智能LED照明网络在智能建筑和信息技术领域的应用

目前，LED灯除了照明，还有更多用处。当与连接智能网络低电压基于IP的基础设施结合后，LED照明将成为强大系统网络的一部分，可协同工作以收集、分析、管理、控制及响应设定的目标和实时传感器反馈。由此产生的“智能建筑”在操作性能上更全面，因为它可以动态地响应操作问题，从而提高效率，同时节约电能和成本。

集成智能照明如何与其他系统协同工作？需要什么技术来整合系统及使效益最大化？本文将就连接智能照明及基础设施技术进行深入探讨。

智能LED照明网络

连接智能LED网络的基本前提是，照明控制从一个集中且相对普遍的穿过大部分建筑空间的方式，转移到另一个解决方案，这个方案则针对建筑物内较小的有特定需求的部分。更重要的是，因为照明是智能网络的一部分，其集成（且可以响应）网络上的其他组件。这一点尤其适用商业办公大楼、医疗设施、仓库、制造和工业设施以及类似的大型或多用途空间，在这些空间中，一体适用的方法行不通或效率低下。

请设想使用自动加热、通风和空调控制（HVAC）的建筑。HVAC可以监测和调整温度，使环境符合人体的舒适度和机器的性能，以及满足最佳的效率和成本。连接智能LED照明网络将允许光照与这些相同的目标同步。这伴随着光照对环境温度控制的响应。因此，连接智能照明网络将使网络用户通过调整光照来提高生产力、积极情绪、专注意识和幸福感。它还具有潜在的优势，可以同步人类生理周期来调节光照，并根据窗外的日光照射量来增强或降低所需的光照。

LED照明与PoE

智能LED照明网络的关键技术是互联网供电（PoE），其低电压的电缆和设备将物联网（IoT）与LED设备连接起来。PoE之所以简单易行，是因为基于IP的基础设施平台大获成功。通过使用PoE作为LED照明供电和控制系统的主干，照明被并入建筑物中，作为物联网资产。除了给单层基础设施供电及提供数据这一巨大优势之外，PoE的成本也比铜电缆低。如图1所示，PoE系统架构包括以下设备，在下一节中我们进行讨论：

• PoE网关

• LED照明器具

• LED灯

• LED智能驱动程序

• LED电缆束

• 传感器

• 无线开关和调光器

图1：PoE系统架构包括网关、装置、灯、驱动程序、缆绳、传感器、无线开关和调光器。（来源： Molex Transcend®®网络连接照明）

PoE网关

当计算机和网络接口控制PoE网络的管理层时，任何集成LED照明系统的启动很大程度上依赖设备层和用于制造网络的系统组件层。PoE网关是系统核心的设备。这些网关可以连接、控制及给照明器具供电。它们能够控制LED照明功能，包括调暗、调色和传感器报告。这些网关传输性能高达60W。若需要功率更高，如天井灯，则需要AC线路电压（120VAC–277VAC），而这里设备可以由无线线路电压继电器控制。

在IP行业，先进电信运算结构（ATCA或AdvancedTCA）的标准是48VDC。由于这个标准，很自然地为POE网关进行了以下配置：

• 未约束的48VDC

• 恒定电压24VDC/48VDC

• 恒定电流

也可以使用符合IEEE 802标准的无线PoE网关。它们在标准频率上运行（北美是902MHz，欧洲是868MHz）。一般来说，有效范围是15m左右。它们允许安全的双向通信用于多个无线设备的控制状态，而设计人员无需关注其它设备的干扰。

LED照明器具

LED照明器具本身是系统关键的支持组件。器具依赖特定LED照明的选择。在没有智能连接和联网的LED照明系统中，LED是传统照明的替代。相对于白炽灯或荧光灯，LED固有的优越性能展示了效率优势。然而，连接智能照明系统提升了整个系统的层次。它们采用并添加了PoE网关、照明控制传感器和先进的网络管理软件系统，为系统提供了大量的反馈和控制。这种强化使照明本身以人为中心，并且能够根据网络用户的数据、分析和决策标准进行控制。

LED灯

LED制造商不断提升功效（lm / W），并减少每流明（$ / lm）的成本。LED制造商为照明器具供应商提供卓越产品的案例有很多：

Cree是照明LED的行业领导者，创造了XLAMP XHP70.2超高功率LED，其通过高流明密度、可靠度和颜色一致性来实现低系统成本。它在一个7.0mm x7.0mm的封装内，对流明密度、电压特性、可靠性和光学性能进行了改进。

