智能照明設計關鍵元素及解決方案匯總    來源:lzzrhvn.cn

智能照明是指利用計算機、無線通訊數(shù)據(jù)傳輸、擴頻電力載波通訊技術、計算機智能化信息處理及節(jié)能型電器控制等技術組成的分布式無線遙測、遙控、遙訊控制系統(tǒng)，來實現(xiàn)對照明設備的智能化控制。

　　智能照明系統(tǒng)工作原理

　　智能家居的照明控制系統(tǒng)，其實就是根據(jù)某一區(qū)域的功能、每天不同的時間、室外光亮度或該區(qū)域的用途來自控制照明，是整個智能家居的基礎部分。

　　智能照明系統(tǒng)最為人稱道的是，它可進行預設，即具有將照明亮度轉變?yōu)橐幌盗性O置的功能。這些設置也稱為場景，可由調(diào)光器系統(tǒng)或中央建筑控制系統(tǒng)自動調(diào)用。在家庭內(nèi)使用時，可以采用集成中央控制器的形式，并可能帶有一個觸屏界面。

　　總體而言，智能照明系統(tǒng)作為整個智能家居的核心部分，特別適合于大面積住房，它將使生活方便，舒適。照明控制系統(tǒng)分為獨立式、特定于房間式或大型的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，在聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，調(diào)光設備安裝在電氣柜中，由諸如傳感器和控制面板組成的外部設備網(wǎng)絡來操作。聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)勢是可從許多點來控制不同的房間中區(qū)域。在家庭中，可以在靠近主進口的墻上安裝一個控制面板，以此作為多外房間的主控制點。

　　智能照明系統(tǒng)設備要求

　　針對大戶型的裝修風格和智能控制的需求，結合物聯(lián)智能家居控制系統(tǒng)的控制方式的方便、靈活、易于修改、易于操作、易于維護等特點，實現(xiàn)智能照明控制的系統(tǒng)解決方案；

　　1.系統(tǒng)采用數(shù)字總線設計，采用2芯雙絞線，所有設備通過2芯雙絞線以星形或串形結構連接，連接不分極性，布線簡單、方便，極大的節(jié)省了安裝時間，減少了安裝錯誤，降低了施工費用和后期維護費用；采用27VDC低電壓供電方式，安全可靠，無電磁輻射；

　　2.信號傳輸速率很高，抗干擾能力強，可靠性高，距離可達5千米，經(jīng)過擴展后傳輸距離更遠，2芯雙絞線可同時傳輸電源信號、控制信號、音頻信號和視頻信號，并可實現(xiàn)多通道傳輸，互不干擾；

　　3.所有控制器可隨時更換位置，改變功能，改變控制負載對象，而無需更改線纜，并可自動修正設定，運行到最佳狀態(tài)，節(jié)約能源，提高效率；

　　4.所有執(zhí)行器均采用模塊化設計，采用標準35mm導軌安裝方式，安裝體積小，可安裝在照明箱中，無需定制特殊箱體，尤其適合于別墅安裝空間小的環(huán)境；

　　5.系統(tǒng)穩(wěn)定性、兼容性和擴展性強，所有設備均采用相同協(xié)議傳輸信號，任何一個設備均可獨立工作運行，出現(xiàn)故障時不影響其他設備，含有豐富的外界通信接口如：RS232、USB、IP接口等；系統(tǒng)可隨時通過USB、COM接口和IP接口進行升級，不影響系統(tǒng)的運行。

　　6.在控制上，可采用多種控制方式，進行各種調(diào)光燈和非調(diào)光燈的控制，負載功率強大?？牲c對點控制、場景控制、遙控、感應控制、觸摸屏控制中心、遠程網(wǎng)絡、電話、PDA等多種控制方式，具有區(qū)控、組控、總控、定時、延時、條件判斷等多種功能；

　　LED照明系統(tǒng)的智能化程度是一個值得關注的問題。LED照明能夠降低能耗和維護成本，而智能化LED照明設計可以從兩個方面進一步改善系統(tǒng)性能：從每 瓦特中獲得更好的性能，降低長期運行成本。電能測量、環(huán)境光檢測和通信是智能LED照明設計的基礎：電能測量提供系統(tǒng)的健康運轉及能耗信息；環(huán)境光檢測可 以減少LED的實際照明時間，節(jié)約電能并延長二極管壽命；通信功能則將每個光源連接在一起，以進行維護識別、系統(tǒng)級協(xié)調(diào)。本文將探討各部分電路對總體系統(tǒng) 的影響。

　　LED智能化的關鍵元素

　 　環(huán)境光檢測、通信和電能測量是智能化照明系統(tǒng)的關鍵元素。通過環(huán)境光檢測，可以在其它光源已提供充足照明時調(diào)暗照明燈；此外，通過檢測環(huán)境光的顏色，能夠調(diào)節(jié)高級RGB LED照明系統(tǒng)的顏色。通信功能則允許遠程控制并將小型、大型照明裝置連接成中央網(wǎng)絡。電能測量準確計算消耗的功率，為預測性維護提供系統(tǒng)洞察力。所有這 些特性——環(huán)境光檢測、通信、電能測量——將進一步節(jié)省能源，降低運營成本。本文探討為LED照明系統(tǒng)增加環(huán)境光檢測、通信（包括無線和電力線）以及電能 測量功能的關鍵設計考慮。提供了參考設計示例。

　　環(huán)境光傳感器（ALS）檢測傳感器附近的光量。這些簡單器件成為LED照明系統(tǒng)的“眼 睛”，也是節(jié)約能耗的關鍵。當房間已經(jīng)有充足的光源時，照明完全沒必要，可將照明燈調(diào)暗或完全關閉，降低功耗、延長照明燈壽命。ALS的關鍵特性包括功 耗、流明監(jiān)測范圍，以及IR和UV濾光。這些傳感器必須安靜地呆在系統(tǒng)中，不能消耗過大電能，從而破壞節(jié)約系統(tǒng)能耗的初衷。好的ALS耗流達到1μA以 下。流明檢測范圍必須達到室外環(huán)境的典型流明范圍。0.1lx至100，000lx一般可滿足大多數(shù)應用要求?？紤]到系統(tǒng)可靠性，可能有必要采用略大的范 圍。IR和UV濾光可消除實際系統(tǒng)中不可見光的光譜。

