村田：傳感器+無(wú)線控制智能照明解決方案 - 全文

　　目前歐美已經(jīng)在使用無(wú)線技術(shù)控制智能照明燈具，如路燈、室內(nèi)燈。在中國(guó)，目前LED還處于被接受使用的階段。村田相信，2014和2015會(huì)是重要的兩年，LED使用份額將會(huì)在全球增加，而且無(wú)線控制加傳感器將是主流的技術(shù)和市場(chǎng)需求趨勢(shì)。

　　中國(guó)政府在“十二五”國(guó)家計(jì)劃中（2011-2015）有兩個(gè)側(cè)重點(diǎn)，一是節(jié)約能源，二是環(huán)境保護(hù)。由于唯有LED照明燈具能夠同時(shí)滿足以上這二個(gè)側(cè)重點(diǎn)，因此LED照明一定是中國(guó)照明市場(chǎng)的未來(lái)，而且種種跡象顯示，LED照明也是全球各國(guó)未來(lái)的主流需求趨勢(shì)。例如，日本也計(jì)劃至2015年，增加LED照明市場(chǎng)份額至50%，韓國(guó)則將達(dá)到30%。

　　在亮度相同的條件下，LED燈的功率比白熾燈和緊湊型熒光燈小，使用壽命也比較長(zhǎng)。此外，LED燈還能在節(jié)能的基礎(chǔ)上幫助減少二氧化碳的排放，符合中國(guó)計(jì)劃減少二氧化碳排放量的總體規(guī)劃。而且，目前市場(chǎng)中，已經(jīng)有許多芯片廠家和照明廠家都能夠提供支持LED照明的相關(guān)商業(yè)產(chǎn)品。因此2014年，LED照明燈具將會(huì)擁有很大的市場(chǎng)占有量。

　　作為目前市場(chǎng)上主要的MLCC電容和電源模塊供應(yīng)商，村田自然不會(huì)忽略這么一個(gè)新興的巨大市場(chǎng)。村田高級(jí)市場(chǎng)工程師廖光汶表示：“ 村田目前可為智能照明系統(tǒng)提供的產(chǎn)品包括網(wǎng)關(guān)、通訊模塊（ZigBee和Wi-Fi）、電源模塊等，我們希望能通過(guò)智能照明，帶給用戶更便捷和節(jié)能的生活?！?/p>

　　圖題：村田高級(jí)市場(chǎng)工程師廖光汶

　　現(xiàn)在的LED照明燈具多數(shù)是使用有線方式進(jìn)行控制。通過(guò)有線方式，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)光、情景綁定、開(kāi)關(guān)這一類功能。這也可以說(shuō)是一種智能。但是，如果能夠使用無(wú)線的方式進(jìn)行控制，那對(duì)用戶來(lái)說(shuō)將會(huì)非常的方便。村田廖光汶認(rèn)為：“使用無(wú)線控制加傳感器，將是主流的技術(shù)和市場(chǎng)趨勢(shì)?！?/p>

　　今天，智能手機(jī)和平板電腦已經(jīng)普及。如果能使用它們來(lái)控制照明，那應(yīng)該會(huì)給用戶帶來(lái)更多便利之處。例如晚上要回家之前，可以先開(kāi)燈，便于看清屋內(nèi)情況。通過(guò)無(wú)線聯(lián)網(wǎng)，也能遠(yuǎn)程看到家里哪些燈沒(méi)關(guān)，還可以使用綁定方式來(lái)實(shí)現(xiàn)或設(shè)定定時(shí)控制。無(wú)線的另一個(gè)好處是不需擔(dān)心布線問(wèn)題。安裝時(shí)也就方便多了。

　　至于傳感器，和照明系統(tǒng)一起使用必定是趨勢(shì)。例如加了紅外線傳感器時(shí)，當(dāng)沒(méi)有人在房?jī)?nèi)時(shí)，燈就會(huì)保持關(guān)閉的狀態(tài)。一旦有人進(jìn)入房?jī)?nèi)，燈就會(huì)自動(dòng)打開(kāi)。短時(shí)間或許看不到好處，長(zhǎng)時(shí)間就能看到節(jié)能和省錢的優(yōu)勢(shì)了。現(xiàn)在也有技術(shù)是使用光照傳感器檢測(cè)房里有多少燈光，并反饋給網(wǎng)關(guān)進(jìn)行調(diào)光。使用這樣的智能系統(tǒng)，不止方便還很節(jié)能。

