如何在智慧城市和工业建筑中部署无线 LED 照明控制 (智慧城市的实施方法和业务流程)

{本文由家电维修技术小编收集整理资料}在智慧城市和工业4.0环境下，具有*控制功能的LED照明*的使用越来越广泛，因为它带来了诸多好处，包括降低能源成本（相应地减少碳排放）、照明水平可控，以及因LED灯具的更高可靠性和更长使用寿命而降低维护成本。为了实现最佳效果，这些LED照明*需要具有各种*作模式、传感和保护功能的照明*，还需要高效率和至伏交流电(VAC)的宽工作电压范围，以及高功率因数(PF)和低总谐波失真(THD)。在智慧城市和工业4.0环境下，具有监听控制功能的LED照明*的使用越来越广泛，因为它带来了诸多好处，包括降低能源成本（相应地减少碳排放）、照明水平可控，以及因LED灯具的更高可靠性和更长使用寿命而降低维护成本。为了实现最佳效果，这些LED照明*需要具有各种*作模式、传感和保护功能的照明*，还需要高效率和至伏交流电(VAC)的宽工作电压范围，以及高功率因数(PF)和低总谐波失真(THD)。此外，完整配置*还需要微*(MCU)、数据集中器和*收发器。从头开始设计*LED照明控制*是一项多学科的任务，需要承担很大的风险，并可能延迟上市时间。作为替代方法，设计人员可以使用预制的联网LED照明控制开发平台。这些平台具有高能效、高PF，以及全面的监听控制功能（开/关、调光和其他模式）和多个*控制的LED通道，提供最大的设计灵活性。此类平台包括支持低功耗蓝牙(BLE)、Zigbee和6LoWPAN等协议的监听通信模块。此外，开发环境也支持这些平台，包括可定制固件、FreeRTOS和各种用例。本文首先回顾了基本的LED*作和灯具结构，以及衡量LED和灯具能效的指标。然后讨论了在智慧城市和工业4.0应用中使用分流器来最大限度提高灯具的可靠性和性能。最后，本文介绍了STMicroelectronics和onsemi的预制互联LED照明驱动和控制开发平台及相关组件，以及设计和部署方面的考虑因素。智能LED照明控制主要是控制每个灯串的LED之间的交互，以优化灯具性能。它还包含智能电源转换，并扩展了功能以对多个灯具进行*控制，包括硬件和软件，从而最大限度地提高街道照明和工业照明网络的性能。典型的LED灯具包括多个串联在一个或多个灯串中的LED。每个LED的驱动电压约为3.5V。一个灯串通常包含至个LED，工作电压为至V，电流约为0.至1.0A，具体取决于各个LED的亮度（图1）。

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图1：用于智能灯具的两串各个LED的灯串。（图片来源：Onsemi）光源的亮度以流明(lm)为单位，其衡量人眼的视亮度，并考虑到眼睛对各种波长的可见光的敏感性。光源产生亮度的效率称为发光效率，测量单位为lm/W。与其他常见的照明技术相比，LED具有更高的发光效率。然而，并非所有LED都具有相同的发光效率，有些LED的发光效率明显高于其他LED。此外，如果用更大的电流驱动，一个特定的LED可以产生更多的光。LED比其他照明技术更可靠，但它们并不完美。LED可能会出现故障，特别是在高性能灯具中由大电流驱动时，例如那些用于街道照明和工业照明的LED。LED故障可能是短路或开路。如果灯串中的一个LED发生短路故障，该LED会变黑，但灯串中的其余LED继续工作。电流继续流经短路的LED，使其加热到可以成为开路的程度，导致整个灯串变暗。分流LEDLED灯具设计师面临着在更小的灯具中提供更高亮度的挑战。这往往需要LED在较高的温度下长期运行，可能导致LED故障。尤其是预计工作寿命长达年的路灯灯具。旁路分流器有助于满足对更高工作温度和延长寿命的矛盾要求。当一个LED在开路状态下发生故障时，分流器会将该LED旁路，保持灯串正常运行，因此灯串不会变暗，只有发生故障的LED变暗（图2）。

图2：如果没有旁路分流器，单个LED的故障会导致整个灯串失效（左）。使用旁路分流器，只有故障的LED变暗，而灯串中的其余LED继续工作（右）。（图片来源：Onsemi）根据灯具设计的需要，分流器可用于绕过一个或两个LED（图3）。如果一个LED发生故障，绕过每个LED可实现最小的亮度下降，而绕过两个LED可以将分流器的数量减少一半，适用于对成本更敏感的解决方案。例如，onsemi的NUDSNT1G可用于旁路灯串中的单个LED，如果LED恢复工作或被更换，该分流器将自动复位。STMicroelectronics的LBP-B可以旁路1个或2个LED，提高了设计灵活性并减少了零件数量。LBP-B还提供针对浪涌的过压保护，符合IEC-4-2和IEC-4-5标准。

图3：可用于旁路1个（左）或2个（右）LED的LED分流器（虚线框内）可用。（图片来源：Onsemi）智能街道照明智能街道照明*的设计人员可以借助STMicroelectronics的STEVAL-LLLV1板来评估大功率LED照明的选择（图4）。集成的HVLEDALED照明*包括各种工作模式、传感和保护机制，并使用STPNK5MOSFET构建了一个智能而高效的电源转换器。该LED驱动板使用VIPERLSTR离线高压转换器IC，提供至V直流电输出，恒定电流为0.7A。为满足智能街道照明应用的需要，该驱动器的输入范围为至VAC，PF值超过0.，THD低于%。嵌入式SPSGRFC亚千兆赫(GHz)收发器模块可用于接收开、关和调光命令，并将其发送到集成的STMLKZ微*。该收发器支持五级模拟调光。

