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智能照明是指利用計算機、無線通訊數據傳輸、擴頻電力載波通訊技術、計算機智能化信息處理及節能型電器控制等技術組成的分布式無線遙測、遙控、遙訊控制系統，來實現對照明設備的智能化控制。
智能照明系統工作原理
智能家居的照明控制系統，其實就是根據某一區域的功能、每天不同的時間、室外光亮度或該區域的用途來自控制照明，是整個智能家居的基礎部分。
智能照明系統最為人稱道的是，它可進行預設，即具有將照明亮度轉變為一系列設置的功能。這些設置也稱為場景，可由調光器系統或中央建筑控制系統自動調用。在家庭內使用時，可以采用集成中央控制器的形式，并可能帶有一個觸屏界面。
總體而言，智能照明系統作為整個智能家居的核心部分，特別適合于大面積住房，它將使生活方便，舒適。照明控制系統分為獨立式、特定于房間式或大型的聯網系統，在聯網系統中，調光設備安裝在電氣柜中，由諸如傳感器和控制面板組成的外部設備網絡來操作。聯網系統的優勢是可從許多點來控制不同的房間中區域。在家庭中，可以在靠近主進口的墻上安裝一個控制面板，以此作為多外房間的主控制點。
智能照明系統設備要求
針對大戶型的裝修風格和智能控制的需求，結合物聯智能家居控制系統的控制方式的方便、靈活、易于修改、易于操作、易于維護等特點，實現智能照明控制的系統解決方案；
1.系統采用數字總線設計，采用2芯雙絞線，所有設備通過2芯雙絞線以星形或串形結構連接，連接不分極性，布線簡單、方便，極大的節省了安裝時間，減少了安裝錯誤，降低了施工費用和后期維護費用；采用27VDC低電壓供電方式，安全可靠，無電磁輻射；
2.信號傳輸速率很高，抗干擾能力強，可靠性高，距離可達5千米，經過擴展后傳輸距離更遠，2芯雙絞線可同時傳輸電源信號、控制信號、音頻信號和視頻信號，并可實現多通道傳輸，互不干擾；
3.所有控制器可隨時更換位置，改變功能，改變控制負載對象，而無需更改線纜，并可自動修正設定，運行到最佳狀態，節約能源，提高效率；
4.所有執行器均采用模塊化設計，采用標準35mm導軌安裝方式，安裝體積小，可安裝在照明箱中，無需定制特殊箱體，尤其適合于別墅安裝空間小的環境；
5.系統穩定性、兼容性和擴展性強，所有設備均采用相同協議傳輸信號，任何一個設備均可獨立工作運行，出現故障時不影響其他設備，含有豐富的外界通信接口如：RS232、USB、IP接口等；系統可隨時通過USB、COM接口和IP接口進行升級，不影響系統的運行。
6.在控制上，可采用多種控制方式，進行各種調光燈和非調光燈的控制，負載功率強大。可點對點控制、場景控制、遙控、感應控制、觸摸屏控制中心、遠程網絡、電話、PDA等多種控制方式，具有區控、組控、總控、定時、延時、條件判斷等多種功能；
LED照明系統的智能化程度是一個值得關注的問題。LED照明能夠降低能耗和維護成本，而智能化LED照明設計可以從兩個方面進一步改善系統性能：從每 瓦特中獲得更好的性能，降低長期運行成本。電能測量、環境光檢測和通信是智能LED照明設計的基礎：電能測量提供系統的健康運轉及能耗信息；環境光檢測可 以減少LED的實際照明時間，節約電能并延長二極管壽命；通信功能則將每個光源連接在一起，以進行維護識別、系統級協調。本文將探討各部分電路對總體系統 的影響。
LED智能化的關鍵元素
環境光檢測、通信和電能測量是智能化照明系統的關鍵元素。通過環境光檢測，可以在其它光源已提供充足照明時調暗照明燈；此外，通過檢測環境光的顏色，能夠調節高級RGB LED照明系統的顏色。通信功能則允許遠程控制并將小型、大型照明裝置連接成中央網絡。電能測量準確計算消耗的功率，為預測性維護提供系統洞察力。所有這 些特性——環境光檢測、通信、電能測量——將進一步節省能源，降低運營成本。本文探討為LED照明系統增加環境光檢測、通信（包括無線和電力線）以及電能 測量功能的關鍵設計考慮。提供了參考設計示例。
環境光傳感器（ALS）檢測傳感器附近的光量。這些簡單器件成為LED照明系統的“眼 睛”，也是節約能耗的關鍵。當房間已經有充足的光源時，照明完全沒必要，可將照明燈調暗或完全關閉，降低功耗、延長照明燈壽命。ALS的關鍵特性包括功 耗、流明監測范圍，以及IR和UV濾光。這些傳感器必須安靜地呆在系統中，不能消耗過大電能，從而破壞節約系統能耗的初衷。好的ALS耗流達到1μA以 下。流明檢測范圍必須達到室外環境的典型流明范圍。0.1lx至100，000lx一般可滿足大多數應用要求。考慮到系統可靠性，可能有必要采用略大的范 圍。IR和UV濾光可消除實際系統中不可見光的光譜。
光檢測
