互联智能LED照明网络：智能建筑中集成的智能照明

作者：Paul Golata

当今的LED照明不再仅限于照亮黑暗的空间。与互联智能网络中基于低压IP的基础设施相结合后，LED照明已成为强大系统网络的一部分，这些系统协同收集、分析、管理、控制和响应设定的目标和实时传感器反馈。由此形成的“智能建筑”在性能上更有优势，它可以动态响应运行问题，大幅提高效率，并节省电力和成本。

集成的智能照明如何与其他系统配合工作？ 集成系统并实现收益最大化将需要哪些技术？ 本文将剖析互联智能照明，并探讨基础设施技术。

智能LED照明网络

互联智能LED网络的基本前提是，让照明控制从大面积建筑空间内的集中化和相对统一布局，转变为满足建筑内各空间分区的特定需求。此外，由于照明并入了智能网络，那么，照明就可以与网络上的其他组件集成和联动。这在商业办公楼、医疗保健设施、仓库、制造和工业设施以及类似的大型或多用途空间中尤其有价值，在这些地方，一刀切的方法是无效或低效的。

例如，一座具有自动供暖、新风和空调 (HVAC) 控制的建筑。HVAC监控并调节温度，使环境适合人体舒适度和机器性能，并保证最佳效率和最低成本。互联智能LED照明网络将实现照明与上述各目标的统一， 形成照明与环境气候控制联动。因此，通过互联智能照明网络，网络用户能够更好地调节光线，让其更有益于提升人类生产力、积极情绪、注意力和幸福感。它可以通过调节光线，让光线与人类自然生理周期同步，并根据透过外部窗户的阳光量减少或增加所需的光线，发挥潜在优势。

LED照明和PoE

智能LED照明网络背后的关键技术是以太网供电 (PoE)，它带来了将物联网资产连接到LED灯具的低压布线和设备。随着基于IP的基础设施平台取得成功，PoE变得简单易用。通过将PoE用作LED照明电源和控制系统的动脉，将照明作为IoT资产集成到建筑物中。除了在单层基础设施上同时提供电源和数据的巨大优势外，PoE还比铜缆便宜。LED照明网络PoE系统架构包括以下设备，将在下一节中讨论：

· PoE网关
· LED照明装置
· LED灯
· LED智能驱动器
· LED电缆线束
· 传感器
· 无线开关和调光器

PoE网关

虽然计算机和网络接口控制PoE网络的管理层，但集成式LED照明系统的启动在很大程度上取决于设备层和用于构建网络的系统组件的级别。PoE网关是系统的核心设备。这些网关连接、控制和驱动LED照明装置的亮度。它们可以控制LED照明功能，包括调光、颜色调节和传感器报告。这些网关能够提供高达60W的功率。需要更高功率时，例如高顶棚照明，仍然需要交流线路电压 (120VAC–277VAC)，这时可以通过无线线路电压继电器来控制设备。

在IP行业，源自高级电信计算架构（ATCA或AdvancedTCA）的标准要求48VDC。为满足该标准，自然就需要提供采用以下配置之一的POE网关：

非稳压48VDC
恒压24VDC/48VDC
恒定电流

也可以使用符合IEEE 802标准的无线PoE网关。它们以标准频率工作（北美902MHz；欧洲868MHz）。其有效范围通常约为15m。它们支持通过安全双向通信来控制多个无线设备的状态，设计人员无需担心与其他设备发生干扰。

Silicon Labs是提供芯片、软件和解决方案的知名供应商，致力于实现更智能、更互联的世界。他们的技术屡获殊荣，正不断塑造物联网的未来，助力楼宇和家庭自动化互联。他们提供业界集成度超高的PoE设备， 其功能丰富的高效产品主要面向智能照明、IP摄像头、无线接入点和IP电话等。

Silicon Labs Si3404以太网供电 (PoE) 设备是符合IEEE 802.3 1类标准的15W PoE用电设备 (PD) 接口和脉宽调制 (PWM) 开关稳压器（图1）。通过为设备集成、最低的总体BOM成本、效率和可靠性设定新的标准，Si3404使得设计人员能够在以太网产品中添加PoE功能。包含在支持PoE的系统设计中时，Si3404将通过以太网铜线非屏蔽双绞线 (UTP) 电缆提供的高压（通常为±48V DC转换为稳压的低压DC电源。此外，Si3404还将所有必需的IEEE 802.3检测，分类和热插拔接口与完整、高效的PWM开关稳压器结合在一起。只需添加输入二极管电桥，即可实现一流的集成面积比PoE PD解决方案。

