LED照明革新了照明行业,创造了全新的市场条件。蓝牙低功耗(BLE)是针对智能照明优化了的协议。由于其将低功耗通信与智能手机的广泛支持独特地结合起来,从而为替代ZigBee和WiFi等其它通信协议提供了有趣的方案,还可与其它技术相结合,使智能照明更智能。

从照明控制到物联网

从现有照明方案向LED照明的过渡发生在三个明显不同的阶段,每个阶段都有其独有特征。

第一阶段的特征在于,用基于LED的方案替代白炽灯泡,或荧光灯管等传统光源。其主要目标是通过降低功耗和延长LED光源相对传统光源的使用寿命,降低运营成本。

基于LED照明的功耗降低了约75%,使用寿命比传统白炽灯长25倍。美国能源部估计,若全部过渡到LED照明,仅在美国就可节省约348 TWh的电力。这相当于44个电厂(每个1000兆瓦)的年发电量,按眼下的电价算,相当于节省了300多亿美元成本。

这一过渡的第二阶段的重点是,LED照明与传感器和控制的结合,以进一步优化能源效率和用户便利性。它使用三种主要控制机制:

•感应传感器(Occupancy sensor)可以在不需要时自动关灯。这对可能不会一直使用的个别区域,比如大型办公空间等尤其有利。

•环境光级传感器可根据可用的环境光量(所谓的日光照明)调节室内照明的亮度。这对带大型玻璃幕墙这类拥有大量环境光的建筑物尤其有利。

•定义可调光灯(所谓的任务调制)的最大亮度设置以避免出现过度照明的区域,并优化各个区域的光照水平。

为了满足这些用例,基于标准化无线技术的LED控制是最有效的选择,因为它可实现最短中断的快速安装和轻松升级。由于射频技术的进步和标准的出现,无线应用在过去十年中的普及程度在稳步提高,从而支持了不同设备之间的无缝通信。

第三阶段的特点是照明系统成为IoT应用的数据骨干。在此,照明系统继续提供传统的照明功能;但同时,它生成各种各样的传感器数据并将其发送到云。

Mesh17080301 图1:从照明控制到IoT(来源:Casambi)。

以带感应传感器的照明系统为例,基本功能仍在于控制灯光。此外,还可以使用感应传感器数据来确定办公室的空间利用率。此外,在光源之间搭建的无线网络可用于传送与照明控制不直接相关的传感器数据,如温度、湿度或空气质量传感器的数据。

分析这些数据可产生很多新的用途,比如可用于使你的智能照明响应环境光线、湿度或二氧化碳浓度等因素的变化。你还可以使用该数据来统计人数、记录事件、在适当的时间提供营销信息或帮助管理人群。

无线协议和Mesh网络(Mesh Network)

能量收集无线或所谓的EnOcean标准是最成熟的技术之一。它由EnOcean Alliance(EnOcean联盟)定义,该联盟是国际建筑自动化行业从业公司的一个联合体。1GHz以下射频频段的无线通信,由于频段内没有WiFi或蓝牙设备,所以集高范围、低射频干扰双重优点于一身。

蓝牙低功耗(BLE或蓝牙智能)是为物联网打造的最新创新。它的第一个大卖点是:几乎可在近年出售的每部智能手机和平板电脑内发现它,而且BLE是唯一可如此自我标榜的低功耗射频技术。因此,你可以使用大多数现有设备直接设置和控制BLE智能照明系统。这使得由BLE控制的系统的部署和运行简单且具成本效益。

Casambi就是利用该技术的一家公司。 Casambi的无线照明控制软件平台使智能设备用户能够轻松地与其周围的现代照明进行交互。获奖的Casambi方案提供从基本的个人照明灯具控制,到工业规模、基于云的远程控制、监控和数据记录的解决方案等多种功能。Casambi的技术可以轻松地以低成本集成到照明灯具、驱动器和模块中。

新应用

基于蓝牙的照明不仅支持通过智能手机的直接控制和配置,还可以实现新的照明功能,如接近感应(也称为信标技术)。在此,蓝牙网络基于各节点中的接收信号强度来检测各蓝牙节点的位置。

Mesh17080302 图2:基于蓝牙的照明控制((来源:Casambi)。

基于蓝牙的网络很适用于接近感测,因为各个节点的射频范围非常有限(这点与EnOcean射频协议等其它协议不同)。因此,基于密集铺设的接收器基础设施,可以非常准确地确定一台发射器的位置。

Mesh17080303 图3:接近感测(来源:EnOcean GmbH)。

位置信息可用于实现接近敏感的智能照明:例如,有人进入房间时,自动激活预设场景;或者在人们通过建筑物时,根据其位置开关灯光。 它还可工作在其它方式:想象一下在商店或博物馆的展示照明,带内置信标那种。有人走近时,信标可以触发访客智能手机上的博物馆/零售商的应用程序,以显示有关展品信息。

能量收集

对于任何无线设备,电源都成为重要议题。在维护和停机成为关键成本要素的大型商业建筑中,使用一次或二次电池的传统方法并不可取。 要了解这个挑战,需要考虑对有超过10,000个独立传感器或开关节点的大型办公楼宇来说,非常不希望发生需要维护(电池更换)的情况。能量收集传感器和开关多年来已充分证明,自己是这个问题的理想解决方案。

能源收集无线技术开发商EnOcean自2003年以来一直在部署这样的设备。在2016年10月,引入了第一个用于蓝牙低功耗系统的能量收集开关模块PTM 215B。最近,EnOcean向全球推出了用于蓝牙照明系统的无线和自供电Easyfit墙壁开关。

Mesh17080304 图4:用于蓝牙照明系统的自供电Easyfit开关(来源:EnOcean GmbH)

结合来自Casambi的自供电蓝牙照明系统,Easyfit墙壁开关为照明安装者提供免维护、易于定位和即用型解决方案的优势,实现了灵活控制以及直观使用。

这些自供电开关使用按钮的动能来产生用于控制和调光的无线信号。此外,可以添加自供电传感器来解决在所需的传感器位置没有线路电源的情况。

结论

基于蓝牙Mesh网络的新型照明方案可为物联网应用提供新的基础设施。它们实现了不同传感器数据的集成和可视化,从而提供了对建筑参数深入得多的了解。这些方案可以通过手机和平板电脑进行轻松控制和配置,使其使用变得很直观。此外,使用能量收集开关和传感器的可能性可辅以免维护操作与免费定位和易于升级等多种便利。借此,照明将迎来又一次技术飞跃。

本文来自《电子工程专辑》2017年8月刊,版权所有,谢绝转载