智能照明設(shè)計(jì)關(guān)鍵元素及解決方案匯總    來(lái)源:www.vietlogon.com

智能照明是指利用計(jì)算機(jī)、無(wú)線通訊數(shù)據(jù)傳輸、擴(kuò)頻電力載波通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)智能化信息處理及節(jié)能型電器控制等技術(shù)組成的分布式無(wú)線遙測(cè)、遙控、遙訊控制系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)照明設(shè)備的智能化控制。

　　智能照明系統(tǒng)工作原理

　　智能家居的照明控制系統(tǒng)，其實(shí)就是根據(jù)某一區(qū)域的功能、每天不同的時(shí)間、室外光亮度或該區(qū)域的用途來(lái)自控制照明，是整個(gè)智能家居的基礎(chǔ)部分。

　　智能照明系統(tǒng)最為人稱道的是，它可進(jìn)行預(yù)設(shè)，即具有將照明亮度轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗性O(shè)置的功能。這些設(shè)置也稱為場(chǎng)景，可由調(diào)光器系統(tǒng)或中央建筑控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用。在家庭內(nèi)使用時(shí)，可以采用集成中央控制器的形式，并可能帶有一個(gè)觸屏界面。

　　總體而言，智能照明系統(tǒng)作為整個(gè)智能家居的核心部分，特別適合于大面積住房，它將使生活方便，舒適。照明控制系統(tǒng)分為獨(dú)立式、特定于房間式或大型的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，在聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，調(diào)光設(shè)備安裝在電氣柜中，由諸如傳感器和控制面板組成的外部設(shè)備網(wǎng)絡(luò)來(lái)操作。聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)是可從許多點(diǎn)來(lái)控制不同的房間中區(qū)域。在家庭中，可以在靠近主進(jìn)口的墻上安裝一個(gè)控制面板，以此作為多外房間的主控制點(diǎn)。

　　智能照明系統(tǒng)設(shè)備要求

　　針對(duì)大戶型的裝修風(fēng)格和智能控制的需求，結(jié)合物聯(lián)智能家居控制系統(tǒng)的控制方式的方便、靈活、易于修改、易于操作、易于維護(hù)等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)智能照明控制的系統(tǒng)解決方案；

　　1.系統(tǒng)采用數(shù)字總線設(shè)計(jì)，采用2芯雙絞線，所有設(shè)備通過(guò)2芯雙絞線以星形或串形結(jié)構(gòu)連接，連接不分極性，布線簡(jiǎn)單、方便，極大的節(jié)省了安裝時(shí)間，減少了安裝錯(cuò)誤，降低了施工費(fèi)用和后期維護(hù)費(fèi)用；采用27VDC低電壓供電方式，安全可靠，無(wú)電磁輻射；

　　2.信號(hào)傳輸速率很高，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，距離可達(dá)5千米，經(jīng)過(guò)擴(kuò)展后傳輸距離更遠(yuǎn)，2芯雙絞線可同時(shí)傳輸電源信號(hào)、控制信號(hào)、音頻信號(hào)和視頻信號(hào)，并可實(shí)現(xiàn)多通道傳輸，互不干擾；

　　3.所有控制器可隨時(shí)更換位置，改變功能，改變控制負(fù)載對(duì)象，而無(wú)需更改線纜，并可自動(dòng)修正設(shè)定，運(yùn)行到最佳狀態(tài)，節(jié)約能源，提高效率；

　　4.所有執(zhí)行器均采用模塊化設(shè)計(jì)，采用標(biāo)準(zhǔn)35mm導(dǎo)軌安裝方式，安裝體積小，可安裝在照明箱中，無(wú)需定制特殊箱體，尤其適合于別墅安裝空間小的環(huán)境；

　　5.系統(tǒng)穩(wěn)定性、兼容性和擴(kuò)展性強(qiáng)，所有設(shè)備均采用相同協(xié)議傳輸信號(hào)，任何一個(gè)設(shè)備均可獨(dú)立工作運(yùn)行，出現(xiàn)故障時(shí)不影響其他設(shè)備，含有豐富的外界通信接口如：RS232、USB、IP接口等；系統(tǒng)可隨時(shí)通過(guò)USB、COM接口和IP接口進(jìn)行升級(jí)，不影響系統(tǒng)的運(yùn)行。

　　6.在控制上，可采用多種控制方式，進(jìn)行各種調(diào)光燈和非調(diào)光燈的控制，負(fù)載功率強(qiáng)大。可點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制、場(chǎng)景控制、遙控、感應(yīng)控制、觸摸屏控制中心、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)、電話、PDA等多種控制方式，具有區(qū)控、組控、總控、定時(shí)、延時(shí)、條件判斷等多種功能；

　　LED照明系統(tǒng)的智能化程度是一個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題。LED照明能夠降低能耗和維護(hù)成本，而智能化LED照明設(shè)計(jì)可以從兩個(gè)方面進(jìn)一步改善系統(tǒng)性能：從每 瓦特中獲得更好的性能，降低長(zhǎng)期運(yùn)行成本。電能測(cè)量、環(huán)境光檢測(cè)和通信是智能LED照明設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)：電能測(cè)量提供系統(tǒng)的健康運(yùn)轉(zhuǎn)及能耗信息；環(huán)境光檢測(cè)可 以減少LED的實(shí)際照明時(shí)間，節(jié)約電能并延長(zhǎng)二極管壽命；通信功能則將每個(gè)光源連接在一起，以進(jìn)行維護(hù)識(shí)別、系統(tǒng)級(jí)協(xié)調(diào)。本文將探討各部分電路對(duì)總體系統(tǒng) 的影響。

　　LED智能化的關(guān)鍵元素

　 　環(huán)境光檢測(cè)、通信和電能測(cè)量是智能化照明系統(tǒng)的關(guān)鍵元素。通過(guò)環(huán)境光檢測(cè)，可以在其它光源已提供充足照明時(shí)調(diào)暗照明燈；此外，通過(guò)檢測(cè)環(huán)境光的顏色，能夠調(diào)節(jié)高級(jí)RGB LED照明系統(tǒng)的顏色。通信功能則允許遠(yuǎn)程控制并將小型、大型照明裝置連接成中央網(wǎng)絡(luò)。電能測(cè)量準(zhǔn)確計(jì)算消耗的功率，為預(yù)測(cè)性維護(hù)提供系統(tǒng)洞察力。所有這 些特性——環(huán)境光檢測(cè)、通信、電能測(cè)量——將進(jìn)一步節(jié)省能源，降低運(yùn)營(yíng)成本。本文探討為L(zhǎng)ED照明系統(tǒng)增加環(huán)境光檢測(cè)、通信（包括無(wú)線和電力線）以及電能 測(cè)量功能的關(guān)鍵設(shè)計(jì)考慮。提供了參考設(shè)計(jì)示例。

