传感器为智能照明系统创造更多需求

 一切都变“聪明”了。特别是与物联网(Internet of Things，IoT)相关的事物，其巨大的市场成长潜力早已被预言。网络的全新可能及由此而来的庞大数据，提供了无数的产品愿景。举例来说，早餐时，厨房设备会准备新鲜的咖啡和热面包;洗衣时，洗衣机会在红色袜子将所有白色衣服染成粉红色之前自动停止洗衣;此外还有能够自动适应环境的照明系统—无论是在家里、购物中心或街上。

随着发光二极管(LED)的导入，思考和设计过程有了翻天覆地的发展。为了能使用更有效的控制系统，我们必须学习电子学的新知识，需要产出新设计和新功能。利用智慧方式发挥光的用途，其间的可能性几乎是无穷无尽。

例如，灯具是理想的传感器节点。每个房间都有灯，而些灯具通常是位于中央位置。透过传感器添加更多的智慧是件容易的事情，如光线质量、温度、湿度、空气质量或存在等。这些数据可经由中央收集并传送至室内的其他网络设备，而只有在收集到正确的数据时，系统才会做出相对应的反应。

正确的组合是非常重要的：如何在实体世界和数字世界之间建立桥梁?将传感器放进灯具里又有哪些要求?

资料采集及“智能”用途：创造意识

查看多数建筑物的基本构成元素，包括墙壁、门、窗户、家具或聚会区域、空调或通风系统和照明设备等，鉴于电气网络分布及每个房间都有灯具的事实，灯具的确实是理所当然的“热点”。为什么?因为灯具具备所需的一切：电力、房间的中央位置，以及人。

到底要侦测什么?这是制造商的考虑，他们得使用独特知识来制订销售策略，而这策略不能很快地被复制。

空气质量和湿度是可以被加入建筑自动化的理想参数，如此能节省能源并增进系统的效率。不过，主动的照明控制也能确保员工在整个工作日充满活力及弹性，让员工始终保持斗志。针对能源之星及其他国际标准的许多规范，智能型传感器及控制概念已越来越重要。

当然，采用传感器技术将增加灯具的物料(BOM)成本。然而，我们在这里应该要问的是：“这可以创造什么样的附加价值?”、“哪些特性可以开拓新市场?”检测空气中的挥发性有机化合物(Volatile Organic Compound，VOC)、火灾侦测的预警系统，或是人本照明(Human-centric lighting，HCL)的完整光谱?手持装置用户对硬件的抱怨较少，但是却 会因为装置没有传感器，导致应用程序无法开启新的可能性而感到不满。

侦测：收集数据

要将智慧带进设备中，正确的传感器是重要因素。移动引发反应-收集数据让用户能以特定的方式做出反应。奥地利微电子(AMS)提供直觉式的解决方案：Smart Light Manager和Smart Light Director。借助此一传感器解决方案，不仅能侦测光线，而且能单独地对色温和亮度差异直接做出反应。同时，该系统还能被做为传感器桥接接口，进而连接更多的传感器。

图1 灯具中的传感器技术做为物联网的中枢组件。

例如上述提到的温度测量、存在测量、湿度测量、空气质量测量(VOC)或气压测量等选项。此数据可被用于光线质量或房间本身：基于传感器测量数值的主动亮度控制，能在窗口有足够阳光透进来时将灯调暗，或者可以主动测量色温并加以控制，以实现主动式的日光控制。其他传感器数据则被传送连接的设备，并被用于建筑物自动化：空气质量数据可以传送至通风系统，以实现自动控制选项。

图2 Smart Light Manager AS7211用于光源侦测控制和调整的整合型传感器;Smart Light Director AS7225的微控制器则具有直接I2C输出。

包括I2C接口或UART连接等在内的工业标准可简化连接和扩展系统。UART还能采用RS-485网络接头做为数据通讯接口，如此能非常快速地使用。这就提供了一个简单的解决方案，其中还包含负责收集和处理数据的控制中心，无论是无线或是有线。

主动式控制：利用数据

传统照明产业较喜欢标准产品，因为能选择开箱即用，也能组装成设计产品，拥有设计、输出和效能方面的专业知识(know how)就已足够。然而，随着物联网导入固定设备的需求不断成长，工程师越来越需要问自己这些问题：在不太了解色度测量、控制技术甚至光学方面技术的情况下，有哪些组件可以轻松实现目标?需要多少专业知识才能促成物联网项目?以及产品蕴含了多少知识?

