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智能照明:LED灯的下一站?

  如果要问灯具从白炽灯发展到节能灯再到LED灯,下一步去路何方?每个人给出的答案或许不同,但在恩智浦半导体大中华区照明产品市场营销总监王永斌看来,智能照明将是LED灯下一步发展必然趋势。他提到,由于LED灯成本偏贵,单靠节能不能让消费者买单,但如果实现智能照明,具有拥有成本低、简单易用、灵活场景设置(可自动调光、自动调冷暖光)以及投资回报时间短等优势的话,消费者的买单意愿将趋于强烈。很显然,智能照明点燃了半导体厂商们想象的火花,让其绚烂的步伐也正在加快。

  ZigBee阵营迎来曙光

  ZigBee联盟发布一个新的应用规范ZigBee Light Link(ZigBee灯光连接),众多厂商基于新规范推出智能照明解决方案。

  LED照明控制无线化、物联网化是一个重要的发展趋势,手机、平板电脑等都可以实现对LED灯的调光调色,而这只需要一个芯片和控制端就可以实现。但无线智能照明也有不同的“解法”,目前针对不同类型的应用,有许多种无线协议栈源代码。对于内部网或互联网访问而言,最常使用的是WiFi。若需即时控制,则目前非常受欢迎的有JenNet-IP和ZigBee。网关负责TCP/IP和JenNet-IP或ZigBee协议栈源代码之间的转换。从整体可控制性、经济成本考虑,目前ZigBee、JenNet-IP这两种模式是最适合LED无线照明控制的。前者的阵营更广,TI、飞思卡尔、Marvell等都在全力推进,后者则由恩智浦在力推。

  ZigBee技术自出现以来,市场表现一直叫好不叫座,但凭借自身的完善以及找到“智能照明”这一支点,ZigBee撬动了市场。去年ZigBee联盟发布一个新的应用规范ZigBee Light Link(ZigBee灯光连接),简化了设计,采用这一规范应用ZigBee网络控制灯光将更简单易用。德州仪器半导体技术(上海)有限公司业务拓展经理周翔介绍说,去年10月底飞利浦就发布了一款采用ZigBee灯光连接规范、售价199美元的可调控光源智能照明产品,包括三盏可调光LED灯和网关,网关集成了ZigBee+以太网接口,将网关用网线连接后,通过手机或平板电脑可下载HUE应用调节灯光亮度,大幅提高操作简易性。

  TI借势发力,开发了芯片上系统 (SoC)CC2538,在此前CC2530的基础上做了大幅改进,不仅将ARM Cortex-M3、存储器以及硬件加速器高度集成,而且还支持ZigBee以及其它诸如802.15.4与 6LoWPAN IPv6等基于IP的标准。在最近TI举办的Demo演示上记者看到,开发板以CC2538芯片为主控,板上还包含一个Light Link的WiFi芯片,相当于WiFi+ZigBee的路由器。周翔介绍说,不同于传统WiFi芯片,TI的WiFi芯片把主要的协议栈集成在单芯片里,外围只有API应用接口就可以控制WiFi,手机通过WiFi连入到家庭网关后,CC2538可控制WiFi模块发布命令,对LED灯进行亮度调节,操作相当简便。“目前已有客户基于此开发板做设计,开发工具已在网上公开,底层协议也是公开的,只要买TI的芯片就可以拿协议栈烧入标准芯片里做开发。”德州仪器(TI)MCU业务拓展经理吴健鸿提到。

  而美满(Marvell)采取的也是ZigBee+WiFi的路线。其全新的智能灯泡无线平台不仅将其低功耗AC/DC控制器和无线微控制器嵌入智能LED灯泡内,同时也包括一个简易的低成本ZigBee遥控器,一个基于Marvell WiFi微控制器模块的WiFi到ZigBee的专用照明桥接装置,以便灯泡直接与网关和无线路由器相连。

  ZigBee将迎来新的曙光。“从市场反馈来看,飞利浦上市的基于ZigBee的10万套智能照明系统很快就被售空,正是由于其为用户带来了全新的体验。”周翔进一步提到,“ZigBee智能照明方案已在北美商用和普及,也将在中国市场获得突破,但因传统灯具厂商还不太了解这一概念,所以市场培育还需一段时间。”