　　環(huán)境光傳感器（ALS）檢測(cè)傳感器附近的光量。這些簡(jiǎn)單器件成為L(zhǎng)ED照明系統(tǒng)的“眼 睛”，也是節(jié)約能耗的關(guān)鍵。當(dāng)房間已經(jīng)有充足的光源時(shí)，照明完全沒(méi)必要，可將照明燈調(diào)暗或完全關(guān)閉，降低功耗、延長(zhǎng)照明燈壽命。ALS的關(guān)鍵特性包括功 耗、流明監(jiān)測(cè)范圍，以及IR和UV濾光。這些傳感器必須安靜地呆在系統(tǒng)中，不能消耗過(guò)大電能，從而破壞節(jié)約系統(tǒng)能耗的初衷。好的ALS耗流達(dá)到1μA以 下。流明檢測(cè)范圍必須達(dá)到室外環(huán)境的典型流明范圍。0.1lx至100，000lx一般可滿足大多數(shù)應(yīng)用要求。考慮到系統(tǒng)可靠性，可能有必要采用略大的范 圍。IR和UV濾光可消除實(shí)際系統(tǒng)中不可見(jiàn)光的光譜。

　　光檢測(cè)

　　圖1所示光源中的 ALS設(shè)計(jì)。傳感器必須避開(kāi)照明燈本身的光線，避免對(duì)環(huán)境光測(cè)量的影響。該設(shè)計(jì)中，ALS位于獨(dú)立的電路板上，處于照明燈支架的陰影下。這種簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)使 ALS能夠在檢測(cè)到環(huán)境光超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)關(guān)閉照明燈。RGB傳感器甚至能夠?yàn)檎彰鲬?yīng)用增加更多“功能”。類似于圖中所示帶有RGB LED和ALS的LED照明系統(tǒng)，能夠動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)其顏色輸出，以滿足特殊的應(yīng)用需求，例如舞臺(tái)情景照明或百貨公司的展示效果。

　　圖1：ALS安裝在獨(dú)立的PCB，處于照明燈支架的陰影下，防止傳感器讀取照明燈本身的光強(qiáng)。

　　通信

　 　下面，我們討論LED的智能通信。耳朵和喉嚨是接下來(lái)實(shí)現(xiàn)LED照明智能化的最重要功能。通過(guò)將照明燈簡(jiǎn)單組網(wǎng)，即可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制燈的開(kāi)、關(guān)，或者調(diào) 光，這種操作將降低能耗。通信也為斷電、維護(hù)和應(yīng)急提供快速反饋，該信息將節(jié)省總體系統(tǒng)維護(hù)成本。無(wú)線和有線通信能夠在不同環(huán)境下很好地工作，取決于網(wǎng)絡(luò) 規(guī)模和拓?fù)洹o(wú)線比較適合于小型室內(nèi)以及大型室外應(yīng)用，后者需要具有連續(xù)視線、可用的頻帶以及裕量足夠的傳輸功率。電力線通信（PLC）利用現(xiàn)有電力線實(shí) 現(xiàn)通信。PLC非常適合于大型市政類照明裝置、隧道、室內(nèi)停車(chē)場(chǎng)等由于物理位置或建筑墻壁的原因而無(wú)法使用自然光的環(huán)境。所有通信引用中，可靠性是關(guān)鍵所 在。如果通信發(fā)生故障，系統(tǒng)就毫無(wú)益處。

　　無(wú)線應(yīng)用中，信號(hào)傳輸方式可能是Wi-Fi、ZigBee或其它往往屬于，但不僅限于工業(yè)、科 學(xué)和醫(yī)療（ISM）射頻的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。限制功耗提供了網(wǎng)絡(luò)靈活性，如果端點(diǎn)使用電池時(shí)則至關(guān)重要。圖2所示是一種獨(dú)特的應(yīng)用，其中照明燈開(kāi)關(guān)上配備有能量收 集射頻（RF）收發(fā)器。系統(tǒng)收集用于撥動(dòng)開(kāi)關(guān)的能量，產(chǎn)生可使用的直流電壓，支持照明燈具的無(wú)線電通信（<1GHz RF）。只要信號(hào)能夠覆蓋光源，該開(kāi)關(guān)可置于房間內(nèi)的任何地方。無(wú)需連接照明開(kāi)關(guān)，室內(nèi)設(shè)計(jì)更靈活，照明控制更可靠。

　　圖2：樓宇自動(dòng)化應(yīng)用，其中的照明開(kāi)關(guān)具有一個(gè)無(wú)需接線的能量收集射頻收發(fā)器，用以控制LED照明。

　　PLC照明控制方法利用現(xiàn)有的供電線路，不失為高性價(jià)選擇。由于通過(guò)維護(hù)很好的現(xiàn)有供電線路實(shí)現(xiàn)通信，PLC避免了許多麻煩，例如共用通信頻率、惡劣天氣時(shí)的性能以及網(wǎng)絡(luò)維護(hù)。范圍、速度和可靠性是設(shè)計(jì)PLC的關(guān)鍵。

　 　電力線的噪聲極大，影響系統(tǒng)通信的可靠性。G3-PLC通信是一種基于OFDM的新型PLC標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)電力線的可靠通信。該標(biāo)準(zhǔn)支持高達(dá) 300kbps的速度、網(wǎng)狀組網(wǎng)以及高噪聲環(huán)境下的可靠模式非常適合LED控制網(wǎng)絡(luò)。基于OFDM、PLC控制的照明網(wǎng)絡(luò)類似于現(xiàn)有的G3-PLC。

　　圖3所示為Nyx Hemera Technologies公司用于隧道照明的PLC裝置4，該系統(tǒng)已經(jīng)節(jié)約了25%的電能，維護(hù)成本降低30%。該大型設(shè)施系統(tǒng)支持最多1022盞照明燈，通信距離長(zhǎng)達(dá)3km。

