如何通過物聯(lián)網(wǎng)更充分地利用智能照明

LED 照明的數(shù)字化本質顯著增強了可控制性，利用這種可控制性，我們可以實現(xiàn)眾多不同的照明效果，從調光和顏色變換到基于占位的特性。照明已經(jīng)實現(xiàn)了智能化，提供靈敏的響應，但如果與新興的物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 配合使用，并且部署更多的傳感器，它將能夠支持更強大的功能。例如，如果街燈配備了攝像頭、接近傳感器或空氣質量傳感器，則可為智能城市管理發(fā)揮輔助作用。嵌入民用燈具內部的傳感器可以增強危險檢測或應急呼叫。

如何能夠經(jīng)濟高效地將新一代智能燈具引入到現(xiàn)有網(wǎng)絡中？這個問題亟待解決。物聯(lián)網(wǎng)是一個快速發(fā)展的領域，但現(xiàn)今已安裝新型 LED 燈具的用戶卻期望燈具在使用很長時間之后再進行升級，從而最大程度地提高他們的投資回報。這正是新型智能燈具大展身手的舞臺，因為它們帶有功能全面及可升級的傳感器接口，能夠隨時利用云技術的快速進步，為用戶提供更多價值。

照明和物聯(lián)網(wǎng)

人們對智能照明的寬泛理解是實現(xiàn)燈具響應自動化，例如調光或開關控制，旨在增強用戶舒適度并節(jié)省電能。環(huán)境光傳感器 (ALS) 可用于檢測自然光的多少，從而相應地調節(jié)燈具的輸出。該傳感器必須位于接近燈具的位置，以便提供環(huán)境條件的相關指示，但它的定位又必須最大程度地避免暴露在燈具自身的光線下，以防止出現(xiàn)不適宜的調光和亮度調節(jié)。

Maxim Integrated已經(jīng)演示了如何將類似MAX44009的 ALS 應用于室外燈具設計，如圖 1 所示。該系統(tǒng)基于MicrochipPIC18LF4520微控制器。硬件相對簡單，在 MCU 和傳感器之間使用簡單直觀的雙線纜連接。參考設計將 ALS 安裝在單獨的 PCB 上，以實現(xiàn)最佳傳感器定位。

圖 1： 集成 ALS 以構建智能照明燈具。

如圖 2 的流程圖所示，智能照明控制器軟件可以測量環(huán)境光線，跟蹤時間，讓我們能夠通過簡單的用戶界面，對光照度閾值、早晚開關時間進行編程。圖中包括一個按鈕，還有兩個 7 分段顯示屏和指示燈 LED。Maxim 應用說明AN5320提供了十六進制格式的控制器軟件。

圖 2： ALS 增強照明系統(tǒng)的軟件控制流程圖。

在監(jiān)控該軟件管理的燈具附近區(qū)域的環(huán)境光照強度方面，ALS 可以發(fā)揮重要作用。另一方面，也可使用 PIR 傳感器進行占位檢測，打開或關閉相對位置較遠的燈具，這種技術應用于各個區(qū)域，例如在辦公室、零售店、工廠或家里。與 ALS 傳感器相同，PIR 傳感器也可以直接連接到燈具。另外，傳感器陣列能夠支持更高級功能，例如在有人走過時，對走廊進行分段照明，或者當工人進入倉庫從特定位置提貨時，有選擇地為倉庫中的某些區(qū)域照明。

接近傳感器作為云連接物聯(lián)網(wǎng)端點

Texas Instruments提出了一種將 PIR 傳感器作為云連接物聯(lián)網(wǎng)端點部署的方法，可將占位數(shù)據(jù)發(fā)送到云應用。

Texas Instruments 的參考設計基于CC1310SimpleLink? 超低功耗次 1 GHz 無線微控制器。選擇用來調節(jié)模擬 PIR 傳感器信號的LPV802雙運算放大器和TLV3691雙比較器是毫微功耗器件，可以最大程度地降低整體功耗，讓傳感器能夠在沒有鈕扣電池的情況下獨立工作數(shù)年時間。TLV3691 比較器充當一個窗口，區(qū)分運動和噪聲，當檢測到運動時，它會為 CPU 生成中斷。這使 MCU 能夠在節(jié)能模式下工作，從而延長電池壽命，只有在需要將消息發(fā)送回到遠程主機時，才會喚醒 MCU。圖 3 顯示了傳感器節(jié)點的功能框圖。

CC1310 是一款多標準器件，能夠支持多種無線電協(xié)議，帶有 wM-Bus 和 IEEE 802.15.4g 協(xié)議棧。參考設計使用基于 IEEE 802.15.4 協(xié)議棧的應用來處理傳感算法，以及網(wǎng)關和傳感器節(jié)點之間的次 1 GHz 通信。

