如今，電能已經(jīng)成為人類社會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)的基本動(dòng)力，這也讓人們患上了嚴(yán)重的電能“依賴癥”，而當(dāng)大家發(fā)現(xiàn)電能供應(yīng)有些入不敷出時(shí)，又難免會(huì)出現(xiàn)“焦慮癥”。所以在當(dāng)今節(jié)能減排的大趨勢(shì)下，但凡是電力消耗大戶，都會(huì)備受關(guān)注。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，照明消耗的電能約占全球電力總能耗的1/6至1/5，因此以提升電能利用效率為主要目的的智能照明也就成了這些年的一個(gè)熱點(diǎn)。據(jù)OFweek產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計(jì)，從2018年到2022年，全球智能照明市場(chǎng)規(guī)模會(huì)保持25%的復(fù)合增長(zhǎng)率，從166億美元增長(zhǎng)至400億美元。

智能照明的要素

如果我們仔細(xì)分析照明系統(tǒng)的構(gòu)成，會(huì)發(fā)現(xiàn)智能照明提升能效的手段主要集中在以下幾個(gè)方面：

1

照明光源

即發(fā)現(xiàn)和利用更為節(jié)能的照明方案。過去十多年中基于LED的照明技術(shù)的發(fā)展為此奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。LED比傳統(tǒng)的白熾燈節(jié)能高達(dá)75％，壽命高25倍以上，且調(diào)光調(diào)色的控制更為靈活，因此是智能照明的核心支撐技術(shù)。

2

電源管理

就是要考慮從供電電源（比如市電交流電）至驅(qū)動(dòng)LED的直流電源的能量轉(zhuǎn)化過程中，通過創(chuàng)新的電源管理技術(shù)和架構(gòu)，盡可能減少電能損耗，提升效率。

3

智能控制

傳統(tǒng)的照明控制通常只有“開/關(guān)”兩種方式，且需要人工去操作，如此原始的控制方式顯然會(huì)產(chǎn)生不少能耗“盲點(diǎn)”。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，將照明設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，通過云端進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)控和管理，進(jìn)而根據(jù)使用場(chǎng)景的需要，對(duì)照明設(shè)備開關(guān)、光暗、顏色的變化，并進(jìn)行及時(shí)精準(zhǔn)地調(diào)控，實(shí)現(xiàn)真正的“按需照明”，就成為必然且可行的選擇，也是智能照明之所以“智能”的關(guān)鍵要義。用戶可以通過一個(gè)客戶端（如智能手機(jī)App）對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，也可以基于應(yīng)用環(huán)境中的傳感器提供的反饋信號(hào)自動(dòng)觸發(fā)相關(guān)控制操作。近年來機(jī)器學(xué)習(xí)等AI技術(shù)的引入，更是讓照明系統(tǒng)增添了自我學(xué)習(xí)和自我判斷的能力，可以代替人工完成更復(fù)雜、更高效的照明系統(tǒng)調(diào)控。

由以上的分析我們不難看出，所謂智能照明就是基于LED和先進(jìn)電源管理技術(shù)，通過物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行智能監(jiān)控的系統(tǒng)，其規(guī)?？梢孕≈良揖又械囊粋€(gè)燈泡，也可以大至整棟建筑乃至整個(gè)城市的照明系統(tǒng)。實(shí)際上，這些年我們身邊這樣的智能照明用例已不鮮見。

模塊化開發(fā)平臺(tái)

從用戶的角度來講，智能照明帶來了更簡(jiǎn)單的操控體驗(yàn)，但從系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)的角度看，則意味著整個(gè)照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得前所未有的復(fù)雜。所以對(duì)于想要進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域的開發(fā)者，必須有一個(gè)能夠涵蓋燈源、電源管理、聯(lián)網(wǎng)通信等必要技術(shù)且更為綜合的開發(fā)平臺(tái)作為支持，以減少開發(fā)中的工作負(fù)荷，該原型平臺(tái)使工程團(tuán)隊(duì)能對(duì)互聯(lián)照明領(lǐng)域進(jìn)行更深入的探索和創(chuàng)新。

安森美半導(dǎo)體（ON Semiconductor）的聯(lián)網(wǎng)照明平臺(tái)，為開發(fā)者提供一個(gè)理想的選擇，使照明設(shè)備成為物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的一部分。此互聯(lián)照明平臺(tái)采用模塊化的方式，通過LED模塊、BLE連接板、AC/DC電源板和LED驅(qū)動(dòng)板四個(gè)獨(dú)立功能模塊的組合，構(gòu)建了一個(gè)完成的智能照明系統(tǒng)，同時(shí)提供了足夠的靈活性和可擴(kuò)展性。它能以無線方式對(duì)兩個(gè)LED通道進(jìn)行獨(dú)立控制（開/關(guān)和調(diào)光），非常適合高性價(jià)比工業(yè)LED照明解決方案的原型設(shè)計(jì)。