　　圖3：采用PLC的市政路燈網(wǎng)絡(luò)示例。

　　電能測(cè)量

　 　智能LED燈還需要具備電量計(jì)算能力。從智能電表到電壓控制器再到電動(dòng)汽車(chē)充電器，每個(gè)智能電網(wǎng)裝置都具有電能測(cè)量功能，實(shí)時(shí)為電力公司和用戶提供準(zhǔn)確 的用電信息。發(fā)回耗電量的大多數(shù)照明裝置提供關(guān)于建筑及市政照明環(huán)境的詳細(xì)信息，可確保電力公司的收費(fèi)與耗電嚴(yán)格一致。通過(guò)調(diào)光或在不使用時(shí)關(guān)閉照明燈， 及時(shí)、準(zhǔn)確地響應(yīng)用戶需求。此外，特定照明燈的耗電波動(dòng)說(shuō)明需要進(jìn)行系統(tǒng)維修、維護(hù)或更換。毫無(wú)疑問(wèn)，許多照明燈處于難以觸及的區(qū)域，優(yōu)化維護(hù)可節(jié)省費(fèi) 用。為生成智能電網(wǎng)中的有用數(shù)據(jù)，電能測(cè)量設(shè)計(jì)必須在較寬的電流范圍保持高精度測(cè)量。不僅如此，限制或消除校準(zhǔn)時(shí)間也會(huì)降低總體系統(tǒng)成本。圖4所示為一種 靈活的LED照明參考設(shè)計(jì)，具有電能測(cè)量功能。5電能測(cè)量芯片也提供系統(tǒng)調(diào)光和DALI接口。

　　目前許多城市安裝了非智能LED照明燈， 這為改善LED照明設(shè)施性能的集成模塊提供了巨大的商機(jī)。為實(shí)現(xiàn)可升級(jí)，這些系統(tǒng)需要連接到智能照明系統(tǒng)。如果LED的成本和容量一定，簡(jiǎn)單更換相對(duì)較新 和效率較高的LED，性價(jià)比較低。簡(jiǎn)單接口，例如DALI，允許將來(lái)增加ALS、通信和電能測(cè)量功能。

　　圖4：完整的智能LED照明參考設(shè)計(jì)，具有電能測(cè)量、環(huán)境光檢測(cè)和通信功能。

　　總結(jié)

　 　增加“智 能” 照明的關(guān)鍵元素——ALS、通信和電能測(cè)量——將使LED更加強(qiáng)大，更具吸引力。智能化LED提供的測(cè)量數(shù)據(jù)能夠進(jìn)一步降低照明系統(tǒng)的能耗，降低運(yùn)營(yíng)和維 護(hù)成本。增加智能化設(shè)計(jì)，LED將充分發(fā)揮潛力，在已經(jīng)如火如荼的競(jìng)賽中擊敗傳統(tǒng)照明。下面是幾種典型的智能照明解決方案，帶你一探智能照明“智”在何處。

NXP智能照明解決方案集合

　　1.恩智浦GreenChip智能照明解決方案

　　恩智浦GreenChip智能照明解決方案外形緊湊、成本低廉，具有無(wú)線IP連接、節(jié)能照明和低待機(jī)功耗（目前為150mW，計(jì)劃降低至50mW）等特性，開(kāi)啟了全新的照明控制和能耗管理方法。

　　Lamp driver：CFL、SSL、HF-TL、HID

　　Wireless microcontroller：JN5148 Wireless microcontroller JenNet-IP or ZigBee network stack

　　Smart supply：TEA1721AT、TEA1721BT、TEA1721DT、TEA1721FT

　　主要特性和優(yōu)勢(shì)

　　1.靈活、易于擴(kuò)展且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的軟件解決方案

　　2.高度安全的IP智能照明系統(tǒng)采用JenNet-IP軟件堆棧，具有安全的調(diào)試/通信功能

　　3.支持高達(dá)500個(gè)節(jié)點(diǎn)，具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)自我修復(fù)與重新調(diào)整能力

　　4.滿足未來(lái)開(kāi)發(fā)的“通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下載”能力

　　5.支持以遠(yuǎn)程方式簡(jiǎn)單、安全地調(diào)試網(wǎng)關(guān)與獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)的操作

　　6.關(guān)燈后的（超）低待機(jī)功耗

　　7.多種控制選項(xiàng)

　　8.此外，還支持基于ZigBee的照明標(biāo)準(zhǔn)

　　9.開(kāi)/關(guān)燈后一流的能效

　　10.低BOM成本（IC、外部元器件、PCB）

　　11.照明驅(qū)動(dòng)器、AC/DC轉(zhuǎn)換器、高性能IEEE 802.15.4單芯片收發(fā)器和MCU等全系列恩智浦產(chǎn)品確保解決方案的靈活性

　　12.深度調(diào)光能力與可選三端雙向可控硅調(diào)光器兼容

　　13.多種控制選項(xiàng)：

　　(1)電池壽命大于10年的電池供電開(kāi)關(guān)和RF遠(yuǎn)程控制、電容觸摸式遠(yuǎn)程控制

　　(2)遠(yuǎn)程控制的雙啟動(dòng)選項(xiàng)（例如同時(shí)運(yùn)行RF4CE和JenNet/ZigBee協(xié)議）

　　(3)通過(guò)網(wǎng)關(guān)連網(wǎng)的PC、平板電腦、智能手機(jī)等

　　(4)免電池電能采集開(kāi)關(guān)（規(guī)劃中）

　　14.iCFL以及隔離與非隔離iSSL的參考設(shè)計(jì)范圍

　　15.支持的軟件堆棧和容量（不包括應(yīng)用）

　　(1)JenNet-IP和應(yīng)用特定選項(xiàng)（約120 kB）

　　(2)JenNet標(biāo)準(zhǔn)（約50 kB）

　　(3)ZigBee家庭自動(dòng)化（約120 kB）

　　(4)ZigBee LightLink（約128 kB）

　　(5)ZigBee Green Power（約10 kB）

　　2.恩智浦智能照明的遠(yuǎn)程控制

　　由電池供電的遙控?zé)o線通信為家庭環(huán)境中控制燈具提供了一種簡(jiǎn)便而靈活的方法。

　　主要特性和優(yōu)勢(shì)

　　1.JN5148單芯片無(wú)線微控制器采用完整遙控方案

　　2.電容式觸摸屏算法可實(shí)現(xiàn)最低成本解決方案

　　3.100 nA超低待機(jī)功耗延長(zhǎng)了電池的使用壽命

　　4.支持JenNet-IP?或ZigBee? Home Automation / Light Link

　　3.恩智浦針對(duì)智能照明應(yīng)用的無(wú)線控制系統(tǒng)

　　針對(duì)智能照明應(yīng)用的無(wú)線控制系統(tǒng)。所有燈都連接無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，可通過(guò)遠(yuǎn)程控制裝置、壁式開(kāi)關(guān)或連網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。

　　主要特性和優(yōu)勢(shì)

　　1.所有節(jié)點(diǎn)都采用IPv6連接

　　2.將多達(dá)250盞燈互連，以提供整幢樓宇的照明控制

　　3.超低功耗無(wú)線設(shè)備，待機(jī)功耗低于150mW

　　4.CFL與SSL燈的完全參考設(shè)計(jì)