　　光檢測

　　圖1所示光源中的 ALS設計。傳感器必須避開照明燈本身的光線，避免對環(huán)境光測量的影響。該設計中，ALS位于獨立的電路板上，處于照明燈支架的陰影下。這種簡單的設計使 ALS能夠在檢測到環(huán)境光超過預設值時關閉照明燈。RGB傳感器甚至能夠為照明應用增加更多“功能”。類似于圖中所示帶有RGB LED和ALS的LED照明系統(tǒng)，能夠動態(tài)調(diào)節(jié)其顏色輸出，以滿足特殊的應用需求，例如舞臺情景照明或百貨公司的展示效果。

　　圖1：ALS安裝在獨立的PCB，處于照明燈支架的陰影下，防止傳感器讀取照明燈本身的光強。

　　通信

　 　下面，我們討論LED的智能通信。耳朵和喉嚨是接下來實現(xiàn)LED照明智能化的最重要功能。通過將照明燈簡單組網(wǎng)，即可通過網(wǎng)絡控制燈的開、關，或者調(diào) 光，這種操作將降低能耗。通信也為斷電、維護和應急提供快速反饋，該信息將節(jié)省總體系統(tǒng)維護成本。無線和有線通信能夠在不同環(huán)境下很好地工作，取決于網(wǎng)絡 規(guī)模和拓撲。無線比較適合于小型室內(nèi)以及大型室外應用，后者需要具有連續(xù)視線、可用的頻帶以及裕量足夠的傳輸功率。電力線通信（PLC）利用現(xiàn)有電力線實 現(xiàn)通信。PLC非常適合于大型市政類照明裝置、隧道、室內(nèi)停車場等由于物理位置或建筑墻壁的原因而無法使用自然光的環(huán)境。所有通信引用中，可靠性是關鍵所 在。如果通信發(fā)生故障，系統(tǒng)就毫無益處。

　　無線應用中，信號傳輸方式可能是Wi-Fi、ZigBee或其它往往屬于，但不僅限于工業(yè)、科 學和醫(yī)療（ISM）射頻的標準協(xié)議。限制功耗提供了網(wǎng)絡靈活性，如果端點使用電池時則至關重要。圖2所示是一種獨特的應用，其中照明燈開關上配備有能量收 集射頻（RF）收發(fā)器。系統(tǒng)收集用于撥動開關的能量，產(chǎn)生可使用的直流電壓，支持照明燈具的無線電通信（<1GHz RF）。只要信號能夠覆蓋光源，該開關可置于房間內(nèi)的任何地方。無需連接照明開關，室內(nèi)設計更靈活，照明控制更可靠。

　　圖2：樓宇自動化應用，其中的照明開關具有一個無需接線的能量收集射頻收發(fā)器，用以控制LED照明。

　　PLC照明控制方法利用現(xiàn)有的供電線路，不失為高性價選擇。由于通過維護很好的現(xiàn)有供電線路實現(xiàn)通信，PLC避免了許多麻煩，例如共用通信頻率、惡劣天氣時的性能以及網(wǎng)絡維護。范圍、速度和可靠性是設計PLC的關鍵。

　 　電力線的噪聲極大，影響系統(tǒng)通信的可靠性。G3-PLC通信是一種基于OFDM的新型PLC標準，可實現(xiàn)電力線的可靠通信。該標準支持高達 300kbps的速度、網(wǎng)狀組網(wǎng)以及高噪聲環(huán)境下的可靠模式非常適合LED控制網(wǎng)絡。基于OFDM、PLC控制的照明網(wǎng)絡類似于現(xiàn)有的G3-PLC。

　　圖3所示為Nyx Hemera Technologies公司用于隧道照明的PLC裝置4，該系統(tǒng)已經(jīng)節(jié)約了25%的電能，維護成本降低30%。該大型設施系統(tǒng)支持最多1022盞照明燈，通信距離長達3km。

　　圖3：采用PLC的市政路燈網(wǎng)絡示例。

　　電能測量

　 　智能LED燈還需要具備電量計算能力。從智能電表到電壓控制器再到電動汽車充電器，每個智能電網(wǎng)裝置都具有電能測量功能，實時為電力公司和用戶提供準確 的用電信息。發(fā)回耗電量的大多數(shù)照明裝置提供關于建筑及市政照明環(huán)境的詳細信息，可確保電力公司的收費與耗電嚴格一致。通過調(diào)光或在不使用時關閉照明燈， 及時、準確地響應用戶需求。此外，特定照明燈的耗電波動說明需要進行系統(tǒng)維修、維護或更換。毫無疑問，許多照明燈處于難以觸及的區(qū)域，優(yōu)化維護可節(jié)省費 用。為生成智能電網(wǎng)中的有用數(shù)據(jù)，電能測量設計必須在較寬的電流范圍保持高精度測量。不僅如此，限制或消除校準時間也會降低總體系統(tǒng)成本。圖4所示為一種 靈活的LED照明參考設計，具有電能測量功能。5電能測量芯片也提供系統(tǒng)調(diào)光和DALI接口。

　　目前許多城市安裝了非智能LED照明燈， 這為改善LED照明設施性能的集成模塊提供了巨大的商機。為實現(xiàn)可升級，這些系統(tǒng)需要連接到智能照明系統(tǒng)。如果LED的成本和容量一定，簡單更換相對較新 和效率較高的LED，性價比較低。簡單接口，例如DALI，允許將來增加ALS、通信和電能測量功能。

　　圖4：完整的智能LED照明參考設計，具有電能測量、環(huán)境光檢測和通信功能。

　　總結

　 　增加“智 能” 照明的關鍵元素——ALS、通信和電能測量——將使LED更加強大，更具吸引力。智能化LED提供的測量數(shù)據(jù)能夠進一步降低照明系統(tǒng)的能耗，降低運營和維 護成本。增加智能化設計，LED將充分發(fā)揮潛力，在已經(jīng)如火如荼的競賽中擊敗傳統(tǒng)照明。下面是幾種典型的智能照明解決方案，帶你一探智能照明“智”在何處。

