智能住宅、辦公室和工廠的設(shè)計(jì)人員正在不斷尋求新的方法來(lái)提高用于提供和管理建筑設(shè)施的系統(tǒng)能效。在過(guò)去，數(shù)據(jù)和電力網(wǎng)絡(luò)是分開(kāi)安裝的，目的是為了各自執(zhí)行明顯不同的功能，但這需要在建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)安裝兩種完全不同的電纜類型?，F(xiàn)在，以太網(wǎng)供電(PoE)的發(fā)展提供了一種方法，讓一些設(shè)備(如攝像頭、電話、無(wú)線路由器)從其數(shù)據(jù)電纜中獲取電力，以減少對(duì)交流電力電纜的需求。照明作為PoE的一個(gè)潛在應(yīng)用領(lǐng)域，正獲得越來(lái)越多的關(guān)注。

在這篇文章中，我們探究互聯(lián)照明系統(tǒng)在智能建筑系統(tǒng)的部署和管理中可以發(fā)揮的作用，并考慮照明和建筑自動(dòng)化之間的潛在關(guān)系。我們還介紹設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)方法，并闡釋了如何實(shí)現(xiàn)互聯(lián)照明系統(tǒng)的新應(yīng)用，和大大簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。

圖1：智能照明在建筑自動(dòng)化中起著關(guān)鍵作用

互聯(lián)照明和建筑自動(dòng)化

在建筑物內(nèi)，無(wú)論是住宅、辦公樓還是工廠，照明都無(wú)處不在。近來(lái)，低能效的白熾燈和鹵素?zé)粢鸦颈坏凸摹⒏咝У腖ED 取代。但照明的供電方式并沒(méi)有明顯的改變，電源線仍被鋪設(shè)到要安裝燈具的地方。

由于LED需要直流電，燈具必須含一個(gè)AC-DC變壓器，可能還有一個(gè)DC-DC 轉(zhuǎn)換器，為 LED 提供所需的電壓水平，并最終控制電流。這種方法雖然提供了一個(gè)有效的照明方案，但燈具只負(fù)責(zé)單一的功能——照明，完全忽略了它們承載著智能建筑一系列其他功能。

第一步，利用燈具的普遍性，提供數(shù)字聯(lián)接。將單個(gè)燈具數(shù)字化，然后將它們互聯(lián)成一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)，作為在整個(gè)建筑內(nèi)托管物聯(lián)網(wǎng)(IoT)應(yīng)用的骨干。在一個(gè)互聯(lián)照明系統(tǒng)中，每個(gè)燈具都有個(gè)獨(dú)一無(wú)二的IP地址，可以通過(guò)建筑物的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信?；ヂ?lián)照明顯然是在房屋、辦公室和工廠中傳輸IoT數(shù)據(jù)的備選方案，因?yàn)殡娏蛿?shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)到位。這種方法將介許聯(lián)網(wǎng)的燈具承載無(wú)數(shù)應(yīng)用的其他傳感器功能。

互聯(lián)照明系統(tǒng)整合不司類型的智能傳感器(溫度、濕度、接近度、空氣質(zhì)量等)?？捎脕?lái)同時(shí)捕獲建筑物內(nèi)各房間的人員占用情況和其他環(huán)境指標(biāo)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將作為智能建筑自動(dòng)化系統(tǒng)的可操作輸入。這些信息可用干協(xié)助空間優(yōu)化、提高運(yùn)營(yíng)效率。并有助于最大化建筑環(huán)境對(duì)住戶的舒適度。該系統(tǒng)所收集的關(guān)于住戶行為的信息也可用于能源管理。

實(shí)施互聯(lián)照明系統(tǒng)

為燈具提供數(shù)字聯(lián)接的一種方法是集成一個(gè)Wi-FiTM無(wú)線電。然而，由于無(wú)線射頻(RF)信號(hào)受到不同程度的衰減，這取決干它們的位置和它們與最近的接入點(diǎn)之間的建筑材料類型，這可能對(duì)數(shù)據(jù)通信的速度和可靠性產(chǎn)生不利影響。

一個(gè)更好的方法是為每個(gè)燈具提供一個(gè)以太網(wǎng)接口，但這需要將Cat5/6雙絞線布線到每個(gè)燈具的位置，從而導(dǎo)致布線量增加一倍(假設(shè)已計(jì)劃了主線布線)，并增加相關(guān)的成本和安裝工作量。

理想的情況是，互聯(lián)照明方案應(yīng)該只需要一根電纜，既能傳輸電力(用于LED攝像頭和智能傳感器)，又能將相同設(shè)備的數(shù)據(jù)雙向傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制器。這將有一個(gè)很大的好處，那就是不需要為每個(gè)燈具鋪設(shè)單獨(dú)的電源線。PoE能傳輸直流電壓為設(shè)備供電，和以實(shí)施的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的速度傳輸數(shù)據(jù)，非常適用于此用途。

全整合的方案

目前，PoE聯(lián)接的燈具使用一個(gè)單獨(dú)的LED光源驅(qū)動(dòng)IC和一個(gè)PoE接口IC，通過(guò)以太網(wǎng)提供電源。安森美(onsemi)的NCL31010將這兩個(gè)器件集成到單個(gè)封裝中，可作為完全聯(lián)接和管理的照明系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

圖2：安森美的NCL31010 Po接口LED驅(qū)動(dòng)器

該器件符合PoE標(biāo)準(zhǔn)(能夠提供超過(guò)90瓦的系統(tǒng)功率)，并通過(guò)了IEEE802.3bt/at/af標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證。其降壓LED驅(qū)動(dòng)器的能效為97%，支持高帶寬高線性模擬和PWM 調(diào)光(低至零電流)，采用擴(kuò)頻技術(shù)，有助于降低傳導(dǎo)和輻射EMI。兩個(gè)輔助DC-DC轉(zhuǎn)換器也可用于為微控制器和額外的外圍器件如傳感器供電。該器件還包括高精度計(jì)量和診斷功能，以測(cè)量輸入和輸出電流和電壓、LED或系統(tǒng)溫度、DC-DC電壓和電流。

該器件的一個(gè)應(yīng)用是低數(shù)據(jù)速率的可見(jiàn)光通信(VLC)。在這種應(yīng)用中，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被調(diào)制到燈具發(fā)出的LED光上，使其能夠被用作室內(nèi)定位系統(tǒng)的定位信標(biāo)(例如YellowDotTM)，而VLC中的調(diào)制數(shù)據(jù)是人眼察覺(jué)不到的。

面向未來(lái)的照明

基于PoE的互聯(lián)照明為所有類型的未來(lái)智能建筑提供最靈活和高效的照明方案，LED 燈具通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)控制，并通過(guò)數(shù)據(jù)電纜供電。智能建筑把傳感器、智能燈具和智能控制系統(tǒng)組合起來(lái)，將提供傳統(tǒng)照明方案不能達(dá)到的舒適度和能效水平。從事智能建筑系統(tǒng)管理的建筑開(kāi)發(fā)公司和運(yùn)營(yíng)商也將從中受益，因?yàn)樵谑┕るA段和建筑完全入住運(yùn)行后，成本大幅降低。