　　按照以上場(chǎng)景，村田使用傳感器和無(wú)線技術(shù)，對(duì)LED照明市場(chǎng)提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案，如下圖所示：

　　當(dāng)然在市場(chǎng)上，ZigBee只是其中一種無(wú)線協(xié)議。根據(jù)每個(gè)用戶不同的需求，可使用不同的協(xié)議。ZigBee的好處是能自動(dòng)組網(wǎng)且功耗低。但因?yàn)楝F(xiàn)在ZigBee未出現(xiàn)在一般手機(jī)和電腦中，所以需要網(wǎng)關(guān)。也有人考慮使用ISM頻率，但要看每個(gè)國(guó)家能使用的頻段。

　　現(xiàn)在國(guó)外如歐洲和美國(guó)，已經(jīng)在使用無(wú)線技術(shù)控制智能照明燈具，如路燈、室內(nèi)燈等。在中國(guó)，目前LED還是被接受使用的階段。相信2014和2015會(huì)是重要的兩年，LED照明燈具使用份額將會(huì)在全球增加。因?yàn)楦鲊?guó)政府規(guī)定要減少使用白熾燈。LED生態(tài)系統(tǒng)使用的一些電子元器件，也會(huì)隨著起量而跌價(jià)。

　　在這兩年，會(huì)有不同的系統(tǒng)集成商和燈具廠家提供和研發(fā)無(wú)線控制方式。因?yàn)?，隨著科技發(fā)展，使用無(wú)線方式控制會(huì)給人們的生活帶來(lái)方便和智能。當(dāng)然，無(wú)線技術(shù)也只會(huì)在這幾年被認(rèn)為是新科技，未來(lái)（3-5年）智能照明將普及到更多應(yīng)用場(chǎng)景。

　　比如要知道室外的溫度，把燈放在窗口附近，按照不同顏色轉(zhuǎn)變來(lái)識(shí)別外面溫度。當(dāng)有人走近時(shí)，燈可以轉(zhuǎn)換顏色通知有人進(jìn)入。也有可能LED照明將來(lái)會(huì)被考慮用于醫(yī)療方面。OLED也是現(xiàn)在被看好的一個(gè)技術(shù)，但其使用范圍還不如LED的廣泛。每個(gè)市場(chǎng)必定有一定的規(guī)律，等到LED在全球被廣泛使用時(shí)，智能科技也會(huì)隨之而來(lái)。到時(shí)更多的LED應(yīng)用就會(huì)慢慢實(shí)現(xiàn)了。廖光汶表示：“LED智能照明可以被認(rèn)為是開(kāi)通照明市場(chǎng)的藍(lán)海的出路。”

　　村田L(fēng)ED驅(qū)動(dòng)電源模塊獨(dú)特賣點(diǎn)

　　村田的電源模塊解決方案已經(jīng)廣泛應(yīng)用在工業(yè)和通訊領(lǐng)域。廖光汶說(shuō)：“我們認(rèn)為智能LED照明未來(lái)將會(huì)成為趨勢(shì)，所以研發(fā)了一系列獨(dú)特的電源和通信模塊產(chǎn)品，特別推薦給智能LED照明市場(chǎng)?！?/p>

　　今天市場(chǎng)上有很多家供應(yīng)商能夠提供LED照明電源模塊，不過(guò)，村田的特別之處是電源模塊上帶有UART、DALI和PWM接口。UART接口可以接上通訊模塊，這樣工程師開(kāi)發(fā)時(shí)可以省下關(guān)于串口的研發(fā)時(shí)間。DALI是一種有線方式控制照明，目前在國(guó)外，像美國(guó)使用很多。PWM接口用來(lái)控制燈的亮度，實(shí)現(xiàn)調(diào)光和開(kāi)關(guān)。村田ZigBee模塊就是通過(guò)UART接口連接電源模塊，實(shí)現(xiàn)無(wú)線控制的。