圖1，安森美半導(dǎo)體的模塊化聯(lián)網(wǎng)照明平臺(tái)的組成（圖源：安森美半導(dǎo)體）

安森美半導(dǎo)體的聯(lián)網(wǎng)照明平臺(tái)四個(gè)主要模塊的特性如下：

1

LED模塊

支持2個(gè)通道的LED燈串，各燈串包括16個(gè)LED，最大亮度為7000流明。

2

BLE連接板

基于安森美半導(dǎo)體的RSL10 SIP無線模塊，通過BLE（低功耗藍(lán)牙）實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，并能夠通過Web客戶端或手機(jī)App設(shè)置LED照明系統(tǒng)的參數(shù)，并隨時(shí)監(jiān)控其工作狀態(tài)。該模塊也可支持2.4GHz專有/定制協(xié)議，與其他的傳感模塊相連，讓開發(fā)者去探索更多的智能照明場(chǎng)景。

3

AC/DC電源板

負(fù)責(zé)將市電交流電（輸入范圍90VAC~270VAC）轉(zhuǎn)換為55VDC直流電，提供給LED驅(qū)動(dòng)器輸入端，支持70W輸出功率，在滿負(fù)載時(shí)的功率因數(shù)>0.99，能效表現(xiàn)非常出色。安森美半導(dǎo)體還提供了一個(gè)PoE以太網(wǎng)供電模塊的選項(xiàng)，支持最新的IEEE 802.3bt PoE標(biāo)準(zhǔn)，最高90W輸出功率，為開發(fā)帶來了靈活性。

4

LED驅(qū)動(dòng)器板

這是整個(gè)開發(fā)平臺(tái)的“中樞”。一方面這個(gè)模塊會(huì)將從AC/DC電源板輸出的直流電，轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)兩個(gè)通道LED燈串的高質(zhì)量直流源；另一方面，它還有接口與BLE連接板等無線通信模塊相連，實(shí)現(xiàn)LED照明系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，向控制中心提供照明系統(tǒng)電流電壓等關(guān)鍵參數(shù)并接收控制指令。同時(shí)，LED驅(qū)動(dòng)器板會(huì)提供一個(gè)3.3V的輔助電源，為BLE連接板上的MCU、PoE模塊化中的邏輯電路供電。

將上述四個(gè)模塊連接在一起，即可快速搭建起一個(gè)“四合一”的完整智能照明原型系統(tǒng)（如圖2）。

圖2，安森美半導(dǎo)體的模塊化聯(lián)網(wǎng)照明平臺(tái)（圖源：安森美半導(dǎo)體）

如上文所述，由于模塊化帶來的可擴(kuò)展性，你可以將圖2中的AC/DC電源板替換為PoE模塊，從以太網(wǎng)電源供電器中取電，讓整個(gè)平臺(tái)快速變身PoE智能照明系統(tǒng)（如圖3）。

圖3，連接PoE模塊的安森美半導(dǎo)體聯(lián)網(wǎng)照明平臺(tái)（圖源：安森美半導(dǎo)體）

關(guān)鍵的四顆“芯”

可以說，安森美半導(dǎo)體的聯(lián)網(wǎng)照明平臺(tái)為開發(fā)者提供了一個(gè)“一站式”的解決方案，為大家省去了從不同供應(yīng)商選料搭建開發(fā)平臺(tái)的繁瑣工作。

安森美半導(dǎo)體之所以能夠提供如此完整的解決方案，與其全面而高性能的產(chǎn)品組合不無關(guān)系。如果我們深入探究每個(gè)模塊的BOM，會(huì)找到幾顆關(guān)鍵的芯片。

01

FL7740 PWM控制器

AC/DC轉(zhuǎn)換是整個(gè)LED照明電源管理的第一步，在開發(fā)平臺(tái)AC/DC電源板中負(fù)責(zé)該功能的是安森美半導(dǎo)體的FL7740 PWM控制器，這是一款高功率因數(shù)原邊恒壓的單級(jí)原邊端調(diào)節(jié)（PSR）控制芯片，可在穩(wěn)態(tài)下提供精確的恒壓調(diào)節(jié)，最大限度地減少線路和負(fù)載瞬態(tài)條件下輸出電壓的過沖和下沖。FL7740 PWM控制器還具有寬通用輸入范圍、低待機(jī)功耗、逐脈沖電流限制、過載保護(hù)、檢測(cè)電阻短路和開路保護(hù)等特性。FL7740可在高線路和半負(fù)載條件下實(shí)現(xiàn)超過0.9的功率因數(shù)，功耗大于91%，啟動(dòng)時(shí)間小于0.2秒，待機(jī)功耗低于0.3W，非常適合智能照明的應(yīng)用所需。