　　無(wú)線控制：

　　JenNet-IP網(wǎng)絡(luò)可將所有燈和開(kāi)關(guān)互連，提供室內(nèi)所有設(shè)備靈活的無(wú)線控制。每一終端節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)IPv6地址，既可單獨(dú)受控，也可作為群組的一部分受控。這樣就能創(chuàng)建多種照明“場(chǎng)景”，例如閱讀或觀看電視時(shí)的場(chǎng)景。

　　由于每盞燈均連入互聯(lián)網(wǎng)，因此可輕松通過(guò)智能手機(jī)或平板電腦等連網(wǎng)設(shè)備對(duì)其進(jìn)行控制。開(kāi)關(guān)或遠(yuǎn)程控制裝置等其他控制設(shè)備可用來(lái)提供日常生活的便利。有了完全靈活的控制，則確保只有真正需要使用的燈達(dá)到最高亮度便可實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

　　4.NXP智能照明整體解決方案

　 　2014年6月18日，致力于亞太地區(qū)市場(chǎng)的領(lǐng)先電子元器件分銷商---大聯(lián)大控股宣布，其旗下品佳結(jié)合NXP的Jennic無(wú)線產(chǎn) 品，Cortex M系列32位MCU及GreenChip照明驅(qū)動(dòng)IC，推出其智能照明解決方案，該方案使每一顆燈都有其獨(dú)立的IP地址，并可以通過(guò)智能手機(jī)，移動(dòng)互聯(lián)終 端，智能家居控制面板，電腦等產(chǎn)品來(lái)對(duì)燈光進(jìn)行開(kāi)關(guān)，調(diào)光，變色等功能的控制。

　　圖示-節(jié)點(diǎn)框圖：

　　圖示-NXP Smart Lighting Solutions Platform， One platform for CFL， SSL & HF-TL

　 　大聯(lián)大品佳集團(tuán)代理的JN5148是NXP Jennic最新推出的第三代超低功耗、低成本的無(wú)線微控制器，目標(biāo)方向?yàn)镮EEE802.15.4與ZigBee PRO的應(yīng)用。JN5148芯片集成了一個(gè)32-bitRISC處理器，4-32Mhz主頻根據(jù)應(yīng)用軟件可以調(diào)整，它包含完全兼容2.4GHz IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的收發(fā)器、128KB ROM、128KB RAM以及UART、SPI、IIC、DIO、ADC、DAC等豐富數(shù)字與模擬量外設(shè)接口。高達(dá)128KB的RAM，允許客戶運(yùn)行Zigbee PRO協(xié)議棧以及客戶的應(yīng)用程序。低至18mA的工作電流，一個(gè)紐扣電池完全能夠滿足應(yīng)用需求。?此外，JN5148在第二代的JN5139基礎(chǔ)上也增加 了很多的其它特性。

　　收發(fā)器特性：

　　2.4GHz IEEE802.15.4兼容

　　500與667kbps數(shù)據(jù)傳輸模式

　　深度休眠：0.1uA

　　帶定時(shí)器休眠：1.1uA

　　RX電流：18mA

　　TX電流：15mA

　　接收器靈敏度：-95dBm

　　發(fā)射功率：2.5dBm

　　飛行時(shí)間測(cè)量機(jī)制

　　MAC加速、CRCs、地址校驗(yàn)、自動(dòng)應(yīng)答、定時(shí)器

　　供電：2.0-3.6V DC

　　圖示-JN516x評(píng)估套件

　 　JN516x評(píng)估套件專為使用恩智浦JN5161、JN5164或JN5168無(wú)線微控制器而設(shè)計(jì)，其提供系統(tǒng)開(kāi)發(fā)所需的所有構(gòu)件，包括一系列無(wú)線載 板、插入式擴(kuò)展板、USB連接器、一個(gè)遙控器、一個(gè)經(jīng)過(guò)專門(mén)編程、運(yùn)行增強(qiáng)型OpenWRT固件的互聯(lián)網(wǎng)路由器以及完整的軟件設(shè)計(jì)套件。該全面的開(kāi)發(fā)套件 可以輕松使用ZigBee、JenNet-IP或RF4CE設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)解決方案。

基于英飛凌MCU的智能照明解決方案

　　基于英飛凌XMC1200 MCU的智能照明解決方案，MCU可助力實(shí)現(xiàn)LED照明智能化。LED照明系統(tǒng)商可依托內(nèi)建BCCU功能的MCU，大幅縮短開(kāi)發(fā)出智能高功率LED燈泡的 上市時(shí)間，并協(xié)助終端使用者達(dá)成輕松且精準(zhǔn)調(diào)光的目的，同時(shí)避免閃爍的問(wèn)題。英飛凌XMC1200作為上述特性的單芯片解決方案，可以節(jié)省大量的CPU開(kāi) 銷，大幅降低軟件開(kāi)發(fā)的時(shí)間，有效的減少人為導(dǎo)致的軟件錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)XMC1200系列MCU具有高性能、大容量、高可靠性的特點(diǎn)，可以將智能照明廣泛 的應(yīng)用于生活、工業(yè)的各個(gè)方面。

　　達(dá)成燈泡控制調(diào)變，LED開(kāi)關(guān)切換速度成關(guān)鍵。調(diào)變指的是能夠快速開(kāi)關(guān)LED，若切換速度夠 快，人眼便無(wú)法辨識(shí)，看到的亮度將取決于LED開(kāi)啟的平均時(shí)間。最常見(jiàn)的調(diào)變方式為脈沖寬度調(diào)變（PWM）和脈沖密度調(diào)變（PDM）（圖2）。其 中，PDM能在對(duì)等的系統(tǒng)頻率下達(dá)到更高的分辨率，電磁干擾（EMI）特性更佳，且因?yàn)楸旧砬袚Q速率高，因此不容易發(fā)生閃爍。

　　圖1-大約25%亮度下的PWM和PDM調(diào)變

　　戶外型LED燈泡的控制裝置內(nèi)包含電源供應(yīng)器和驅(qū)動(dòng)器。其中，標(biāo)準(zhǔn)電源供應(yīng)器的重要器件包括橋接整流器、功率因子校正器（PFC）及半橋諧振（LLC）諧振轉(zhuǎn)換器的降壓轉(zhuǎn)換器（圖1）。

　　圖2-四信道LED照明引擎范例

　 　LED電流透過(guò)線性或切換式LED驅(qū)動(dòng)器，固定為仔細(xì)選定的值，選定的LED電流則取決于系統(tǒng)器件和所需的最高亮度，如350毫安培（mA）或700毫 安培。一般街燈的LED都以相同的電流驅(qū)動(dòng)，建筑照明經(jīng)常使用的多色燈泡，則可能使用完全不同的LED通道電流。調(diào)光時(shí)，通常是透過(guò)通訊，如數(shù)字可尋址照 明接口（DALI）或傳感器輸入（如環(huán)境光源）觸發(fā)；燈泡的亮度和/或顏色則是透過(guò)調(diào)變驅(qū)動(dòng)器的輸入（Enable Input）加以控制。