圖 3： 將運動傳感器作為云連接物聯(lián)網(wǎng)端點的 Texas Instruments 參考設計

通過物聯(lián)網(wǎng)，更充分地利用智能照明

將傳感器連接至云之后，除了管理照明以及供暖或通風等其他服務之外，我們還可以通過很多方式利用它們的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)還可用于監(jiān)控使用模式，例如識別活動大于或小于正常水平的區(qū)域或時間。另外還可以實現(xiàn)一些先進的安防應用。PIR 傳感器可用于直接激活入侵者警報，云應用可以協(xié)調更復雜的響應，例如向關鍵人員發(fā)送短信報警，對入侵進行記錄并加上時間戳，然后執(zhí)行受控制的防范禁閉。

這種與智能照明相關的數(shù)據(jù)的增強使用，可以支持廣泛的照明場景。燈具外殼可提供放置傳感器的理想位置，因為它通常安裝在發(fā)生活動的區(qū)域的上方，具有廣闊的無阻礙視場。如 CMOS 攝像頭等視覺傳感器也可以受益于燈光，捕捉高質量的圖像。

采用大量傳感器的照明系統(tǒng)在室內和室外均可應用。在智能城市中，街燈可以監(jiān)控交通流量和道路使用情況。云應用可以提取關于道路施工影響、交通燈順序變化的寶貴信息，并且協(xié)調關閉街燈，以此優(yōu)化節(jié)能，而不危害公民的安全。街燈也是放置攝像頭或用于檢測車輛的其他傳感器的理想位置，用于監(jiān)控受控制的停車區(qū)域，為執(zhí)法人員提供導向。相反，停車數(shù)據(jù)可作為一種服務提供給駕駛員，幫助他們尋找可用的停車位，以減少交通擁堵，避免不必要的尾氣排放。

智能互聯(lián)照明也可與家庭或工作場所的傳感器結合使用，在發(fā)生緊急情況的情況下，提供更多的視覺指示。對于存在聽力障礙的人員而言，這是非常實用的。另外，它也可向建筑外部的人員發(fā)出指示，向他們尋求幫助。

充分利用數(shù)據(jù)

在智能城市中，燈具維護可能是非常難于管理的，實施成本非常昂貴。如果連接到物聯(lián)網(wǎng)，燈具可以檢測自身的故障，并立即通知相關維護機構，提示需要更換或維修。我們可以設計傳感器來檢測其他故障，例如燈罩破碎或污損，需要更換或清潔。

通過智能照明收集的數(shù)據(jù)可為公共事業(yè)機構提供寶貴的信息，幫助他們計劃維修，并識別高峰需求時段。功耗數(shù)據(jù)對政府機構開展能源調查也是非常有用的。

所有照明系統(tǒng)是否都應該為物聯(lián)網(wǎng)準備就緒？

我們有很多機會在高級燈具中采用不同類型的傳感器，今后，隨著物聯(lián)網(wǎng)的功能和覆蓋范圍進一步擴展，還將會有其他很多傳感器問世。我們很容易設想，在今后某個時候，將有大量燈具需要進行升級，添加更多傳感器。

IoT-Ready? 聯(lián)盟已經(jīng)指出，現(xiàn)在正是定義標準化傳感器接口的適當時機，這樣可以讓升級變得盡可能簡單。該機構指出，當前安裝的 LED 燈具的典型使用壽命為大約 15 年，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展，在 LED 燈具的典型使用壽命內，將需要進行多次升級。他們還指出，更改整個燈具來添加新的物聯(lián)網(wǎng)連接功能，這種做法不太經(jīng)濟，將會增加不必要的成本。讓新的 LED 燈具為物聯(lián)網(wǎng)集成做好準備，可以節(jié)省這筆開支。該聯(lián)盟的目標是確定一種經(jīng)濟高效的、影響很小的更改傳感器的方法，讓用戶能夠輕松地添加或升級傳感器。為了實現(xiàn)這個目標，該機構計劃定義電氣接口、連接器和機械外形尺寸。

此計劃能否得到主要燈具廠商和設計人員的認可，讓我們拭目以待。另一方面，有些公司可能打算“單打獨斗”，開發(fā)專有的解決方案，然后進行游說，讓他們的規(guī)范成為事實上的標準。無論是哪種情況，只有在能夠輕松連接至云、大量采用傳感器的新型燈具開始進入市場之時，業(yè)界期待的“智能照明”才能真正實現(xiàn)。

總結

與其他很多新的創(chuàng)新相同，智能照明可在短期內提供極具吸引力的優(yōu)勢，而且它們的功能還能夠得到顯著演進，在未來提供更大的優(yōu)勢。既然物聯(lián)網(wǎng)技術正在快速發(fā)展，照明行業(yè)也必須迅速采取行動，才能跟上這種發(fā)展步伐。