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LED 照明系统是如何推动家用自动化工业领域中的物联网发展

本文解释 LED 照明系统是如何推动家用自动化工业领域中的物联网发展的。 ZigBee 光链路是无线 LED 照明控制的新兴标准,已经为 Connected Lighting Alliance(互联照明联盟)所采用。 象 Texas Instruments 的 ZigBee 光链路开发套件因为能够通过网关实现与互联网的连接而显得重要。

给低档灯泡增加智能,添加移动或环境光传感器,以及将这些节点互联,将产生可编程网络,这就是我们所理解的典型智能或智慧 LED 照明。 连接这些节点和/或本地网络到互联网是下一阶段的事。 作为物联网 (IoT) 一部分的智能照明无论在家用、商业建筑还是街道上都已实现了多种优势和特性。


市场上供应的低成本、超小型 LED、传感器和通信器件已经变得很经济,物理尺寸已经变得可以将互联网连接能力嵌入到每个灯泡中。 象 IPv6 这样的协议也变得真实可行。

网关选项包括 Digi International 的 XBee 系列 Wi-Fi 模块,能够将无线传感器网络,如照明系统,连接到互联网。 另一个连接方式就是通过家庭现有的互连网 Wi-Fi 路由器,如 NXP Semiconductors 推荐通过 JenNet-IP 和/或 IPv6 桥接 ZigBee。 最后,我们将探讨一下 CircuitCo 制造的 BeagleBoard 开源嵌入式计算平台。

特洛伊木马 

物联网,特别是应用到象灯泡这样的器件时,是一个假设论证技术:为什么要用这个技术呢? 一个解释是:收集数据 如何使用数据可能是物联网成功的最关键因素。 在街灯和智能建筑中,通过简单、低成本方式就可以将传感器加到智能照明设备中,并允许通过照明网络以发射方式或集成共享方式收集更多数据。 从某个角度看,智能照明有可能成为物联网的“特洛伊木马”,同样的,这也是其主要增长动力。 其中关键是要能将 IP 地址加到每个节点——即灯泡。

拐点

持这一观点是伦敦咨询公司 Memoori。 据其最新报告《照明控制业务 2013 至 2017》¹ 所称,全球照明控制市场未来几年将在 16.68 亿美元的基础之上以 12% 的复合年增长率增长。 据此报告,只有当 LED 照明真正到达拐点时物联网才能有进一步扩张的机会。

按照国际技术调查公司 ON World² 预测,未来十年无线 LED 灯泡将成为最快增长的物联网市场之一。 据该公司所称,除了当前家庭自动化解决方案外,无线照明控制是最强烈的需求之一。 按其预测,到 2020 年将安装一亿多个无线灯泡和带 IP 地址的灯具,2012 年这个数字是两百四十万。

家庭网络

在诸如环境监控、设施安全和通信量监控之类应用中,物联网的优势要比家庭网络更明显。 家庭中的智能照明可能不是最大的市场,但据称是发展最快的市场和重要应用领域。 它可能成为实现物联网功能的家庭网络的起点,刺激与其它系统的集成,如智能电表、供暖系统和家电。 采用工业标准网络协议将使家庭照明网络易于与家庭周围的其它不同无线传感器集成在一起。

Philips Hue 具有 Web 功能的 LED 家庭照明系统

图 1:Philips Hue 是具有 Web 功能的 LED 家庭照明系统,可通过智能电话和平板电脑来控制。 可保存喜爱的灯光设置。 灯光可以用作报警和警告。 “地理边界”功能,使照明系统能够检测您的出门或入户。

除了是其它传感器的载体,联网照明还具有其自身优势。 家庭安全是主要应用,住宅安全设备供应商和施工方已很快见到这些优势。 照明可以成为检测或阻止入侵者的手段。 远程控制灯光(无论是从另一个国家还是从房子的另外一个房间)实现高能效和舒适度是另一个方面。 见上图 1。

ZigBee 光链路 

预期刺激住宅智能照明网络增长的另一个因素是最近 ZigBee 光链路正式被互联照明联盟选为行业标准。 互联照明联盟成立于 2012 年 8 月,成员包括 GE Lighting、NXP、Osram、Philips 和 Toshiba。该联盟选择 ZigBee 光链路作为网络和选择协议,用于连接家庭照明产品和控制器件。 经过长期考察之后,ZigBee 被选为家庭自动化应用的首选无线网络标准。 有关详情,请参阅 Digi-Key TechZone 文章:“了解在线照明控制中使用 ZigBee® 的优势。” ZigBee 光链路(该系列的最新成员)设计用于简化照明和控制系统,提供促进互操作性的即插即用方式。 目前已经有包括 Philips 和 Osram Sylvania 在内的公司开始提供基于 ZigBee 光链路的产品。