圖1所示光源中的 ALS設計。傳感器必須避開照明燈本身的光線，避免對環境光測量的影響。該設計中，ALS位于獨立的電路板上，處于照明燈支架的陰影下。這種簡單的設計使 ALS能夠在檢測到環境光超過預設值時關閉照明燈。RGB傳感器甚至能夠為照明應用增加更多“功能”。類似于圖中所示帶有RGB LED和ALS的LED照明系統，能夠動態調節其顏色輸出，以滿足特殊的應用需求，例如舞臺情景照明或百貨公司的展示效果。
圖1：ALS安裝在獨立的PCB，處于照明燈支架的陰影下，防止傳感器讀取照明燈本身的光強。
通信
下面，我們討論LED的智能通信。耳朵和喉嚨是接下來實現LED照明智能化的最重要功能。通過將照明燈簡單組網，即可通過網絡控制燈的開、關，或者調 光，這種操作將降低能耗。通信也為斷電、維護和應急提供快速反饋，該信息將節省總體系統維護成本。無線和有線通信能夠在不同環境下很好地工作，取決于網絡 規模和拓撲。無線比較適合于小型室內以及大型室外應用，后者需要具有連續視線、可用的頻帶以及裕量足夠的傳輸功率。電力線通信（PLC）利用現有電力線實 現通信。PLC非常適合于大型市政類照明裝置、隧道、室內停車場等由于物理位置或建筑墻壁的原因而無法使用自然光的環境。所有通信引用中，可靠性是關鍵所 在。如果通信發生故障，系統就毫無益處。
無線應用中，信號傳輸方式可能是Wi-Fi、ZigBee或其它往往屬于，但不僅限于工業、科 學和醫療（ISM）射頻的標準協議。限制功耗提供了網絡靈活性，如果端點使用電池時則至關重要。圖2所示是一種獨特的應用，其中照明燈開關上配備有能量收 集射頻（RF）收發器。系統收集用于撥動開關的能量，產生可使用的直流電壓，支持照明燈具的無線電通信（<1GHz RF）。只要信號能夠覆蓋光源，該開關可置于房間內的任何地方。無需連接照明開關，室內設計更靈活，照明控制更可靠。
圖2：樓宇自動化應用，其中的照明開關具有一個無需接線的能量收集射頻收發器，用以控制LED照明。
PLC照明控制方法利用現有的供電線路，不失為高性價選擇。由于通過維護很好的現有供電線路實現通信，PLC避免了許多麻煩，例如共用通信頻率、惡劣天氣時的性能以及網絡維護。范圍、速度和可靠性是設計PLC的關鍵。
電力線的噪聲極大，影響系統通信的可靠性。G3-PLC通信是一種基于OFDM的新型PLC標準，可實現電力線的可靠通信。該標準支持高達 300kbps的速度、網狀組網以及高噪聲環境下的可靠模式非常適合LED控制網絡。基于OFDM、PLC控制的照明網絡類似于現有的G3-PLC。
圖3所示為Nyx Hemera Technologies公司用于隧道照明的PLC裝置4，該系統已經節約了25%的電能，維護成本降低30%。該大型設施系統支持最多1022盞照明燈，通信距離長達3km。
圖3：采用PLC的市政路燈網絡示例。
電能測量
智能LED燈還需要具備電量計算能力。從智能電表到電壓控制器再到電動汽車充電器，每個智能電網裝置都具有電能測量功能，實時為電力公司和用戶提供準確 的用電信息。發回耗電量的大多數照明裝置提供關于建筑及市政照明環境的詳細信息，可確保電力公司的收費與耗電嚴格一致。通過調光或在不使用時關閉照明燈， 及時、準確地響應用戶需求。此外，特定照明燈的耗電波動說明需要進行系統維修、維護或更換。毫無疑問，許多照明燈處于難以觸及的區域，優化維護可節省費 用。為生成智能電網中的有用數據，電能測量設計必須在較寬的電流范圍保持高精度測量。不僅如此，限制或消除校準時間也會降低總體系統成本。圖4所示為一種 靈活的LED照明參考設計，具有電能測量功能。5電能測量芯片也提供系統調光和DALI接口。
目前許多城市安裝了非智能LED照明燈， 這為改善LED照明設施性能的集成模塊提供了巨大的商機。為實現可升級，這些系統需要連接到智能照明系統。如果LED的成本和容量一定，簡單更換相對較新 和效率較高的LED，性價比較低。簡單接口，例如DALI，允許將來增加ALS、通信和電能測量功能。
圖4：完整的智能LED照明參考設計，具有電能測量、環境光檢測和通信功能。
總結
增加“智 能” 照明的關鍵元素——ALS、通信和電能測量——將使LED更加強大，更具吸引力。智能化LED提供的測量數據能夠進一步降低照明系統的能耗，降低運營和維 護成本。增加智能化設計，LED將充分發揮潛力，在已經如火如荼的競賽中擊敗傳統照明。下面是幾種典型的智能照明解決方案，帶你一探智能照明“智”在何處。
NXP智能照明解決方案集合
1.恩智浦GreenChip智能照明解決方案
恩智浦GreenChip智能照明解決方案外形緊湊、成本低廉，具有無線IP連接、節能照明和低待機功耗（目前為150mW，計劃降低至50mW）等特性，開啟了全新的照明控制和能耗管理方法。
Lamp driver：CFL、SSL、HF-TL、HID
Wireless microcontroller：JN5148 Wireless microcontroller JenNet-IP or ZigBee network stack