图4：STEVAL-LLLV1LED照明开发板是集电源管理和监听连接于一体的平台的组成部分。（图片来源：STMicroelectronics）开发工具为了加快开发进程并突出STEVAL-LLLV1评估板的功能，还提供了数据集中器单元(DCU)和Android移动应用程序。DCU是在NUCLEO-FRE平台上构建的集成评估环境。它包含一块X-NUCLEO-IDSA4板，用于与STEVAL-LLLV1进行亚千兆赫通信，还包含一块X-NUCLEO-IDBA2板，用于与移动设备进行蓝牙通信。STMicroelectronics还提供6LoWPAN智能街道照明移动应用，可用于组建智能街道照明*网，并评估网络功能。工业LED照明互联的工业LED照明解决方案可以使用onsemi的LIGHTING-1-GEVK互联照明平台进行原型设计。该开发平台具有监听控制功能，可选择使用离线AC/DC电源或可选以太网电源(PoE)、LED模块和LED驱动模块，以及将所有模块连接在一起的BLE连接模块。可用的控制选项包括使用onsemi的RSLSenseandControl移动应用或网络客户端。该开发平台包括FreeRTOS、带有可定制固件的CMS*-Pack和几个用例，以开始探索使用互联工业LED照明解决方案。基础的LIGHTING-1-GEVK套件包括一个双LED驱动器、带有两个LED灯串的LED板、一个AC/DC电源以及一个BLE通信模块（图5）。另有一个PoE电源模块，可提供高达W的电力。套件中各种板的一些关键规格包括：·双LED驱动器：包括两个FLLED驱动器，每个驱动器提供高达W的功率，效率高达%；4,步调光，可调低至0.6%；遥测数据，包括每个LED驱动器的电流和电压测量；以及一个可插拔MCU模块的接头，支持*连接。·LED板：双*通道，每个通道有个LED。一个通道的LED额定亮度为lm，另一个通道的LED额定亮度为lm，总可用亮度为7,lm。·AC/DC电源：包括两个带PFC的FL初级侧调节反激式*，在至VAC的输入范围内工作，在V时输出W的电力，为LED驱动板供电，PF值超过0.，效率超过%。·BLE模块：互联照明平台使用三种BLE服务；照明控*务由连接的设备用于远程读取和更改LED的状态；遥测服务由连接的设备用于监测LED驱动器中的电压和电流；PoE供电服务提供关于PoE供电器对设备施加的PoE功率*的信息。

图5：基础开发套件包括一个双LED驱动器、两个LED灯串、AC/DC电源和一个BLE连接模块。（图片来源：Onsemi）扩展板LIGHTING-1-GEVK套件有两块扩展板，即BLE-SWITCH-GEVB能量收集BLE开关，以及MULTI-SENSE-GEVB多传感器板（图6）。LED的亮度可通过BLE开关控制。按住开关时，亮度增加。松开开关或达到最大亮度时，光强度保持不变。再按一次开关，亮度就会降低。多传感器板支持包括环境光传感器、环境传感器和/或惯性运动传感器的*原型开发。

图6：LIGHTING-1-GEVK套件有两个扩展板可用，一个是BLE开关，一个是多传感器板（顶部绿框）。（图片来源：Onsemi）设计和部署选项LED路灯和工业照明灯具引发了照明网络设计和部署的重新思考。与通常被其取代的技术不同，LED可调光，因而为设计智慧城市和智能工业4.0设施创造了机会，可整合各种因素，如交通/使用模式、当日时间，甚至还有一套传感器，以根据需要优化照明水平。在智慧城市中，监听网状网络是自然的选择，而在工业4.0设施中，可以通过监听或以太网连接实现控制。以太网的好处是既能提供电力，又能实现通信。在这两种情况下，温度、湿度、甚至*传感器都可以集成到灯具中，以扩展其功能。此外，还可以监测灯具本身的运行状况，如内部温度、LED短路或开路以及其他因素，以帮助安排预防性维护并降低运营成本。总结如上所述，设计可靠高能效的互联LED照明*，要从灯具的设计开始。选择的LED需要能够提供最佳亮度水平，而使用分流器可以显著提高灯具的可靠性和性能。在智慧城市和工业4.0设施中使用有线或*连接的LED照明，除了减少能耗，还能够降低持续的维护和运营成本。全面的开发平台可以帮助加快智能互联LED照明解决方案的设计和部署。（来源：中电网，作者：JeffShepard）免责声明：本文为转载文章，转载此文目的在于传递更多信息，版权归原作者所有。本文所用*、图片、文字如涉及作品版权问题，请联系小编进行处理。推荐阅读：开关电源环路稳定性分析(二)使用分离式架构嵌入式计算机改进自动驾驶汽车测试同步降压式DC／DC高效率的奥秘：我们通过几款产品解析，告诉你~从数字车钥匙到监听充电保护，仍在高歌猛进的NFC面向高功率电动汽车充电应用的充电桩拓扑技术近距轻扫和运动感知*展示雷达IC应用