　　最主要的是，廖光汶指出：“村田電源模塊在待機(jī)模式（接上UART）時(shí)，耗電只有0.2W，這在市場(chǎng)是很有優(yōu)勢(shì)的，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了節(jié)能?！蹦壳按逄镫娫茨K的輸出電壓在30V-50V之間。節(jié)能和減少工程師研發(fā)時(shí)間是村田電源模塊的關(guān)鍵市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

　　村田電源模塊也得到PSE UL日本的安全認(rèn)證。如果需要得到中國(guó)或其他安全認(rèn)證，村田也是可以提供支持的。加上村田電源模塊本身性能好，也具有高可靠性，這也符合了LED燈具長(zhǎng)使用壽命的需求。

　　廖光汶透露：“目前這系列電源模塊顧客多數(shù)在日本，國(guó)內(nèi)也有些客戶在評(píng)估，也有進(jìn)入他們系統(tǒng)設(shè)計(jì)里的成功案例?！?/p>

　　村田在通訊模塊市場(chǎng)已有許多成功的案例。就拿智能手機(jī)市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，當(dāng)你看到一些大品牌公司的拆機(jī)報(bào)告時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)很多都使用了村田通訊模塊（藍(lán)牙，Wi-Fi這一類）。村田主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)是其集成化能力，也即村田有能力做到很小，同時(shí)也保持穩(wěn)定性能。所以針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)智能LED照明市場(chǎng)，村田研發(fā)出了兩種模塊，一個(gè)是嵌入式Wi-Fi模塊，另一個(gè)是ZigBee模塊。

　　村田嵌入式Wi-Fi模塊的主要特性如下：

　　- 支持IEE802.11b/g/n

　　- 采用博通Wi-Fi芯片BCM43362和ST MCU芯片STM32F

　　- 尺寸只有29.0 x 19.0 x 3.0 mm

　　- 板上內(nèi)嵌天線或帶有連接外部天線的連接器

　　- 宿主接口： UART/GSPI

　　- 符合ROHS要求

　　- 全部SMD貼裝元件

　　- 典型電源電壓： 3.3V

　　- 輸出功率（基于11g）： +11dBm（典型值）

　　- 消耗電流

　　： 218mA at TX mode @+11dBm

　?。?110mA at RX mode

　　- 集成Wi-Fi和ARM Cortex-M3處理器

　　- 集成TCP/IP堆棧

　　- 支持AP模式/客戶端模式/AP&客戶端雙模

　　- 支持WEP、WPA、WPA2安全性

　　- 支持WPS連接性

　　通訊類移動(dòng)終端產(chǎn)品（如手機(jī)，筆記本）具有強(qiáng)大的CPU和Flash進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)，因此在使用Wi-Fi時(shí)不需要額外的MCU。但是用于家電、儀表、 LED照明燈具等產(chǎn)品的Wi-Fi模塊，由于產(chǎn)品的MCU和Flash都無(wú)法支持Wi-Fi的功能，因此需要額外的MCU和Flash進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)。村田嵌入式Wi-Fi模塊里加了個(gè)MCU就是為了讓客戶能直接使用模塊，實(shí)現(xiàn)無(wú)線控制。

　　村田嵌入式Wi-Fi模塊還預(yù)留了UART的接口，它可簡(jiǎn)單地與終端產(chǎn)品的IC以UART方式連接，實(shí)現(xiàn)TCP/IP數(shù)據(jù)包的雙向透明傳輸，以字符命令就可以控制終端產(chǎn)品，監(jiān)測(cè)終端產(chǎn)品的數(shù)據(jù)變化。如家用電器的開(kāi)關(guān)、調(diào)溫、預(yù)約、儀表的數(shù)據(jù)傳輸?shù)鹊榷伎梢酝ㄟ^(guò)手機(jī)或者Pad的無(wú)線傳輸去實(shí)現(xiàn)，并且無(wú)需改變終端產(chǎn)品原有的電路設(shè)計(jì)。

　　只需添加村田的嵌入式Wi-Fi模塊，就可以用掌中設(shè)備隨時(shí)隨地控制家中的電器。作為方案供應(yīng)商，村田可提供強(qiáng)大的軟件支持。包括實(shí)現(xiàn)室內(nèi)控制和室外遠(yuǎn)程控制時(shí)所涉及到的一系列軟件設(shè)計(jì)，以及鏈接層的整套軟件支持，包括室內(nèi)控制中嵌入式Wi-Fi模塊的固件設(shè)計(jì)，底層鏈接軟件設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，UI底層軟件設(shè)計(jì)等等|也包括室外遠(yuǎn)程控制中的Web服務(wù)器底層軟件和云服務(wù)器底層軟件設(shè)計(jì)。