　 　產(chǎn)業(yè)界所開(kāi)發(fā)適用于LED照明的微控制器（MCU）包含亮度及色彩控制單元（BCCU），能在最多九個(gè)信道上產(chǎn)生PDM訊號(hào)。高功率調(diào)光燈泡的特殊挑戰(zhàn) 在于LED驅(qū)動(dòng)器需要最短的停留時(shí)間，LED驅(qū)動(dòng)器Enable Input的調(diào)變訊號(hào)必須在最短的時(shí)間間隔內(nèi)保持恒定。從經(jīng)驗(yàn)法則得知，功率越高需要的最短停留時(shí)間就越長(zhǎng)，只有這樣才能保持穩(wěn)定且準(zhǔn)確的LED電流。但 在高分辨率和高比特率下，尤其是在低亮度的情況下，調(diào)變訊號(hào)卻可能違反此要求。

　　目前產(chǎn)業(yè)界開(kāi)發(fā)適用于LED照明的MCU可適時(shí)稍微重新排列調(diào)變訊號(hào)內(nèi)的脈沖，自動(dòng)解決此問(wèn)題。脈沖會(huì)在分組電路內(nèi)重新分組（圖3），產(chǎn)生新的脈沖，擁有所需的最短寬度并兼顧分辨率，同時(shí)又能保持不閃爍。

　　圖3-未分組PDM與已分組PDM范例比較

　　另一項(xiàng)需求則是將電源供應(yīng)器的負(fù)載變動(dòng)降到最低（使負(fù)載變流暢），尤其LLC諧振轉(zhuǎn)換器對(duì)于高負(fù)載變動(dòng)極為敏感。BCCU內(nèi)的分組電路能夠在不同的相對(duì)信道調(diào)變訊號(hào)間加入相移，確保訊號(hào)在不同的時(shí)間點(diǎn)變更狀態(tài)。

　　圖4-系統(tǒng)架構(gòu)圖

　　方案特色

　　隔離的DALI調(diào)光界面

　　溫度檢測(cè)

　　周?chē)h(huán)境的亮度檢測(cè)

　　433MHz射頻控制方式

無(wú)線智能LED照明系統(tǒng)

　 　本文設(shè)計(jì)采用了TI 的CC430 無(wú)線通信平臺(tái)，該平臺(tái)融合了基于16Bit 的超低功耗MSP430 內(nèi)核 以及業(yè)界領(lǐng)先的不足1GHz 的CC1101 RF 收發(fā)器之上。完美的結(jié)合實(shí)現(xiàn)了獨(dú)特的低功耗/高性能組合與前所未有的高集成度，帶來(lái)更為先進(jìn)的高選擇性與高阻塞性能，確保即使在噪聲環(huán)境下也能實(shí)現(xiàn)可靠通 信。能夠充分利用其高達(dá)25MHz 的峰值執(zhí)行性能，且功耗僅為160uA/MHz。針對(duì)基于CC430 的設(shè)備，TI 提供了種類豐富的MSP430 MCU 外設(shè)集，如12-Bit 的ADC、LCD驅(qū)動(dòng)以及比較器等高性能數(shù)字與模擬外設(shè)。此外，還具有AES-128 硬件安全模塊確保通信的安全性。

　　無(wú)線LED 照明系統(tǒng)的整體框圖如圖1 所示。其中控制端部分設(shè)計(jì)為采用雙節(jié)AA 電池供電的

　 　手持式遙控模塊，其基于CC430F6137，帶有段式LCD 驅(qū)動(dòng)，豐富的I/O 口資源，以及能夠構(gòu)建觸摸功能的比較器;而接收端則基于CC430F5137，其帶有12-Bit 的 ADC 以及多通道的PWM 模塊。通過(guò)在控制端CC430F6137 的比較器B 上構(gòu)建觸摸滑條與按鍵功能，對(duì)滑條的觸摸位置進(jìn)行檢測(cè)并轉(zhuǎn)換為PWM的占空比，通過(guò)雙邊的RF 模塊發(fā)送/接收相應(yīng)的調(diào)制參數(shù)，再由接收端CC430F5137 產(chǎn)生調(diào)節(jié)LED 燈亮度的PWM信號(hào)，對(duì)驅(qū)動(dòng)模塊UCC28810 進(jìn)行調(diào)制，如圖2所示。

　　3. 硬件電路設(shè)計(jì)

　　3.1 RF 模塊硬件電路設(shè)計(jì)

　 　CC430 的射頻模塊使用的是業(yè)界領(lǐng)先的不足1GHz 的CC1101 RF 收發(fā)器，該部分是基于RF頻率的直接合成，其射頻合成器包括一個(gè)完整芯片的LC-VCO 和一個(gè)對(duì)接模式的混頻器進(jìn)行頻率合成。該射頻的接收單元將RF 信號(hào)通過(guò)低噪聲放大器（LNA）進(jìn)行前置放大，再對(duì)其中頻信號(hào)進(jìn)行濾波、數(shù)據(jù)解調(diào)以及同步包等工作。CC430 支持的頻率范圍為：300MHz~348MHz;389MHz~464MHz;779MHz~928MHz;在本設(shè)計(jì)中使用的是433MHz 的載波頻率，鑒于應(yīng)用場(chǎng)合其要求的傳輸速率較低，因此選用的是3.2Kbps;并通過(guò)PATABLE 對(duì)輸出功率進(jìn)行調(diào)整，滿足不同的距離需求。

　 　RF 模塊的硬件電路在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中尤為重要，如圖3 所示。圖中的C5， C9， L3 以及L8形成一個(gè)平衡轉(zhuǎn)換器，用以將CC430 上的差分端口RF_N/RF_P 平衡電路轉(zhuǎn)換成單端不平衡的RF 信號(hào)，方便將振子流過(guò)電纜屏蔽層外的高頻電流截?cái)唷D中的L5，C10 和L4 構(gòu)成了帶通濾波器;L2，L6 和C8 構(gòu)成低通濾波器。在本設(shè)計(jì)中RF 的天線采用的是鞭狀天線或者陶瓷天線。