Smart supply：TEA1721AT、TEA1721BT、TEA1721DT、TEA1721FT
主要特性和優勢
1.靈活、易于擴展且經濟實惠的軟件解決方案
2.高度安全的IP智能照明系統采用JenNet-IP軟件堆棧，具有安全的調試/通信功能
3.支持高達500個節點，具有強大的網絡自我修復與重新調整能力
4.滿足未來開發的“通過網絡下載”能力
5.支持以遠程方式簡單、安全地調試網關與獨立網絡的操作
6.關燈后的（超）低待機功耗
7.多種控制選項
8.此外，還支持基于ZigBee的照明標準
9.開/關燈后一流的能效
11.照明驅動器、AC/DC轉換器、高性能IEEE 802.15.4單芯片收發器和MCU等全系列恩智浦產品確保解決方案的靈活性
12.深度調光能力與可選三端雙向可控硅調光器兼容
13.多種控制選項：
(1)電池壽命大于10年的電池供電開關和RF遠程控制、電容觸摸式遠程控制
(2)遠程控制的雙啟動選項（例如同時運行RF4CE和JenNet/ZigBee協議）
(4)免電池電能采集開關（規劃中）
14.iCFL以及隔離與非隔離iSSL的參考設計范圍
15.支持的軟件堆棧和容量（不包括應用）
(1)JenNet-IP和應用特定選項（約120 kB）
(2)JenNet標準（約50 kB）
(3)ZigBee家庭自動化（約120 kB）
(4)ZigBee LightLink（約128 kB）
(5)ZigBee Green Power（約10 kB）
2.恩智浦智能照明的遠程控制
由電池供電的遙控無線通信為家庭環境中控制燈具提供了一種簡便而靈活的方法。
主要特性和優勢
1.JN5148單芯片無線微控制器采用完整遙控方案
2.電容式觸摸屏算法可實現最低成本解決方案
3.100 nA超低待機功耗延長了電池的使用壽命
4.支持JenNet-IP?或ZigBee? Home Automation / Light Link
3.恩智浦針對智能照明應用的無線控制系統
針對智能照明應用的無線控制系統。所有燈都連接無線網絡，可通過遠程控制裝置、壁式開關或連網設備進行控制。
主要特性和優勢
1.所有節點都采用IPv6連接
2.將多達250盞燈互連，以提供整幢樓宇的照明控制
3.超低功耗無線設備，待機功耗低于150mW
4.CFL與SSL燈的完全參考設計
無線控制：
JenNet-IP網絡可將所有燈和開關互連，提供室內所有設備靈活的無線控制。每一終端節點都有一個IPv6地址，既可單獨受控，也可作為群組的一部分受控。這樣就能創建多種照明“場景”，例如閱讀或觀看電視時的場景。
由于每盞燈均連入互聯網，因此可輕松通過智能手機或平板電腦等連網設備對其進行控制。開關或遠程控制裝置等其他控制設備可用來提供日常生活的便利。有了完全靈活的控制，則確保只有真正需要使用的燈達到最高亮度便可實現節能。
4.NXP智能照明整體解決方案
2014年6月18日，致力于亞太地區市場的領先電子元器件分銷商---大聯大控股宣布，其旗下品佳結合NXP的Jennic無線產 品，Cortex M系列32位MCU及GreenChip照明驅動IC，推出其智能照明解決方案，該方案使每一顆燈都有其獨立的IP地址，并可以通過智能手機，移動互聯終 端，智能家居控制面板，電腦等產品來對燈光進行開關，調光，變色等功能的控制。
圖示-節點框圖：
圖示-NXP Smart Lighting Solutions Platform， One platform for CFL， SSL & HF-TL
大聯大品佳集團代理的JN5148是NXP Jennic最新推出的第三代超低功耗、低成本的無線微控制器，目標方向為IEEE802.15.4與ZigBee PRO的應用。JN5148芯片集成了一個32-bitRISC處理器，4-32Mhz主頻根據應用軟件可以調整，它包含完全兼容2.4GHz IEEE802.15.4標準的收發器、128KB ROM、128KB RAM以及UART、SPI、IIC、DIO、ADC、DAC等豐富數字與模擬量外設接口。高達128KB的RAM，允許客戶運行Zigbee PRO協議棧以及客戶的應用程序。低至18mA的工作電流，一個紐扣電池完全能夠滿足應用需求。?此外，JN5148在第二代的JN5139基礎上也增加 了很多的其它特性。
收發器特性：
2.4GHz IEEE802.15.4兼容
500與667kbps數據傳輸模式
深度休眠：0.1uA
帶定時器休眠：1.1uA
RX電流：18mA
TX電流：15mA
接收器靈敏度：-95dBm
發射功率：2.5dBm
飛行時間測量機制
MAC加速、CRCs、地址校驗、自動應答、定時器
供電：2.0-3.6V DC