智能和整合型传感器解决方案可实现此任务，像是相关色温(Correlated Color Temperature，CCT)控制、色彩控制、亮度管理等。举例而言，可以在几个灯具之间建置动态日光控制系统，或者是根据来自窗口的入射光来调整亮度(Lux)。人本照明或是节能项目能快速实施。此外，这些解决方案能提供弹性，让具有创造性思维的开发人员可以随心使用自己的知识，想要发挥自己的调光专长并利用实际的传感器数据?一切都没问题。

有一种方式是借助奥地利微电子Smart Lighting Manager的整合型脉冲宽度调变(PWM)输出0~10V，直接影响输出值。若想要更“聪明”也行，可以透过校准的反馈回路来自动执行调光或调整。房间里的所有灯具都要运行5,000K?没有问题，整合型传感器能检测电流值并进行动态调整。无论是否使用不同供货商的LED，还是发生LED颜色输出随着时间老化的现象，只要暖白色和冷白色组合中的LED仍然可以达到这个温度，传感器就能提供相对应的CCT调整。

但是，如果已采用了自己的微控制器，并且想自己运用这些知识，那又该怎么做?如果是这样，则奥地利微电子的Smart Light Director就是产品首选。此解决方案能利用直接I2C接口将相对应的色度值直接送到单独的控制器。制造商可自行采用动态控制，例如Dali等。

图3 快速并简单地组合传感器和照明。

网络：数据的智能处理。

照明市场的战争有一个众所周知的重点：价格压力。有越来越多的低成本供货商将新解决方案带进市场，但他们而不太关心质量要求。不过，具有智能的连网系统不仅能创造独特的功能，还可以透过目标性知识和伙伴来开启新市场，并且推动持续成长。

采用开箱即用的网络概念，可以将“本地端”的侦测和控制功能直接传送至云端，因此可以直接解决灯具联网的问题。图4显示透过整合的UART接口接口，透过蓝牙低功耗(BLE)、Wi-Fi或ZigBee，就可以快速连接至一般的输入设备。简单的AT指令有利于装置之间的通讯，并确保使用标准化代码就能在很短的时间内建立连结，其中包括蓝牙(BLE/Smart)、Wi-Fi和ZigBee等典型无线组件及有线以太网络的复杂堆栈和协议。

图4 传感器技术成为实体空间与数字世界(云端)之间的桥梁。

参考代码可用于简化照明和网络之间的复杂通讯。透过UART接口，还可以使用数字可寻址调光接口(digital addressable lighting interface，DALI)或经典的RS-485。参考设计还显示使用基于Android移动装置或iPhone，就可以快速解决Set_Lux_Target、Read_Lux_Level或Set_Luminaire_Output_Level等典型指令。即使是图形用户接口(GUI)的实现也是非常快速和容易的。

因此，在很短的时间内就能建立实体空间及数字世界的桥梁—也就是物联网照明解决方案。使用智能照明整合套件——智能光整合套件(Smart Light Integration Kit，SLIK)就可以在24小时内建立原型。

总结

一旦“开箱即用”的新想法受到瞩目，未来的照明设计师就能够在价格、效能和功能之间进行选择。然而，问题在于如何能在竞争中脱颖而出?具有数字附加价值的云端解决方案有助于解决这个问题，使用者自己就能看出这些新获得的数据该如何被主动使用。习惯改变了，新的应用程序(App)出现或客户需求不断变化，只有那些能够积极应对此改变的人，才得以拥有真正的客户优势。