　　3.2 觸摸滑條的硬件電路構(gòu)建

　 　在本設(shè)計(jì)中，控制端部分為手持式遙控模塊。其設(shè)計(jì)的人機(jī)交互界面主要是LCD 顯示以及觸摸按鍵。其中將觸摸滑條的功能用于調(diào)節(jié)LED 的亮度，是系統(tǒng)中較為形象與新穎的設(shè)計(jì)之一。其充分利用了MSP430 的自身資源特性，在CC430F6137 集成的比較器COM_B 以及PCBLayout 的傳感電容上，構(gòu)建了基于弛張振蕩方式（RO）的觸摸按鍵功能，由于在COMP_B 中自帶有REF 參考電壓配置網(wǎng)絡(luò)，因此無(wú)需像COMP_A 那樣使用外部硬件方式實(shí)現(xiàn)參考電壓網(wǎng)絡(luò)。其原理如圖4 所示，主要通過(guò)TimerA 測(cè)量RC 振蕩電路在固定時(shí)間內(nèi)的振蕩次數(shù)，當(dāng)人手觸摸在傳感電容上，會(huì)改變其自身電容值，使得對(duì)應(yīng)的振蕩次數(shù)發(fā)生明顯變化，以此來(lái)判斷觸摸/非觸摸的狀態(tài)。構(gòu)建一 個(gè)4/5 級(jí)觸摸滑條與2 個(gè)觸摸按鍵。

　　3.3 傳感器硬件電路設(shè)計(jì)

　 　光敏傳感器的使用使得LED 照明系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)亮度自調(diào)節(jié)功能，硬件電路如圖5 所示。光敏傳感器使用的是光敏電阻，因其有著良好的光電特性以及價(jià)格優(yōu)勢(shì)，非常適合于光強(qiáng)檢測(cè)場(chǎng)合的使用。系統(tǒng)中主要通過(guò)對(duì)Vo 電壓的檢測(cè)，反映光強(qiáng)的變化，進(jìn)而對(duì)PWM進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)制。

　　4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　 RF 模塊實(shí)現(xiàn)

　　在整個(gè)系統(tǒng)中，RF 模塊是通信傳輸?shù)臉蛄海p邊都須進(jìn)行協(xié)議相同的RF 軟件模塊設(shè)計(jì)。其發(fā)送模式和接收模式的數(shù)據(jù)包主要通過(guò)FIFO 來(lái)進(jìn)行處理， 一幀的格式如圖6 所示：

　 　在發(fā)送時(shí)，在TX FIFO 中的數(shù)據(jù)段包括數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，主機(jī)地址，從機(jī)地址，控制模式，控制PWM參數(shù)，數(shù)據(jù)段CRC 校驗(yàn)。其中，主機(jī)地址標(biāo)識(shí)了控制端的地址;從機(jī)地址包括兩種地址：廣播地址與獨(dú)立地址，主要是用于集中控制與多點(diǎn)操作。控制模式提供了可選的模式選擇，控 制PWM參數(shù)用于LED 亮度調(diào)節(jié)。

　　在接收時(shí)，RF 的解調(diào)器和數(shù)據(jù)包處理器將尋找一個(gè)有效的前導(dǎo)和同步字。當(dāng)找到后，解調(diào)器將獲得前導(dǎo)位和字同步，然后對(duì)接收的地址信息進(jìn)行比照，首先判斷數(shù)據(jù)包是否來(lái)自控制端，然后響應(yīng)含有廣播地址或者本機(jī)地址信息的數(shù)據(jù)。其發(fā)射/接收的流程圖如圖7。

　　 控制端/接收端軟件設(shè)計(jì)

　 　控制端/接收端軟件的流程圖如圖9 所示，其中虛線上方為控制端CC430F6137 的軟件設(shè)計(jì)，在Stand By 模式時(shí)保持MSP430 的低功耗模式，以滿足控制端遙控器對(duì)能耗的要求。通過(guò)對(duì)模式選擇的操作實(shí)現(xiàn)集中控制和多點(diǎn)操作，而觸摸滑條的處理通過(guò)將Position 轉(zhuǎn)換為PWM由RF發(fā)送至接收端CC430F5137。接收端則處理來(lái)自控制端的數(shù)據(jù)包，對(duì)LED 照明進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)，或自動(dòng)調(diào)節(jié)。本設(shè)計(jì)的軟件采用C 語(yǔ)言編寫(xiě)，整個(gè)程序包括的子模塊有：模式選擇模塊，觸摸滑條檢測(cè)模塊，數(shù)據(jù)發(fā)送/接收模塊，PWM轉(zhuǎn)換模塊，傳感器檢測(cè)模塊等幾個(gè)部分。

　　5. 總結(jié)

　 　本文主要描述了以CC430 為控制核心的無(wú)線LED 照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)軟/硬件設(shè)計(jì)與調(diào)試使得功能基本得到實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)實(shí)際硬件電路如圖10 所示。實(shí)測(cè)過(guò)程中能夠有效地進(jìn)行集中控制和多點(diǎn)單獨(dú)控制，定時(shí)控制，自動(dòng)調(diào)光等預(yù)設(shè)功能，滿足當(dāng)前市場(chǎng)對(duì)此類解決方案的功能要求。

　　文章詳情：基于TI CC430的無(wú)線智能LED照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

安森美智能LED街燈與樓宇照明保護(hù)方案

　　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

　　1 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1.2k和2.4k;新推出的NCN49597基于ARMCortexM0內(nèi)核 MCU，同時(shí)支持AC及DC工作，每通道最大波特率達(dá)4.8k，支持CenelecA、B、C及D波段，且提供可編程軟件。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NCN49599PLC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。

　　2 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3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/Z20965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。

　　3 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3.0V— 5.75V，集成了低噪聲2級(jí)放大器，有內(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;具有單脈沖或雙脈沖檢測(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。

　　4 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0.0125lx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

　　5 LED串保護(hù)方案

　 　驅(qū)動(dòng)LED的首選方法是LED串聯(lián)，以使LED串中的電流匹配達(dá)到相同的亮度。雖然LED非常可靠，但如果任何一個(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(chē)和跑道燈等高可靠性應(yīng)用。

　　6 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HBLED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。

　　圖4 用NUD4700保護(hù)LED串

　 　安森美半導(dǎo)體提供能用于光學(xué)頭罩內(nèi)與HBLED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HBLED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CM1771是一款100V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)HBLED裸片和HBLED模塊，防止出現(xiàn)故障。

　　7 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)。

　　文章詳情： 安森美智能LED街燈與樓宇照明保護(hù)方案

智能照明平臺(tái)解決方案

　　一個(gè)優(yōu)秀的照明平臺(tái)解決方案無(wú)疑需要支持靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)用，并滿足DALI、DMX512、0-10V、無(wú)線、紅外等當(dāng)今主流照明控制方案的調(diào) 光、組網(wǎng)需求，針對(duì)這種狀況，世強(qiáng)電訊開(kāi)發(fā)了以瑞薩（Renesas）電子78K0/Ix2系列MCU為核心的智能照明平臺(tái)解決方案，外加豐富的參考設(shè) 計(jì)，在硬件電路和軟件開(kāi)發(fā)為照明廠商多樣化的照明設(shè)計(jì)方案提供有效的指導(dǎo)，幫助廠商更高效地開(kāi)發(fā)擁有自己知識(shí)產(chǎn)權(quán)的照明系統(tǒng)。

