智能照明的发光质量、效率与成本讨论

　　远程连接

　　远程连接是智能照明系统的一个关键性能。智能设备可以自动管理自己的运行，提升效率与质量。但除非设备可以与中心控制器通信，否则这种智能必须预先编写好，并且只有单台设备可以获得最高效率。

　　通过将照明系统中的各个部件连网，开发人员可以协调整体装置中各设备的运行。这样做能实现一种全新的功能，包括远程调光、远程关机与紧急控制。操作者可以从一个中心控制位置调节整个光组的照明强度，而不需要单独调节每盏灯。

　　为获得最多功能，每个部件都必须既能接收信息，也能将信息发回给操作者。这样，街灯可以做简单的自我诊断，以判断是LED烧坏，还是性能低于了一个最小品质阈值，然后告知操作员做必要的维护。这样，就不需要让技工去做定期维护来确保设备正常工作，操作人员可以远程做出检查，只有当问题严重到一定程度时，才派技工去。这种远程监控与LED的长工作寿命相结合，可以大大节省维护成本，增加运行的安全性，因为可以立即判断出故障。

　　远程控制还能实现其它先进功能，这些功能对工作效率和成本有明显的影响，能够动态地控制灯光，以及将多处照明点连网到某处的一个控制点，这个控制点也许与实际灯光位置距离遥远。例如，街灯可能需要按照夏令时做出调整，此时不需要派技工去每个控制箱，照明系统操作人员可以在系统中修改所有灯光的时间表。操作人员还可以轻易地在时间表中实现临时改变，例如在晚场结束的运动会后提供道路灯光照明，或者在繁忙季节中保持工厂照明等。远程控制还能在紧急状况下直接控制灯光，从而提高安全性。

　　商用与工业中的智能照明还有一个更有益的功能，这就是精确地跟踪功耗情况。例如，过去街灯的支付费率是固定不变的，而有了智能灯光控制器，市政操作人员就可以跟踪实际功耗，将数据发至一个中心控制点，确保该市支付的电费不超过实际金额。

　　对实际使用情况的数据记录能让操作人员精确地调节自己的运行成本规划、维护资源以及未来投入。它还能够实现更先进的前瞻性诊断。动态高能耗或需要大量更换灯泡，这些问题如果能提早告知操作人员，就可以在它们推高运行与维护成本以前，尽快加以处理。

　　连接能力也是很多照明系统的基础，尤其是娱乐应用。这个市场中已有了很多通信标准，包括DALI、DMX512和KNX，而支持这些协议的设备就拥有了一种竞争优势。

　　电力线通信

　　PLC(电力线通信)即让网络设备运行在为设备供电的相同电源线上，而无需装设独立电缆作为通信链路，这是照明应用的一种重要技术。对于不需要全套 PLC功能集的应用，PLC-Lite是一种灵活的替代方法，它以较低的数据速率提供了简捷性，并降低了协议开销。开发人员能够以低得多的每链路成本实现 PLC-Lite，小于PLC的一些更复杂变型，如G3或PRIME(电力线智能读表演化)。

　　由于PLC-Lite不是一个固定的标准，开发人员可以利用它的灵活性优化某个通道特性的实现，以提高那些需要处理电力线干扰环境下的链路强健性。PLC-Lite非常适用于需要低成本但有强健通信通道的应用，如家庭网络中的单只灯泡或墙上开关。

　　开发人员还可以采用射频技术，以无线方式连接各个设备。通过模块化结构，设备可以采用任何最适合客户需求的连接。无论链接是采用PLC或Wi-Fi，数据都通过一个标准I2C或SPI端口传送给微控制器。

　　集成化优势

　　为降低系统成本，开发人员需要一种有足够处理能力的微控制器，用一只微控制器就能实现功率级、LED控制、传感器输入以及远程连接能力。通常情况下，一个集成了所有系统控制器的单芯片设计要比需要多MCU的方案价格更低。

　　不过，有些照明系统中存在着高电压和低电压，通常需要在PFC和DC/DC之间有一种隔离边界(图3)。这种情况下，采用两只微控制器可能更容易些，两只微控制器通过I2C或SPI接口实现跨隔离边界的通信。如果设计是非隔离的，则用同一只微控制器实现PFC和DC/DC转换功能就相对简单些。

　　当为LED设计使用单个微控制器时，最好是有一种适合于广泛应用的高性能架构，这样针对数字功率控制的设计就能支持各种电源结构。微控制器最好集成有以下功能：

　　(1)高精度PWM生成以及占空比控制，以及高精度的死区，以实现对功率级的更高效、更高性能控制。先进PWM提供了生成非常精准彩色输出以及调光级的能力。例如，通过16路PWM输出，微控制器可以独立地控制多达16个单独LED串。

　　(2)提供高达4.6M采样/s采样与转换速度的模数转换器。A/D模块与PWM相结合，使工程师能够创造出一个严密的反馈回路，对不断变化的系统与周围工作条件做出快速反应。

　　(3)内置故障保护机制，处理过流和过压情况。PWM故障跳闸区使系统能够在意外系统状况下，绕开CPU并用一个预先设定的状态替代PWM信号，从而防止系统损坏。

　　(4)I2C、SPI、UART、USB与CAN外设具有已生产就绪的固件驱动，满足大多数LED应用的连接需求。

　　德州仪器公司的C2000Piccolo平台是用于LED照明设计的集成微控制器的例子(图4)。32位TMS320C28x核心提供了微控制器器件中的数字信号处理能力，具有经优化的算术运算、用于实时控制的中断驱动架构，以及能响应变化事件的可编程灵活性。TI的集成CLA(控制规齿加速器)是一个独立核心，在无需增加成本或第二只MCU开销的前提下，实现了双核运行。CLA能够独立于C28xDSP运行，其设计可完成高效的并行处理。

　　Piccolo微控制器将一个照明系统的功能划分为C28x核心和CLA核心，用一只芯片实现了完整的智能LED控制器。例如，CLA可以用于运行 PLC算法，而同时C28x核心则专注于数字功率转换以及LED串控制。对于需要更先进或更高带宽PLC的应用，还有一个供Piccolo F2806x微控制器使用的集成式Viterbi复杂算术单元(VCU)。该VCU专门针对PLC算法做了调整，与没有VCU情况相比，可以使PLC处理速度提高6倍。

　　很多公司都提供开发软硬件，帮助工程师们评估和设计出各种LED照明应用，从小电压的辅助供电系统，直到有远程连接功能的高电压全交流供电系统。 TMDSIACLEDCOMKITacLED照明与通信开发人员套件就提供了一个完整的平台，可加快交流供电的智能照明产品设计，使其具有高的工作效率 (约90%)，并完全支持远程连接以及照明通信协议。

编辑：Lemon