依靠電力線通信實現(xiàn)LED的照明控制

1 電力線通信 　　電力線組成了世界上最大的銅線基礎(chǔ)設(shè)施。家庭或辦公大樓的每個角落都有電源插座，因此電力線是一種全包圍網(wǎng)絡(luò)。不需要新建任何電線就可以實現(xiàn)從基本顏色和亮度信息到諸如顏色布景和淡入淡出等更復(fù)雜信息的通信。另外，利用從用戶那兒抽象出來的高級燈具發(fā)現(xiàn)和綁定機(jī)制，無需記住一個號碼或冒意外關(guān)閉鄰居電燈的風(fēng)險就可以建立一個具有PLC功能的燈光控制網(wǎng)絡(luò)。 圖1 　　2 將控制器綁定到燈具上 　　如圖2所示，傳統(tǒng)照明架構(gòu)有專門的線用于獨立地控制每個燈泡。在總線拓?fù)淝闆r下，這些線被多個燈泡共享，這意味著控制器發(fā)出的信號將被所有燈具收到。為了區(qū)別不同的燈，控制器要和每個燈具單獨綁定，并給每個燈具分配一個唯一的地址。 圖2：照明控制架構(gòu) 　　例如，假設(shè)燈具A的地址為1，燈具B的地址為2。如果控制器發(fā)送一個目標(biāo)地址為1的消息，那么這個消息只有燈具A才會處理，燈具B是不會處理的。同樣，如果消息發(fā)送時使用的目標(biāo)地址是2，那么這個消息只有燈具B才會處理。來具會處理的。當(dāng)燈具還沒有被分配地址時，燈具如何接收綁定消息請求仍是個問題。這個問題可以給每個燈具重新分配一個唯一的64位地址來解決。然后當(dāng)燈具第一次廣播自己可用時，它也可以在消息中包含其唯一的地址。接著控制器就可以直接向它發(fā)送消息進(jìn)行綁定。 　　由于64位地址對發(fā)送正常的顏色控制消息來說太長了，控制器可以在完成燈具綁定后給燈具分配一個更短的8位地址。為了確保新的邏輯地址值還沒有被使用，控制器可以在電力線上發(fā)送一個ping消息。如果收到響應(yīng)，再嘗試新的地址，直到?jīng)]有響應(yīng)為止。 　　圖3顯示了兩個可用燈具的綁定順序，用戶決定只綁定第一個燈具。一旦綁定完成后，控制器就可以開始發(fā)送顏色信息去控制燈具了。 圖3：照明裝置的發(fā)現(xiàn)和綁定 　　3 實際應(yīng)用挑戰(zhàn) 　　電力線通信面臨的常見挑戰(zhàn)有：燈具不能接收控制器發(fā)出的消息;燈具被錯誤的控制器控制。 　　如果燈具不能接收控制器發(fā)出的消息，那么通常是以下三種原因之一：1)電力線上有太大的噪聲，2)控制器和接收器在電力線上不同相，3)接收器和控制器之間的距離太遠(yuǎn)。如果電力線上噪聲太大(例如有吸塵器、大功率電器等)，建議使系統(tǒng)遠(yuǎn)離噪聲源。如果控制器和接收器不同相，用戶應(yīng)嘗試移動其中一個，使他們同相。 　　如果采用上述智能地址分配和綁定方法，所有地址都是唯一的64位物理地址，那么這種錯誤是不可能發(fā)生的。如果在智能地址分配中使用8位的邏輯地址，控制器將通過ping網(wǎng)絡(luò)確保不會分配已經(jīng)在用的地址。即使使用了智能地址分配和綁定方法，也有可能出現(xiàn)不同的控制器綁定到非目標(biāo)燈具。在這種情況下，燈具上應(yīng)該有一個按鈕能強(qiáng)制該燈具從控制器退出綁定狀態(tài)，使它能再次自由地綁定到正確的控制器。 　　4 顏色控制 　　通過電力線傳送的顏色信息類型與用戶輸入、顏色控制精度等級以及實現(xiàn)成本有關(guān)。