　　世強(qiáng)智能照明平臺(tái)方案

　　世強(qiáng)電訊開(kāi)發(fā)的智能照明平臺(tái)解決方案主要基于78K0/Ix2系列MCU上述豐富的硬件功能資源為核心，定位于照明產(chǎn)品高性能、低成本的設(shè)計(jì)目標(biāo)，在LED照明、熒光燈、HID照明等領(lǐng)域?yàn)榭蛻籼峁┒喾N靈活的參考設(shè)計(jì)。

　 　圖2是LED驅(qū)動(dòng)控制應(yīng)用的參考方案，在該方案中，只需利用比較器、PWM輸出連動(dòng)功能，就能夠獨(dú)立進(jìn)行3路恒流控制；通過(guò)改變內(nèi)部參考電壓或 PWM輸出設(shè)置即可實(shí)現(xiàn)調(diào)光；并且MCU支持各種傳感器和DALI、DMX512、模擬量輸入等多種通信接口，可根據(jù)外部環(huán)境選擇合適的通訊控制方案，實(shí) 現(xiàn)最佳控制。

　　圖2-78K0/Ix2 LED驅(qū)動(dòng)控制

　　下面就Flyback電路舉例說(shuō)明通過(guò)比較器進(jìn)行恒流控制的過(guò)程。

　　圖3-Flyback電路恒流控制

　 　對(duì)于開(kāi)關(guān)電源，PWM占空比決定輸出電壓，如圖3，電路開(kāi)始工作后，LED電流經(jīng)采樣后加到MCU內(nèi)置比較器端口，和參考值進(jìn)行比較，產(chǎn)生中斷信號(hào)，來(lái) 調(diào)整PWM的占空比，其變化過(guò)程見(jiàn)圖4，如當(dāng)電流大于參考值時(shí)，降低占空比；反之，提高占空比，最終達(dá)到一個(gè)負(fù)載電流動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的狀態(tài)。

　　 對(duì)于調(diào)光，78K0/Ix2系列MCU有多種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)改變比較器參考電壓或者利用定時(shí)器TMH1和PWM輸出連動(dòng)功能，另外，世強(qiáng)電訊的方案也可 以利用該款MCU強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理運(yùn)算能力，通過(guò)ADC功能和嵌入的算法控制來(lái)實(shí)現(xiàn)恒流控制，同時(shí)為MCU功能擴(kuò)展提供了充足資源。

　　圖4-恒流控制原理

　 　圖5是世強(qiáng)電訊嵌入DALI協(xié)議的智能照明平臺(tái)方案，該方案利用MCU內(nèi)置DALI總線接口的通訊模塊，利用單個(gè)MCU完成燈具調(diào)光、組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)高性能 的DALI綠色節(jié)能照明系統(tǒng)，目前已經(jīng)作為國(guó)內(nèi)某大型照明廠商的參考設(shè)計(jì)。DALI從機(jī)系統(tǒng)主要分為通訊模塊和LED驅(qū)動(dòng)控制模塊兩部分，外圍電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn) 單。

　　圖5-DALI從機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　 　采用BOOST電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，輸入電壓經(jīng)過(guò)升壓后直接驅(qū)動(dòng)LED燈；負(fù)載電流采樣，通過(guò)嵌入算法實(shí)現(xiàn)恒流控制； MCU內(nèi)置DALI通訊接口，通過(guò)總線和DALI 主機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)和主機(jī)的相互通訊，完成上位機(jī)發(fā)出的操作控制指令；燈具溫度、光照度傳感器信號(hào)加到MCU端口，實(shí)現(xiàn)異常檢測(cè)保護(hù)。

　　4 總結(jié)

　　以上，世強(qiáng)電訊基于78K0/Ix2系列MCU的智能照明平臺(tái)解決方案具有以下特點(diǎn)：

　 　a 高性能：MCU內(nèi)置ADC、比較器、數(shù)字運(yùn)算放大器等豐富的硬件資源可以支持BUCK、BOOST、FLYBACK等多種靈活的電源驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方案，嵌入 DALI、DMX512等照明控制協(xié)議，即可實(shí)現(xiàn)照明燈具調(diào)光、組網(wǎng)的目的。同時(shí)，該方案還具有過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)溫等異常檢出保護(hù)功能，產(chǎn)品安全性、可靠性 更高

　　b 低成本：由圖3、圖5可以看出世強(qiáng)電訊智能照明平臺(tái)方案電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便快捷，單MCU附加簡(jiǎn)單的外圍電路即可實(shí)現(xiàn)智能化控制，目前眾多的ASIC設(shè)計(jì)方案， 除了需要一顆MCU實(shí)現(xiàn)智能調(diào)光和通訊外，還需專用LED驅(qū)動(dòng)芯片，在較大功率應(yīng)用中，往往還需要外置的MOSFET，所以在成本方面與目前眾多的 ASIC方案對(duì)比如下：

　　對(duì)比可見(jiàn)，世強(qiáng)智能照明平臺(tái)方案具有很高的性價(jià)比，采用該方案將使產(chǎn)品更具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；

　　78K0/Ix2 MCU自身的豐富資源有利于照明產(chǎn)品功能的拓展和多樣化，滿足不同廠商多領(lǐng)域的應(yīng)用需求，實(shí)現(xiàn)高效靈活的功率級(jí)應(yīng)用。

　　文章詳情：基于RenesasMCU的智能照明平臺(tái)設(shè)計(jì)

　　二、Dialog半導(dǎo)體智能照明平臺(tái)

　 　我們通常說(shuō)的智能照明就是指通過(guò)藍(lán)牙、WIFI或者Zigbee等無(wú)線連接方式對(duì)燈光進(jìn)行無(wú)線控制。Dialog近期推出的智能照明解決方案 iW6401就是基于藍(lán)牙4.0進(jìn)行開(kāi)發(fā)的。根據(jù)Dialog半導(dǎo)體固態(tài)照明產(chǎn)品營(yíng)銷總監(jiān)Hubie的介紹，這款產(chǎn)品具有藍(lán)牙本身的低功耗和高可靠性等特 點(diǎn)，根據(jù)測(cè)試，其收發(fā)的最低功耗可以達(dá)到5mA，在睡眠模式的情況下還能達(dá)到5nA。另外作為全球首款全面可編程的數(shù)字化LED控制芯片，iW6401不 但具有領(lǐng)先的成本優(yōu)勢(shì)，另外還具有靈活的的改造方式。這也是iW6401的最有優(yōu)勢(shì)的特點(diǎn)。