图1： Silicon Labs Si3404以太网供电 (PoE) 用电设备 (PD) 是高度集成、符合IEEE 802.3at 1类标准的脉宽调制 (PWM) 开关稳压器。（图源：贸泽电子）。

PoE+技术可提供30W功率，支持更苛刻的应用任务。Silicon Labs的Si3406以太网供电加 (PoE+) 设备系列是建筑和家庭自动化环境中支持PoE+的物联网产品的理想供电设备接口解决方案。Si3406稳压器的开关频率可通过简单的外部电阻值调节，以帮助避免无用的谐波。集成的同步驱动器可以控制次级侧场效应晶体管 (FET) 以提高功率转换效率。该系列的电流模式控制开关稳压器支持多种隔离和非隔离电源拓扑。集成的功率开关FET与稳压器互补。这种灵活性以及Silicon Labs全面的PoE PD参考设计使开发人员可以更轻松地部署关键电源子系统。

LED照明装置

LED照明装置本身是系统的一个关键支持组件。从核心上讲，照明依赖于特定照明LED本身的选择。在未进行智能互联和联网的LED照明系统中，使用LED代替传统灯具。相对于白炽灯或荧光灯，LED固有的卓越技术具有效率优势。而互联的智能照明系统让整个系统的效率更上层楼。他们采用并添加PoE网关、照明控制传感器和高级网络管理软件系统，以提供一个整体环境，为系统增加重要的反馈和控制。这种增强使灯具本身以人为中心，并能够根据网络用户的数据、分析和决策标准进行控制。

LED灯/机械/电子/连接

LED制造商通过提高功效 (lm/W) 和降低每流明成本 ($/lm) 不断改进LED。为灯具制造商提供优质产品的LED制造商的例子比比皆是。LED可以通过高流明密度、可靠性和颜色一致性来降低系统成本。流明密度、电压特性，可靠性和光学性能一直在不断提高。通常使用大功率、多晶粒发射器，为高架和户外应用提供经济高效，高可靠性的灯具。 这些配置中的LED可以提供高达150lm/W的功效。通常使用相关色温 (CCT) 为2700K至6500K的LED。另外，在LED串中的LED出现开路故障时，电涌保护器可用来提供电子分流路径。连接器可为薄型LED照明模块应用提供轻松的电线拆除，较低的电线插入力和较高的电线保持力。

带有单片开关稳压器的LED驱动器可用于效率、高带宽、脉宽调制和模拟调光非常重要的高亮度LED照明应用。驱动器以诱人的成本提供出色的效率、易用性和抗电磁干扰性能，对于各种互联智能LED照明网络来说都是理想的选择。LED电缆线束尚未成为连接智能LED驱动器的标准电线，用以提供控制LED照明设备、传感器和执行器所需的低压配电和数据通信。人们应该设计和使用在可靠性、耐用性和易用性方面得到证明的连接器。

智能LED驱动器

智能LED驱动器为LED引擎提供适当的电源和稳压信号。从PoE网关接收控制数据和电能后，LED驱动器可以根据来自所连网络的协调设计、控制和管理系统来响应信息和驱动任务。目前，其具有单通道和双通道两种配置，能够以12VDC-42VDC的输出电压和45W的最大输出功率驱动恒流LED照明灯具。它们可以通过菊花链串接在一起，一个PoE网关最多可以驱动八个设备。

传感器

传感器是实现数字建筑的控制回路的必要组成部分。传感器无线或有线均可，可以通过PoE网关部署和供电，或者集成到LED照明设备中。

无线环境光传感器是这种布置中常用的设备。它们通过收集光和能量自我供电，因此具有很高的经济效益和可靠性。其能够测量可用的自然光水平，并向中央主机报告，使网络能够进行实时调整和决策。

在LED照明网络中，常用的其他传感器类型包括空气质量、色温、湿度、被动红外 (PIR) 运动/存在、开/关、接近度、功率和温度传感器。

无线开关和调光器

自供电无线墙壁开关和调光器采用能量收集技术与PoE网关进行无线通信，方便对照明、温度和各种电气负载的控制。本地开关/调光垫采用自供电方式，不需要电池，只需简单地按下摇杆就能产生足够的能量向网关设备发送无线信号。

结论

智能和网络化的LED照明系统正在形成新的方式，将LED照明应用于智能建筑和信息技术领域。这些照明系统需要多种技术，包括网关、灯具、光、智能驱动器、电缆线束、传感器、无线开关和调光器。未来无限光明，系统级智能与我们的工作环境完美融合，打造未来的智能建筑。