圖示-JN516x評估套件
JN516x評估套件專為使用恩智浦JN5161、JN5164或JN5168無線微控制器而設計，其提供系統開發所需的所有構件，包括一系列無線載 板、插入式擴展板、USB連接器、一個遙控器、一個經過專門編程、運行增強型OpenWRT固件的互聯網路由器以及完整的軟件設計套件。該全面的開發套件 可以輕松使用ZigBee、JenNet-IP或RF4CE設計物聯網解決方案。
基于英飛凌MCU的智能照明解決方案
基于英飛凌XMC1200 MCU的智能照明解決方案，MCU可助力實現LED照明智能化。LED照明系統商可依托內建BCCU功能的MCU，大幅縮短開發出智能高功率LED燈泡的 上市時間，并協助終端使用者達成輕松且精準調光的目的，同時避免閃爍的問題。英飛凌XMC1200作為上述特性的單芯片解決方案，可以節省大量的CPU開 銷，大幅降低軟件開發的時間，有效的減少人為導致的軟件錯誤風險。同時XMC1200系列MCU具有高性能、大容量、高可靠性的特點，可以將智能照明廣泛 的應用于生活、工業的各個方面。
達成燈泡控制調變，LED開關切換速度成關鍵。調變指的是能夠快速開關LED，若切換速度夠 快，人眼便無法辨識，看到的亮度將取決于LED開啟的平均時間。最常見的調變方式為脈沖寬度調變（PWM）和脈沖密度調變（PDM）（圖2）。其 中，PDM能在對等的系統頻率下達到更高的分辨率，電磁干擾（EMI）特性更佳，且因為本身切換速率高，因此不容易發生閃爍。
圖1-大約25%亮度下的PWM和PDM調變
戶外型LED燈泡的控制裝置內包含電源供應器和驅動器。其中，標準電源供應器的重要器件包括橋接整流器、功率因子校正器（PFC）及半橋諧振（LLC）諧振轉換器的降壓轉換器（圖1）。
圖2-四信道LED照明引擎范例
LED電流透過線性或切換式LED驅動器，固定為仔細選定的值，選定的LED電流則取決于系統器件和所需的最高亮度，如350毫安培（mA）或700毫 安培。一般街燈的LED都以相同的電流驅動，建筑照明經常使用的多色燈泡，則可能使用完全不同的LED通道電流。調光時，通常是透過通訊，如數字可尋址照 明接口（DALI）或傳感器輸入（如環境光源）觸發；燈泡的亮度和/或顏色則是透過調變驅動器的輸入（Enable Input）加以控制。
產業界所開發適用于LED照明的微控制器（MCU）包含亮度及色彩控制單元（BCCU），能在最多九個信道上產生PDM訊號。高功率調光燈泡的特殊挑戰 在于LED驅動器需要最短的停留時間，LED驅動器Enable Input的調變訊號必須在最短的時間間隔內保持恒定。從經驗法則得知，功率越高需要的最短停留時間就越長，只有這樣才能保持穩定且準確的LED電流。但 在高分辨率和高比特率下，尤其是在低亮度的情況下，調變訊號卻可能違反此要求。
目前產業界開發適用于LED照明的MCU可適時稍微重新排列調變訊號內的脈沖，自動解決此問題。脈沖會在分組電路內重新分組（圖3），產生新的脈沖，擁有所需的最短寬度并兼顧分辨率，同時又能保持不閃爍。
圖3-未分組PDM與已分組PDM范例比較
另一項需求則是將電源供應器的負載變動降到最低（使負載變流暢），尤其LLC諧振轉換器對于高負載變動極為敏感。BCCU內的分組電路能夠在不同的相對信道調變訊號間加入相移，確保訊號在不同的時間點變更狀態。
圖4-系統架構圖
方案特色
隔離的DALI調光界面
溫度檢測
周圍環境的亮度檢測
433MHz射頻控制方式
無線智能LED照明系統
本文設計采用了TI 的CC430 無線通信平臺，該平臺融合了基于16Bit 的超低功耗MSP430 內核 以及業界領先的不足1GHz 的CC1101 RF 收發器之上。完美的結合實現了獨特的低功耗/高性能組合與前所未有的高集成度，帶來更為先進的高選擇性與高阻塞性能，確保即使在噪聲環境下也能實現可靠通 信。能夠充分利用其高達25MHz 的峰值執行性能，且功耗僅為160uA/MHz。針對基于CC430 的設備，TI 提供了種類豐富的MSP430 MCU 外設集，如12-Bit 的ADC、LCD驅動以及比較器等高性能數字與模擬外設。此外，還具有AES-128 硬件安全模塊確保通信的安全性。
無線LED 照明系統的整體框圖如圖1 所示。其中控制端部分設計為采用雙節AA 電池供電的
手持式遙控模塊，其基于CC430F6137，帶有段式LCD 驅動，豐富的I/O 口資源，以及能夠構建觸摸功能的比較器;而接收端則基于CC430F5137，其帶有12-Bit 的 ADC 以及多通道的PWM 模塊。通過在控制端CC430F6137 的比較器B 上構建觸摸滑條與按鍵功能，對滑條的觸摸位置進行檢測并轉換為PWM的占空比，通過雙邊的RF 模塊發送/接收相應的調制參數，再由接收端CC430F5137 產生調節LED 燈亮度的PWM信號，對驅動模塊UCC28810 進行調制，如圖2所示。