Texas Instruments 率先宣布,推出其 ZigBee 光链路开发套件。 该套件提供全套硬件和软件工具,帮助设计人员将无线功能增加到 LED 照明产品中。 套件包括三个称作 Zlights 的模块化 ZigBee 光引擎,基于 Osram Opto Semiconductors 的 Oslon LED,并加入了 TI 的 CC2530 微控制器。 另提供基于 CC2531 的遥控装置。 见下图 2。 TI 的 ZigBee 兼容型 Z-Stack 软件同时实现了通信网络层和应用层。 TI 网站上提供了彩色 LED 参考设计指南,“CC2531 Zlight2 参考设计”。

Texas Instruments ZigBee Light Link 开发套件图像

图 2:Texas Instruments ZigBee 光链路开发套件可以帮助照明设计人员将其具有无线功能 LED 灯具连接到物联网,并确保它们与其它 ZigBee 产品无缝连接。

该网络可以经过 PC 和平板电脑通过使用标准家庭路由器的网关,或通过经由 Wi-Fi 至 ZigBee 桥连接的 ZigBee 家庭自动化网络,连接到互联网。 这样网关和桥接器选择将变得有更便利,有大量公司提供众多选择。

网关到云 

Digi International 推出 XBee Wi-Fi 云套件,设计专门用于连接和控制基于 ZigBee 的无线网络,使之成物联网的一部分。 该套件围绕 Digi 的 XBee Wi-Fi 模块构建,使用一个基于互联网的示例应用与 Etherios 设备云集成在一起。 该套件包括传感器、致动器、USB 电缆以及各种用于创建定制电路的组件,如 LED、振动电机、条形图仪和音频蜂鸣器。 

特别要指出,该套件可以配置来检测光线、打开或关闭其它 LED。 Web 应用代码是开源的,提供免费下载并可用作学习工具。 该公司在其网站上提供大量应用示例。 其中两个要特别指出的是:设置 XBee 互联网网关和设备云来通过互联网控制灯具;以及一个更通用的应用,设置 XBee 互联网网关。

监于 6LoWPAN (IPv6) 标准不断流行,NXP Semiconductor 最近展示了 ZigBee 联网型 LED 灯,通过 PC 或移动设备经由 Wi-Fi 桥接至互联网的方式来控制。 NXP 已经开发了插入标准 Wi-Fi 路由器的网关,该网关构建在 NXP 的 JN5161 微控制器基础之上,并支持 ZigBee 光链路和 ZigBee 家庭自动化,以及其自有 JenNet IP 协议和有趣的 NFC。

另外提供 JN516x 评估套件,专门设计用于 ZigBee 和 JenNet-IP 遥控应用。 它包括一系列无线承载板、三个插件照明扩展板、USB 加密狗、一个遥控器、定制 Cisco 路由器以及用于系统开发的全套随附软件。 该平台支持所有传感器、显示器、LED 和交换机,并随附智能照明演示套装。 据称,使用路由器后该套件可以简化配备无线传感器的设备的开发,使之成为物联网的一部分。

开源 

最后值得一提的是,开源产品是越来越受欢迎。 家庭自动市场中有大量公司使用 BeagleBoard 平台,因为该平台使用灵活的 Linux 内核并支持云计算。 开发人员一开始主要将该平台用于小工具的开发,包括玩具、机器人和家庭自动化设备(确实,BeagleBoard 传递的是“乐趣、教育和利润”)。目前该平台正将应用领域推广至更多重要领域。 BeagleBoard.org 由 Texas Instruments 的员工创立,并由 TI、CircuitCo 和 Digi-Key 提供支持,创立初衷完全是兴趣驱动,属非赢利组织,目标是开发功能强大的、开源、嵌入式设备。

目前提供大量板卡,包括原始 USB 供电型 BeagleBoard 无风扇、单板计算机、较高性能 BeagleBoard XM 以及 BeagleBone 低成本接口/扩展板。

总结 

将家用灯泡连接到互联网乍一看可能似乎是毫无意义。 但是,如果能通过经济、简易的方式将一个智能固态照明系统搭建成一个无线传感器网络,就可能催生大量家庭自动化物联网应用。 新兴行业标准的采用,如 ZigBee 光链路,以及兼容互联网网关选择的多样性,毫无疑问将有助于推动一个快速增长的市场。
(责任编辑:ioter)

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