基于一种智能照明的控制系统设计

作为目前主要的节能光源，节能灯(CFL)和LED越来越多地出现在家庭、办公室、街道等场所。大多节能灯和LED光源常配有紧凑型的、相对低廉的驱动电源，可显著提高系统的光效(lm/W)，提高系统可靠性，减少启动时间，可调光，延长灯泡寿命等。这些特性已经对照明能耗的减少产生了积极影响，但这还远远不够。

照明所产生的能耗，一部分来自于光源本身，另一部分来自于人们的使用习惯。通过更加智能化控制的驱动电源，可改善照明设备的工作模式，从而进一步实现节能。

智能照明通常是通过构建一个控制系统实现的。其中，每一个照明设备和其他辅助设备(如传感器、摄像头等)都会被赋予一个独立的地址。通过这种方式，用户可以控制每一个设备的开关和亮度调节等特性。而且智能化系统还具备学习和优化的能力。通过统计分析照明设备的能耗状况，使用者可以直观地了解到使用习惯和能耗之间的关系，从而优化使用方式，延长光源寿命，达到更加节能的效果。

改造成本是用户非常关心的另一个核心问题。通常构建智能照明系统可以通过两种方式：有线控制和无线控制。从成本和改造的难易程度来讲，无线控制毫无疑问具备无可比拟的优势。无论是新楼宇还是旧的住宅，无线控制都可以在最短的时间，以最低的成本实现智能控制系统的构建。另外，越来越多便携式智能设备的出现，也使得无线控制模式更容易被用户所接受。

图1：智能照明控制系统。

图1是一个智能照明控制系统的示意图。系统中的每一个光源都拥有独立的IP地址，而且可以被拥有其他IP地址的设备(如智能手机、平板、电脑)无线控制。用户还可以设置一些常见的情景模式，并将它存储在互联网的云端服务器上。网关作为一个协议转换设备，将从智能终端或者服务器上传来的基于TCP/IP协议的控制指令转换为照明系统内部使用的ZigBee或者JanNet-IP协议，实现对灯光的控制。对于节点数量有限的小型系统，开关或者遥控器可能更加简单和直接。此外，通过引入传感器，还可以实现更加丰富的控制模式。

以家庭应用为例，个人用户可对照明设备进行远程遥控，出门在外也可通过手机关闭家中所有的灯；可以按照区域和功能对设备进行自由分组，实现更精准的控制；可通过定制化的应用程序，设定不同的场景模式(比如在看电影时调暗背景灯光)，从而进一步优化光源的使用效率。在控制系统中，照明设备和控制终端的通信是双向的，可以实时监控照明设备的使用情况，并将数据存储在云服务器上。互联网服务供应商通过对数据的汇总和分析，可以得到用户的使用习惯，并从节能的角度出发，向客户建议更优化的照明方式。

以工厂应用为例，不同照明区域(如办公区、食堂和生产区域)，通常对照明控制有着明显的时间特性。通过简单的定时器程序和智能控制系统，无需人为参与，即可合理配置灯光开启时间、亮度，实现节能效果。如能加上光学传感器或动作传感器等的配合，则可实现更为复杂的智能控制。如在办公区安装照度传感器，就可根据自然光照强度自动调节灯光亮度。与动作传感器搭配，通过感知是否有人经过，可以自动调节走廊上灯光的开关，达到进一步节能的目的。

作为照明领域的主要芯片供应商之一，恩智浦半导体早在几年前就已经注意到照明系统的智能化发展趋势。通过整合包括光源驱动、低功耗电源、无线射频和MCU相关产品线的技术优势，恩智浦提出以JN514X为核心的第一代智能照明系统解决方案，如图2所示。得益于半导体集成工艺上的优势，具备智能控制功能的驱动电源与传统驱动电源相比，尺寸没有显著增加，完全可以满足诸如LED球泡灯或节能灯狭小的驱动电源空间的要求。

图2：恩智浦智能照明系统。

智能控制赋予照明完全不同的概念， 使光源成为物联网(The Internet of Things)的重要组成部分。用户可以通过物联网，对其内部拥有独立地址的设备(包括光源、家电等)进行控制，实现绿色、安全、便捷、舒适的生活，这也是恩智浦半导体相关产品线最近几年产品研发的主要方向。