3. 硬件電路設計
3.1 RF 模塊硬件電路設計
CC430 的射頻模塊使用的是業界領先的不足1GHz 的CC1101 RF 收發器，該部分是基于RF頻率的直接合成，其射頻合成器包括一個完整芯片的LC-VCO 和一個對接模式的混頻器進行頻率合成。該射頻的接收單元將RF 信號通過低噪聲放大器（LNA）進行前置放大，再對其中頻信號進行濾波、數據解調以及同步包等工作。CC430 支持的頻率范圍為：300MHz~348MHz;389MHz~464MHz;779MHz~928MHz;在本設計中使用的是433MHz 的載波頻率，鑒于應用場合其要求的傳輸速率較低，因此選用的是3.2Kbps;并通過PATABLE 對輸出功率進行調整，滿足不同的距離需求。
RF 模塊的硬件電路在整個系統設計中尤為重要，如圖3 所示。圖中的C5， C9， L3 以及L8形成一個平衡轉換器，用以將CC430 上的差分端口RF_N/RF_P 平衡電路轉換成單端不平衡的RF 信號，方便將振子流過電纜屏蔽層外的高頻電流截斷。圖中的L5，C10 和L4 構成了帶通濾波器;L2，L6 和C8 構成低通濾波器。在本設計中RF 的天線采用的是鞭狀天線或者陶瓷天線。
3.2 觸摸滑條的硬件電路構建
在本設計中，控制端部分為手持式遙控模塊。其設計的人機交互界面主要是LCD 顯示以及觸摸按鍵。其中將觸摸滑條的功能用于調節LED 的亮度，是系統中較為形象與新穎的設計之一。其充分利用了MSP430 的自身資源特性，在CC430F6137 集成的比較器COM_B 以及PCBLayout 的傳感電容上，構建了基于弛張振蕩方式（RO）的觸摸按鍵功能，由于在COMP_B 中自帶有REF 參考電壓配置網絡，因此無需像COMP_A 那樣使用外部硬件方式實現參考電壓網絡。其原理如圖4 所示，主要通過TimerA 測量RC 振蕩電路在固定時間內的振蕩次數，當人手觸摸在傳感電容上，會改變其自身電容值，使得對應的振蕩次數發生明顯變化，以此來判斷觸摸/非觸摸的狀態。構建一 個4/5 級觸摸滑條與2 個觸摸按鍵。
3.3 傳感器硬件電路設計
光敏傳感器的使用使得LED 照明系統能夠實現亮度自調節功能，硬件電路如圖5 所示。光敏傳感器使用的是光敏電阻，因其有著良好的光電特性以及價格優勢，非常適合于光強檢測場合的使用。系統中主要通過對Vo 電壓的檢測，反映光強的變化，進而對PWM進行相應的調制。
4. 系統軟件設計
RF 模塊實現
在整個系統中，RF 模塊是通信傳輸的橋梁，雙邊都須進行協議相同的RF 軟件模塊設計。其發送模式和接收模式的數據包主要通過FIFO 來進行處理， 一幀的格式如圖6 所示：
在發送時，在TX FIFO 中的數據段包括數據長度，主機地址，從機地址，控制模式，控制PWM參數，數據段CRC 校驗。其中，主機地址標識了控制端的地址;從機地址包括兩種地址：廣播地址與獨立地址，主要是用于集中控制與多點操作。控制模式提供了可選的模式選擇，控 制PWM參數用于LED 亮度調節。
在接收時，RF 的解調器和數據包處理器將尋找一個有效的前導和同步字。當找到后，解調器將獲得前導位和字同步，然后對接收的地址信息進行比照，首先判斷數據包是否來自控制端，然后響應含有廣播地址或者本機地址信息的數據。其發射/接收的流程圖如圖7。
控制端/接收端軟件設計
控制端/接收端軟件的流程圖如圖9 所示，其中虛線上方為控制端CC430F6137 的軟件設計，在Stand By 模式時保持MSP430 的低功耗模式，以滿足控制端遙控器對能耗的要求。通過對模式選擇的操作實現集中控制和多點操作，而觸摸滑條的處理通過將Position 轉換為PWM由RF發送至接收端CC430F5137。接收端則處理來自控制端的數據包，對LED 照明進行亮度調節，或自動調節。本設計的軟件采用C 語言編寫，整個程序包括的子模塊有：模式選擇模塊，觸摸滑條檢測模塊，數據發送/接收模塊，PWM轉換模塊，傳感器檢測模塊等幾個部分。
5. 總結
本文主要描述了以CC430 為控制核心的無線LED 照明系統的設計。整個系統經過軟/硬件設計與調試使得功能基本得到實現，系統實際硬件電路如圖10 所示。實測過程中能夠有效地進行集中控制和多點單獨控制，定時控制，自動調光等預設功能，滿足當前市場對此類解決方案的功能要求。
安森美智能LED街燈與樓宇照明保護方案
安森美半導體利用其先進半導體技術，推出了針對智能照明的包括通信、傳感器、KNX收發器及保護解決方案，有助于以更少電能執行相同（甚至更多）的任務，進一步提升能效，節約能源。
