传统照明布线与无线照明控制相关技术问题

　　为了巧妙地使用灯内电子产品，使其能够执行除简单开关切换之外的其它任务，需要用一个接口在各设备（如灯具和传感器）之间进行通信，并配置一个控制器。 当前正提倡使用不需专用布线的新接口，因此价格更低，更易于安装。 但是目前它们做好实施准备了吗？

　　为什么传统照明接口已过时？

　　照明灯具调光控制实施中最容易的一种方式是采用传统的0V 至 10V 协议。 这项简单技术易于实施，但有其缺点。

　　首先，必须分别控制每个光源。 在包含许多灯泡的系统中，这需要使用大量线缆。

　　其次，该协议只支持单向通信，且只支持调光 - 系统不能获得灯泡相关信息。 为解决这些不足，开发出了照明用数字网络技术：首先是 DMX512A-RDM，其使用菊花链在一根总线上连接多达 512 个设备，且为双向通信。 同样，数字式可寻址照明接口 （DALI） 支持最多 64 个设备组成的网络，每个设备都有个别地址和组地址。 广播信息能控制场景或光源组。

　　DALI 提供的数据速率为 1200baud，而 DMX512A 提供的为 250kbaud。 然而 DALI 适用于建筑物（需要光源数字管理）中使用的照明系统，如现代化的办公楼和酒店，或需要监控功能的地方。 DMX512A 是专业照明环境的理想选择。

　　但是 DALI 和 DMX512A 网络都仍然需要将它们自己的布线基础设施与电源隔开。 这使照明设施成本显著增加。 在已经布有电力线（电力线靠近照明设备布线）的现有结构上增加控制布线可能并不可行。

　　这样就出现了推出不需任何其它布线的照明控制协议的热切期待。

　　如何消除独立控制布线？

　　传统照明配线接口技术成熟，是针对其预期应用的久经考验的解决方案：调光、舞台照明以及大型建筑中的照明管理。

　　但是它们的局限性使它们在有些环境中并不适用：

　　? 如前文中提及的已经有电线但没有控制布线的地方。

　　? 要求只通过一个控制点操作大量灯的地方。

　　? 需要以高数据速率进行双向通信的地方，例如从温度传感器或光线传感器发送数据。

　　? 需要混色的地方

　　当前看似可获得商业支持的两项技术可能会提供答案：无线通信，采用无许可证的 ISM 频率波段；电线通信，在现有主电源布线上实施。

　　但是照明业界真准备采用该技术了吗？

　　无线照明控制

　　无线照明网络的特定操作要求如何？ 其必须：

　　? 支持长距离范围内的许多节点

　　? 运行功率低，包括备用模式时的功率。 使用的无线开关或传感器未与主电源连接的系统尤其如此。

　　? 启动时快速连接设备

　　? 照明设备总成本基本不增加

　　两种最有名的无线协议（Bluetooth 和 WiFi）都不符合这些要求。 它们提供的节点范围及数量有限，并且电流消耗过多。 启动时需花很长时间连接设备。

　　幸运的是，有多种可供选择的其他 RF 协议，每个都有自己的长处和不足。 照明控制设备制造商肯定将能够找到符合上述要求，并且将在预期应用条件下运行的一种协议。

　　基本上共有两类应用，每类都需要不同的工作条件：室外照明和室内照明。 对于像路灯之类的室外应用，该协议必须在节点之间提供很长的距离，同时支持细长网络。

　　室内应用中，节点彼此距离很近，它们之间的工作范围不重要。 但是无线电协议应能够形成一种树状或网状拓扑（见图1）。 从而允许对网络的整个范围进行扩充，而各个节点都有效地发挥中继器的作用。

网状拓扑更复杂，它为信号提供多条通道，并与网状协议中经常出现的自修复功能协同工作，因而即使有些网点出现故障也能使网络保持运行状态。 而网状网络管理相对复杂些，因而消耗的处理器资源更多；因此发现更简单的树状拓扑通常更适合于照明控制网络。