NXP智能照明解決方案集合

　　1.恩智浦GreenChip智能照明解決方案

　　恩智浦GreenChip智能照明解決方案外形緊湊、成本低廉，具有無線IP連接、節(jié)能照明和低待機功耗（目前為150mW，計劃降低至50mW）等特性，開啟了全新的照明控制和能耗管理方法。

　　Lamp driver：CFL、SSL、HF-TL、HID

　　Wireless microcontroller：JN5148 Wireless microcontroller JenNet-IP or ZigBee network stack

　　Smart supply：TEA1721AT、TEA1721BT、TEA1721DT、TEA1721FT

　　主要特性和優(yōu)勢

　　1.靈活、易于擴展且經(jīng)濟實惠的軟件解決方案

　　2.高度安全的IP智能照明系統(tǒng)采用JenNet-IP軟件堆棧，具有安全的調(diào)試/通信功能

　　3.支持高達500個節(jié)點，具有強大的網(wǎng)絡自我修復與重新調(diào)整能力

　　4.滿足未來開發(fā)的“通過網(wǎng)絡下載”能力

　　5.支持以遠程方式簡單、安全地調(diào)試網(wǎng)關與獨立網(wǎng)絡的操作

　　6.關燈后的（超）低待機功耗

　　7.多種控制選項

　　8.此外，還支持基于ZigBee的照明標準

　　9.開/關燈后一流的能效

　　10.低BOM成本（IC、外部元器件、PCB）

　　11.照明驅動器、AC/DC轉換器、高性能IEEE 802.15.4單芯片收發(fā)器和MCU等全系列恩智浦產(chǎn)品確保解決方案的靈活性

　　12.深度調(diào)光能力與可選三端雙向可控硅調(diào)光器兼容

　　13.多種控制選項：

　　(1)電池壽命大于10年的電池供電開關和RF遠程控制、電容觸摸式遠程控制

　　(2)遠程控制的雙啟動選項（例如同時運行RF4CE和JenNet/ZigBee協(xié)議）

　　(3)通過網(wǎng)關連網(wǎng)的PC、平板電腦、智能手機等

　　(4)免電池電能采集開關（規(guī)劃中）

　　14.iCFL以及隔離與非隔離iSSL的參考設計范圍

　　15.支持的軟件堆棧和容量（不包括應用）

　　(1)JenNet-IP和應用特定選項（約120 kB）

　　(2)JenNet標準（約50 kB）

　　(3)ZigBee家庭自動化（約120 kB）

　　(4)ZigBee LightLink（約128 kB）

　　(5)ZigBee Green Power（約10 kB）

　　2.恩智浦智能照明的遠程控制

　　由電池供電的遙控無線通信為家庭環(huán)境中控制燈具提供了一種簡便而靈活的方法。

　　主要特性和優(yōu)勢

　　1.JN5148單芯片無線微控制器采用完整遙控方案

　　2.電容式觸摸屏算法可實現(xiàn)最低成本解決方案

　　3.100 nA超低待機功耗延長了電池的使用壽命

　　4.支持JenNet-IP?或ZigBee? Home Automation / Light Link

　　3.恩智浦針對智能照明應用的無線控制系統(tǒng)

　　針對智能照明應用的無線控制系統(tǒng)。所有燈都連接無線網(wǎng)絡，可通過遠程控制裝置、壁式開關或連網(wǎng)設備進行控制。

　　主要特性和優(yōu)勢

　　1.所有節(jié)點都采用IPv6連接

　　2.將多達250盞燈互連，以提供整幢樓宇的照明控制

　　3.超低功耗無線設備，待機功耗低于150mW

　　4.CFL與SSL燈的完全參考設計

　　無線控制：

　　JenNet-IP網(wǎng)絡可將所有燈和開關互連，提供室內(nèi)所有設備靈活的無線控制。每一終端節(jié)點都有一個IPv6地址，既可單獨受控，也可作為群組的一部分受控。這樣就能創(chuàng)建多種照明“場景”，例如閱讀或觀看電視時的場景。

　　由于每盞燈均連入互聯(lián)網(wǎng)，因此可輕松通過智能手機或平板電腦等連網(wǎng)設備對其進行控制。開關或遠程控制裝置等其他控制設備可用來提供日常生活的便利。有了完全靈活的控制，則確保只有真正需要使用的燈達到最高亮度便可實現(xiàn)節(jié)能。

　　4.NXP智能照明整體解決方案

　 　2014年6月18日，致力于亞太地區(qū)市場的領先電子元器件分銷商---大聯(lián)大控股宣布，其旗下品佳結合NXP的Jennic無線產(chǎn) 品，Cortex M系列32位MCU及GreenChip照明驅動IC，推出其智能照明解決方案，該方案使每一顆燈都有其獨立的IP地址，并可以通過智能手機，移動互聯(lián)終 端，智能家居控制面板，電腦等產(chǎn)品來對燈光進行開關，調(diào)光，變色等功能的控制。

　　圖示-節(jié)點框圖：

　　圖示-NXP Smart Lighting Solutions Platform， One platform for CFL， SSL & HF-TL

　 　大聯(lián)大品佳集團代理的JN5148是NXP Jennic最新推出的第三代超低功耗、低成本的無線微控制器，目標方向為IEEE802.15.4與ZigBee PRO的應用。JN5148芯片集成了一個32-bitRISC處理器，4-32Mhz主頻根據(jù)應用軟件可以調(diào)整，它包含完全兼容2.4GHz IEEE802.15.4標準的收發(fā)器、128KB ROM、128KB RAM以及UART、SPI、IIC、DIO、ADC、DAC等豐富數(shù)字與模擬量外設接口。高達128KB的RAM，允許客戶運行Zigbee PRO協(xié)議棧以及客戶的應用程序。低至18mA的工作電流，一個紐扣電池完全能夠滿足應用需求。?此外，JN5148在第二代的JN5139基礎上也增加 了很多的其它特性。

