智能LED街燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能照明（Smart Lighting）涉及通信和傳感功能，能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程控制（開(kāi)啟或關(guān)閉、調(diào)光或改變顏色）和監(jiān)控（遠(yuǎn)程診斷）建筑物、街道或家里的一個(gè)或多個(gè)燈具。智能照明也為燈具提供信息，使它能根據(jù)使用或環(huán)境光線等情況進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)。另一方面，高亮度白光LED非常適合區(qū)域照明應(yīng)用，具有方向性更好、色彩質(zhì)量更佳、環(huán)保等特點(diǎn)，并且能夠更方便地控制其開(kāi)啟和關(guān)閉，便于自動(dòng)檢測(cè)環(huán)境光來(lái)改變亮度，使其在智能LED街燈等應(yīng)用中越來(lái)越受矚目。

智能照明的通信可用無(wú)線或現(xiàn)有的電力線基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)。電力線是世界上最大的銅基礎(chǔ)設(shè)施，家庭或辦公樓的每個(gè)角落都有電源插座，使之成為一個(gè)覆蓋范圍極為廣泛的網(wǎng)絡(luò)。鑒于所有照明燈具都是連接到電力線將電力轉(zhuǎn)換成光，電力線通信（PLC）已成為智能照明主要通信和控制鏈路的合理途徑。

安森美半導(dǎo)體利用其先進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)，推出了針對(duì)智能照明的包括通信、傳感器、KNX收發(fā)器及保護(hù)解決方案，有助于以更少電能執(zhí)行相同甚至更多的任務(wù)，進(jìn)一步提升能效，節(jié)約能源。

例如，利用安森美半導(dǎo)體的PLC調(diào)制解調(diào)器（如AMIS-49587）、PLC線路驅(qū)動(dòng)器（如NCS5650）和諸如NOA1302這樣的環(huán)境光傳感器，可基于電力線輕松構(gòu)建聯(lián)網(wǎng)型LED街燈智能控制系統(tǒng)，有助于市政、電力公司和商業(yè)企業(yè)遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)路燈的光輸出，減少其路燈網(wǎng)絡(luò)的整體能耗。此外，在樓宇智能溫度調(diào)節(jié)及燈光控制應(yīng)用中，也可在雙絞線布線上使用安森美半導(dǎo)體的KNX收發(fā)器，利用KNX網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行照明控制。

圖1：安森美半導(dǎo)體用于智能LED街燈的調(diào)制解調(diào)器、電源及傳感器方案概覽

符合嚴(yán)格國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、獲得市場(chǎng)驗(yàn)證的PLC調(diào)制解調(diào)器

電力線通信有助于公用事業(yè)公司為其配電網(wǎng)絡(luò)增加更高級(jí)別的功能，從而讓消費(fèi)者更能掌控自己的能耗。安森美半導(dǎo)體提供一系列領(lǐng)先擴(kuò)頻型頻移鍵控（S-FSK） PLC調(diào)制解調(diào)器，如AMIS30585、AMIS49587和NCN49597等。其中，AMIS-30585和AMIS-49587均基于ARM7內(nèi)核微控制器（MCU），僅支持AC工作，每通道最大波特率分別為1.2 k和2.4 k；新推出的NCN49597基于ARM Cortex M0內(nèi)核MCU，同時(shí)支持AC及DC工作，每通道最大波特率達(dá)4.8 k，支持CenELec A、B、C及D波段，且提供可編程軟件。安森美半導(dǎo)體還預(yù)計(jì)將于2012年下半年推出在NCN49597基礎(chǔ)上還集成功率放大器功能的NCN49599 PLC調(diào)制解調(diào)器。

這些強(qiáng)固的窄帶PLC調(diào)制解調(diào)器嵌入了PHY+MAC，符合嚴(yán)格的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（FCC、CENELEC、IEC61334-5-1），可在低壓和中壓網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行，提供最佳的物料單（BOM）成本和極低的能耗。

KNX收發(fā)器及評(píng)估板

KNX是一個(gè)符合智能樓宇標(biāo)準(zhǔn) 基于開(kāi)放式系統(tǒng)互連（OSI）的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。KNX是融合了此前的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，包括歐洲家庭系統(tǒng)協(xié)議（EHS）、BatiBUS和歐洲安裝總線（EIB或Instabus）。KNX支持的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)包括：EN50090歐洲標(biāo)準(zhǔn)、ISO/IEC14543-3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、GB/Z 20965中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)、ANSI/ASHRAE135美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。

安森美半導(dǎo)體提供的KNX收發(fā)器有NCN5120、NCN5121、NCN5110和NCN5111等，可用于連接電器和傳感器，為建筑物內(nèi)9600波特KNX雙絞線（TP）總線提供溫度及光線控制。雙絞線總線可提供數(shù)據(jù)通信和電力供應(yīng)。

表1：安森美半導(dǎo)體KNX收發(fā)器

圖2：KNX網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)

值得一提的是，安森美半導(dǎo)體與恩智浦（NXP）半導(dǎo)體最近聯(lián)合推出了用于高能效雙絞線網(wǎng)絡(luò)的評(píng)估板及完整參考設(shè)計(jì)。此評(píng)估板采用NXP的低功耗Cortex-M0微控制器LPC1227及安森美半導(dǎo)體的NCN5120接收器-發(fā)射器IC，幫助建筑物自動(dòng)化客戶簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程，將即可應(yīng)用的高能效KNX雙絞線方案，用于照明開(kāi)關(guān)及控制、供暖通風(fēng)空調(diào)（HVAC）控制、百葉窗及占用情況（occupancy）檢測(cè)等應(yīng)用。