  JenNet-IP更强调整体优势

  一个智能照明系统模组、一个路由器网关,从网上免费下载一个无线智能控制软件,就能实现智能控制。

  虽然众多大厂搭上ZigBee的快车,但恩智浦却剑走偏峰,提供的方案同时适用于这两种模式,但是JenNet-IP更强调方案的整体优势。

  据了解,JenNet-IP是一基于6LoWPAN技术的超无线互连网络协议栈,专为IEEE 802.15.4网络互联而设计,实用于住宅和工业应用。王永斌指出,JenNet-IP虽然物理层与Zigbee一样,但是到了协议层,跟Zigbee相比具有开放成本低、需要空间小、扩展性更强等特点。ZigBee的范围仅能在一个局域网内采用,而JenNet-IP可以实现整个大楼的控制。JenNet-IP还具有自组网与自修复功能,功耗也比ZigBee低很多,并且JenNet-IP不需要授权费用。

  恩智浦半导体资深副总裁暨大中华区销售及市场经理叶昱良表示,恩智浦对智能照明的期望就是要让每个灯泡都拥有一个IP,再通过与网络连结的特性,实现照明控制的目标,恩智浦为此已构建了完整的解决方案。方案的主要硬件包括网关、JenNet-IP模块以及电源IC等。网关在获取TCP/IP命令后,将其转换为JenNet-IP,并发送至远程单元。JenNet-IP模块由RF收发器和MCU组成,它接收命令并采取行动,管理输入电源并将信息传送给其他模块。因此,恩智浦除提供基于JenNet-IP的无线连接芯片、调光驱动器、电源控制器、收发器和MCU外,恩智浦还提供系统开发所需的所有构件,包括一系列无线载板、插入式扩展板、USB连接器、遥控器、路由器以及完整的软件设计套件。

  “客户替换智能照明系统时,只需买一个智能照明系统模组、一个路由器网关,然后使用智能手机从网上免费下载一个无线智能控制软件,从而不用改变家中原有有线设施,不需要装修就能实现智能控制。”NXP资深产品应用主任工程师陈尔泰表示。目前,恩智浦的智能照明方案已在多个领域成功应用。

  虽然恩智浦走的是“独木桥”,但叶昱良指出,由于此IP完全由恩智浦开发,不需要授权费用,IP语言也可同时在手机、平板上实现互相通信,而且其好处是硬件在JenNet-IP和ZigBee上均可以运作,将来也可吸引更多的客户加入JenNet-IP阵营,恩智浦也将以开源方式提供JenNet-IP。

  将向更广泛领域延伸

  智能照明只是ZigBee应用的“冰山一角”,在打开了智能照明这一“缺口”后,ZigBee也将迎来物联网的盛宴。

  虽然大家都是“殊途同归”的路数,但无论如何,智能照明已是“触手可及”。王永斌认为,智能照明系统将首先应用在办公照明,如室内房间、会议室等。最后,将进入一些高端住宅照明。

  而智能照明只是ZigBee应用的“冰山一角”,未来还有更广阔的发展空间。周翔介绍说,目前ZigBee技术日趋完善,通过手机、平板电脑可以实现诸多完善控制,同时通过网络还可以提供远程云端服务,将可实现安防监控等,未来智能家居这盘棋就会‘活’了。

  智能照明解决方案又向“物联网”迈进了一步——在物联网世界中,每台家用电器都可通过IP地址进行监视和控制,同时价格也极具竞争力。王永斌也认为,一旦家中所有灯泡都具备IP连网功能,未来再通过扩展搭建各类传感器与安全技术,最先进的照明技术就能实现与云端服务的联结,令照明系统自主收集资料,进行分析与控制,可应用于物联网系统设计。“恩智浦基于6LoWPAN的JenNet-IP软件已经超出了照明应用,可以支持更多的住宅自动化和楼宇自动化设备,同时证实了无线IPv6网络未来可以在更大的范畴实现物联网运用。” 叶昱良指出。

  未来基于ZigBee的操控模式也将更趋灵活。吴健鸿介绍说,一是把ZigBee收发器集成到路由器中;二是家电厂商会计划将ZigBee收发器放在机顶盒里,如果机顶盒没有WiFi功能,带以太网接口也可以应用;三是一些厂商认为,现在平板电脑上是带有WiFi功能的,未来可能加入ZigBee芯片,使得平板电脑可当路由器使用。

  打开智能照明这一“缺口”,ZigBee也将迎来物联网的盛宴。

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