡(luò)背后的關(guān)鍵技術(shù)是以太網(wǎng)供電 (PoE)，它帶來了將物聯(lián)網(wǎng)資產(chǎn)連接到LED燈具的低壓布線和設(shè)備。隨著基于IP的基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)取得成功，PoE變得簡單易用。通過將PoE用作LED照明電源和控制系統(tǒng)的動(dòng)脈，將照明作為IoT資產(chǎn)集成到建筑物中。除了在單層基礎(chǔ)設(shè)施上同時(shí)提供電源和數(shù)據(jù)的巨大優(yōu)勢外，PoE還比銅纜便宜。LED照明網(wǎng)絡(luò)PoE系統(tǒng)架構(gòu)包括以下設(shè)備，將在下一節(jié)中討論：

PoE網(wǎng)關(guān)

LED照明裝置

LED燈

LED智能驅(qū)動(dòng)器

LED電纜線束

傳感器

無線開關(guān)和調(diào)光器

PoE網(wǎng)關(guān)

雖然計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)接口控制PoE網(wǎng)絡(luò)的管理層，但集成式LED照明系統(tǒng)的啟動(dòng)在很大程度上取決于設(shè)備層和用于構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)組件的級別。PoE網(wǎng)關(guān)是系統(tǒng)的核心設(shè)備。這些網(wǎng)關(guān)連接、控制和驅(qū)動(dòng)LED照明裝置的亮度。它們可以控制LED照明功能，包括調(diào)光、顏色調(diào)節(jié)和傳感器報(bào)告。這些網(wǎng)關(guān)能夠提供高達(dá)60W的功率。需要更高功率時(shí)，例如高頂棚照明，仍然需要交流線路電壓 (120VAC–277VAC)，這時(shí)可以通過無線線路電壓繼電器來控制設(shè)備。

在IP行業(yè)，源自高級電信計(jì)算架構(gòu)（ATCA或AdvancedTCA）的標(biāo)準(zhǔn)要求48VDC。為滿足該標(biāo)準(zhǔn)，自然就需要提供采用以下配置之一的POE網(wǎng)關(guān)：

非穩(wěn)壓48VDC

恒壓24VDC/48VDC

恒定電流

也可以使用符合IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)的無線PoE網(wǎng)關(guān)。它們以標(biāo)準(zhǔn)頻率工作（北美902MHz；歐洲868MHz）。其有效范圍通常約為15m。它們支持通過安全雙向通信來控制多個(gè)無線設(shè)備的狀態(tài)，設(shè)計(jì)人員無需擔(dān)心與其他設(shè)備發(fā)生干擾。

Silicon Labs是提供芯片、軟件和解決方案的知名供應(yīng)商，致力于實(shí)現(xiàn)更智能、更互聯(lián)的世界。他們的技術(shù)屢獲殊榮，正不斷塑造物聯(lián)網(wǎng)的未來，助力樓宇和家庭自動(dòng)化互聯(lián)。他們提供業(yè)界集成度超高的PoE設(shè)備， 其功能豐富的高效產(chǎn)品主要面向智能照明、IP攝像頭、無線接入點(diǎn)和IP電話等。

Silicon Labs Si3404以太網(wǎng)供電 (PoE) 設(shè)備是符合IEEE 802.3 1類標(biāo)準(zhǔn)的15W PoE用電設(shè)備 (PD) 接口和脈寬調(diào)制 (PWM) 開關(guān)穩(wěn)壓器（圖1）。通過為設(shè)備集成、最低的總體BOM成本、效率和可靠性設(shè)定新的標(biāo)準(zhǔn)，Si3404使得設(shè)計(jì)人員能夠在以太網(wǎng)產(chǎn)品中添加PoE功能。包含在支持PoE的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中時(shí)，Si3404將通過以太網(wǎng)銅線非屏蔽雙絞線 (UTP) 電纜提供的高壓（通常為±48V DC轉(zhuǎn)換為穩(wěn)壓的低壓DC電源。此外，Si3404還將所有必需的IEEE 802.3檢測，分類和熱插拔接口與完整、高效的PWM開關(guān)穩(wěn)壓器結(jié)合在一起。只需添加輸入二極管電橋，即可實(shí)現(xiàn)一流的集成面積比PoE PD解決方案。

PoE+技術(shù)可提供30W功率，支持更苛刻的應(yīng)用任務(wù)。Silicon Labs的Si3406以太網(wǎng)供電加 (PoE+) 設(shè)備系列是建筑和家庭自動(dòng)化環(huán)境中支持PoE+的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的理想供電設(shè)備接口解決方案。Si3406穩(wěn)壓器的開關(guān)頻率可通過簡單的外部電阻值調(diào)節(jié)，以幫助避免無用的諧波。集成的同步驅(qū)動(dòng)器可以控制次級側(cè)場效應(yīng)晶體管 (FET) 以提高功率轉(zhuǎn)換效率。該系列的電流模式控制開關(guān)穩(wěn)壓器支持多種隔離和非隔離電源拓?fù)洹＜傻墓β书_關(guān)FET與穩(wěn)壓器互補(bǔ)。這種靈活性以及Silicon Labs全面的PoE PD參考設(shè)計(jì)使開發(fā)人員可以更輕松地部署關(guān)鍵電源子系統(tǒng)。

