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联网/感测技术火力支援照明系统附加价值大增

2018-01-13 17:27:09来源: 新电子 关键字:联网/感测技术

为了摆脱价格战泥淖,照明产业近年来积极朝智慧照明发展,并试图透过整合联网、环境感测等功能,让照明设备具备更多附加价值。照明设备走向多功能整合,也为科技产业带来新的机会。


照明与现代人类的生活有着密不可分的关系,几乎每个人类活动的场域都可以看到照明设备。不过,由于不同场域有不同的应用需求,因此在某些特殊领域,照明设备已经不只是用来照亮环境,还得扮演环境感测或通讯节点的角色。照明设备走向多功能整合的趋势,让许多原本跟照明产业无关的科技业者,也成为照明产业的一份子。


LED驱动仍为智慧照明主要挑战所在


台湾英飞凌(Infineon)资深行销经理张文贵(图1)表示,智慧照明的市场需求在近几年有非常明显的成长,特别是在公共照明领域。随着世界各大城市全力推动智慧城市计画,更高能源效率、更多功能的路灯设备,已开始出现在世界各地。


举例来说,英飞凌目前正跟英特尔(Intel)、eluminocity合作,在欧洲推动一个智慧路灯专案。该专案所使用的路灯上,便搭载了各种环境感测器与雷达系统,当路灯照亮的范围内没有人车经过时,可以动态调低照度,以节省能源。而且,该智慧路灯不仅只是省电而已,还搭载了警报、交通流量侦测、空气品质侦测、停车管理等功能,甚至还能加挂电动车充电桩模组,让路灯直接为电动车充电。


多功能整合是路灯设备的未来,因此,电源、感测元件与嵌入式安全元件,都将在这类应用产品中扮演更重要的角色。不过,也因为路灯设备必须在既定空间内整合更多功能,因此在LED驱动子系统方面,势必要做得更小巧、更高效率,才能把宝贵的空间留给其他功能。为此,英飞凌推出XDP技术平台与CoolMOS与CoolGaN两大系列产品,来缩小LED驱动子系统占用的空间。


事实上,就电源设计的角度来看,照明系统不仅面临着LED驱动必须小型化的挑战,还面临两个互相矛盾的技术要求:为了减少虚功,各国政府的法规都要求路灯必须支援功率因素校正(PFC),但PFC同时是造成LED频闪的最主要原因,而频闪若没有适当的防治对策,轻则让人觉得不舒服,重则让人的健康受到损害。因此,如何在省电与人眼的舒适度之间取得平衡,一直是LED照明的驱动电路设计者最伤脑筋的问题。


针对上述挑战,国际电子电机工程师协会(IEEE)已订立了IEEE Std 1789-2015标准,对LED驱动电流的调变做出建议,以便让路灯等高亮度LED照明应用能在电源效率与人眼的舒适度之间取得比较好的平衡。英飞凌所提出的解决方案,可以很轻松地让路灯开发者设计出符合相关规范的应用产品。


多元感测器为照明创造附加价值


感测器是智慧照明不可或缺的元素,其中又以环境光侦测为最常见的基本功能。藉由环境光感测,照明灯具得以判断其所处环境的光照情况,进而自动调节亮度,把能源效益发挥到最大。但除了环境光感测外,由于灯具在室内环境中往往位在制高点,是感测各种室内环境参数的绝佳位置,因此在灯具上整合有机化合物感测器(VOC)、影像感测器等感测器,将是值得观察的趋势。


奥地利微电子(ams)台湾区总经理李定翰(图2)指出,对智慧灯具来说,搭载环境光感测器是最自然的选择。透过环境光感测器,灯具可以掌握室内的光照状况,进而自动调节亮度,达到最佳的省电效益。


图2 奥地利微电子台湾区总经理李定翰认为,智慧灯具未来将成为室内环境中非常重要的感测中枢。


不过,照度感测只是最基本的功能,未来环境光感测器支援色温感测,将是一大发展趋势。藉由整合色温感应功能,LED灯具还可以视当时环境自然光的色温动态调整,打造出更舒适的光照条件。事实上,色温变化对人的生理时钟运作会有很大的影响,因此这种功能未来必然会更加普及。


除了环境光感测之外,由于灯具在室内所处的位置往往在制高点上,又不会有死角遮蔽,因此在灯具上整合其他感测器,例如影像、有机化合物感测等功能,也是十分理想的选择。举例来说,在灯具上添加影像感测器,再搭配对应的软体,就可以计算出室内空间有多少人、活动状况又是如何;若在灯具上加装有机化合物感测器,就能实现室内空气品质的监测,让空调系统得以更智慧化地调节。


简言之,未来智慧灯具很可能成为室内环境的感测器中枢(Sensor Hub)之一,特别是针对环境参数的感测,因为灯具所处的位置实在太理想,值得善用。而看好这个发展趋势,奥地利微电子已备妥各种可以与智慧照明结合的感测解决方案,包含影像、温/湿度、有机化合物、声音甚至光谱,几乎室内应用所需的各种物理量感测,奥地利微电子都有对应方案,且从元件、硬体开发工具到软体工具都一应俱全。


李定翰表示,提供完整的工具跟开发平台,对智慧照明应用的开发十分关键。照明产业跟电子产业的背景不同,工程师的专业领域也不一样,若要降低照明厂商整合感测功能的难度,并加快产品上市时程,解决方案供应商必然要有相对完整的方案跟开发环境。提供完整的开发环境,是奥地利微电子相关产品线的重要发展策略。


抢食灯具联网商机ZigBee暂居上风


至于在灯具联网技术方面,虽然有许多无线通讯协定均可应用于智慧照明,但就市场现况来看,ZigBee仍是灯具联网最常见的无线通讯协定。至于在有线技术方面,DALI与KNX这两个标准则各有优势,其中DALI是专为灯具所设计的标准,至于KNX则是更泛用的建筑自动化协定,可以支援多种实体介面,包含无线通讯在内。


台湾德国莱因(TüV)资讯与通信技术经理于凯群(图3)分析,虽然近年来有许多无线通讯协定标准均锁定智慧家庭、智慧照明等消费性应用市场,但单以智慧照明来看,ZigBee还是目前最主流的无线通讯协定。因为ZigBee发展得早,技术相对成熟,加上本身可以支援网状网路(Mesh Network)拓扑,因此不管是要增加新的节点,或是在某一节点设备损坏时改走其他路由,都可以很轻松地实现。


图3 台湾德国莱因资讯与通信技术经理于凯群表示,ZigBee与DALI是目前智慧照明应用最常使用的无线与有线通讯技术。


除了网路架构本身的优势外,ZigBee非常省电,也是其应用设计上的一大优势。以灯光的开关来说,目前已经有业者开发出完全不依赖电池,只要靠使用者按压开关产生的细微能量,就可以收发ZigBee讯号的无线开关装置。这种应用产品最大的卖点在于开关跟灯具的连接不需要实体缆线,因此开关可以放在任何地方,又不用钻墙拉线。


至于近年才出现的LoRa、Sigfox等窄频长距离通讯,其技术特性也可以用在智慧照明上,但比较有优势的应用在户外照明或是大型场域,因为这类应用所需求的通讯距离,常常会超过ZigBee等短距无线技术的能力所及。


针对智慧照明所使用的各种有线/无线通讯协定标准,德国莱茵都有对应的技术资源,可满足开发者对各种设计验证及顾问咨询的服务需求。

关键字:联网/感测技术

编辑:王磊 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/wltx/article_2018011318845.html
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