　　收發(fā)器特性：

　　2.4GHz IEEE802.15.4兼容

　　500與667kbps數(shù)據(jù)傳輸模式

　　深度休眠：0.1uA

　　帶定時器休眠：1.1uA

　　RX電流：18mA

　　TX電流：15mA

　　接收器靈敏度：-95dBm

　　發(fā)射功率：2.5dBm

　　飛行時間測量機制

　　MAC加速、CRCs、地址校驗、自動應答、定時器

　　供電：2.0-3.6V DC

　　圖示-JN516x評估套件

　 　JN516x評估套件專為使用恩智浦JN5161、JN5164或JN5168無線微控制器而設計，其提供系統(tǒng)開發(fā)所需的所有構件，包括一系列無線載 板、插入式擴展板、USB連接器、一個遙控器、一個經(jīng)過專門編程、運行增強型OpenWRT固件的互聯(lián)網(wǎng)路由器以及完整的軟件設計套件。該全面的開發(fā)套件 可以輕松使用ZigBee、JenNet-IP或RF4CE設計物聯(lián)網(wǎng)解決方案。

基于英飛凌MCU的智能照明解決方案

　　基于英飛凌XMC1200 MCU的智能照明解決方案，MCU可助力實現(xiàn)LED照明智能化。LED照明系統(tǒng)商可依托內(nèi)建BCCU功能的MCU，大幅縮短開發(fā)出智能高功率LED燈泡的 上市時間，并協(xié)助終端使用者達成輕松且精準調(diào)光的目的，同時避免閃爍的問題。英飛凌XMC1200作為上述特性的單芯片解決方案，可以節(jié)省大量的CPU開 銷，大幅降低軟件開發(fā)的時間，有效的減少人為導致的軟件錯誤風險。同時XMC1200系列MCU具有高性能、大容量、高可靠性的特點，可以將智能照明廣泛 的應用于生活、工業(yè)的各個方面。

　　達成燈泡控制調(diào)變，LED開關切換速度成關鍵。調(diào)變指的是能夠快速開關LED，若切換速度夠 快，人眼便無法辨識，看到的亮度將取決于LED開啟的平均時間。最常見的調(diào)變方式為脈沖寬度調(diào)變（PWM）和脈沖密度調(diào)變（PDM）（圖2）。其 中，PDM能在對等的系統(tǒng)頻率下達到更高的分辨率，電磁干擾（EMI）特性更佳，且因為本身切換速率高，因此不容易發(fā)生閃爍。

　　圖1-大約25%亮度下的PWM和PDM調(diào)變

　　戶外型LED燈泡的控制裝置內(nèi)包含電源供應器和驅動器。其中，標準電源供應器的重要器件包括橋接整流器、功率因子校正器（PFC）及半橋諧振（LLC）諧振轉換器的降壓轉換器（圖1）。

　　圖2-四信道LED照明引擎范例

　 　LED電流透過線性或切換式LED驅動器，固定為仔細選定的值，選定的LED電流則取決于系統(tǒng)器件和所需的最高亮度，如350毫安培（mA）或700毫 安培。一般街燈的LED都以相同的電流驅動，建筑照明經(jīng)常使用的多色燈泡，則可能使用完全不同的LED通道電流。調(diào)光時，通常是透過通訊，如數(shù)字可尋址照 明接口（DALI）或傳感器輸入（如環(huán)境光源）觸發(fā)；燈泡的亮度和/或顏色則是透過調(diào)變驅動器的輸入（Enable Input）加以控制。

　 　產(chǎn)業(yè)界所開發(fā)適用于LED照明的微控制器（MCU）包含亮度及色彩控制單元（BCCU），能在最多九個信道上產(chǎn)生PDM訊號。高功率調(diào)光燈泡的特殊挑戰(zhàn) 在于LED驅動器需要最短的停留時間，LED驅動器Enable Input的調(diào)變訊號必須在最短的時間間隔內(nèi)保持恒定。從經(jīng)驗法則得知，功率越高需要的最短停留時間就越長，只有這樣才能保持穩(wěn)定且準確的LED電流。但 在高分辨率和高比特率下，尤其是在低亮度的情況下，調(diào)變訊號卻可能違反此要求。

　　目前產(chǎn)業(yè)界開發(fā)適用于LED照明的MCU可適時稍微重新排列調(diào)變訊號內(nèi)的脈沖，自動解決此問題。脈沖會在分組電路內(nèi)重新分組（圖3），產(chǎn)生新的脈沖，擁有所需的最短寬度并兼顧分辨率，同時又能保持不閃爍。

　　圖3-未分組PDM與已分組PDM范例比較

　　另一項需求則是將電源供應器的負載變動降到最低（使負載變流暢），尤其LLC諧振轉換器對于高負載變動極為敏感。BCCU內(nèi)的分組電路能夠在不同的相對信道調(diào)變訊號間加入相移，確保訊號在不同的時間點變更狀態(tài)。

　　圖4-系統(tǒng)架構圖

　　方案特色

　　隔離的DALI調(diào)光界面

　　溫度檢測

　　周圍環(huán)境的亮度檢測

　　433MHz射頻控制方式

無線智能LED照明系統(tǒng)

　 　本文設計采用了TI 的CC430 無線通信平臺，該平臺融合了基于16Bit 的超低功耗MSP430 內(nèi)核 以及業(yè)界領先的不足1GHz 的CC1101 RF 收發(fā)器之上。完美的結合實現(xiàn)了獨特的低功耗/高性能組合與前所未有的高集成度，帶來更為先進的高選擇性與高阻塞性能，確保即使在噪聲環(huán)境下也能實現(xiàn)可靠通 信。能夠充分利用其高達25MHz 的峰值執(zhí)行性能，且功耗僅為160uA/MHz。針對基于CC430 的設備，TI 提供了種類豐富的MSP430 MCU 外設集，如12-Bit 的ADC、LCD驅動以及比較器等高性能數(shù)字與模擬外設。此外，還具有AES-128 硬件安全模塊確保通信的安全性。

　　無線LED 照明系統(tǒng)的整體框圖如圖1 所示。其中控制端部分設計為采用雙節(jié)AA 電池供電的

　 　手持式遙控模塊，其基于CC430F6137，帶有段式LCD 驅動，豐富的I/O 口資源，以及能夠構建觸摸功能的比較器;而接收端則基于CC430F5137，其帶有12-Bit 的 ADC 以及多通道的PWM 模塊。通過在控制端CC430F6137 的比較器B 上構建觸摸滑條與按鍵功能，對滑條的觸摸位置進行檢測并轉換為PWM的占空比，通過雙邊的RF 模塊發(fā)送/接收相應的調(diào)制參數(shù)，再由接收端CC430F5137 產(chǎn)生調(diào)節(jié)LED 燈亮度的PWM信號，對驅動模塊UCC28810 進行調(diào)制，如圖2所示。

