有线物联网标准管理LED电流驱动器

无线和电力线通信的可靠性远不及五个9。因此，我们需要专用的有线通信。现在，我们假设它是类似于RS485的±数据，并由12 VDC供电，如下图5中的绿色所示。下面以蓝色显示的是两条大功率电线（例如48 VDC，110 VAC或灵活的48 VDC / 110 VAC），每个插座支持12W。

图5自动化盒控制LED的电源。

不要让12 VDC和高功率使您感到困惑。在12 VDC电源（$ 110）是一直在和可能得出1毫安睡觉时和10毫安同时经营支持处理器。这样的电源可能支持分布在100 m上的32个节点。另一方面，“高功率”可能仅在需要时才打开，以减少未加载时电源模块消耗的静态功率（例如，处理器在不使用时将48 V电源模块完全关闭）。在典型情况下，每只灯泡48 VDC可以为200 mA电流供电，其中一个灯泡有四个灯泡分布在10 m的18号电缆（1000英尺为160美元）上，能量损耗为1.5％（1.5％= 0.75V / 48V， 0.75V = 2×0.002×10×2,0.002Ω/米导线）。

在图5中，主控制被合并在“自动化框”中，可能在房屋的地下室中。请注意，此框发出了三个单独的网络。这类似于电源保险丝，其中一个盒子每个房子有10到20个保险丝，每个保险丝支持不同的布线网络（有时称为电路）。一个房子可能有10个低压电路，每个电路有5到15个通过四根电线连接的设备（12 VDC±电源，±数据）。图5还显示了绿色控制线（12 VDC±电源，±数据）和蓝色大功率线（例如48 VDC，110 VAC）驱动灯具。

例如，如果灯泡的额定额定电流为200 mA，则将持续不断地向其泵送200 mA的电流，以获得100％的功率。若要使用脉宽调制（PWM）将灯泡调至30％功率，请在10 KHz（100μSec）的周期内施加200 mA的电流30μSec，施加70μSec的电流。

图5中的每个灯具都包含一个约1美元的微处理器，例如XMC1302和MOSFET LED驱动器（图6）。MOSFET可以以> 3 kHz的速率打开和关闭以产生调光效果，并且可以调节流过LED串的电流。

 

图6建议的新通信总线：12 VDC电源和数据，其中EEPROM存储有关灯泡的数据。

基本标准支持所有电源

我们建议的IoT基本标准未定义电源线。电源可以是固定的24 VDC，固定的48 VDC，固定的110 VAC或固定的220 VAC。此外，它还可以具有灵活的交流或直流电源，这些电源在运行时会发生变化，并提供20 VDC至56 VDC，100 VAC至240 VAC或0 V（关闭）的电压。后一种选择（柔性电源）提供了一种无需电源逆变器即可直接从110/220 VAC电网，48 VDC太阳能或48 VDC电池为设备供电的方法。柔性电源的缺点是成本增加，每个设备的功率损耗小。优点是我们在其他地方节省了功率和成本。

为了鼓励采用我们的基本标准，我们不会做出功耗决定。例如，制造商X销售一个LED插座，该插座连接到±数据线和固定的220 VAC。制造商Y做类似的事情，使用两条低功率12 VDC电线和两条柔性电源线，它们支持48 VDC（太阳能，电池）或110 VAC（电网），并在运行时进行更改。两种产品均受我们的系统支持。

为什么不为设备处理器提供48 VDC的电源，而不是12 VDC？48 V至3 V的开关电源会占用PCB空间，并且在驱动很少的电源时效率低下-在处理器休眠时会消耗静态电源。另外，一个12 V至3.3 V的线性电源稳压器体积小巧，价格便宜，并且在处理器休眠时消耗的能量很少。

像IEEE这样的行业组织可以根据需要轻松添加其他标准，以提供对我们基本标准的更多控制。例如，IEEE可能会使用支持±data的六线电缆建立附加标准，在低功率时始终为12 VDC，并且运行时灵活为48 VDC或110/220 VAC或关闭。根据行业领导者的市场需求，行业领导者之间的对话将产生更多的标准。我们从一个基本标准开始，然后让行业从那里建立起来。

在运行时更改灵活的电源似乎很难处理，但是接受110/220 VAC的开关电源只要稍加修改，也可以接受48 VDC。灵活的电源使人们可以直接从电网连接到设备，直接从48 VDC电池到设备，以及直接从太阳能光伏（PV）48 VDC到设备。减少电源和逆变器硬件可降低成本和能耗。另外，这要求在设备，电池和太阳能电池阵列之间进行仔细协调，这超出了本文的范围。灵活电源与低功耗12 VDC可以很好地配对，因为它可以确保在灵活电源更改时处理器不间断运行。缺点是六线而不是四线。

