使用有線物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的LED，可以更加省電-第 2 部分

將第 1 部分 的概念放在一起，我們希望支持低壓建筑規(guī)范，我們需要 1 美元的微處理器來管理 LED 電流驅(qū)動器，并且我們希望以 99.999%（五個 9）的可靠性進行通信。

無線和電力線通信的可靠性遠不如有線通訊；因此，我們需要專用的有線通信。我們現(xiàn)在假設(shè)它是由 12 VDC 供電的類似 RS485 的 ±data，如下圖 5中的綠色所示。下面以藍色顯示的是兩根大功率電線（例如 48 VDC、110 VAC 或柔性 48 VDC/110 VAC），每個插座支持 12 W。

不要讓 12 VDC 和高功率迷惑您。12 VDC 電源（110 美元）始終處于開啟狀態(tài)，并支持在睡眠時消耗 1 mA 電流和在運行時消耗 10 mA 電流的處理器。這樣的電源可能支持分布在 100 m 上的 32 個節(jié)點。另一方面，“高功率”可能僅在需要時打開，以減少未加載時電源模塊消耗的靜態(tài)功率（例如，處理器在不使用時將 48 V 電源模塊完全關(guān)閉）。在典型情況下，48 VDC 將為每個燈泡供電 200 mA，其中一個有四個燈泡分布在 10 m 的18 號電纜上（1000 英尺 160 美元），能量損失為 1.5%（1.5% = 0.75V/48V， 0.75V = 2 × 0.002 × 10 × 2, 0.002 Ω/米線）。

在圖 5 中，主控制被整合在“自動化盒子”中，可能在房子的地下室。注意三個獨立的網(wǎng)絡(luò)從這個盒子發(fā)出。這類似于電源保險絲，其中一個盒子每個房子有 10 到 20 個保險絲，每個保險絲支持不同的布線網(wǎng)絡(luò)（有時稱為電路）。一個房子可能有 10 個低壓電路，每個電路有 5 到 15 個設(shè)備，通過四根線連接（12 VDC ±電源，±數(shù)據(jù)）。圖 5 還顯示了驅(qū)動燈具的綠色控制線（12 VDC ±power、±data）和藍色高功率線（例如 48 VDC、110 VAC）。

例如，如果一個燈泡的額定電流為 200 mA，那么人們將通過它連續(xù)泵送 200 mA 的電流以獲得 100% 的功率。要使用脈寬調(diào)制 (PWM) 將該燈泡調(diào)暗至 30% 功率，請在 10 KHz (100 μSec) 周期內(nèi)施加 200 mA 電流 30 μSec 和無電流 70 μSec。

圖 5 中的每個夾具都包含一個約 1 美元的微處理器，例如XMC1302和一個 MOSFET LED 驅(qū)動器。MOSFET 可以以 >3 kHz 的速率開啟和關(guān)閉以產(chǎn)生調(diào)光效果，并且可以調(diào)節(jié)通過 LED 燈串的電流。

基本標(biāo)準(zhǔn)支持所有電源
我們提議的物聯(lián)網(wǎng)基本標(biāo)準(zhǔn)沒有定義電源線。電源可以是固定 24 VDC、固定 48 VDC、固定 110 VAC 或固定 220 VAC。此外，它可以具有靈活的交流或直流電源，可在運行時更改并提供 20 VDC 至 56 VDC、100 VAC 至 240 VAC 或 0 V（關(guān)閉）。后一種選擇（靈活電源）提供了一種直接從 110/220 VAC 電網(wǎng)、48 VDC 太陽能或 48 VDC 電池為設(shè)備供電的方法，無需逆變器。柔性電源的缺點是額外的成本和每個設(shè)備的小功率損耗。優(yōu)點是我們在其他地方節(jié)省了電力和成本。

為了鼓勵采用我們的基本標(biāo)準(zhǔn)，我們不會做出權(quán)力決定。例如，制造商 X 銷售一個 LED 插座，該插座連接到±數(shù)據(jù)線并固定為 220 VAC。制造商 Y 做了類似的事情，使用兩條低功率 12 VDC 電線和兩條支持 48 VDC（太陽能、電池）或 110 VAC（電網(wǎng)）并在運行時更改的柔性電源線。我們的系統(tǒng)支持這兩種產(chǎn)品。

為什么不用 48 VDC 而不是 12 VDC 為設(shè)備處理器供電？一個 48 V 至 3 V 的開關(guān)電源會占用 PCB 空間，并且在驅(qū)動小功率時效率低下——它會在處理器休眠時消耗靜態(tài)功率。或者，12 V 至 3.3 V 線性電源穩(wěn)壓器體積小、價格便宜，并且在處理器休眠時消耗的能量很少。

IEEE 等行業(yè)組織可以根據(jù)需要輕松添加其他標(biāo)準(zhǔn)，以對我們的基本標(biāo)準(zhǔn)提供更多控制。例如，IEEE 可能會使用六線電纜建立一個附加標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)支持±數(shù)據(jù)、12 VDC 始終處于低功耗狀態(tài)，以及運行時靈活的 48 VDC 或 110/220 VAC 或 OFF。根據(jù)市場需求，行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者之間的對話將產(chǎn)生其他標(biāo)準(zhǔn)。我們從一個基本標(biāo)準(zhǔn)開始，讓行業(yè)從那里建立起來。

在運行時變化的靈活電源似乎難以處理，但接受 110/220 VAC 的開關(guān)電源也可以接受 48 VDC，只要稍作修改。Flex power 使人們能夠直接從電網(wǎng)路由到設(shè)備，直接從 48 VDC 電池路由到設(shè)備，以及直接從太陽能光伏 (PV) 48 VDC 路由到設(shè)備。減少電源和逆變器硬件可降低成本和能耗。此外，這需要設(shè)備、電池和太陽能電池陣列之間的仔細協(xié)調(diào)，這超出了本文的范圍。Flex 電源與低功率 12 VDC 很好地配對，因為它確保處理器在 Flex 電源變化時不間斷地運行。缺點是六線而不是四線。

回顧圖 5，除了 LED 燈泡外，該網(wǎng)絡(luò)還連接到墻壁開關(guān)和電動熱窗罩。如果您計算一下我們網(wǎng)絡(luò)的哪個部分最省錢，那就是 2 英寸。（5 厘米）厚的固體泡沫塊，在房間不使用時覆蓋窗戶。我們通過窗戶損失了大量的能量，添加這種能力很容易，因為驅(qū)動電機的電子設(shè)備與驅(qū)動 LED 的電子設(shè)備相似。電工可以使用從天花板上的 LED 插座到窗戶的電纜輕松地將我們的網(wǎng)絡(luò)擴展到電動窗戶。