　　3. 硬件電路設計

　　3.1 RF 模塊硬件電路設計

　 　CC430 的射頻模塊使用的是業(yè)界領先的不足1GHz 的CC1101 RF 收發(fā)器，該部分是基于RF頻率的直接合成，其射頻合成器包括一個完整芯片的LC-VCO 和一個對接模式的混頻器進行頻率合成。該射頻的接收單元將RF 信號通過低噪聲放大器（LNA）進行前置放大，再對其中頻信號進行濾波、數(shù)據(jù)解調(diào)以及同步包等工作。CC430 支持的頻率范圍為：300MHz~348MHz;389MHz~464MHz;779MHz~928MHz;在本設計中使用的是433MHz 的載波頻率，鑒于應用場合其要求的傳輸速率較低，因此選用的是3.2Kbps;并通過PATABLE 對輸出功率進行調(diào)整，滿足不同的距離需求。

　 　RF 模塊的硬件電路在整個系統(tǒng)設計中尤為重要，如圖3 所示。圖中的C5， C9， L3 以及L8形成一個平衡轉換器，用以將CC430 上的差分端口RF_N/RF_P 平衡電路轉換成單端不平衡的RF 信號，方便將振子流過電纜屏蔽層外的高頻電流截斷。圖中的L5，C10 和L4 構成了帶通濾波器;L2，L6 和C8 構成低通濾波器。在本設計中RF 的天線采用的是鞭狀天線或者陶瓷天線。

　　3.2 觸摸滑條的硬件電路構建

　 　在本設計中，控制端部分為手持式遙控模塊。其設計的人機交互界面主要是LCD 顯示以及觸摸按鍵。其中將觸摸滑條的功能用于調(diào)節(jié)LED 的亮度，是系統(tǒng)中較為形象與新穎的設計之一。其充分利用了MSP430 的自身資源特性，在CC430F6137 集成的比較器COM_B 以及PCBLayout 的傳感電容上，構建了基于弛張振蕩方式（RO）的觸摸按鍵功能，由于在COMP_B 中自帶有REF 參考電壓配置網(wǎng)絡，因此無需像COMP_A 那樣使用外部硬件方式實現(xiàn)參考電壓網(wǎng)絡。其原理如圖4 所示，主要通過TimerA 測量RC 振蕩電路在固定時間內(nèi)的振蕩次數(shù)，當人手觸摸在傳感電容上，會改變其自身電容值，使得對應的振蕩次數(shù)發(fā)生明顯變化，以此來判斷觸摸/非觸摸的狀態(tài)。構建一 個4/5 級觸摸滑條與2 個觸摸按鍵。

　　3.3 傳感器硬件電路設計

　 　光敏傳感器的使用使得LED 照明系統(tǒng)能夠實現(xiàn)亮度自調(diào)節(jié)功能，硬件電路如圖5 所示。光敏傳感器使用的是光敏電阻，因其有著良好的光電特性以及價格優(yōu)勢，非常適合于光強檢測場合的使用。系統(tǒng)中主要通過對Vo 電壓的檢測，反映光強的變化，進而對PWM進行相應的調(diào)制。

　　4. 系統(tǒng)軟件設計

　　 RF 模塊實現(xiàn)

　　在整個系統(tǒng)中，RF 模塊是通信傳輸?shù)臉蛄?，雙邊都須進行協(xié)議相同的RF 軟件模塊設計。其發(fā)送模式和接收模式的數(shù)據(jù)包主要通過FIFO 來進行處理， 一幀的格式如圖6 所示：

　 　在發(fā)送時，在TX FIFO 中的數(shù)據(jù)段包括數(shù)據(jù)長度，主機地址，從機地址，控制模式，控制PWM參數(shù)，數(shù)據(jù)段CRC 校驗。其中，主機地址標識了控制端的地址;從機地址包括兩種地址：廣播地址與獨立地址，主要是用于集中控制與多點操作?？刂颇Ｊ教峁┝丝蛇x的模式選擇，控 制PWM參數(shù)用于LED 亮度調(diào)節(jié)。

　　在接收時，RF 的解調(diào)器和數(shù)據(jù)包處理器將尋找一個有效的前導和同步字。當找到后，解調(diào)器將獲得前導位和字同步，然后對接收的地址信息進行比照，首先判斷數(shù)據(jù)包是否來自控制端，然后響應含有廣播地址或者本機地址信息的數(shù)據(jù)。其發(fā)射/接收的流程圖如圖7。

　　 控制端/接收端軟件設計

　 　控制端/接收端軟件的流程圖如圖9 所示，其中虛線上方為控制端CC430F6137 的軟件設計，在Stand By 模式時保持MSP430 的低功耗模式，以滿足控制端遙控器對能耗的要求。通過對模式選擇的操作實現(xiàn)集中控制和多點操作，而觸摸滑條的處理通過將Position 轉換為PWM由RF發(fā)送至接收端CC430F5137。接收端則處理來自控制端的數(shù)據(jù)包，對LED 照明進行亮度調(diào)節(jié)，或自動調(diào)節(jié)。本設計的軟件采用C 語言編寫，整個程序包括的子模塊有：模式選擇模塊，觸摸滑條檢測模塊，數(shù)據(jù)發(fā)送/接收模塊，PWM轉換模塊，傳感器檢測模塊等幾個部分。

　　5. 總結

　 　本文主要描述了以CC430 為控制核心的無線LED 照明系統(tǒng)的設計。整個系統(tǒng)經(jīng)過軟/硬件設計與調(diào)試使得功能基本得到實現(xiàn)，系統(tǒng)實際硬件電路如圖10 所示。實測過程中能夠有效地進行集中控制和多點單獨控制，定時控制，自動調(diào)光等預設功能，滿足當前市場對此類解決方案的功能要求。

　　文章詳情：基于TI CC430的無線智能LED照明系統(tǒng)設計

安森美智能LED街燈與樓宇照明保護方案

　　安森美半導體利用其先進半導體技術，推出了針對智能照明的包括通信、傳感器、KNX收發(fā)器及保護解決方案，有助于以更少電能執(zhí)行相同（甚至更多）的任務，進一步提升能效，節(jié)約能源。

