介绍一款基于PoE的互联照明设计

鸣涧

介绍一款基于PoE的互联照明设计

智能住宅、办公室和工厂的设计人员正在不断寻求新的方法来提高用于提供和管理建筑设施的系统能效。在过去，数据和电力网络是分开安装的，目的是为了各自执行明显不同的功能，但这需要在建筑结构内安装两种完全不同的电缆类型。现在，以太网供电(PoE)的发展提供了一种方法，让一些设备(如摄像头、电话、无线路由器)从其数据电缆中获取电力，以减少对交流电力电缆的需求。照明作为PoE的一个潜在应用领域，正获得越来越多的关注。

在这篇文章中，我们探究互联照明系统在智能建筑系统的部署和管理中可以发挥的作用，并考虑照明和建筑自动化之间的潜在关系。我们还介绍设计的标准方法，并阐释了如何实现互联照明系统的新应用，和大大简化设计。

图1：智能照明在建筑自动化中起着关键作用

互联照明和建筑自动化

在建筑物内，无论是住宅、办公楼还是工厂，照明都无处不在。近来，低能效的白炽灯和卤素灯已基本被低功耗、更高效的LED 取代。但照明的供电方式并没有明显的改变，电源线仍被铺设到要安装灯具的地方。

由于LED需要直流电，灯具必须含一个AC-DC变压器，可能还有一个DC-DC 转换器，为 LED 提供所需的电压水平，并最终控制电流。这种方法虽然提供了一个有效的照明方案，但灯具只负责单一的功能——照明，完全忽略了它们承载着智能建筑一系列其他功能。

第一步，利用灯具的普遍性，提供数字联接。将单个灯具数字化，然后将它们互联成一个统一的系统，作为在整个建筑内托管物联网(IoT)应用的骨干。在一个互联照明系统中，每个灯具都有个独一无二的IP地址，可以通过建筑物的数据网络进行双向数据通信。互联照明显然是在房屋、办公室和工厂中传输IoT数据的备选方案，因为电力和数据通信网络已经到位。这种方法将介许联网的灯具承载无数应用的其他传感器功能。

互联照明系统整合不司类型的智能传感器(温度、湿度、接近度、空气质量等)。可用来同时捕获建筑物内各房间的人员占用情况和其他环境指标的数据，这些数据将作为智能建筑自动化系统的可操作输入。这些信息可用干协助空间优化、提高运营效率。并有助于最大化建筑环境对住户的舒适度。该系统所收集的关于住户行为的信息也可用于能源管理。

实施互联照明系统

为灯具提供数字联接的一种方法是集成一个Wi-FiTM无线电。然而，由于无线射频(RF)信号受到不同程度的衰减，这取决干它们的位置和它们与最近的接入点之间的建筑材料类型，这可能对数据通信的速度和可靠性产生不利影响。

一个更好的方法是为每个灯具提供一个以太网接口，但这需要将Cat5/6双绞线布线到每个灯具的位置，从而导致布线量增加一倍(假设已计划了主线布线)，并增加相关的成本和安装工作量。

理想的情况是，互联照明方案应该只需要一根电缆，既能传输电力(用于LED摄像头和智能传感器)，又能将相同设备的数据双向传输到远程控制器。这将有一个很大的好处，那就是不需要为每个灯具铺设单独的电源线。PoE能传输直流电压为设备供电，和以实施的以太网标准的速度传输数据，非常适用于此用途。

全整合的方案

目前，PoE联接的灯具使用一个单独的LED光源驱动IC和一个PoE接口IC，通过以太网提供电源。安森美(onsemi)的NCL31010将这两个器件集成到单个封装中，可作为完全联接和管理的照明系统的基础。

图2：安森美的NCL31010 Po接口LED驱动器

该器件符合PoE标准(能够提供超过90瓦的系统功率)，并通过了IEEE802.3bt/at/af标准认证。其降压LED驱动器的能效为97%，支持高带宽高线性模拟和PWM 调光(低至零电流)，采用扩频技术，有助于降低传导和辐射EMI。两个辅助DC-DC转换器也可用于为微控制器和额外的外围器件如传感器供电。该器件还包括高精度计量和诊断功能，以测量输入和输出电流和电压、LED或系统温度、DC-DC电压和电流。

该器件的一个应用是低数据速率的可见光通信(VLC)。在这种应用中，数字数据被调制到灯具发出的LED光上，使其能够被用作室内定位系统的定位信标(例如YellowDotTM)，而VLC中的调制数据是人眼察觉不到的。

面向未来的照明

基于PoE的互联照明为所有类型的未来智能建筑提供最灵活和高效的照明方案，LED 灯具通过数据网络控制，并通过数据电缆供电。智能建筑把传感器、智能灯具和智能控制系统组合起来，将提供传统照明方案不能达到的舒适度和能效水平。从事智能建筑系统管理的建筑开发公司和运营商也将从中受益，因为在施工阶段和建筑完全入住运行后，成本大幅降低。