【導讀】在智能建筑應用中，照明是建筑物的基礎功能，除了通過(guò)智能照明控制以達到節省能源、提高效率的目標外，通過(guò)可見(jiàn)光通信（VLC）技術(shù)，還可以實(shí)現室內定位與數據傳輸的功能，同時(shí)提供了二合一的智能照明和聯(lián)接方案。本文將為您介紹VLC技術(shù)的發(fā)展，以及安森美（onsemi）推出的相關(guān)解決方案。
高效率、易管理的智能照明解決方案
智能建筑是基于智能網(wǎng)絡(luò )體系，使IoT產(chǎn)品之間實(shí)現溝通交流，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現遠程感知、控制以及居家建筑里一系列自動(dòng)化電子設備的編程。比如休假時(shí)屋主可通過(guò)手機、平板或者個(gè)人電腦開(kāi)啟房屋的安保系統、控制溫度、啟動(dòng)或關(guān)閉電器、控制燈光照明、設置家庭影院或其他娛樂(lè )系統等等各種操作。
智能建筑的實(shí)現需要滿(mǎn)足一些基本要求，包括設備應具有某種程度的智能化，應相互聯(lián)接并聯(lián)接到云端，應具有從原本的主要功能中進(jìn)行拆解得出新應用的能力（例如，音響還能用作播放警報），并應能夠在設備之上添加新的設備、應用和服務(wù)。
無(wú)論是家庭、商業(yè)還是工業(yè)用途的建筑物，都需要采用內部照明。如今在建筑中的照明系統已經(jīng)擁有了實(shí)現高效和省電的可能性。當前的LED照明已基本上取代了白熾燈和鹵素燈泡，但照明的供電和使用方式并沒(méi)有太大變化。安裝照明的傳統方法是鋪設電源電纜到計劃的燈具位置。然而，市電是交流電源，但LED需要直流電源，這說(shuō)明需要一個(gè)變壓器（對交流電進(jìn)行整流），通常還需要一個(gè)額外的DC-DC轉換器來(lái)對變壓器的直流輸出進(jìn)行下變頻。
想象一下，如果能夠將直流電源路由到燈具，并考慮利用燈具做一些其他的工作，而不僅僅是為單個(gè)房間提供照明，將會(huì )更有意義。事實(shí)上，燈具除了照明之外，還可以提供一系列不同的功能。例如，通過(guò)在照明設備上加裝溫度、濕度和圖像的傳感器，可以監測房間的溫度、濕度和房間占用情況。通過(guò)為這些方案添加有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)連接功能，終端用戶(hù)能夠在云端追蹤所有相關(guān)信息，實(shí)時(shí)地進(jìn)行設置調整，從而提高效率、舒適度和安全性。所有這些裝置都是互聯(lián)的，且可以進(jìn)行管理，以使智能建筑以最高效率運行。此外，考慮如何將單個(gè)燈具聯(lián)接起來(lái)，整合成一個(gè)照明系統，將可在建筑管理系統中實(shí)現自動(dòng)化照明。
不過(guò)，想要達到上述的功能，便需要解決如何為燈具提供傳感器所需的直流電源和可靠的數字聯(lián)接等問(wèn)題，由于節能建筑使用大量絕緣材料并且墻壁較厚，因此可排除無(wú)線(xiàn)技術(shù)。以太網(wǎng)供電（PoE）是個(gè)很好的候選方案，因為智能建筑現在通常都鋪設了Cat5或Cat6以太網(wǎng)電纜作為標準配置。將以太網(wǎng)電纜路由到燈具以取代主電源電纜，并可以提供聯(lián)接（以選定的速度）。以太網(wǎng)供電（PoE）還可將直流電壓輸送到傳感器和燈具。
可見(jiàn)光通信解決室內定位與數據傳輸問(wèn)題
另一方面，可見(jiàn)光通信（VLC）技術(shù)則可以實(shí)現室內定位與數據傳輸等功能。顧名思義，VLC使用光而不是射頻（RF）進(jìn)行通信，數據被轉換成調制光并傳輸到接收器。調制光由接收器端的圖像傳感器或光電二極管捕獲，并轉換為數字信號，系統微控制器隨后對其進(jìn)行處理。
事實(shí)上，VLC并不是新技術(shù)，在1880年代便已經(jīng)有相關(guān)技術(shù)，但受限于光源的穩定性不足等因素，VLC技術(shù)并未得到發(fā)展，而LED技術(shù)的最新進(jìn)展使VLC的適用性和效率得以恢復。新的LED技術(shù)使得使用相同的LED進(jìn)行照明和通信變得更加容易，無(wú)需搭配單獨的通信基礎設施。VLC無(wú)需安裝和部署單獨的通信節點(diǎn)、接入點(diǎn)或信標，而是可以集成到現有燈具之中。