LED照明裝置

LED照明裝置本身是系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵支持組件。從核心上講，照明依賴于特定照明LED本身的選擇。在未進(jìn)行智能互聯(lián)和聯(lián)網(wǎng)的LED照明系統(tǒng)中，使用LED代替?zhèn)鹘y(tǒng)燈具。相對于白熾燈或熒光燈，LED固有的卓越技術(shù)具有效率優(yōu)勢。而互聯(lián)的智能照明系統(tǒng)讓整個(gè)系統(tǒng)的效率更上層樓。他們采用并添加PoE網(wǎng)關(guān)、照明控制傳感器和高級網(wǎng)絡(luò)管理軟件系統(tǒng)，以提供一個(gè)整體環(huán)境，為系統(tǒng)增加重要的反饋和控制。這種增強(qiáng)使燈具本身以人為中心，并能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)用戶的數(shù)據(jù)、分析和決策標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制。

LED燈/機(jī)械/電子/連接

LED制造商通過提高功效 (lm/W) 和降低每流明成本 ($/lm) 不斷改進(jìn)LED。為燈具制造商提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的LED制造商的例子比比皆是。LED可以通過高流明密度、可靠性和顏色一致性來降低系統(tǒng)成本。流明密度、電壓特性，可靠性和光學(xué)性能一直在不斷提高。通常使用大功率、多晶粒發(fā)射器，為高架和戶外應(yīng)用提供經(jīng)濟(jì)高效，高可靠性的燈具。 這些配置中的LED可以提供高達(dá)150lm/W的功效。通常使用相關(guān)色溫 (CCT) 為2700K至6500K的LED。另外，在LED串中的LED出現(xiàn)開路故障時(shí)，電涌保護(hù)器可用來提供電子分流路徑。連接器可為薄型LED照明模塊應(yīng)用提供輕松的電線拆除，較低的電線插入力和較高的電線保持力。

帶有單片開關(guān)穩(wěn)壓器的LED驅(qū)動(dòng)器可用于效率、高帶寬、脈寬調(diào)制和模擬調(diào)光非常重要的高亮度LED照明應(yīng)用。驅(qū)動(dòng)器以誘人的成本提供出色的效率、易用性和抗電磁干擾性能，對于各種互聯(lián)智能LED照明網(wǎng)絡(luò)來說都是理想的選擇。LED電纜線束尚未成為連接智能LED驅(qū)動(dòng)器的標(biāo)準(zhǔn)電線，用以提供控制LED照明設(shè)備、傳感器和執(zhí)行器所需的低壓配電和數(shù)據(jù)通信。人們應(yīng)該設(shè)計(jì)和使用在可靠性、耐用性和易用性方面得到證明的連接器。

智能LED驅(qū)動(dòng)器

智能LED驅(qū)動(dòng)器為LED引擎提供適當(dāng)?shù)碾娫春头€(wěn)壓信號。從PoE網(wǎng)關(guān)接收控制數(shù)據(jù)和電能后，LED驅(qū)動(dòng)器可以根據(jù)來自所連網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)、控制和管理系統(tǒng)來響應(yīng)信息和驅(qū)動(dòng)任務(wù)。目前，其具有單通道和雙通道兩種配置，能夠以12VDC-42VDC的輸出電壓和45W的最大輸出功率驅(qū)動(dòng)恒流LED照明燈具。它們可以通過菊花鏈串接在一起，一個(gè)PoE網(wǎng)關(guān)最多可以驅(qū)動(dòng)八個(gè)設(shè)備。

傳感器

傳感器是實(shí)現(xiàn)數(shù)字建筑的控制回路的必要組成部分。傳感器無線或有線均可，可以通過PoE網(wǎng)關(guān)部署和供電，或者集成到LED照明設(shè)備中。

無線環(huán)境光傳感器是這種布置中常用的設(shè)備。它們通過收集光和能量自我供電，因此具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和可靠性。其能夠測量可用的自然光水平，并向中央主機(jī)報(bào)告，使網(wǎng)絡(luò)能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整和決策。

在LED照明網(wǎng)絡(luò)中，常用的其他傳感器類型包括空氣質(zhì)量、色溫、濕度、被動(dòng)紅外 (PIR) 運(yùn)動(dòng)/存在、開/關(guān)、接近度、功率和溫度傳感器。

無線開關(guān)和調(diào)光器

自供電無線墻壁開關(guān)和調(diào)光器采用能量收集技術(shù)與PoE網(wǎng)關(guān)進(jìn)行無線通信，方便對照明、溫度和各種電氣負(fù)載的控制。本地開關(guān)/調(diào)光墊采用自供電方式，不需要電池，只需簡單地按下?lián)u桿就能產(chǎn)生足夠的能量向網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)送無線信號。

結(jié)論

智能和網(wǎng)絡(luò)化的LED照明系統(tǒng)正在形成新的方式，將LED照明應(yīng)用于智能建筑和信息技術(shù)領(lǐng)域。這些照明系統(tǒng)需要多種技術(shù)，包括網(wǎng)關(guān)、燈具、光、智能驅(qū)動(dòng)器、電纜線束、傳感器、無線開關(guān)和調(diào)光器。未來無限光明，系統(tǒng)級智能與我們的工作環(huán)境完美融合，打造未來的智能建筑。

審核編輯：郭婷