　 　例如，利用安森美半導體的PLC調(diào)制解調(diào)器（如AMIS-49587）、PLC線路驅動器（如NCS5650）和諸如NOA1302這樣的環(huán)境光傳感 器，可基于電力線輕松構建聯(lián)網(wǎng)型LED街燈智能控制系統(tǒng)，有助于市政、電力公司和商業(yè)企業(yè)遠程調(diào)節(jié)路燈的光輸出，減少其路燈網(wǎng)絡的整體能耗。此外，在樓宇 智能溫度調(diào)節(jié)及燈光控制應用中，也可在雙絞線布線上使用KNX收發(fā)器，利用KNX網(wǎng)絡進行照明控制。

　　圖1 安森美半導體用于智能LED街燈的調(diào)制解調(diào)器、電源及傳感器方案概覽

　　1 符合嚴格國際標準、獲得市場驗證的PLC調(diào)制解調(diào)器

　 　電力線通信有助于公用事業(yè)公司為其配電網(wǎng)絡增加更高級別的功能，從而讓消費者更能掌自己的能耗。安森美半導體提供一系列領先擴頻型頻移鍵控（S- FSK）PLC調(diào)制解調(diào)器，如AMIS30585、AMIS49587和NCN49597等。其中，AMIS-30585和AMIS-49587均基于 ARM7內(nèi)核微控制器（MCU），僅支持AC工作，每通道最大波特率分別為1.2k和2.4k;新推出的NCN49597基于ARMCortexM0內(nèi)核 MCU，同時支持AC及DC工作，每通道最大波特率達4.8k，支持CenelecA、B、C及D波段，且提供可編程軟件。還預計將于2012年下半年推 出在NCN49597基礎上還集成功率放大器功能的NCN49599PLC調(diào)制解調(diào)器。

　　這些強固的窄帶PLC調(diào)制解調(diào)器嵌入了PHY+MAC，符合嚴格的國際標準（FCC、CENELEC、IEC61334-5-1），可在低壓和中壓網(wǎng)絡上運行，提供最佳的物料單（BOM）成本和極低的能耗。

　　2 KNX收發(fā)器及評估板

　 　KNX是一個符合智能樓宇標準、基于開放式系統(tǒng)互連（OSI）的網(wǎng)絡通信協(xié)議。KNX是融合了此前的3個標準，包括歐洲家庭系統(tǒng)協(xié)議（EHS）、 BatiBUS和歐洲安裝總線（EIB或Instabus）。KNX支持的開放標準包括：EN50090歐洲標準、ISO/IEC14543-3國際標 準、GB/Z20965中國標準、ANSI/ASHRAE135美國標準。

　　安森美半導體提供的KNX收發(fā)器有：NCN5120、NCN5121、NCN5110和NCN5111等，可用于連接電器和傳感器，為建筑物內(nèi)9600波特KNX雙絞線（TP）總線提供溫度及光線控制。雙絞線總線可提供數(shù)據(jù)通信和電力供應。

　　表1 安森美半導體KNX收發(fā)器

　　圖2 KNX網(wǎng)絡通信架構

　 　值得一提的是，安森美半導體與恩智浦（NXP）半導體最近聯(lián)合推出了用于高能效雙絞線網(wǎng)絡的評估板及完整參考設計。此評估板采用NXP的低功耗 Cortex-M0微控制器LPC1227及安森美半導體的NCN5120接收器-發(fā)射器IC，幫助建筑物自動化客戶簡化設計流程，將即可應用的高能效 KNX雙絞線方案，用于照明開關及控制、供暖通風空調(diào)（HVAC）控制、百葉窗及占用情況（occupancy）檢測等應用。

　　3 運動檢測器無源紅外控制器（PIR）

　 　安森美半導體的NCS36000無源紅外控制器用于照明和占用情況感測市場，可放大和調(diào)節(jié)來自PIR傳感器的信號。該器件的工作電壓為3.0V— 5.75V，集成了低噪聲2級放大器，有內(nèi)部參考電壓驅動傳感器;采用帶外部RC的內(nèi)部振蕩器;具有單脈沖或雙脈沖檢測功能;數(shù)字濾波器可最大限度地減少 誤報;直接驅動LED和繼電器。該器件是一個非常靈活的解決方案，客戶可以自定義數(shù)字濾波和模擬處理，適用于各種傳感器，BOM成本低于同類分立式解決方 案。

　　4 環(huán)境光及距離傳感器

　　環(huán)境光傳感器也是構建智能照明的重要元器 件。安森美半導體的環(huán)境光傳感器具有設計靈活性，可以根據(jù)需要在EEPROM中調(diào)整，定制過濾0.0125lx檢測（即明視光響應）;另外，具有暗電流和 溫度補償、最低每分辨率位功耗;高速模式的I2C接口，在斷電時也不會影響總線工作。

　　圖3 NOA1302環(huán)境光傳感器

　　5 LED串保護方案

　 　驅動LED的首選方法是LED串聯(lián)，以使LED串中的電流匹配達到相同的亮度。雖然LED非常可靠，但如果任何一個LED失效開路，由于LED串是串聯(lián) 的，整串LED就會熄滅，這是街道照明等講究高可靠性應用所不能接受的。為了解決這個問題，可以用NUD4700跨接在每個LED上，這個分流旁路保護器 可在一個LED失效開路時，確保LED串的其余部分一直點亮。NUD4700具有高通態(tài)電流能力和低斷態(tài)泄漏，如果LED恢復，可自動復位到關閉狀態(tài);可 重復響應時間很短。其高可靠性有助于延長LED串和燈具壽命，使LED串能夠在高電流條件下工作，因此，適合路燈、隧道照明、建筑照明、高頂燈照明，以及 列車和跑道燈等高可靠性應用。

　　6 高亮度LED模塊內(nèi)ESD保護

　　在裝配過程和最終用戶操作過程中，敏感的HBLED裸片很容易受到有害靜電放電（ESD）的影響。此外，在燈和燈具裝配過程中，HBLED模塊易受高壓ESD的影響，而可能導致?lián)p壞。

