智能家居、辦公室和工廠的設(shè)計(jì)師不斷尋求新的方法來(lái)提高用于交付和管理建筑設(shè)施的系統(tǒng)的效率。從歷史上看，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和電力網(wǎng)絡(luò)是分開安裝的，目的是各自執(zhí)行明顯不同的功能，但這需要在建筑結(jié)構(gòu)中安裝兩種完全不同的電纜類型。

以太網(wǎng)供電(PoE)的發(fā)展現(xiàn)在提供了一種減少交流電源電纜需求的方法，讓一些設(shè)備(如相機(jī)、電話、無(wú)線路由器)從它們的數(shù)據(jù)線中獲取電力。作為PoE的潛在應(yīng)用，一個(gè)受到更多關(guān)注的領(lǐng)域是照明。

在本文中，我們研究了連接照明系統(tǒng)在智能建筑系統(tǒng)的部署和管理中可以發(fā)揮的作用，并考慮了照明和建筑自動(dòng)化之間的潛在關(guān)系（圖1）。我們還回顧了其設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)方法，并解釋了如何實(shí)現(xiàn)連接照明系統(tǒng)的新應(yīng)用，同時(shí)大大簡(jiǎn)化了其設(shè)計(jì)。

1、智能照明在樓宇自動(dòng)化中起著關(guān)鍵作用

互聯(lián)照明和樓宇自動(dòng)化

一旦進(jìn)入建筑物，無(wú)論是家用、商用還是工業(yè)用，照明無(wú)處不在。近來(lái)，低效的白熾燈泡和鹵素?zé)襞菀呀?jīng)在很大程度上被更低功率和更高效的led所取代。然而，為燈供電的方法并沒(méi)有發(fā)生重大變化，電纜仍然鋪設(shè)在將要安裝燈具的地方。

由于LED需要直流電源，燈具必須包括一個(gè)交流-直流變壓器，可能還包括一個(gè)直流-直流轉(zhuǎn)換器，以便為L(zhǎng)ED提供所需的電壓水平，并最終提供控制電流。這種方法認(rèn)為燈具只負(fù)責(zé)一項(xiàng)功能——照明，在提供高效照明的同時(shí)，卻完全忽略了一個(gè)事實(shí)，即燈具是承載一系列其他智能建筑功能的理想選擇。

利用無(wú)處不在的燈具的第一步是為它們提供數(shù)字連接。 通過(guò)將單個(gè)燈具數(shù)字化并將它們互連到一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)，它們可以作為主干，非常適合在整個(gè)建筑物中托管物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序。

在互聯(lián)照明系統(tǒng)中，每個(gè)燈具都有一個(gè)唯一的 IP 地址，可通過(guò)建筑物的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通信。 聯(lián)網(wǎng)照明顯然是在住宅、辦公室和工廠中傳輸物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的候選者，因?yàn)殡姎夂蛿?shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)到位。 這種方法可以讓連接的燈具擁有其他傳感器功能和無(wú)數(shù)的應(yīng)用程序。

通過(guò)集成不同類型的智能傳感器(溫度、濕度、接近度、空氣質(zhì)量等。)，連接的照明系統(tǒng)可以同時(shí)捕獲整個(gè)建筑內(nèi)房間的占用情況和其他環(huán)境指標(biāo)的數(shù)據(jù)，作為智能建筑自動(dòng)化系統(tǒng)的可操作輸入。這些信息有助于優(yōu)化空間、提高運(yùn)營(yíng)效率，并有助于最大限度地提高建筑物內(nèi)的舒適度。收集到的關(guān)于居住者行為的信息也可以用于能源管理。

實(shí)施互聯(lián)照明系統(tǒng)

為燈具添加數(shù)字連接的一種方法是包括 Wi-Fi 無(wú)線電。 然而，由于無(wú)線 RF 信號(hào)會(huì)受到不同程度的衰減，這取決于它們的位置和它們與最近接入點(diǎn)之間的建筑材料，它可能會(huì)降低數(shù)據(jù)通信的速度和可靠性。

更好的方法是為每個(gè)燈具提供一個(gè)以太網(wǎng)接口。 但這將需要將 Cat5/6 雙絞線電纜布線到每個(gè)燈具，使布線量增加一倍（假設(shè)已經(jīng)計(jì)劃了電源布線），并增加了安裝成本和工作量。

理想情況下，連接的照明應(yīng)該只需要一根電纜為L(zhǎng)ED、攝像頭和智能傳感器供電，并將它們的雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭b控器。這將不再需要將單獨(dú)的電源電纜布線到每個(gè)燈具——這是一個(gè)顯著的優(yōu)勢(shì)。PoE可以以實(shí)施的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的速度向電源設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸直流電壓，使其非常適合執(zhí)行這項(xiàng)任務(wù)。

完全集成的解決方案

連接 PoE 的燈具使用單獨(dú)的 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC 和 PoE 接口 IC 通過(guò)以太網(wǎng)供電。 采用不同的方法，onsemi 開發(fā)的 NCL31010 將這兩個(gè)組件組合在一個(gè)封裝中，可以用作完全連接和管理的照明系統(tǒng)的基礎(chǔ)（圖 2）。

2. onsemi 的 NCL31010 PoE 接口 LED 驅(qū)動(dòng)器針對(duì)聯(lián)網(wǎng)照明系統(tǒng)

該設(shè)備符合 PoE 標(biāo)準(zhǔn)（能夠提供超過(guò) 90 W 的系統(tǒng)功率）并通過(guò)了 IEEE802.3bt/at/af 認(rèn)證。 其降壓 LED 驅(qū)動(dòng)器的效率為 97%，并支持高帶寬、高線性度模擬和 PWM 調(diào)光（低至零電流）。 擴(kuò)頻技術(shù)有助于減少傳導(dǎo)和輻射 EMI 的數(shù)量。

該器件中的兩個(gè)輔助 DC-DC 轉(zhuǎn)換器可以為微控制器和其他外圍設(shè)備（例如傳感器）供電。 還包括用于測(cè)量輸入和輸出電流和電壓、LED 或系統(tǒng)溫度、DC-DC 電壓和電流的高精度計(jì)量和診斷功能。 該器件的一個(gè)應(yīng)用是低數(shù)據(jù)速率可見(jiàn)光通信 (VLC)。 在此應(yīng)用中，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被調(diào)制到從燈具發(fā)出的 LED 光上，從而成為室內(nèi)定位系統(tǒng)（例如 YellowDot）中的定位信標(biāo)。VLC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 的聯(lián)網(wǎng)照明為所有類型的未來(lái)智能建筑提供最靈活、最高效的照明，LED 燈具通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)控制并通過(guò)數(shù)據(jù)布線供電。 通過(guò)結(jié)合使用傳感器、智能燈具和智能控制系統(tǒng)，智能建筑將提供傳統(tǒng)照明無(wú)法達(dá)到的舒適度和效率水平。 那些管理智能建筑系統(tǒng)的人也將在施工期間以及建筑物完全占用和運(yùn)營(yíng)后享受更低的成本。