智能家居、辦公室和工廠的設計師不斷尋求新的方法來提高用于交付和管理建筑設施的系統(tǒng)的效率。從歷史上看，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡和電力網(wǎng)絡是分開安裝的，目的是各自執(zhí)行明顯不同的功能，但這需要在建筑結(jié)構(gòu)中安裝兩種完全不同的電纜類型。

以太網(wǎng)供電(PoE)的發(fā)展現(xiàn)在提供了一種減少交流電源電纜需求的方法，讓一些設備(如相機、電話、無線路由器)從它們的數(shù)據(jù)線中獲取電力。作為PoE的潛在應用，一個受到更多關(guān)注的領(lǐng)域是照明。

在本文中，我們研究了連接照明系統(tǒng)在智能建筑系統(tǒng)的部署和管理中可以發(fā)揮的作用，并考慮了照明和建筑自動化之間的潛在關(guān)系（圖1）。我們還回顧了其設計的標準方法，并解釋了如何實現(xiàn)連接照明系統(tǒng)的新應用，同時大大簡化了其設計。

1、智能照明在樓宇自動化中起著關(guān)鍵作用

互聯(lián)照明和樓宇自動化

一旦進入建筑物，無論是家用、商用還是工業(yè)用，照明無處不在。近來，低效的白熾燈泡和鹵素燈泡已經(jīng)在很大程度上被更低功率和更高效的led所取代。然而，為燈供電的方法并沒有發(fā)生重大變化，電纜仍然鋪設在將要安裝燈具的地方。

由于LED需要直流電源，燈具必須包括一個交流-直流變壓器，可能還包括一個直流-直流轉(zhuǎn)換器，以便為LED提供所需的電壓水平，并最終提供控制電流。這種方法認為燈具只負責一項功能——照明，在提供高效照明的同時，卻完全忽略了一個事實，即燈具是承載一系列其他智能建筑功能的理想選擇。

利用無處不在的燈具的第一步是為它們提供數(shù)字連接。 通過將單個燈具數(shù)字化并將它們互連到一個統(tǒng)一的系統(tǒng)，它們可以作為主干，非常適合在整個建筑物中托管物聯(lián)網(wǎng)應用程序。

在互聯(lián)照明系統(tǒng)中，每個燈具都有一個唯一的 IP 地址，可通過建筑物的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通信。 聯(lián)網(wǎng)照明顯然是在住宅、辦公室和工廠中傳輸物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的候選者，因為電氣和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡已經(jīng)到位。 這種方法可以讓連接的燈具擁有其他傳感器功能和無數(shù)的應用程序。

通過集成不同類型的智能傳感器(溫度、濕度、接近度、空氣質(zhì)量等。)，連接的照明系統(tǒng)可以同時捕獲整個建筑內(nèi)房間的占用情況和其他環(huán)境指標的數(shù)據(jù)，作為智能建筑自動化系統(tǒng)的可操作輸入。這些信息有助于優(yōu)化空間、提高運營效率，并有助于最大限度地提高建筑物內(nèi)的舒適度。收集到的關(guān)于居住者行為的信息也可以用于能源管理。

實施互聯(lián)照明系統(tǒng)

為燈具添加數(shù)字連接的一種方法是包括 Wi-Fi 無線電。 然而，由于無線 RF 信號會受到不同程度的衰減，這取決于它們的位置和它們與最近接入點之間的建筑材料，它可能會降低數(shù)據(jù)通信的速度和可靠性。

更好的方法是為每個燈具提供一個以太網(wǎng)接口。 但這將需要將 Cat5/6 雙絞線電纜布線到每個燈具，使布線量增加一倍（假設已經(jīng)計劃了電源布線），并增加了安裝成本和工作量。

理想情況下，連接的照明應該只需要一根電纜為LED、攝像頭和智能傳感器供電，并將它們的雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭b控器。這將不再需要將單獨的電源電纜布線到每個燈具——這是一個顯著的優(yōu)勢。PoE可以以實施的以太網(wǎng)標準的速度向電源設備和網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸直流電壓，使其非常適合執(zhí)行這項任務。

完全集成的解決方案

連接 PoE 的燈具使用單獨的 LED 驅(qū)動器 IC 和 PoE 接口 IC 通過以太網(wǎng)供電。 采用不同的方法，onsemi 開發(fā)的 NCL31010 將這兩個組件組合在一個封裝中，可以用作完全連接和管理的照明系統(tǒng)的基礎（圖 2）。

2. onsemi 的 NCL31010 PoE 接口 LED 驅(qū)動器針對聯(lián)網(wǎng)照明系統(tǒng)

該設備符合 PoE 標準（能夠提供超過 90 W 的系統(tǒng)功率）并通過了 IEEE802.3bt/at/af 認證。 其降壓 LED 驅(qū)動器的效率為 97%，并支持高帶寬、高線性度模擬和 PWM 調(diào)光（低至零電流）。 擴頻技術(shù)有助于減少傳導和輻射 EMI 的數(shù)量。

該器件中的兩個輔助 DC-DC 轉(zhuǎn)換器可以為微控制器和其他外圍設備（例如傳感器）供電。 還包括用于測量輸入和輸出電流和電壓、LED 或系統(tǒng)溫度、DC-DC 電壓和電流的高精度計量和診斷功能。 該器件的一個應用是低數(shù)據(jù)速率可見光通信 (VLC)。 在此應用中，數(shù)字數(shù)據(jù)被調(diào)制到從燈具發(fā)出的 LED 光上，從而成為室內(nèi)定位系統(tǒng)（例如 YellowDot）中的定位信標。VLC的調(diào)制數(shù)據(jù)是人眼察覺不到的。

面向未來的照明

基于 PoE 的聯(lián)網(wǎng)照明為所有類型的未來智能建筑提供最靈活、最高效的照明，LED 燈具通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡控制并通過數(shù)據(jù)布線供電。 通過結(jié)合使用傳感器、智能燈具和智能控制系統(tǒng)，智能建筑將提供傳統(tǒng)照明無法達到的舒適度和效率水平。 那些管理智能建筑系統(tǒng)的人也將在施工期間以及建筑物完全占用和運營后享受更低的成本。