02

FL7760 CCM降壓控制器

安森美半導(dǎo)體LED驅(qū)動(dòng)板上的“主角”是FL7760連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）降壓控制器，它采用了電流遲滯控制架構(gòu)，可通過檢測(cè)外部高側(cè)檢測(cè)電阻兩端的電壓來精確調(diào)節(jié)LED電流，在輸入電壓和輸出負(fù)載瞬態(tài)條件下提供穩(wěn)定的LED電流。FL7760 CCM控制器還具有寬輸入范圍、高開關(guān)頻率、高拉/灌電流和逐周期峰值電流限制等特性，使得LED驅(qū)動(dòng)板的效率可以達(dá)到96%。FL7760與FL7740搭配使用形成的兩級(jí)LED照明解決方案，易于匹配MCU實(shí)現(xiàn)無頻閃的多通道調(diào)光調(diào)色等高品質(zhì)應(yīng)用，支持低于0.5W的低待機(jī)要求，也是安森美半導(dǎo)體針對(duì)智能LED照明特別優(yōu)化的一個(gè)解決方案。

03

RSL10多協(xié)議SiP

在BLE連接板中，實(shí)現(xiàn)無線聯(lián)網(wǎng)通信和監(jiān)控功能的是安森美半導(dǎo)體的RSL10多協(xié)議SiP，這是一個(gè)支持最新Bluetooth 5標(biāo)準(zhǔn)的高集成解決方案，它在一個(gè)封裝中集成了RSL10 SoC、板載天線及所有必要的無源元件，最大限度地減小系統(tǒng)整體尺寸，同時(shí)完全符合FCC、CE和其他法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，無需額外的天線設(shè)計(jì)考慮或射頻認(rèn)證。其中的RSL10 SoC采用雙核結(jié)構(gòu)，兼具高性能和低功耗的特性，適用于諸多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景。對(duì)于LED照明的智能化，這是不可或缺的一顆“芯”。

04

NCP1096大功率PoE-PD控制器

另一顆值得推薦的“芯”，就是作為平臺(tái)可選的PoE模塊核心的NCP1096大功率PoE-PD控制器。作為安森美半導(dǎo)體推出的最新以太網(wǎng)供電受電設(shè)備 (PoE-PD) 接口控制器，NCP1096支持最新的IEEE 802.3bt PoE標(biāo)準(zhǔn)，并與之前的802.3af和802.3at標(biāo)準(zhǔn)兼容。它包含PoE應(yīng)用中所需的功能，例如在浪涌階段進(jìn)行檢測(cè)、分類和電流限制等，還特別集成了N溝道MOSFET負(fù)載開關(guān)，可在輔助電源為PD供電時(shí)提高能效。有關(guān)NCP1096更多的介紹，可參考我們之前的文章《PoE以太網(wǎng)供電標(biāo)準(zhǔn)又雙叒升級(jí)了，你的PD控制器選好了嗎？》。

可以看到，安森美半導(dǎo)體聯(lián)網(wǎng)照明平臺(tái)在BOM的選料中，盡可能地與最新的標(biāo)準(zhǔn)保持同步，加之模塊化的可擴(kuò)展性，可以讓這個(gè)“追新”的過程不間斷進(jìn)行下去，讓開發(fā)者得以緊隨技術(shù)進(jìn)步的節(jié)奏起舞。

軟件開發(fā)環(huán)境

除了在硬件上下足了工夫，安森美半導(dǎo)體的聯(lián)網(wǎng)照明平臺(tái)還提供了完整而豐富的軟件資源，包括可定制固件的CMSIS-Pack、IDE、免費(fèi)RTOS、各種用例，以及可提供感應(yīng)和控制功能的移動(dòng)App。

在完成了平臺(tái)搭建和原型開發(fā)之后，開發(fā)者就可以通過這個(gè)名為“RSL10 Sense and Control”的App，將手機(jī)作為一個(gè)控制中心客戶端，直觀地通過調(diào)節(jié)PWM等參數(shù)，分別對(duì)兩個(gè)通道的LED燈串進(jìn)行調(diào)控，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)。

圖4，安卓版RSL10 Sense and Control應(yīng)用程序用戶界面（圖源：安森美半導(dǎo)體）

安森美半導(dǎo)體還提供一個(gè)RSL10 FOTA App，使用戶可以通過無線網(wǎng)絡(luò)完成RSL10的遠(yuǎn)程空中下載固件升級(jí)（FOTA），為開發(fā)和應(yīng)用提供便利。

圖5，使用RSL10 FOTA App進(jìn)行固件設(shè)計(jì)的步驟（圖源：安森美半導(dǎo)體）

貿(mào)澤電子之前已經(jīng)介紹過不少開發(fā)平臺(tái)，從中我們不難發(fā)現(xiàn)，優(yōu)秀的開發(fā)平臺(tái)都有很多相似之處：它們都基于先進(jìn)的芯片提供了優(yōu)異的性能；它們都在提供一站式的設(shè)計(jì)資源的同時(shí)考慮了未來開發(fā)的可擴(kuò)展性；在硬件之外，它們也大都會(huì)在軟件開發(fā)資源上做足功課，為開發(fā)者提供便利……同樣的，這些優(yōu)秀的開發(fā)工具的特質(zhì)，在安森美半導(dǎo)體這款模塊化的聯(lián)網(wǎng)照明開發(fā)平臺(tái)身上體現(xiàn)得非常充分。