传感器如何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

传感器如何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。

 

传感器如何为智能照明系统创造更多需求

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。

 

传感器如何为智能照明系统创造更多需求

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。

 

传感器如何为智能照明系统创造更多需求

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