　　圖4 用NUD4700保護LED串

　 　安森美半導體提供能用于光學頭罩內(nèi)與HBLED聯(lián)合封閉的裸片級ESD保護產(chǎn)品。模塊內(nèi)硅瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）裸片可提供所需的保護，以消除故障， 有助于為各種應用創(chuàng)建強固的HBLED模塊。模塊內(nèi)硅TVS裸片有兩種：分裝式（sub-mounted）保護器和側裝式（side-mounted）裸 片。例如CM1771是一款100V相向（back-to-back）靜電放電（ESD）保護器件，采用專有的側裝式構造，能夠承受高水平ESD沖擊，而 且占位面積小且高度低，可在模塊組裝過程和燈具裝配過程中保護HBLED裸片和HBLED模塊，防止出現(xiàn)故障。

　　7 總結

　 　為了實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，政府機構、電力公司或商業(yè)企業(yè)，都在努力構建聯(lián)網(wǎng)的LED街燈智能控制系統(tǒng)或是智能樓宇控制系統(tǒng)，利用系統(tǒng)中集成的環(huán)境光/距離傳感 器，根據(jù)環(huán)境光的亮度和占用情況等信息來自動調(diào)節(jié)LED的光輸出。安森美半導體的先進通信、傳感器、KNX收發(fā)器及保護解決方案，有助于降低照明網(wǎng)絡的總 能耗和費用支出，實現(xiàn)功能強大和環(huán)保的LED照明系統(tǒng)。

　　文章詳情： 安森美智能LED街燈與樓宇照明保護方案

智能照明平臺解決方案

　　一個優(yōu)秀的照明平臺解決方案無疑需要支持靈活的拓撲結構應用，并滿足DALI、DMX512、0-10V、無線、紅外等當今主流照明控制方案的調(diào) 光、組網(wǎng)需求，針對這種狀況，世強電訊開發(fā)了以瑞薩（Renesas）電子78K0/Ix2系列MCU為核心的智能照明平臺解決方案，外加豐富的參考設 計，在硬件電路和軟件開發(fā)為照明廠商多樣化的照明設計方案提供有效的指導，幫助廠商更高效地開發(fā)擁有自己知識產(chǎn)權的照明系統(tǒng)。

　　世強智能照明平臺方案

　　世強電訊開發(fā)的智能照明平臺解決方案主要基于78K0/Ix2系列MCU上述豐富的硬件功能資源為核心，定位于照明產(chǎn)品高性能、低成本的設計目標，在LED照明、熒光燈、HID照明等領域為客戶提供多種靈活的參考設計。

　 　圖2是LED驅動控制應用的參考方案，在該方案中，只需利用比較器、PWM輸出連動功能，就能夠獨立進行3路恒流控制；通過改變內(nèi)部參考電壓或 PWM輸出設置即可實現(xiàn)調(diào)光；并且MCU支持各種傳感器和DALI、DMX512、模擬量輸入等多種通信接口，可根據(jù)外部環(huán)境選擇合適的通訊控制方案，實 現(xiàn)最佳控制。

　　圖2-78K0/Ix2 LED驅動控制

　　下面就Flyback電路舉例說明通過比較器進行恒流控制的過程。

　　圖3-Flyback電路恒流控制

　 　對于開關電源，PWM占空比決定輸出電壓，如圖3，電路開始工作后，LED電流經(jīng)采樣后加到MCU內(nèi)置比較器端口，和參考值進行比較，產(chǎn)生中斷信號，來 調(diào)整PWM的占空比，其變化過程見圖4，如當電流大于參考值時，降低占空比；反之，提高占空比，最終達到一個負載電流動態(tài)穩(wěn)定的狀態(tài)。

　　 對于調(diào)光，78K0/Ix2系列MCU有多種方式來實現(xiàn)，通過改變比較器參考電壓或者利用定時器TMH1和PWM輸出連動功能，另外，世強電訊的方案也可 以利用該款MCU強大的數(shù)據(jù)處理運算能力，通過ADC功能和嵌入的算法控制來實現(xiàn)恒流控制，同時為MCU功能擴展提供了充足資源。

　　圖4-恒流控制原理

　 　圖5是世強電訊嵌入DALI協(xié)議的智能照明平臺方案，該方案利用MCU內(nèi)置DALI總線接口的通訊模塊，利用單個MCU完成燈具調(diào)光、組網(wǎng)，實現(xiàn)高性能 的DALI綠色節(jié)能照明系統(tǒng)，目前已經(jīng)作為國內(nèi)某大型照明廠商的參考設計。DALI從機系統(tǒng)主要分為通訊模塊和LED驅動控制模塊兩部分，外圍電路設計簡 單。

　　圖5-DALI從機系統(tǒng)結構

　 　采用BOOST電源拓撲結構，輸入電壓經(jīng)過升壓后直接驅動LED燈；負載電流采樣，通過嵌入算法實現(xiàn)恒流控制； MCU內(nèi)置DALI通訊接口，通過總線和DALI 主機連接，實現(xiàn)和主機的相互通訊，完成上位機發(fā)出的操作控制指令；燈具溫度、光照度傳感器信號加到MCU端口，實現(xiàn)異常檢測保護。

　　4 總結

　　以上，世強電訊基于78K0/Ix2系列MCU的智能照明平臺解決方案具有以下特點：

　 　a 高性能：MCU內(nèi)置ADC、比較器、數(shù)字運算放大器等豐富的硬件資源可以支持BUCK、BOOST、FLYBACK等多種靈活的電源驅動設計方案，嵌入 DALI、DMX512等照明控制協(xié)議，即可實現(xiàn)照明燈具調(diào)光、組網(wǎng)的目的。同時，該方案還具有過壓、過流、過溫等異常檢出保護功能，產(chǎn)品安全性、可靠性 更高

　　b 低成本：由圖3、圖5可以看出世強電訊智能照明平臺方案電路設計簡便快捷，單MCU附加簡單的外圍電路即可實現(xiàn)智能化控制，目前眾多的ASIC設計方案， 除了需要一顆MCU實現(xiàn)智能調(diào)光和通訊外，還需專用LED驅動芯片，在較大功率應用中，往往還需要外置的MOSFET，所以在成本方面與目前眾多的 ASIC方案對比如下：

