高功率 LED 照明在智能家居領域造就大量機會。 與鹵素燈泡或傳統白熾燈泡相比，LED 燈的使用壽命長得多，功耗更低，并且有更豐富的顏色選擇。

LED 燈還實現了更高效的數字控制。 低成本的 LED 驅動器可以調節燈光，甚至混合不同顏色， 因而在智能家居領域得以廣泛應用，所有燈具均可通過無線網絡連接到中央控制器。 這意味著不同房間的照明可以分別進行優化，甚至改為適應室內居者的偏好。

但這種功能也帶來一個問題：應該使用哪種無線技術？ 在 2.4 GHz 公共頻帶中運行的多種不同無線網絡都可用于此類應用。 這些無線網絡覆蓋不同的技術，從藍牙到 ZigBee 及其遠程控制變型標準 6LoWPAN，再到 SmartMesh 和 Dust 等專有網絡。

與使用簡單的調光器開關相比，為 LED 照明添加無線連接會提高復雜度和成本，但它能增加更多控制功能，其帶來的價值足以抵消這些缺陷。

對于無線控制器而言，功耗是一大問題，主要是因為需要最大程度地減少多余發熱。 較高的溫度會縮短 LED 照明元件的使用壽命，且無線控制器可能需要更多的熱管理元件和更高的溫度額定值。 由于電路板空間一直是用戶關注的問題，因此我們非常重視集成，以便最大程度地減少燈具裝置中除 LED 照明元件之外其它外部元器件的數量。另外，能夠直接連接到 LED 驅動器也至關重要。

用戶需要混色等更高級應用，也驅動了對燈具裝置內部微控制器需求的增長。 如果能夠在處理無線連接的同一微控制器內核上運行照明系統控制軟件，則可降低燈具裝置設計的成本和復雜性。

藍牙

藍牙是為 LED 照明系統添加無線連接的一種方法，現在越來越常用。 這種方法可處理 LED 燈具裝置的無線連接，從集成 2.4 GHz 無線和藍牙協議棧的單個芯片來控制 LED 驅動器。 此類器件包括 Dialog Semiconductor 提供的 DA14580，它集成了 ARM Cortex-M0 控制器內核和藍牙前端收發器，并直接與天線連接，以最大程度降低設計復雜度，且采用了芯片級封裝。 該收發器完全符合藍牙 4.2 標準，通過專用硬件實現鏈路層，它支持的智能藍牙固件包括 L2CAP 服務層協議、安全管理器 (SM)、屬性協議 (ATT)、通用屬性協議規范 (GATT) 和通用訪問規范 (GAP)。 同樣，Nordic Semiconductor 提供的 NRF51822 也可用于智能藍牙鏈路。

藍牙的一大優勢是它提供 1 MB/s 的較高數據速率，支持音頻等其它應用。 為燈具裝置添加一個揚聲器，播放來自任何房間內智能手機的音樂，可以帶來附加價值。

DA14580 支持靈活的存儲器架構，以存儲藍牙配置文件和自定義應用代碼，這些代碼通過簡單調度程序在 Cortex-M0 處理器上運行。

藍牙面臨的挑戰之一是它的連接是點對點的，因此一部智能手機僅連接到單個燈具裝置。 這種連接非常適用于集中式照明系統，但對于分布式照明系統，可能是一大挑戰。 藍牙技術聯盟正在進行開發工作，為藍牙標準添加網狀網絡，這種技術今后將能解決這個問題。 它讓藍牙收發器能夠相互連接，將命令和數據傳遞到特定燈具裝置。

目前已經有一些基于藍牙的專有網狀網絡軟件協議問世。 以 NRF51822 為例，它支持在嵌入式 Cortex-M0 處理器上運行自定義代碼，將實現網狀網絡和 2 MB/s 的數據速率。