• Lumileds研发了一款高功率、多模发射器的LUXEON MX LED模块，使天井灯及其它户外应用程序更具成本效益且性能更可靠。其在12VDC 配置内功效高达150 lm / W，可以以85°C产生1200流明。

• OSRAM Opto Semiconductors公司的DURIS E 2835 LED在一个紧凑的2.8mm x 3.5mm塑料有引线芯片载体（PLCC）封装中，集功效及广角视野于一体。这些表面贴装的LED灯的相关色温为2700K到6500K。

其它有用的产品包括：

• 电涌保护器：Littelfuse制造了 PLED6N 开放型 LED 保护器，当LED串中的LED开启电路失败时，其提供了一个开关电子分流路径。它的低高度剖面（1.1mm）使3VDC （1W） 350mA电流可以与1W额定功率兼容。

• 连接器：Molex在连接器方面进行了创新，推出了与Molex Lite-TrapTM和迷你Lite-TrapTM SMT Wire-to-Board连接器系统，按钮类型。这使得剖面高度降至2.65mm，即使是很薄的LED照明应用程序，其金属丝很容易切除，插入位置低且固位力强。超薄的外形还可以防止LED照明应用生成阴影。

• LED驱动程序：德州仪器制造了TPS92515/TPS92515-Q1 2A LED驱动程序，提供集成低电阻N通道MOSFET的小型单片开关调节器。其用于高亮度LED照明的应用，注重效率、高带宽、PWM及模拟调光。此外，Infineon 是MOSFET的全球领先者。Infineon的CoolMOS®CE因其高效率、易用性、EMI性能及成本优势，使其系列产品成为LED驱动程序或LED管的首选。它们可以应用于回扫、PFC和LLC拓扑等。

智能LED驱动程序

智能LED驱动程序为LED引擎提供合适的电源和调节信号。在接收到来自PoE网关的控制数据和电源后，LED驱动程序可以根据来自连接网络的协调设计、控制和管理系统对信息及驱动任务进行响应。目前，它们可在单通道或双通道配置中使用，以恒定电流12VDC-42VDC输出电压和45W最大输出功率驱动LED照明装置。它们可以被连接在一起，这样在单一的PoE网关上可以驱动多至8个设备。

• LED电缆束

LED电缆束作为连接智能LED驱动器的一种方式，提供低电压配电和数据通信，以控制LED照明设备、传感器和驱动器，但它尚不是标配。在LED电缆束成为行业标准时，有一种极佳的设计方式是使用Molex解决方案：新的Micro-Fit 3.0互连系统（图2）。这个系统旨在满足高接触密度信号或电源连接器的需求。其构建间距为小型3.00mm（0.118”），但保留了在较大电源连接器上的许多功能，且电流可以达到5.0A。这些连接器的可靠性、耐用性和易用性都十分强大。

图2： Molex Micro-Fit™ 3.0互连系统具有可靠性、耐用性且易于使用。（来源： Mouser Electronics）

传感器

传感器是控制回路对数字大楼提供支持的必要组成部分。传感器可以是无线或有线，且可以通过PoE网关部署或驱动，或集成到LED照明设备中。

无线环境光传感器是常见的设备。它们可以通过光照收集和能量采集来自行驱动，可谓经济实效，十分可靠。它们能够测量和报告中央主机可用自然光的层次，允许网络进行实时调整和决策。

LED照明网络中其他常见的传感器类型包括：空气质量、颜色温度、湿度、被动式红外（PIR）运动、开/关、近距、功率和温度传感器等。

无线开关和调光器

自供电的无线壁灯开关和调光器采用能量采集技术与PoE网关进行无线通讯，可以方便地控制照明、温度和各种电力负荷。局部开关/调光垫是自供电的，不需要电池，因为按下摇杆便可生成足够的能量，向网关设备发送无线信号。

总结

在智能建筑和信息技术领域，智能和网络化LED照明系统正形成应用LED照明的新方式。这些照明系统需要应用各种各样的技术，包括网关、装置、灯、智能驱动器、电缆束、传感器、无线开关和调光器。由于系统层的智能与我们的工作环境相结合，智能建筑将不断发展，引领未来。