【導讀】智能住宅、辦公室和工廠的設計人員正在不斷尋求新的方法來提高用于提供和管理建筑設施的系統(tǒng)能效。在過去，數(shù)據(jù)和電力網(wǎng)絡是分開安裝的，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。現(xiàn)在，以太網(wǎng)供電(PoE)的發(fā)展提供了一種方法，讓一些設備(如攝像頭、電話、無線路由器)從其數(shù)據(jù)電纜中獲取電力，以減少對交流電力電纜的需求。照明作為PoE的一個潛在應用領域，正獲得越來越多的關注。
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化之間的潛在關系。我們還介紹設計的標準方法，并闡釋了如何實現(xiàn)互聯(lián)照明系統(tǒng)的新應用，和大大簡化設計。
圖1：智能照明在建筑自動化中起著關鍵作用
互聯(lián)照明和建筑自動化
在建筑物內(nèi)，無論是住宅、辦公樓還是工廠，照明都無處不在。近來，低能效的白熾燈和鹵素燈已基本被低功耗、更高效的LED 取代。但照明的供電方式并沒有明顯的改變，電源線仍被鋪設到要安裝燈具的地方。
由于LED需要直流電，燈具必須含一個AC-DC變壓器，可能還有一個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有效的照明方案，但燈具只負責單一的功能——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。將單個燈具數(shù)字化，然后將它們互聯(lián)成一個統(tǒng)一的系統(tǒng)，作為在整個建筑內(nèi)托管物聯(lián)網(wǎng)(IoT)應用的骨干。在一個互聯(lián)照明系統(tǒng)中，每個燈具都有個獨一無二的IP地址，可以通過建筑物的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡進行雙向數(shù)據(jù)通信。互聯(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，因為電力和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡已經(jīng)到位。這種方法將介許聯(lián)網(wǎng)的燈具承載無數(shù)應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)。可用來同時捕獲建筑物內(nèi)各房間的人員占用情況和其他環(huán)境指標的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將作為智能建筑自動化系統(tǒng)的可操作輸入。這些信息可用干協(xié)助空間優(yōu)化、提高運營效率。并有助于最大化建筑環(huán)境對住戶的舒適度。該系統(tǒng)所收集的關于住戶行為的信息也可用于能源管理。
實施互聯(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Wi-FiTM無線電。然而，由于無線射頻(RF)信號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之間的建筑材料類型，這可能對數(shù)據(jù)通信的速度和可靠性產(chǎn)生不利影響。
一個更好的方法是為每個燈具提供一個以太網(wǎng)接口，但這需要將Cat5/6雙絞線布線到每個燈具的位置，從而導致布線量增加一倍(假設已計劃了主線布線)，并增加相關的成本和安裝工作量。
理想的情況是，互聯(lián)照明方案應該只需要一根電纜，既能傳輸電力(用于LED攝像頭和智能傳感器)，又能將相同設備的數(shù)據(jù)雙向傳輸?shù)竭h程控制器。這將有一個很大的好處，那就是不需要為每個燈具鋪設單獨的電源線。PoE能傳輸直流電壓為設備供電，和以實施的以太網(wǎng)標準的速度傳輸數(shù)據(jù)，非常適用于此用途。
全整合的方案
目前，PoE聯(lián)接的燈具使用一個單獨的LED光源驅(qū)動IC和一個PoE接口IC，通過以太網(wǎng)提供電源。安森美(onsemi)的NCL31010將這兩個器件集成到單個封裝中，可作為完全聯(lián)接和管理的照明系統(tǒng)的基礎。
圖2：安森美的NCL31010 Po接口LED驅(qū)動器
該器件符合PoE標準(能夠提供超過90瓦的系統(tǒng)功率)，并通過了IEEE802.3bt/at/af標準認證。其降壓LED驅(qū)動器的能效為97%，支持高帶寬高線性模擬和PWM 調(diào)光(低至零電流)，采用擴頻技術(shù)，有助于降低傳導和輻射EMI。兩個輔助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量和診斷功能，以測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。
該器件的一個應用是低數(shù)據(jù)速率的可見光通信(VLC)。在這種應用中，數(shù)字數(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(例如YellowDotTM)，而VLC中的調(diào)制數(shù)據(jù)是人眼察覺不到的。
面向未來的照明
基于PoE的互聯(lián)照明為所有類型的未來智能建筑提供最靈活和高效的照明方案，LED 燈具通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡控制，并通過數(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，將提供傳統(tǒng)照明方案不能達到的舒適度和能效水平。從事智能建筑系統(tǒng)管理的建筑開發(fā)公司和運營商也將從中受益，因為在施工階段和建筑完全入住運行后，成本大幅降低。
來源：Onsemi
作者：Mike Sandyck
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