使用可見(jiàn)光作為數據載體具有顯著(zhù)優(yōu)勢，即信息訪(fǎng)問(wèn)點(diǎn)或廣播點(diǎn)可以集成到現有的燈具基礎設施中，從而節省安裝成本和復雜性。采用不需要深度調制幅度的調制技術(shù)，并保持穩定的平均亮度水平，將保持用戶(hù)預期的照明水平。通過(guò)從幾kHz以上的調制頻率開(kāi)始工作，數據流將保持對人眼完全不可見(jiàn)。
光通信當然永遠不會(huì )取代射頻通信，它是一種互補技術(shù)，在許多用例中，將共存甚至合作，以在應用中實(shí)現最佳結果。VLC的主要應用之一是工業(yè)環(huán)境中的室內定位系統，使用該技術(shù)識別包裹或叉車(chē)等資產(chǎn)的位置。只需要在每個(gè)LED鎮流器嵌入一個(gè)唯一標識符，指示出在建筑物內的位置，LED鎮流器通過(guò)可見(jiàn)光向接收器發(fā)出信號，接收器通過(guò)檢測代碼便可計算出位置，接收器可以是傳感器相機模塊或光電二極管。
在最簡(jiǎn)單的形式中，移動(dòng)單元可以有一個(gè)預編程的平面圖。平面圖數據庫包含唯一ID和燈具位置，燈具將不斷傳輸其唯一ID。移動(dòng)單元上的光學(xué)傳感器或攝像頭模塊可捕獲ID，通過(guò)應用程序可進(jìn)行三角測量以取得移動(dòng)單元的位置，在現場(chǎng)可實(shí)現在三個(gè)維度上低至10~15厘米的精度。
為燈具設計人員提供一站式解決方案
目前市面上已經(jīng)有各式各樣的聯(lián)網(wǎng)燈具，但目前市面上的方案通常使用一個(gè)單獨的LED光源驅動(dòng)IC，和一個(gè)用于數據連接的PoE控制器。安森美推出的NCL31010則將兩個(gè)器件集成到一個(gè)封裝中，使單個(gè)燈具成為完全互聯(lián)和管理的照明系統的一部分，并可實(shí)現許多其他功能。
該器件經(jīng)由PoE可提供超過(guò)90 W的功率，并含兩個(gè)輔助DC-DC轉換器，可為微控制器和傳感器供電。該器件的一個(gè)創(chuàng )新應用是VLC，這是使用單獨的LED驅動(dòng)器和PoE控制器的照明系統所無(wú)法實(shí)現的。這涉及將（不可見(jiàn)的）數據直接調制到LED燈上，使其充當室內定位系統（例如Yellow Dot?）的定位信標，從而克服目前其他無(wú)線(xiàn)系統（GPS、Wi-Fi?等）在室內定位用途上精度不足的顯著(zhù)問(wèn)題。
如此一來(lái)，LED燈具的功能將不僅僅是簡(jiǎn)單地照亮建筑物內部，通過(guò)PoE這種供電和聯(lián)接方案，可支持燈具提供一系列其他智能功能，以支持實(shí)現建筑自動(dòng)化。NCL31010將為燈具設計人員提供一站式方案，來(lái)管理他們的供電和聯(lián)接要求。
高度集成、多功能的LED驅動(dòng)器
NCL31010這款PoE接口LED驅動(dòng)器，包含通過(guò)PoE設計連接和管理照明系統所需的所有元素，包括VLC（50kHz帶寬）和室內定位功能，并通過(guò)IEEE802.3bt/at/af標準認證，可提供超過(guò)90W的系統功率。
NCL31010集成了一個(gè)高效降壓LED驅動(dòng)器（97%），支持高帶寬模擬和PWM調光至零電流。包含兩個(gè)輔助DC-DC轉換器，例如為系統微控制器和傳感器供電，包括高精度計量（±1%）和診斷，以測量輸入和輸出電流和電壓、LED或系統溫度以及DC-DC電壓和電流。NCL31010集成了3.3V降壓轉換器，是可調2.5至24V降壓轉換器，并支持I2C或SPI串行接口。
NCL31000系列包括非PoE版本以適應其他通信標準的NCL31000，以及支持多通道解決方案的縮減功能版本的NCL31001。NCL31000系列可應用在互聯(lián)LED照明、可見(jiàn)光通信、室內定位，常見(jiàn)的終端產(chǎn)品包括智能LED燈具、可管理LED照明系統、多通道LED照明等。
結語(yǔ)
智能照明是智能建筑應用中的基礎，結合PoE與VLC技術(shù)，將可大幅降低建置的成本，并為許多新應用打開(kāi)了大門(mén)，克服了當今射頻技術(shù)實(shí)施時(shí)的一些限制。憑借來(lái)自安森美的高度集成和高效的LED驅動(dòng)器，將可提供擴展信息和定位服務(wù)的各種有價(jià)值附加技術(shù)，將會(huì )是智能照明應用的理想解決方案。
免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在于傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問(wèn)題，請聯(lián)系小編進(jìn)行處理。
推薦閱讀：
如何利用Charge Pump (電荷泵) 升壓電路滿(mǎn)足設計需求
