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传统照明布线与无线照明控制相关技术问题

发布时间:2020-06-30 20:29:32 阅读: 来源:压铸机厂家

电子设备是如今市场上推出的几乎每个光源或灯具的组成部分。 电源管理、开关和调光控制、混色、系统监控以及用户界面中都使用电子电路。 电子镇流器中也使用数字和模拟集成电路,这些镇流器用于高强度放电灯、节能灯、LED 照明、白炽灯调光器和控制设备。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 电子镇流器相关文章:电子镇流器工作原理

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