二合一的智能照明和联接方案
【导读】在智能建筑应用中，照明是建筑物的基础功能，除了通过智能照明控制以达到节省能源、提高效率的目标外，通过可见光通信（VLC）技术，还可以实现室内定位与数据传输的功能，同时提供了二合一的智能照明和联接方案。本文将为您介绍VLC技术的发展，以及安森美（onsemi）推出的相关解决方案。
高效率、易管理的智能照明解决方案
智能建筑是基于智能网络体系，使IoT产品之间实现沟通交流，通过互联网，实现远程感知、控制以及居家建筑里一系列自动化电子设备的编程。比如休假时屋主可通过手机、平板或者个人电脑开启房屋的安保系统、控制温度、启动或关闭电器、控制灯光照明、设置家庭影院或其他娱乐系统等等各种操作。
智能建筑的实现需要满足一些基本要求，包括设备应具有某种程度的智能化，应相互联接并联接到云端，应具有从原本的主要功能中进行拆解得出新应用的能力（例如，音响还能用作播放警报），并应能够在设备之上添加新的设备、应用和服务。
无论是家庭、商业还是工业用途的建筑物，都需要采用内部照明。如今在建筑中的照明系统已经拥有了实现高效和省电的可能性。当前的LED照明已基本上取代了白炽灯和卤素灯泡，但照明的供电和使用方式并没有太大变化。安装照明的传统方法是铺设电源电缆到计划的灯具位置。然而，市电是交流电源，但LED需要直流电源，这说明需要一个变压器（对交流电进行整流），通常还需要一个额外的DC-DC转换器来对变压器的直流输出进行下变频。
想象一下，如果能够将直流电源路由到灯具，并考虑利用灯具做一些其他的工作，而不仅仅是为单个房间提供照明，将会更有意义。事实上，灯具除了照明之外，还可以提供一系列不同的功能。例如，通过在照明设备上加装温度、湿度和图像的传感器，可以监测房间的温度、湿度和房间占用情况。通过为这些方案添加有线或无线连接功能，终端用户能够在云端追踪所有相关信息，实时地进行设置调整，从而提高效率、舒适度和安全性。所有这些装置都是互联的，且可以进行管理，以使智能建筑以最高效率运行。此外，考虑如何将单个灯具联接起来，整合成一个照明系统，将可在建筑管理系统中实现自动化照明。
不过，想要达到上述的功能，便需要解决如何为灯具提供传感器所需的直流电源和可靠的数字联接等问题，由于节能建筑使用大量绝缘材料并且墙壁较厚，因此可排除无线技术。以太网供电（PoE）是个很好的候选方案，因为智能建筑现在通常都铺设了Cat5或Cat6以太网电缆作为标准配置。将以太网电缆路由到灯具以取代主电源电缆，并可以提供联接（以选定的速度）。以太网供电（PoE）还可将直流电压输送到传感器和灯具。
可见光通信解决室内定位与数据传输问题
另一方面，可见光通信（VLC）技术则可以实现室内定位与数据传输等功能。顾名思义，VLC使用光而不是射频（RF）进行通信，数据被转换成调制光并传输到接收器。调制光由接收器端的图像传感器或光电二极管捕获，并转换为数字信号，系统微控制器随后对其进行处理。
事实上，VLC并不是新技术，在1880年代便已经有相关技术，但受限于光源的稳定性不足等因素，VLC技术并未得到发展，而LED技术的最新进展使VLC的适用性和效率得以恢复。新的LED技术使得使用相同的LED进行照明和通信变得更加容易，无需搭配单独的通信基础设施。VLC无需安装和部署单独的通信节点、接入点或信标，而是可以集成到现有灯具之中。
使用可见光作为数据载体具有显着优势，即信息访问点或广播点可以集成到现有的灯具基础设施中，从而节省安装成本和复杂性。采用不需要深度调制幅度的调制技术，并保持稳定的平均亮度水平，将保持用户预期的照明水平。通过从几kHz以上的调制频率开始工作，数据流将保持对人眼完全不可见。
光通信当然永远不会取代射频通信，它是一种互补技术，在许多用例中，将共存甚至合作，以在应用中实现最佳结果。VLC的主要应用之一是工业环境中的室内定位系统，使用该技术识别包裹或叉车等资产的位置。只需要在每个LED镇流器嵌入一个唯一标识符，指示出在建筑物内的位置，LED镇流器通过可见光向接收器发出信号，接收器通过检测代码便可计算出位置，接收器可以是传感器相机模块或光电二极管。
在最简单的形式中，移动单元可以有一个预编程的平面图。平面图数据库包含唯一ID和灯具位置，灯具将不断传输其唯一ID。移动单元上的光学传感器或摄像头模块可捕获ID，通过应用程序可进行三角测量以取得移动单元的位置，在现场可实现在三个维度上低至10~15厘米的精度。
为灯具设计人员提供一站式解决方案
目前市面上已经有各式各样的联网灯具，但目前市面上的方案通常使用一个单独的LED光源驱动IC，和一个用于数据连接的PoE控制器。安森美推出的NCL31010则将两个器件集成到一个封装中，使单个灯具成为完全互联和管理的照明系统的一部分，并可实现许多其他功能。
该器件经由PoE可提供超过90 W的功率，并含两个辅助DC-DC转换器，可为微控制器和传感器供电。该器件的一个创新应用是VLC，这是使用单独的LED驱动器和PoE控制器的照明系统所无法实现的。这涉及将（不可见的）数据直接调制到LED灯上，使其充当室内定位系统（例如Yellow Dot?）的定位信标，从而克服目前其他无线系统（GPS、Wi-Fi?等）在室内定位用途上精度不足的显着问题。
如此一来，LED灯具的功能将不仅仅是简单地照亮建筑物内部，通过PoE这种供电和联接方案，可支持灯具提供一系列其他智能功能，以支持实现建筑自动化。NCL31010将为灯具设计人员提供一站式方案，来管理他们的供电和联接要求。
高度集成、多功能的LED驱动器
NCL31010这款PoE接口LED驱动器，包含通过PoE设计连接和管理照明系统所需的所有元素，包括VLC（50kHz带宽）和室内定位功能，并通过IEEE802.3bt/at/af标准认证，可提供超过90W的系统功率。
NCL31010集成了一个高效降压LED驱动器（97%），支持高带宽模拟和PWM调光至零电流。包含两个辅助DC-DC转换器，例如为系统微控制器和传感器供电，包括高精度计量（±1%）和诊断，以测量输入和输出电流和电压、LED或系统温度以及DC-DC电压和电流。NCL31010集成了3.3V降压转换器，是可调2.5至24V降压转换器，并支持I2C或SPI串行接口。
NCL31000系列包括非PoE版本以适应其他通信标准的NCL31000，以及支持多通道解决方案的缩减功能版本的NCL31001。NCL31000系列可应用在互联LED照明、可见光通信、室内定位，常见的终端产品包括智能LED灯具、可管理LED照明系统、多通道LED照明等。
结语
智能照明是智能建筑应用中的基础，结合PoE与VLC技术，将可大幅降低建置的成本，并为许多新应用打开了大门，克服了当今射频技术实施时的一些限制。凭借来自安森美的高度集成和高效的LED驱动器，将可提供扩展信息和定位服务的各种有价值附加技术，将会是智能照明应用的理想解决方案。
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