例如，利用安森美半導體的PLC調制解調器（如AMIS-49587）、PLC線路驅動器（如NCS5650）和諸如NOA1302這樣的環境光傳感 器，可基于電力線輕松構建聯網型LED街燈智能控制系統，有助于市政、電力公司和商業企業遠程調節路燈的光輸出，減少其路燈網絡的整體能耗。此外，在樓宇 智能溫度調節及燈光控制應用中，也可在雙絞線布線上使用KNX收發器，利用KNX網絡進行照明控制。
圖1 安森美半導體用于智能LED街燈的調制解調器、電源及傳感器方案概覽
1 符合嚴格國際標準、獲得市場驗證的PLC調制解調器
電力線通信有助于公用事業公司為其配電網絡增加更高級別的功能，從而讓消費者更能掌自己的能耗。安森美半導體提供一系列領先擴頻型頻移鍵控（S- FSK）PLC調制解調器，如AMIS30585、AMIS49587和NCN49597等。其中，AMIS-30585和AMIS-49587均基于 ARM7內核微控制器（MCU），僅支持AC工作，每通道最大波特率分別為1.2k和2.4k;新推出的NCN49597基于ARMCortexM0內核 MCU，同時支持AC及DC工作，每通道最大波特率達4.8k，支持CenelecA、B、C及D波段，且提供可編程軟件。還預計將于2012年下半年推 出在NCN49597基礎上還集成功率放大器功能的NCN49599PLC調制解調器。
這些強固的窄帶PLC調制解調器嵌入了PHY+MAC，符合嚴格的國際標準（FCC、CENELEC、IEC61334-5-1），可在低壓和中壓網絡上運行，提供最佳的物料單（BOM）成本和極低的能耗。
2 KNX收發器及評估板
KNX是一個符合智能樓宇標準、基于開放式系統互連（OSI）的網絡通信協議。KNX是融合了此前的3個標準，包括歐洲家庭系統協議（EHS）、 BatiBUS和歐洲安裝總線（EIB或Instabus）。KNX支持的開放標準包括：EN50090歐洲標準、ISO/IEC14543-3國際標 準、GB/Z20965中國標準、ANSI/ASHRAE135美國標準。
安森美半導體提供的KNX收發器有：NCN5120、NCN5121、NCN5110和NCN5111等，可用于連接電器和傳感器，為建筑物內9600波特KNX雙絞線（TP）總線提供溫度及光線控制。雙絞線總線可提供數據通信和電力供應。
表1 安森美半導體KNX收發器
圖2 KNX網絡通信架構
值得一提的是，安森美半導體與恩智浦（NXP）半導體最近聯合推出了用于高能效雙絞線網絡的評估板及完整參考設計。此評估板采用NXP的低功耗 Cortex-M0微控制器LPC1227及安森美半導體的NCN5120接收器-發射器IC，幫助建筑物自動化客戶簡化設計流程，將即可應用的高能效 KNX雙絞線方案，用于照明開關及控制、供暖通風空調（HVAC）控制、百葉窗及占用情況（occupancy）檢測等應用。
安森美半導體的NCS36000無源紅外控制器用于照明和占用情況感測市場，可放大和調節來自PIR傳感器的信號。該器件的工作電壓為3.0V— 5.75V，集成了低噪聲2級放大器，有內部參考電壓驅動傳感器;采用帶外部RC的內部振蕩器;具有單脈沖或雙脈沖檢測功能;數字濾波器可最大限度地減少 誤報;直接驅動LED和繼電器。該器件是一個非常靈活的解決方案，客戶可以自定義數字濾波和模擬處理，適用于各種傳感器，BOM成本低于同類分立式解決方 案。
4 環境光及距離傳感器
環境光傳感器也是構建智能照明的重要元器 件。安森美半導體的環境光傳感器具有設計靈活性，可以根據需要在EEPROM中調整，定制過濾0.0125lx檢測（即明視光響應）;另外，具有暗電流和 溫度補償、最低每分辨率位功耗;高速模式的I2C接口，在斷電時也不會影響總線工作。
圖3 NOA1302環境光傳感器
5 LED串保護方案
驅動LED的首選方法是LED串聯，以使LED串中的電流匹配達到相同的亮度。雖然LED非常可靠，但如果任何一個LED失效開路，由于LED串是串聯 的，整串LED就會熄滅，這是街道照明等講究高可靠性應用所不能接受的。為了解決這個問題，可以用NUD4700跨接在每個LED上，這個分流旁路保護器 可在一個LED失效開路時，確保LED串的其余部分一直點亮。NUD4700具有高通態電流能力和低斷態泄漏，如果LED恢復，可自動復位到關閉狀態;可 重復響應時間很短。其高可靠性有助于延長LED串和燈具壽命，使LED串能夠在高電流條件下工作，因此，適合路燈、隧道照明、建筑照明、高頂燈照明，以及 列車和跑道燈等高可靠性應用。
6 高亮度LED模塊內ESD保護
在裝配過程和最終用戶操作過程中，敏感的HBLED裸片很容易受到有害靜電放電（ESD）的影響。此外，在燈和燈具裝配過程中，HBLED模塊易受高壓ESD的影響，而可能導致損壞。
圖4 用NUD4700保護LED串
