引言
要問如今的照明市場誰是當(dāng)之無愧的老大,？要數(shù)LED照明了，它不斷地在照明市場中開拓出越來越大的天地,。與CFL（熒光燈）和白熾燈相比,，LED可以提供最佳能效。然而,，LED燈具制造成本很高,，原因是高成本的LED和散熱設(shè)計。除了要在節(jié)能方面與CFL競爭外,，LED照明制造商還要通過提供比CFL競爭產(chǎn)品更先進(jìn)的功能來實現(xiàn)LED產(chǎn)品的差異化,。
例如，LED燈具能夠很容易提供顏色保持,，即同一LED燈可以發(fā)出暖白光或冷白光,，或色譜里的任何顏色。CFL目前還做不到這一點,。借助通信功能還可以使LED燈具變得更加智能,，并實現(xiàn)更好的控制、診斷和自動化功能,。鑒于所有照明燈具都要連接電力線將電能轉(zhuǎn)換成光能,，許多制造商希望能把電力線通信（PLC）接口用作主要的通信和控制鏈路。
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（不同燈具的預(yù)定義顏色圖案）和淡入淡出（顏色之間的轉(zhuǎn)換）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)。
電力線網(wǎng)絡(luò)采用總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),，可提供高度可配置能力,，能夠從一個控制器完成對多個設(shè)備的控制。這種控制器可以管理房間內(nèi)的所有燈具,，甚至家里的所有燈具,。此外，總線拓?fù)溥€允許多個控制器控制一個燈具,。這樣,，一個房間內(nèi)的燈具可以受其它房間控制（例如從臥室關(guān)閉所有家里的燈）。這種拓?fù)溥€允許控制器一直跟蹤網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備,，并用作骨干服務(wù)器實現(xiàn)可擴(kuò)展性和“即插即用”安裝,，任*的燈具可以立即成為網(wǎng)絡(luò)的一部分。
圖1
傳統(tǒng)照明架構(gòu)允許獨立地控制某個燈,，而建立在總線拓?fù)渖系臉?biāo)準(zhǔn)支持獨立地控制多個燈,。請注意，雖然DALI和DMX512可以從一個控制器獨立地控制多個燈,，但DALI和DMX512都要求安裝額外的控制線,。
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,。
照明控制架構(gòu)" border="0" height="575" hspace="0" src="http://files.chinaaet.com/images/20110523/3dd49373-d7c9-4ecd-bfb2-2ea05a72e25b.jpg" style="FILTER: ; WIDTH: 590px; HEIGHT: 575px" width="590" />
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,。同樣，如果消息發(fā)送時使用的是地址,，這些線被多個燈具
早前的系統(tǒng)要求用戶人工給每個燈分配地址（比如使用DIP開關(guān)或撥號盤）,，然后在控制器上選擇那個地址。然而,，這種方法有不少缺點：1）設(shè)置需要*費額外的時間,；2）用戶必須十分小心地給每個設(shè)備分配一個唯一地址；3）如果從一個控制器控制多個燈,，用戶必須記住每個燈的地址號?，F(xiàn)在的方法更加復(fù)雜和成熟：先是讓控制器（而不是用戶）負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上新安裝的燈具，然后找一個網(wǎng)絡(luò)上的空閑地址,，將該地址分配給這個燈具,，最后提供一個易用的界面用于綁定和控制單個（或多個）燈具。
為了發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上有新的燈具出現(xiàn),，燈具需要自己發(fā)送一個可用的信號,。這最好用廣播消息的方式實現(xiàn)，以便網(wǎng)絡(luò)上的所有控制器都能知曉這個新燈具,。當(dāng)控制器收到消息時,，它能提醒用戶新燈具的加入。如果用戶決定控制這個燈具,，控制器將向該燈具發(fā)送一個請求綁定的消息,。如果此時燈具仍然可以用于綁定，它將發(fā)送一個確認(rèn)消息,。如果不能綁定,，它將發(fā)送拒絕消息。一旦綁定后,，這個燈具就只處理從綁定它的控制器地址收到的消息,。
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（如同MAC或物理地址一樣）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（稱為邏輯地址）,。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。
如果不能這樣做,，可以使用相位耦合器在不同相位上橋接電力線通信信號,。這種耦合可以通過一個大電容或無線連接實現(xiàn)。如果接收器和控制器之間的距離太遠(yuǎn),，可以使用中斷器重傳信號直到它們抵達(dá)要求的目標(biāo),。一些實現(xiàn)將中繼器和燈具一起做在同一設(shè)備上，因此不會產(chǎn)生額外的成本,。
由于同一電力線總線上可能有多個控制器,，因此有可能出現(xiàn)燈具被錯誤的控制器控制的情況。這種情況發(fā)生的原因有許多,，與地址分配和綁定機(jī)制有關(guān),。如果地址是人工分配的，那么有可能兩個燈具分配到了相同的地址,。這是由于用戶忘了他們已經(jīng)用過這個地址,，或者別的人（例如共享相同電力線的鄰居）分配了相同的地址。
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（例如鄰居綁定到了一個用戶剛插入的燈具）,。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
顏色信息通常采用兩種形式中的一種：CIE顏色坐標(biāo)系或直接LED調(diào)光值,。直接LED調(diào)光值包含對每個LED強(qiáng)度都有一個獨立值,。例如，如果有紅,、綠和藍(lán)3個LED,，那么就有3種調(diào)光值,。CIE坐標(biāo)系是兩維的,，可以表示色譜中任何一種可用的顏色。與強(qiáng)度（光通量）一起,，CIE坐標(biāo)可以混合成直接LED調(diào)光值,，取決于器件以及所用LED的封裝信息。例如,，兩個紅色LED可以發(fā)射出深淺稍有不同的紅光,。顏色混合算法將考慮這種因素，以便產(chǎn)生的顏色能真正代表要求的顏色,。
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（例如顏色梯度）,。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（例如照明顯示器,，情緒照明等）。
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（例如適合全球家庭應(yīng)用的110－240VAC,，用于水池?zé)麸椀?4VDC等）,，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)（可用或已綁定）,。
通常需要用一個微控制器來處理這些輸入信息，并連接電力線收發(fā)器,。例如,，利用Cypress公司的電力線通信技術(shù)，微控制器和電力線收發(fā)器可以集成在一起,，由一個器件通過電力線通信完成輸入處理,、智能綁定和高級顏色控制。
代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械式按鈕,、開關(guān)和調(diào)光器的創(chuàng)新方法是使用電容觸摸傳感技術(shù),。采用這種技術(shù)后，控制器面板可以是一個平面,，并用貼*紙顯示控制界面,。當(dāng)用戶觸摸面板上的某個位置時，控制器將這種觸摸翻譯為按鈕壓下,、開關(guān)觸發(fā)或調(diào)光變化,，具體功能與手指位置有關(guān),。這種方法給用戶提供了圓滑、清潔和耐用的界面進(jìn)行燈具控制,。
電容觸摸技術(shù)可以通過提供二維控制實現(xiàn)更好的體驗,。例如，控制器可以檢測手指觸摸點的x和y坐標(biāo),，并轉(zhuǎn)換成CIE顏色坐標(biāo)系,。電容觸摸技術(shù)還能方便地用于顏色控制，面板可以做成一個色板,，用戶只需用手指按一下就可以改變到任何顏色,。
對于更復(fù)雜的照明控制（比如中央家庭自動化系統(tǒng)），控制器可以在PC上運行,。此時的界面將是圖形用戶界面（GUI）,。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),。