如果用戶的輸入是直接LED控制，那么直接LED調(diào)光值將被發(fā)送出去。如果用戶的輸入是一種特定的顏色和強(qiáng)度，那么信息類型取決于顏色混合執(zhí)行的位置。如果顏色混合在接收器完成，CIE坐標(biāo)和強(qiáng)度將被發(fā)送出去。 　　這是典型的選擇，因為LED封裝信息一般存儲在燈具中，然而，在使用PLC后，每個燈具可以向控制器發(fā)送唯一的LED封裝信息，控制器隨即將這些信息存儲下來，并在執(zhí)行顏色混合時加載這些信息。最終控制器將發(fā)送直接LED調(diào)光值。 　　5 高級顏色控制 　　既然控制器更加先進(jìn)，顏色控制也可以做得更加先進(jìn)，而不只是一次向一個燈具發(fā)送直接顏色。布景、淡入淡出和排序是一些有趣的例子。在布置場景時，可以給多個燈具分配特定的顏色，這樣只需觸摸一下按鈕，多個燈具就可以發(fā)射出不同顏色和強(qiáng)度的光。在淡入淡出時，燈具可以被告知在規(guī)定時間內(nèi)轉(zhuǎn)換到下一種顏色。在排序應(yīng)用中，多個燈具能以同步方式改變顏色。 　　6 控制器的實現(xiàn) 　　電力線通信收發(fā)器一般是一種低壓直流供電的IC。為了將這個器件連接到電力線，需要一個功放和耦合電路。耦合電路可以經(jīng)修改支持要求的電壓范圍，因此同一種電力線收發(fā)器IC可以用于任何要求的電力線電壓范圍。 　　控制器實現(xiàn)可以采取不同的方式，取決于可用的物理面積和需要的控制等級。對于基本的墻體開關(guān)安裝方式，照明控制界面可以是一個簡單的通斷開關(guān)、一個調(diào)光器或多個調(diào)光器，可單獨控制燈具的顏色。另外，至少有一個按鈕用于可用燈具的索引，一個按鈕用于綁定到節(jié)點。LED指示燈也很有用，可顯示燈具的狀態(tài)。 　　對于更復(fù)雜的照明控制，控制器可以在PC上運行。此時的界面將是圖形用戶界面。GUI可以向用戶顯示家里的所有可用燈具，并允許用戶執(zhí)行更先進(jìn)的顏色控制方案。PC可以通過USB或無線連接到電力線收發(fā)器。圖4給出了一個可行的控制器實現(xiàn)例子。 圖4：照明控制器的實現(xiàn) 　　7 結(jié)語 　　由于燈具上不要求使用用戶界面，所以一般使用嵌入式微控制器處理收到的消息和進(jìn)行LED顏色控制。借助Cypress的電力線通信和高亮度LED控制技術(shù)，電力線收發(fā)器和精密LED顏色控制器可被集成在一個器件中。只需外加LED驅(qū)動器就可以設(shè)置LED顏色了。另外，利用Cypress PowerPSoC技術(shù)，精密LED顏色控制器和LED驅(qū)動器也可以集成在一個器件中，這樣可以方便地通過I2C接口連接電力線收發(fā)器。 　　電力線通信技術(shù)非常適合用來執(zhí)行復(fù)雜的LED照明控制，而且安裝成本低，無需鋪設(shè)新的線纜。用戶可以使用傳統(tǒng)的墻體開關(guān)/調(diào)光器、電容觸摸傳感屏或PC控制LED燈具的顏色、亮度、光線變化或布景。利用從用戶那里抽象出來的高級燈具發(fā)現(xiàn)和綁定機(jī)制，無需記住一個號碼或冒意外關(guān)閉鄰居電燈的風(fēng)險就可以建立具有PLC功能的照明控制網(wǎng)絡(luò)。