安森美半導體提供能用于光學頭罩內與HBLED聯合封閉的裸片級ESD保護產品。模塊內硅瞬態電壓抑制器（TVS）裸片可提供所需的保護，以消除故障， 有助于為各種應用創建強固的HBLED模塊。模塊內硅TVS裸片有兩種：分裝式（sub-mounted）保護器和側裝式（side-mounted）裸 片。例如CM1771是一款100V相向（back-to-back）靜電放電（ESD）保護器件，采用專有的側裝式構造，能夠承受高水平ESD沖擊，而 且占位面積小且高度低，可在模塊組裝過程和燈具裝配過程中保護HBLED裸片和HBLED模塊，防止出現故障。
7 總結
為了實現節能環保，政府機構、電力公司或商業企業，都在努力構建聯網的LED街燈智能控制系統或是智能樓宇控制系統，利用系統中集成的環境光/距離傳感 器，根據環境光的亮度和占用情況等信息來自動調節LED的光輸出。安森美半導體的先進通信、傳感器、KNX收發器及保護解決方案，有助于降低照明網絡的總 能耗和費用支出，實現功能強大和環保的LED照明系統。
文章詳情： 安森美智能LED街燈與樓宇照明保護方案
智能照明平臺解決方案
一個優秀的照明平臺解決方案無疑需要支持靈活的拓撲結構應用，并滿足DALI、DMX512、0-10V、無線、紅外等當今主流照明控制方案的調 光、組網需求，針對這種狀況，世強電訊開發了以瑞薩（Renesas）電子78K0/Ix2系列MCU為核心的智能照明平臺解決方案，外加豐富的參考設 計，在硬件電路和軟件開發為照明廠商多樣化的照明設計方案提供有效的指導，幫助廠商更高效地開發擁有自己知識產權的照明系統。
世強智能照明平臺方案
世強電訊開發的智能照明平臺解決方案主要基于78K0/Ix2系列MCU上述豐富的硬件功能資源為核心，定位于照明產品高性能、低成本的設計目標，在LED照明、熒光燈、HID照明等領域為客戶提供多種靈活的參考設計。
圖2是LED驅動控制應用的參考方案，在該方案中，只需利用比較器、PWM輸出連動功能，就能夠獨立進行3路恒流控制；通過改變內部參考電壓或 PWM輸出設置即可實現調光；并且MCU支持各種傳感器和DALI、DMX512、模擬量輸入等多種通信接口，可根據外部環境選擇合適的通訊控制方案，實 現最佳控制。
圖2-78K0/Ix2 LED驅動控制
下面就Flyback電路舉例說明通過比較器進行恒流控制的過程。
圖3-Flyback電路恒流控制
對于開關電源，PWM占空比決定輸出電壓，如圖3，電路開始工作后，LED電流經采樣后加到MCU內置比較器端口，和參考值進行比較，產生中斷信號，來 調整PWM的占空比，其變化過程見圖4，如當電流大于參考值時，降低占空比；反之，提高占空比，最終達到一個負載電流動態穩定的狀態。
對于調光，78K0/Ix2系列MCU有多種方式來實現，通過改變比較器參考電壓或者利用定時器TMH1和PWM輸出連動功能，另外，世強電訊的方案也可 以利用該款MCU強大的數據處理運算能力，通過ADC功能和嵌入的算法控制來實現恒流控制，同時為MCU功能擴展提供了充足資源。
圖4-恒流控制原理
圖5是世強電訊嵌入DALI協議的智能照明平臺方案，該方案利用MCU內置DALI總線接口的通訊模塊，利用單個MCU完成燈具調光、組網，實現高性能 的DALI綠色節能照明系統，目前已經作為國內某大型照明廠商的參考設計。DALI從機系統主要分為通訊模塊和LED驅動控制模塊兩部分，外圍電路設計簡 單。
圖5-DALI從機系統結構
采用BOOST電源拓撲結構，輸入電壓經過升壓后直接驅動LED燈；負載電流采樣，通過嵌入算法實現恒流控制； MCU內置DALI通訊接口，通過總線和DALI 主機連接，實現和主機的相互通訊，完成上位機發出的操作控制指令；燈具溫度、光照度傳感器信號加到MCU端口，實現異常檢測保護。
4 總結
以上，世強電訊基于78K0/Ix2系列MCU的智能照明平臺解決方案具有以下特點：
a 高性能：MCU內置ADC、比較器、數字運算放大器等豐富的硬件資源可以支持BUCK、BOOST、FLYBACK等多種靈活的電源驅動設計方案，嵌入 DALI、DMX512等照明控制協議，即可實現照明燈具調光、組網的目的。同時，該方案還具有過壓、過流、過溫等異常檢出保護功能，產品安全性、可靠性 更高
b 低成本：由圖3、圖5可以看出世強電訊智能照明平臺方案電路設計簡便快捷，單MCU附加簡單的外圍電路即可實現智能化控制，目前眾多的ASIC設計方案， 除了需要一顆MCU實現智能調光和通訊外，還需專用LED驅動芯片，在較大功率應用中，往往還需要外置的MOSFET，所以在成本方面與目前眾多的 ASIC方案對比如下：
對比可見，世強智能照明平臺方案具有很高的性價比，采用該方案將使產品更具市場競爭力；
78K0/Ix2 MCU自身的豐富資源有利于照明產品功能的拓展和多樣化，滿足不同廠商多領域的應用需求，實現高效靈活的功率級應用。
二、Dialog半導體智能照明平臺