　　強(qiáng)大的smarteXite技術(shù)平臺(tái)

　　smarteXite是Dialog半導(dǎo)體推出的新一代技術(shù)平臺(tái)，能夠?yàn)橹悄苷彰鲬?yīng)用打造新一代高度靈活、可編程的LED驅(qū)動(dòng)器IC。另外由于smarteXite是基于完全可配置的邏輯，因此它是首個(gè)可方便和直接支持無(wú)線連接、燈光傳感器控制并能輕松整合到照明控制系統(tǒng)中的LED驅(qū)動(dòng)器技術(shù)。

smarteXite提供終極靈活性

　　作為smarteXite系 列的首款設(shè)備，iW6041能夠支持多個(gè)調(diào)光接口，根據(jù)Hubie介紹，這些調(diào)光方式除了通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的市電開(kāi)關(guān)進(jìn)行數(shù)字調(diào)光和基于鈕子開(kāi)關(guān)的調(diào)光外，還 有就是最新的Ledontron數(shù)字調(diào)光協(xié)議。這所有的調(diào)光曲線都可通過(guò)內(nèi)存進(jìn)行配置，以獲得最佳的終端用戶照明體驗(yàn)，Hubie強(qiáng)調(diào)。

　　憑借標(biāo)準(zhǔn)的 C數(shù)字接口，基于smarteXite平臺(tái)的iW6401可以被用作低功耗藍(lán)牙、WIFI或者Zigbee等無(wú)線通信模塊的一個(gè)功能強(qiáng)大的前端系統(tǒng)。另外它還能直接連接用于顏色和近距離感測(cè)的傳感器。

　　根據(jù)Hubie介紹，iW6401還結(jié)合了Dialog在可配置型電源管理解決方案領(lǐng)域的強(qiáng)大實(shí)力和尖端的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。這就使它成為全球首款可編程AC/DC LED燈管驅(qū)動(dòng)IC。這就方便工程師通過(guò)軟件完成和配置燈泡設(shè)計(jì)。

　　獨(dú)特的可編程校準(zhǔn)

　 　按照我們的了解，很多LED燈泡在組裝以后就不能對(duì)亮度等照明亮度、顏色等進(jìn)行校準(zhǔn)，這樣就會(huì)使一些LED被淘汰，造成浪費(fèi)。而Dialog公司產(chǎn)品 iW6401獨(dú)有的數(shù)字校準(zhǔn)技術(shù)，可以在產(chǎn)品的不同階段的成品鏈進(jìn)行OTP編程，對(duì)LED進(jìn)行校準(zhǔn)，利用診斷功能實(shí)現(xiàn)全面的制造工藝控制，其中最后生產(chǎn)階 段的校準(zhǔn)可實(shí)現(xiàn)終極精準(zhǔn)的光輸出。

　　可以在不同階段的成品鏈進(jìn)行OTP編程

　　按照Hubie的說(shuō)法，Dialog除了在驅(qū)動(dòng)器芯片在滿足修正和出廠預(yù)配置之后，還可以在驅(qū)動(dòng)器電子元件模塊測(cè)試時(shí)在線編程，通過(guò)ICT改變程序，達(dá)到校準(zhǔn)的目的。另外在裝配好產(chǎn)品以后，在球泡組裝以后的燈泡功能測(cè)試期間，也可以根據(jù)客戶指標(biāo)調(diào)整燈泡亮度。

　　“Dialog會(huì)提供校準(zhǔn)電源參考設(shè)計(jì)盒子，讓燈泡芯片可以借助這個(gè)解碼輸入信號(hào)以調(diào)整流明的大小，以這種方式進(jìn)行微調(diào)，這是市場(chǎng)上唯一能做到這個(gè)的產(chǎn)品。”Hubie強(qiáng)調(diào)。

　　優(yōu)秀的Ledotron調(diào)光

　 　我們熟悉的LED調(diào)光方式有可控硅調(diào)光、開(kāi)關(guān)切換調(diào)光和PWM調(diào)光等幾種方式。Dialog作為知名的照明廠商，在調(diào)光技術(shù)方面自必然有著自身的優(yōu)勢(shì)， 這包括： 廣泛的調(diào)光技術(shù)能力、最新的數(shù)字控制和處理技術(shù)、寬域的調(diào)光范圍、最低的待機(jī)功耗。靈活的可編程、數(shù)字化故障保護(hù)功能和可編程的過(guò)熱降額功能。

　　本著對(duì)調(diào)光技術(shù)的追求，Dialog在其產(chǎn)品中引入一個(gè)稱作Ledotron的調(diào)光方式。以取代傳統(tǒng)的調(diào)光。

Ledotron的基本工作原理

　 　Ledotron是歐司朗和英斯達(dá)為新型數(shù)字調(diào)光技術(shù)——DLT（Digital Loadside Transmission ）命名的品牌名稱。DLT是一項(xiàng)全新調(diào)光控制模式，即插即用式的調(diào)光器，是用于取代和拓展切相調(diào)光技術(shù)的。這是一種數(shù)字化可尋址多通道協(xié)議，支持組尋址、 可調(diào)白光和顏色控制，它不但解決了切相調(diào)光器的所有問(wèn)題，另外其還可以改裝，在IEC62756中實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)需授權(quán)。

　　借用這種調(diào)光技術(shù)，不但解決了切相調(diào)光器的所有兼容性問(wèn)題，還有電效率高、無(wú)音頻噪音、無(wú)閃光等優(yōu)點(diǎn)，另外其遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的切相調(diào)光器電效率、可連接任意數(shù) 量的燈泡（僅受總功率的限制）也受市場(chǎng)歡迎。這種調(diào)光方式可使調(diào)光器和廣元之間的電纜長(zhǎng)達(dá)100米。以上種種的優(yōu)勢(shì)注定其在將來(lái)會(huì)掀起新一輪的調(diào)光方式的 革命。

　　既然說(shuō)是智能照明，就必然需要對(duì)照明設(shè)備有智能的控制。說(shuō)到這個(gè)，可以說(shuō)智能手機(jī)的迅猛發(fā)展助力了智能照明的興起，因?yàn)楝F(xiàn)在市面 上通行的做法就是在智能手機(jī)上面開(kāi)發(fā)控制設(shè)備的APP。但對(duì)于一些廠商而言，開(kāi)發(fā)這些軟件投入的成本太大了。Dialog考慮到這一點(diǎn)，提供了整套的解決方案，用戶可以借助其開(kāi)放的API更簡(jiǎn)單的進(jìn)行開(kāi)發(fā)。