ZigBee

在智能家居中，ZigBee 是為 LED 照明提供網狀網絡的另一種無線系統，它基于 802.15.4 標準。 這個標準僅提供 250 Kb/s 的較低比特率，因而適用于低功耗實現，并且能夠將 LED 燈具裝置相互連接在一起，從而實現分布式控制。 這種網狀網絡可使用一個像 Texas Instruments 的 CC2630 或 NXP 的 JN5169 這樣的控制器，作為家庭控制中心從 ZigBee 集線器來控制，它不僅可用于照明控制，還可用于傳感器和致動器。

圖 1：ZigBee 聯盟定義了適用于 LED 照明的無線協議，與現有的 ZigBee 智能器件配合使用。

ZigBee 聯盟定義了專用于 LED 智能照明的無線協議，并有大型燈泡制造商作為堅強后盾。 ZigBee 光鏈路為可互操作的、極易使用的消費型照明和控制產品提供了全球標準。 它實現了對從燈泡和定時器到遙控器和開關的所有 LED 燈具裝置的無線控制。 該標準讓用戶能夠根據周邊環境、任務或季節遠程改變照明，同時始終管理能源使用情況。 這項標準不需要任何特殊器件與照明網絡進行協調，會自動加入網狀網絡協議，讓用戶能夠輕松添加和刪除產品。

由于光鏈路是一種 ZigBee 標準，因此照明產品將能與消費者家中現有的使用其它 ZigBee 標準的產品進行互操作，包括 ZigBee 家庭自動化、ZigBee 輸入設備、ZigBee 遠程控制和 ZigBee 醫療保健產品。

圖 2：ZigBee 光鏈路協議棧。

這種技術的一個潛在缺陷是 ZigBee 無法在智能手機或平板電腦上實現，因而需要集線器來提供網狀網絡。 但是，該集線器可通過藍牙從智能手機或平板電腦上的應用程序輕松控制，以提供用戶界面。

SmartMesh 和 Dust

Dust 是面向 LED 照明的另一種協議。 與 ZigBee 相同，它也基于 802.15.4 物理層，但使用的是 6LoWPAN 協議。 它還需要集線器，以便與智能手機或平板電腦進行通信。

SmartMesh IP 無線網絡是一種自我管理、低功耗互聯網協議 (IP) 網絡，構建自稱作“塵?！钡臒o線節點。 例如，LTC 5800-IPM 使用了 Dust Networks 的高集成度、低功耗無線電設計，以及運行 Dust 的嵌入式 SmartMesh IP 網絡軟件的 ARM Cortex-M3 微控制器。

該器件帶有片載功率放大器 (PA) 和收發器，因而僅需要電源去耦、晶體、天線以及匹配電路，即可構建一個完整的無線節點。 使用 Dust 的時間同步型 SmartMesh IP 網絡后，網絡中的所有塵埃都可以路由、搜尋或終止數據，且軟件通過軟件應用編程接口 (API) 來配置。

圖 3：SmartMesh 方法基于 802.15.4 6LoWPAN 協議，允許使用低成本微控制器。

然后，收發器連接到一個低成本微控制器，其 DC-DC 輸出用于控制 LED 燈泡。 這樣燈泡開發人員就能夠選擇，針對從簡單的調光到能夠發出不同顏色光線的特定 LED 照明設計而優化的控制器。

結論

在智能家居領域，我們有很多不同的控制 LED 照明的選擇。 藍牙提供與智能手機和平板電腦的直接接口，但當前缺少一種標準來實現網狀網絡，讓很多燈泡能夠連接在一起。 專有網狀協議能夠運用到任何收發器上，但限制了 LED 燈泡的互操作性。 同樣，6LoWPAN 的 SmartMesh 實現具有低功耗的優點，能夠靈活地使用不同的微控制器，但也會限制互操作性，而且需要集線器。

ZigBee 作為一種標準是適合各種各樣智能家居應用的通用技術，它為 LED 照明提供了與其它 ZigBee 設備交互操作的專用規范。 集線器將 ZigBee 控制器和藍牙連接合二為一，讓用戶魚和熊掌兼得，且兼容最廣泛的無線技術。