我們通常說的智能照明就是指通過藍牙、WIFI或者Zigbee等無線連接方式對燈光進行無線控制。Dialog近期推出的智能照明解決方案 iW6401就是基于藍牙4.0進行開發的。根據Dialog半導體固態照明產品營銷總監Hubie的介紹，這款產品具有藍牙本身的低功耗和高可靠性等特 點，根據測試，其收發的最低功耗可以達到5mA，在睡眠模式的情況下還能達到5nA。另外作為全球首款全面可編程的數字化LED控制芯片，iW6401不 但具有領先的成本優勢，另外還具有靈活的的改造方式。這也是iW6401的最有優勢的特點。
強大的smarteXite技術平臺
smarteXite是Dialog半導體推出的新一代技術平臺，能夠為智能照明應用打造新一代高度靈活、可編程的LED驅動器IC。另外由于smarteXite是基于完全可配置的邏輯，因此它是首個可方便和直接支持無線連接、燈光傳感器控制并能輕松整合到照明控制系統中的LED驅動器技術。
smarteXite提供終極靈活性
作為smarteXite系 列的首款設備，iW6041能夠支持多個調光接口，根據Hubie介紹，這些調光方式除了通過一個簡單的市電開關進行數字調光和基于鈕子開關的調光外，還 有就是最新的Ledontron數字調光協議。這所有的調光曲線都可通過內存進行配置，以獲得最佳的終端用戶照明體驗，Hubie強調。
憑借標準的 C數字接口，基于smarteXite平臺的iW6401可以被用作低功耗藍牙、WIFI或者Zigbee等無線通信模塊的一個功能強大的前端系統。另外它還能直接連接用于顏色和近距離感測的傳感器。
根據Hubie介紹，iW6401還結合了Dialog在可配置型電源管理解決方案領域的強大實力和尖端的數字信號處理技術。這就使它成為全球首款可編程AC/DC LED燈管驅動IC。這就方便工程師通過軟件完成和配置燈泡設計。
獨特的可編程校準
按照我們的了解，很多LED燈泡在組裝以后就不能對亮度等照明亮度、顏色等進行校準，這樣就會使一些LED被淘汰，造成浪費。而Dialog公司產品 iW6401獨有的數字校準技術，可以在產品的不同階段的成品鏈進行OTP編程，對LED進行校準，利用診斷功能實現全面的制造工藝控制，其中最后生產階 段的校準可實現終極精準的光輸出。
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可以在不同階段的成品鏈進行OTP編程
按照Hubie的說法，Dialog除了在驅動器芯片在滿足修正和出廠預配置之后，還可以在驅動器電子元件模塊測試時在線編程，通過ICT改變程序，達到校準的目的。另外在裝配好產品以后，在球泡組裝以后的燈泡功能測試期間，也可以根據客戶指標調整燈泡亮度。
“Dialog會提供校準電源參考設計盒子，讓燈泡芯片可以借助這個解碼輸入信號以調整流明的大小，以這種方式進行微調，這是市場上唯一能做到這個的產品。”Hubie強調。
優秀的Ledotron調光
我們熟悉的LED調光方式有可控硅調光、開關切換調光和PWM調光等幾種方式。Dialog作為知名的照明廠商，在調光技術方面自必然有著自身的優勢， 這包括： 廣泛的調光技術能力、最新的數字控制和處理技術、寬域的調光范圍、最低的待機功耗。靈活的可編程、數字化故障保護功能和可編程的過熱降額功能。
本著對調光技術的追求，Dialog在其產品中引入一個稱作Ledotron的調光方式。以取代傳統的調光。
Ledotron的基本工作原理
Ledotron是歐司朗和英斯達為新型數字調光技術——DLT（Digital Loadside Transmission ）命名的品牌名稱。DLT是一項全新調光控制模式，即插即用式的調光器，是用于取代和拓展切相調光技術的。這是一種數字化可尋址多通道協議，支持組尋址、 可調白光和顏色控制，它不但解決了切相調光器的所有問題，另外其還可以改裝，在IEC62756中實現標準化。開放標準，無需授權。
借用這種調光技術，不但解決了切相調光器的所有兼容性問題，還有電效率高、無音頻噪音、無閃光等優點，另外其遠遠高于傳統的切相調光器電效率、可連接任意數 量的燈泡（僅受總功率的限制）也受市場歡迎。這種調光方式可使調光器和廣元之間的電纜長達100米。以上種種的優勢注定其在將來會掀起新一輪的調光方式的 革命。
既然說是智能照明，就必然需要對照明設備有智能的控制。說到這個，可以說智能手機的迅猛發展助力了智能照明的興起，因為現在市面 上通行的做法就是在智能手機上面開發控制設備的APP。但對于一些廠商而言，開發這些軟件投入的成本太大了。Dialog考慮到這一點，提供了整套的解決方案，用戶可以借助其開放的API更簡單的進行開發。
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