回顾图5，除了LED灯泡外，网络还连接到墙壁开关和电动隔热窗罩。如果您算一下我们网络中哪个部分可以节省最多的钱，那它就是2英寸。（5厘米）厚的固体泡沫块，当不使用房间时会覆盖窗户。我们会通过窗户损失大量能量，并且添加此功能很容易，因为驱动电机的电子设备类似于驱动LED的电子设备。电工可以使用从天花板上的LED插座到窗户的电缆轻松地将我们的网络扩展到电动窗户。

图6中灯泡内部所示的EEPROM包含表征灯泡的数据-制造商，型号，序列号，所需电流，最大电流（无损坏），物理光束宽度等。此与插座之间的接口值得进一步考虑。一个示例电路是，插座在灯泡两端施加3.3 V电压，灯泡检测2.0 V至4.0 V之间的电压，然后通过对逻辑0施加≤0.1mA负载和向逻辑1施加1 mA负载来传输EEPROM位。

图7显示了12 VDC低±电源和±数据被路由到树形拓扑网络中的节点。这种拓扑结构与许多传统网络不同，传统网络沿一条电缆在两端具有终结器的电缆使用受控阻抗，例如以太网和CANbus。连接建筑物中的设备的电工最终会遇到一棵树。例如，如果图7涉及房屋110 VAC接线，则红点将是地下室的保险丝盒，绿点将是整个房屋的电气盒。

图7电源和数据以树形拓扑连接，类似于房屋布线。

如图8 所示的节点包括电灯插座（在天花板上），用户界面打开/关闭/调光器开关（在墙上），温度传感器以及在不使用时在窗户上铺热毯的电动机。

图8家庭布线网络中的节点在由12 V总线供电的同时发送和接收数据。

如果要获得99.999％的可靠性，请在不使用设备时为设备供电，并让处理器处于休眠状态；那么你需要电线。在我们提出的系统中，处理器进入休眠状态，直到±数据线摆动。我们选择12 VDC是因为我们可以使用0.10美元的SOT23线性稳压器为微处理器构建电源。通过设计，我们可以在电源上提供12 V±0.5 V的电压，并向每个节点施加9.0 V至12.5 V的电压。该系统类似于R＆D Initiative中描述的旨在解决能源和气候问题的拟议四线标准。

例如，价格为$ 0.70的XMC1302处理器（图9）包括数字I / O，温度传感器，PWM控制，LED调光器控制以及几个A / D模拟输入通道，所有这些都集成在一个TSSOP16封装中。随后，我们可以轻松地在灯座上添加温度测量，灯泡亮度测量，室内亮度测量，开/关控制和调光器控制，而不会产生大量成本。

图9廉价的微处理器通过使用PWM对LED进行脉冲控制来控制LED的亮度。

拟议的新电信号标准：RS486

在我们提出的系统中，±数据线并行连接多个设备，设备进行双向通信，并且设备彼此通信或向所有其他设备广播。这类似于完善的RS485标准，但是我们提出的系统有所不同。现在我们将其称为“ RS486”（新名称）。RS485通常以数十毫安的上升/下降时间驱动15纳秒的受控阻抗（即，两端均端接的单根电缆）。另一方面，我们建议的RS486受带宽限制，上升时间为15μSec，与电缆电容无关（慢1000倍）。这意味着它很慢（10 kbits / sec），在阻抗未知的电缆（例如0至1000英尺无接线的树状布线）下不会响铃，它消耗的功率少，成本低（由于低毫安），而且很容易防止高压短路。世界需要新的电信号标准。世界需要RS486。另外，处理器需要相互之间进行通信的标准通信协议。

每个节点都是一块小的PCB（例如1×2英寸，25×50厘米），带有2至3美元的电子设备，可将拟议的总线连接到电灯插座，开关，电动机和传感器。由于这是与较高的电压并置的，所以我们可能要防止110 / 220VAC电源意外短路（图10）。

 

图10提议的网络中的每个节点都使用便宜的微处理器。

Glenn Weinreb是GW Instruments的创始人兼首席执行官，已经设计了大约30个商业数据采集和控制系统，这些系统将处理器连接到建筑物内的小工具。

编辑：hfy