　　节点之间的范围主要取决于发送功率、接收灵敏度、频率和传递条件。 所有其它条件都相同的情况下，频率较低（《1GHz） 的系统的范围更大，穿透砖石和其他障碍的能力更强，但会消耗更多的电力。 2.4GHz 系统提供的优点相反：尺寸更小、功耗更低、数据速率更高并且网络管理速度更快。

　　然而，照明控制设备制造商评估 RF 技术时需要考虑各种因素：

　　? 协议特点、拓扑 v 复杂性的选择，以及处理器资源上的漏电。

　　? 频率 v 范围，以及功率消耗

　　决定了这些高级要求后，设备设计人员必须具体考虑采用哪种协议。ZigBee 标准是最流行的且符合照明网络要求的无线网络类型。 主要规格包括：以 sub-GHz 和 2.4GHz 频率运行；数据速率高达 250kbits/s；范围 100m（露天，功率 0dBm ，频率 2.4GHz）；并且支持树状和网状网络。

　　IC 和模块中都提供有 ZigBee 解决方案（见表1）。 商业使用本规范不收取费用 - 制造商必须属于 ZigBee 联盟，最终产品必须

　　经过认证，并保证来自不同供应商的设备可互操作。可从照明控制参考设计开始，加快开发过程。 FreescaleSemiconductor 和 Future Electronics 可提供特别有用的开发板：

　　? Freescale 的照明参考设计支持 DALI 和 DMX512-A/RDM协议，并通过一块单独的通信板为 ZigBee 提供支持。这个接口连接到 Tower 系统开发平台内的 Kinetis MCU主板。

　　? Future Electronics 的无线照明和控制参考设计可在802.15.4 网络上实施对红色、绿色、蓝色和白色 LED 的无线控制。 该套件包含一个控制器板、几个远程灯板和一些收发器板。

　　使用芯片制造商开发的专有协议可免去 ZigBee 许可证费（见表 2）。 NXP 提供 JenNet 协议，该协议在 2.4GHz 波段内运行，能组建树状、星状和线性自修复网络，最高包含500 个节点。 Microchip 的免费 MiWi 堆栈同时以 sub-GHz和 2.4GHz 两种频率，在 PIC 微控制器和 Microchip 收发器上运行。

　　共享电源布线

　　实施复杂照明控制网络（无专用控制网络布线）的另一种方法是采用电力线通信 （PLC），其可托管在电源布线上。公用事业公司已经开创了 PLC 的使用，它提供一种在电网上访问电表和其它器具的方法。 但是 PLC 也可用于在建筑内提供低数据速率通信，由此控制主电源上连接的灯具。

　　该技术的范围取决于所用调制方案、线路阻抗和噪声，但是极有可能当节点之间距离太大、或者条件对于无线信号而言过于恶劣时才值得对 PLC 进行评估（例如有金属墙的建筑）。

　　照明业界采用 PLC 的最大障碍是没有普遍接受的、用于照明控制或家庭自动化的 PLC 规格。 最流行的标准是 KNX，它能将电力线以及其它介质用于家庭和建筑自动化功能；但局限于 1.2kbits/s 以下的数据速率。

　　或者，照明控制设备制造商可采用由 PLC 调制解调器和芯片系统 （SoC） 制造商开发的技术。 例如，Yitran 公司的 IT700调制解调器采用高级 DCSK 调制，可提供速度高达 7.5kbits/s的稳定通信，另还为命令和控制应用采用其 Y-Net 协议堆栈。

　　Microchip 基于其 dsPIC33F 系列微控制器推出一种 PLC 软调制解调器参考设计，可提供高达 7.2kbits/s 的数据速率。Cypress Semiconductor 也推出一系列 PLC 设备，它们都将Cypress 的电力线网络协议堆栈集成在作为 PHY 的同一设备上。

　　结论

　　由于为了支持 DALI 及其它已确立的照明控制标准而安装并行