　　同樣作為全球領(lǐng)先的電子元器件供應(yīng)商，村田以豐富的經(jīng)驗(yàn)和高端的設(shè)備幫客戶完成天線的匹配與射頻電路的設(shè)計(jì)。村田作為可信賴的品牌，幫客戶省去無(wú)線認(rèn)證的步驟， 幫客戶省去連接性的驗(yàn)證。

　　村田Zigbee通信模塊的關(guān)鍵特性如下：

　　- 支持IEEE802.15.4

　　- 采用TI Zigbee芯片CC2530和Zigbee RF前端芯片CC2591

　　- 尺寸只有： 19.8 x 15.1 x 2.2mm

　　- 板上內(nèi)嵌天線

　　- 接口： UART （or SPI）

　　- 符合ROHS要求的SMD板對(duì)板連接器

　　- 典型電源電壓： 3.0 V

　　- 輸出功率： + 18dBm max

　　- 消耗電流

　?。?120mA at Tx mode @+18dBm

　　： 30mA at Rx mode

　?。?0.6 uA at sleep mode

　　- 無(wú)線認(rèn)證： TELEC， FCC/IC/CE （如果需要的話）

　　村田ZigBee模塊可以支持ZigBee聯(lián)盟的ZigBee Light Link （ZLL）和ZigBee Home Automation （ZHA） 協(xié)議。村田的演示套件就是用了這兩種協(xié)議來(lái)控制燈、傳感器和網(wǎng)關(guān)。

　　ZigBee 模塊含有功放，可以增加發(fā)射距離，使用的射頻和功放芯片都是來(lái)自TI。TI提供的芯片，也有一些網(wǎng)站支持Open Source的開(kāi)發(fā)。所以研發(fā)工程師可以通過(guò)這些網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)對(duì)于我們模塊。當(dāng)然根據(jù)顧客需求，村田也可以提供一套小系統(tǒng)解決方案。例如網(wǎng)關(guān)加 ZigBee模塊，或者網(wǎng)關(guān)加ZigBee模塊加傳感器組成網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的解決方案。

　　廖光汶表示：“在市場(chǎng)上，村田ZigBee模塊是最小型，19.8x15.1x2.2mm （LxWxH），所以在PCB板占的面積也小。ZigBee本身技術(shù)是低功耗的，加上村田設(shè)計(jì)的射頻線路，使用功放發(fā)射時(shí)所消耗的功率也只有120mA，接收30mA。村田ZigBee模塊因?yàn)榈凸乃钥梢詫?shí)現(xiàn)節(jié)能。因?yàn)楣?jié)點(diǎn)一般使用電池或可再生能源，所以當(dāng)加上無(wú)線通訊時(shí)耗電指標(biāo)是很重要的。也因?yàn)榇逄镌谀K市場(chǎng)累計(jì)了多年經(jīng)驗(yàn)，品質(zhì)保證也不成問(wèn)題?！?/p>

　　以上兩種通訊模塊中，目前還是ZigBee模塊較多應(yīng)用于智能LED照明市場(chǎng)。因?yàn)橛袝r(shí)要控制的燈較多，所以組網(wǎng)和耗電會(huì)是比較重要的幾點(diǎn)。廖光汶透露： “村田和幾家照明客戶多數(shù)討論合作的是ZigBee解決方案，硬件軟件都能提供按照項(xiàng)目情況而定。說(shuō)到客戶，村田嵌入式Wi-Fi和ZigBee模塊，針對(duì)的市場(chǎng)是以物聯(lián)網(wǎng)為主。使用和在討論的客戶包括了家電廠家，照明廠家和一些系統(tǒng)集成商（智能樓宇，家居）。太陽(yáng)能逆變器上也有使用村田的通訊模塊?！?/p>

　　目前村田在中國(guó)的銷售網(wǎng)點(diǎn)可見(jiàn)下圖：