運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器無(wú)源紅外控制器（PIR）

安森美半導(dǎo)體的NCS36000無(wú)源紅外控制器用于照明和占用情況感測(cè)市場(chǎng)，可放大和調(diào)節(jié)來(lái)自PIR傳感器的信號(hào)。該器件的工作電壓為3.0至5.75 V，集成了低噪聲2級(jí)放大器，由內(nèi)部參考電壓驅(qū)動(dòng)傳感器；采用帶外部RC的內(nèi)部振蕩器；具有單或雙脈沖檢測(cè)功能；數(shù)字濾波器可最大限度地減少誤報(bào)；直接驅(qū)動(dòng)LED和繼電器。該器件是一個(gè)非常靈活的解決方案，客戶可以自定義數(shù)字濾波和模擬處理，適用于各種傳感器，BOM成本低于同類分立式解決方案。

環(huán)境光及距離傳感器

環(huán)境光傳感器也是構(gòu)建智能照明的重要元器件。安森美半導(dǎo)體的環(huán)境光傳感器具有設(shè)計(jì)靈活性，可以根據(jù)需要在EEPROM中調(diào)整，定制過(guò)濾0.0125勒克斯檢測(cè)（即明視光響應(yīng)）；另外具有暗電流和溫度補(bǔ)償、最低每分辨率位功耗；高速模式的I2C接口，在斷電時(shí)也不會(huì)影響總線工作。

圖3：NOA1302環(huán)境光傳感器

安森美半導(dǎo)體的環(huán)境光傳感器包含數(shù)字輸出（如NOA1302、NOA1305）和模擬輸出（如NOA1211）類型。這些光傳感器的工作電流極低，在100流明光輸出條件下分別僅為58 μA、550 μA和115 μA。

另外環(huán)境光傳感器（如NOA1302）和PIR檢測(cè)器（如NCS36000）也可以用來(lái)控制路燈的光輸出。同樣可以采用的還安森美半導(dǎo)體的系列距離傳感器，如NOA3301、NOA3402、NOA2301、NOA2302及NOA3309等。

LED串保護(hù)方案

驅(qū)動(dòng)LED的首選方法是串聯(lián)LED串，以使LED串中的電流匹配達(dá)到相同的亮度。雖然LED非?？煽浚绻魏我粋€(gè)LED失效開(kāi)路，由于LED串是串聯(lián)的，整串LED就會(huì)熄滅，這是街道照明等講究高可靠性應(yīng)用所不能接受的。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以用安森美半導(dǎo)體的NUD4700跨接在每個(gè)LED上，這個(gè)分流旁路保護(hù)器可在一個(gè)LED失效開(kāi)路時(shí)，確保LED串的其余部分一直點(diǎn)亮。NUD4700具有高通態(tài)電流能力和低斷態(tài)泄漏，如果LED恢復(fù)，可自動(dòng)復(fù)位到關(guān)閉狀態(tài)；可重復(fù)響應(yīng)時(shí)間很短。其高可靠性有助于延長(zhǎng)LED串和燈具壽命，使LED串能夠在高電流條件下工作，因此適合路燈、隧道照明、建筑照明、高頂燈照明，以及列車和跑道燈等高可靠性應(yīng)用。

圖4：用NUD4700保護(hù)LED串

高亮度LED模塊內(nèi)ESD保護(hù)

在裝配過(guò)程和最終用戶操作過(guò)程中，敏感的HB LED裸片很容易受到有害靜電放電（ESD）的影響。此外，在燈和燈具裝配過(guò)程中，HBLED模塊易受高壓ESD的影響，而可能導(dǎo)致?lián)p壞。

安森美半導(dǎo)體提供能用于光學(xué)頭罩內(nèi)與HB LED聯(lián)合封閉的裸片級(jí)ESD保護(hù)產(chǎn)品。模塊內(nèi)硅瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）裸片可提供所需的保護(hù)，以消除故障，有助于為各種應(yīng)用創(chuàng)建強(qiáng)固的HB LED模塊。模塊內(nèi)硅TVS裸片有兩種：分裝式（sub-mounted）保護(hù)器和側(cè)裝式（side-mounted）裸片。例如安森美半導(dǎo)體的CM1771是一款100 V相向（back-to-back）靜電放電（ESD）保護(hù)器件，采用專有的側(cè)裝式構(gòu)造，能夠承受高水平ESD沖擊，而且占位面積小且高度低，可在模塊組裝過(guò)程和燈具裝配過(guò)程中保護(hù)HB LED裸片和HB LED模塊，防止出現(xiàn)故障。

總結(jié)

為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，政府機(jī)構(gòu)、電力公司或商業(yè)企業(yè)都在努力構(gòu)建聯(lián)網(wǎng)的LED街燈智能控制系統(tǒng)或是智能樓宇控制系統(tǒng)，利用系統(tǒng)中集成的環(huán)境光/距離傳感器，根據(jù)環(huán)境光的亮度和占用情況等信息來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)LED的光輸出。安森美半導(dǎo)體的先進(jìn)通信、傳感器、KNX收發(fā)器及保護(hù)解決方案有助于降低照明網(wǎng)絡(luò)的總能耗和費(fèi)用支出，實(shí)現(xiàn)功能強(qiáng)大和環(huán)保的LED照明系統(tǒng)。
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