　　對比可見，世強智能照明平臺方案具有很高的性價比，采用該方案將使產(chǎn)品更具市場競爭力；

　　78K0/Ix2 MCU自身的豐富資源有利于照明產(chǎn)品功能的拓展和多樣化，滿足不同廠商多領域的應用需求，實現(xiàn)高效靈活的功率級應用。

　　文章詳情：基于RenesasMCU的智能照明平臺設計

　　二、Dialog半導體智能照明平臺

　 　我們通常說的智能照明就是指通過藍牙、WIFI或者Zigbee等無線連接方式對燈光進行無線控制。Dialog近期推出的智能照明解決方案 iW6401就是基于藍牙4.0進行開發(fā)的。根據(jù)Dialog半導體固態(tài)照明產(chǎn)品營銷總監(jiān)Hubie的介紹，這款產(chǎn)品具有藍牙本身的低功耗和高可靠性等特 點，根據(jù)測試，其收發(fā)的最低功耗可以達到5mA，在睡眠模式的情況下還能達到5nA。另外作為全球首款全面可編程的數(shù)字化LED控制芯片，iW6401不 但具有領先的成本優(yōu)勢，另外還具有靈活的的改造方式。這也是iW6401的最有優(yōu)勢的特點。

　　強大的smarteXite技術平臺

　　smarteXite是Dialog半導體推出的新一代技術平臺，能夠為智能照明應用打造新一代高度靈活、可編程的LED驅動器IC。另外由于smarteXite是基于完全可配置的邏輯，因此它是首個可方便和直接支持無線連接、燈光傳感器控制并能輕松整合到照明控制系統(tǒng)中的LED驅動器技術。

smarteXite提供終極靈活性

　　作為smarteXite系 列的首款設備，iW6041能夠支持多個調(diào)光接口，根據(jù)Hubie介紹，這些調(diào)光方式除了通過一個簡單的市電開關進行數(shù)字調(diào)光和基于鈕子開關的調(diào)光外，還 有就是最新的Ledontron數(shù)字調(diào)光協(xié)議。這所有的調(diào)光曲線都可通過內(nèi)存進行配置，以獲得最佳的終端用戶照明體驗，Hubie強調(diào)。

　　憑借標準的 C數(shù)字接口，基于smarteXite平臺的iW6401可以被用作低功耗藍牙、WIFI或者Zigbee等無線通信模塊的一個功能強大的前端系統(tǒng)。另外它還能直接連接用于顏色和近距離感測的傳感器。

　　根據(jù)Hubie介紹，iW6401還結合了Dialog在可配置型電源管理解決方案領域的強大實力和尖端的數(shù)字信號處理技術。這就使它成為全球首款可編程AC/DC LED燈管驅動IC。這就方便工程師通過軟件完成和配置燈泡設計。

　　獨特的可編程校準

　 　按照我們的了解，很多LED燈泡在組裝以后就不能對亮度等照明亮度、顏色等進行校準，這樣就會使一些LED被淘汰，造成浪費。而Dialog公司產(chǎn)品 iW6401獨有的數(shù)字校準技術，可以在產(chǎn)品的不同階段的成品鏈進行OTP編程，對LED進行校準，利用診斷功能實現(xiàn)全面的制造工藝控制，其中最后生產(chǎn)階 段的校準可實現(xiàn)終極精準的光輸出。

　　可以在不同階段的成品鏈進行OTP編程

　　按照Hubie的說法，Dialog除了在驅動器芯片在滿足修正和出廠預配置之后，還可以在驅動器電子元件模塊測試時在線編程，通過ICT改變程序，達到校準的目的。另外在裝配好產(chǎn)品以后，在球泡組裝以后的燈泡功能測試期間，也可以根據(jù)客戶指標調(diào)整燈泡亮度。

　　“Dialog會提供校準電源參考設計盒子，讓燈泡芯片可以借助這個解碼輸入信號以調(diào)整流明的大小，以這種方式進行微調(diào)，這是市場上唯一能做到這個的產(chǎn)品?！盚ubie強調(diào)。

　　優(yōu)秀的Ledotron調(diào)光

　 　我們熟悉的LED調(diào)光方式有可控硅調(diào)光、開關切換調(diào)光和PWM調(diào)光等幾種方式。Dialog作為知名的照明廠商，在調(diào)光技術方面自必然有著自身的優(yōu)勢， 這包括： 廣泛的調(diào)光技術能力、最新的數(shù)字控制和處理技術、寬域的調(diào)光范圍、最低的待機功耗。靈活的可編程、數(shù)字化故障保護功能和可編程的過熱降額功能。

　　本著對調(diào)光技術的追求，Dialog在其產(chǎn)品中引入一個稱作Ledotron的調(diào)光方式。以取代傳統(tǒng)的調(diào)光。

Ledotron的基本工作原理

　 　Ledotron是歐司朗和英斯達為新型數(shù)字調(diào)光技術——DLT（Digital Loadside Transmission ）命名的品牌名稱。DLT是一項全新調(diào)光控制模式，即插即用式的調(diào)光器，是用于取代和拓展切相調(diào)光技術的。這是一種數(shù)字化可尋址多通道協(xié)議，支持組尋址、 可調(diào)白光和顏色控制，它不但解決了切相調(diào)光器的所有問題，另外其還可以改裝，在IEC62756中實現(xiàn)標準化。開放標準，無需授權。

　　借用這種調(diào)光技術，不但解決了切相調(diào)光器的所有兼容性問題，還有電效率高、無音頻噪音、無閃光等優(yōu)點，另外其遠遠高于傳統(tǒng)的切相調(diào)光器電效率、可連接任意數(shù) 量的燈泡（僅受總功率的限制）也受市場歡迎。這種調(diào)光方式可使調(diào)光器和廣元之間的電纜長達100米。以上種種的優(yōu)勢注定其在將來會掀起新一輪的調(diào)光方式的 革命。

　　既然說是智能照明，就必然需要對照明設備有智能的控制。說到這個，可以說智能手機的迅猛發(fā)展助力了智能照明的興起，因為現(xiàn)在市面 上通行的做法就是在智能手機上面開發(fā)控制設備的APP。但對于一些廠商而言，開發(fā)這些軟件投入的成本太大了。Dialog考慮到這一點，提供了整套的解決方案，用戶可以借助其開放的API更簡單的進行開發(fā)。