照明物联网:传感器如何为智能照明系统创造需求?

2018-02-07 20:03:09编辑:李强 关键字:传感器  智能照明

  Kevin Jensen 艾迈斯半导体传感器和照明专家。下面就随网络通信小编一起来了解一下相关内容吧。

  如今的一切事物都变“聪明”了,特别是与物联网(IoT)相关的市场被认为具有巨大的增长潜力。万物互联的全新可能及由此而来的庞大数据,为无数产品提供了发展愿景。例如,早餐时,厨房设备会准备新鲜的咖啡和热面包;洗衣机会在红色袜子将所有白色衣服染成粉红色之前自动停止洗衣;此外,无论是在家里、购物中心还是在街上,照明系统都能够自动适应环境从而带来适宜的照明。

  1监测、联网及控制

  随着发光二极管(LED)的引入,照明设备的开发理念和设计过程有了翻天覆地的变化。为了能够使用更有效的控制系统,我们必须学习新的电子学知识,并为产品设计添加新的功能。而在如何更智能地利用光照方面,还有许多值得挖掘的地方。

  灯具是理想的传感器节点。每个房间都有灯,而这些灯具通常都位于房间的中央位置。通过添加传感器可以轻松实现更高的智能性,例如:光线品质、温度、湿度、空气品质或空间占用监测等。这些数据可统一收集后传送至室内的其他联网设备。但是,只有在收集到正确的数据时,系统才会做出相应的反应。

  如何在实体世界和数字空间之间建立桥梁?将传感器应用在灯具中又有哪些具体要求?正确的组合方式非常重要。

  2数据采集及“智能”用途

  目前大部分建筑物都具备一些基本的元素,包括墙壁、门、窗户、家具或聚会区域、空调或通风系统以及照明设备等,鉴于电气网络分布在建筑物的各个位置,而每个房间都安装有灯具,灯具显然是作为传感器“热点”的绝佳选择,因为它包含了所有必须的元素:电力、房间的中央位置以及人。

  人们到底希望监测什么,这是制造商需要思考的问题,同时也帮助他们运用专有知识制订针对性的销售策略,而这些策略不能很快地被复制。

  添加空气质量和湿度监测功能可以使建筑自动化更智能,并且节省能源和增进系统效率。此外,主动照明控制还能确保员工在整个工作日都感到舒适、充满活力, 从而始终保持斗志。考虑到能源之星及其他国际标准的要求,智能传感器及控制的概念正变得越来越重要。

图1 灯具中的传感器技术做为物联网连接的中枢元件

  当然,传感器技术的采用势必会增加灯具的物料成本(BOM)。但我们也需要思考:“传感器技术创造了哪些附加价值?”“哪些特性将帮助开拓新市场?”检测空气中的挥发性有机化合物(VOC,Volatile Organic Compound)、火灾监测的预警系统,或是以人为中心照明(HCL,Human-centric lighting)的完整光谱?手持设备用户通常很少抱怨硬件部分,却往往会因为该设备不具备特定传感器,导致其app应用没有某些新功能而感到失望。

  3监测:收集数据

  为了使设备变得更智能,使用正确的传感器是重要因素。行动引发反应-收集的数据将让使用者能以特定的方式做出反应。艾迈斯半导体(AMS)提供直觉式的解决方案:智能照明管理器。通过该传感器解决方案,不仅能监测光线,而且能单独地对色温和亮度差异直接做出反应。同时,该系统还能用作传感器桥接界面,进而连接更多的传感器。

  诸如上述提到的温度测量、空间占用探测、湿度测量、空气品质测量(VOC)或气压测量。获得的数据可被用于控制光线品质或改善房间本身。例如基于传感器测量数值的主动亮度控制能在窗口有足够阳光透进来时将灯调暗,或者主动测量色温并加以控制从而实现主动式的日光控制。其它传感器数据则被传送到连接的设备上,并被用于实现建筑物自动化。例如空气质量数据可以传送至通风系统,以实现自动控制。

  为了实现简化的连接并扩展系统,需要添加诸如I²C或UART等工业标准接口。此外,UART还能采用RS-485网络插头做为数据通信接口,实现快速使用。这就提供了一个简单的基于有线或无线的方式与收集和处理数据的控制中心相连接的解决方案。

图2 智能照明管理器 AS7211:用于光源监测控制和调整的集成传感器

图3 AS7225自带微控制器和I²C输出接口

  4主动式控制:利用数据

  传统照明产业青睐标准产品,因为这样的产品开箱即用,能够直接组装成设计好的产品。技术知识和专业能力体现在设计、光线输出和性能领域。然而,随着现有设备引入物联网功能的需求不断增长,工程师们越来越多地问自己这些问题:在不太了解色度测量、控制技术甚至光学技术的情况下,有哪些元件可以轻松实现应用需求?需要多少专业知识才能促成物联网项目落地,产品又需要蕴含多少专业知识?

  智能和集成传感器解决方案在这一点上可协助您自动解决部分问题,例如相关色温(Correlated Color Temperature, CCT)控制、色彩控制、亮度管理等。举例来说,可以在几个灯具之间建立动态日光控制系统,或者是根据来自窗口的入射光来调整亮度 (Lux)。而以人为中心的照明 (HCL) 或节能照明项目能实现快速实施。此外,这些解决方案具备灵活性,可以让具有创造性思维的开发人员随心使用自己的知识,发挥自己的调光专长并利用实际的传感器数据。

  通过智能照明管理器集成的PWM(脉宽调变)所具备的0-10V输出可以直接调节输出值。通过校准的反馈回路来自动执行调光或调整可以使照明更智能。房间里的所有灯具都要运行在5000K?没有问题,集成的传感器能检测当前值并进行动态调整。无论是否使用不同供应商的LED,还是发生LED颜色输出随时间老化的现象,只要暖白色和冷白色组成的LED仍然可以达到这个色温,传感器就能将CCT调整到所要求的值。

  但是,如果我已采用了自己的微控制器,并且想自己运用这些知识,那又该怎么做?如果是这样,那么智能照明控制器(Smart Light Director)就是绝佳选择。该解决方案能利用I²C接口将相对应的色度值直接传送到单独的控制器,而制造商也可通过采用Dali等系统实现动态控制。

图4 快速并简单地结合传感器和灯具

  5网络:数据的智能处理,互联及增值

  硝烟弥漫的照明市场有一个众所周知的问题:价格压力。越来越多的低成本供应商不断为市场带来新的解决方案,但他们却对品质要求缺乏关注。智能联网系统不仅能创造独特的功能,还可以通过针对性的专业知识和合作伙伴来开启新市场,并且推动持续发展。

  采用现有的联网技术可以将“本地端”的监测和控制直接传送至云端,因此可以直接解决灯具联网的问题。图5显示通过集成的UART接口和BLE、WIFI或Zigbee,就可以快速连接至一般的输入装置。简单的AT指令有利于装置之间的通讯,并确保使用标准化代码就能在很短的时间内建立连接,其中包括蓝牙(BLE / Smart)、Wi-Fi和Zigbee等标准无线元件及有线乙太网络的复杂堆叠和协定。

  参考代码可用于简化照明和网络之间的复杂通信。通过UART接口,还可以使用DALI(digital addressable lighting interface, 数字可寻址照明接口)或经典的RS-485。参考设计还显示使用Android系统手机或iPhone,就可以快速解决Set_Lux_Target、Read_Lux_Level或Set_Luminaire_Output_Level等标准指令。 即使是GUI(图形使用者界面)的实现也是非常快速和容易的。

  因此,在很短的时间内就能建立物理空间及数字空间的桥梁,也就是实现物联网照明解决方案。使用智能照明集成套件(SLIK)在24小时内就可以建立原型。

图5 传感器技术成为物理空间与数字世界 (云端)之间的桥梁

  6结论

  只有突破传统,新想法才能受到瞩目,未来的照明设计师才能够在价格、性能和功能之间进行选择。然而,问题在于如何能在竞争中脱颖而出,具有数字化附加值的云端解决方案可以解决这个问题。因为使用者自己就能看到这些新获得的数据如何被积极使用。消费习惯会逐渐改变,新的“app”会出现、客户需求也会不断变化,只有那些能够积极应对这些改变的人,才能牢牢掌握客户的心。

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来源: 电子产品世界 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/wltx/article_2018020719277.html
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