淺談新興連網(wǎng)照明技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)

應(yīng)對(duì)市場(chǎng)對(duì)于智能連網(wǎng)照明的高度期待，芯科科技(Silicon Labs)產(chǎn)品營銷工程師Alex Koepsel持續(xù)解決市場(chǎng)面臨的一些迫切問題，包括了解不同的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，一些常見的應(yīng)用，以及開發(fā)人員的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。透過本篇“連網(wǎng)照明應(yīng)用：淺談新興技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)”，將有助于在投入產(chǎn)品設(shè)計(jì)前建立更全面的知識(shí)與了解。

連網(wǎng)照明市場(chǎng)正取得得強(qiáng)大的發(fā)展動(dòng)力，消費(fèi)者對(duì)該應(yīng)用的采用已經(jīng)開始逐步地?cái)U(kuò)大，而簡化智能連網(wǎng)照明設(shè)計(jì)工作的開發(fā)工具包也日漸成熟。

今日的無線照明市場(chǎng)規(guī)模

根據(jù)IHS Markit研究數(shù)據(jù)顯示，到2020年時(shí)，無線照明市場(chǎng)預(yù)計(jì)將從今日的1,700萬臺(tái)增加到5,200萬臺(tái)。其他來源，如無線傳感器網(wǎng)絡(luò)則更被看好，到2020年時(shí)，數(shù)量預(yù)測(cè)將高達(dá)2.3億臺(tái)。

市場(chǎng)邁向無線發(fā)展的動(dòng)力及主導(dǎo)技術(shù)

對(duì)于家庭照明應(yīng)用，生活質(zhì)量和便利性是最有價(jià)值的原因; 對(duì)于商業(yè)應(yīng)用，例如零售和酒店，美觀是最重要的; 而對(duì)于工業(yè)應(yīng)用，主要驅(qū)動(dòng)因素是節(jié)約成本。有鑒于此，很容易了解并沒有一個(gè)一體適用的解決方案。正確的解決方案取決于應(yīng)用和最終用戶的要求。例如，家庭照明將很可能優(yōu)先考慮易于使用和安裝，而具有數(shù)千個(gè)燈和不同預(yù)定的操作需求的多建筑制造設(shè)施可能需要更可靠，安全的系統(tǒng)，以及長距離連網(wǎng)能力。

無線技術(shù)實(shí)例

相關(guān)的實(shí)例雖取決于具體的環(huán)境和用戶需求，但目前主要流行的技術(shù)，包括Zigbee和Sub-GHz專有協(xié)議，其他正日益流行的尚包括Thread和Bluetooth照明?，F(xiàn)在，Zigbee PRO及其前身Zigbee Light Link是使用最廣泛的。這些規(guī)范由Zigbee聯(lián)盟掌控，有助于描述照明控制的應(yīng)用消息協(xié)議，并包括開箱即用的簡單操作機(jī)制，此外，對(duì)于工程人員而言可使得開發(fā)更為簡易。值得注意的是，2016年發(fā)表的Zigbee 3.0規(guī)范預(yù)計(jì)將在2017年取代目前的規(guī)范，作為市場(chǎng)重塑品牌的一部份，該技術(shù)現(xiàn)在被稱為Zigbee，其中以前的應(yīng)用鏈接庫成為以IoT為中心的應(yīng)用層，現(xiàn)在稱為dotdot。

藍(lán)牙及Wi-Fi在照明上的應(yīng)用

今日的藍(lán)牙，實(shí)際上已經(jīng)擴(kuò)展到超越音頻設(shè)計(jì)，它是一種流行的技術(shù)，因?yàn)樗B接到一些最流行的裝置-智能型手機(jī)上。這些更新和更人性化的設(shè)備是控制無線照明網(wǎng)絡(luò)完美的設(shè)置，并提供一些很酷的應(yīng)用程序，如使燈具發(fā)出藍(lán)牙低功耗(Bluetooth Low Energy)信標(biāo)的廣告，地理定位和其他雙重目的應(yīng)用程序。話雖如此，由于已驗(yàn)證的軟件和那些伴隨技術(shù)的可擴(kuò)展性，許多燈具延展系統(tǒng)中的藍(lán)牙照明將很可能加入另一個(gè)無線技術(shù)。

而許多人喜歡Wi-Fi是因?yàn)槠湓谑澜绺鞯貜V泛的使用，但Wi-Fi功耗較高，還沒有用于照明設(shè)計(jì)，也就是軟件開發(fā)者所謂的“應(yīng)用層”的專門軟件。 沒有應(yīng)用層或軟件工具箱來構(gòu)建往往會(huì)增加幾個(gè)月的項(xiàng)目開發(fā)周期。此外，Wi-Fi硬件往往比替代的802.15.4解決方案(如Zigbee和Thread)成本略高。

如何選擇無線技術(shù)

根據(jù)使用者的應(yīng)用需求，很多因素都可發(fā)揮考慮功效。例如，系統(tǒng)可以像單個(gè)開/關(guān)燈開關(guān)一樣簡單，或者像用于酒店/娛樂場(chǎng)或制造工廠的全特征照明解決方案般復(fù)雜。一些注意事項(xiàng)包括網(wǎng)絡(luò)的大小和密度(將控制多少燈或節(jié)點(diǎn))，整體建筑環(huán)境，設(shè)置和安裝要求，安裝預(yù)算和維護(hù)要求。

開發(fā)無線照明的挑戰(zhàn)

開發(fā)無線照明，最大的挑戰(zhàn)是成本壓力，上市時(shí)間，以及了解設(shè)計(jì)的無線部分的相關(guān)學(xué)習(xí)曲線。對(duì)于不熟悉物連網(wǎng)內(nèi)部工作的開發(fā)人員來說，這可能很困難。在照明方面，一個(gè)平均的Zigbee燈泡有15,000行代碼。而一個(gè)簡單的有線開/關(guān)燈泡，可以在MCU上編程，并且可以在不到五分鐘內(nèi)編碼。目前已經(jīng)有照明專家和半導(dǎo)體公司提供了一些應(yīng)用說明和白皮書。另外還有一些硬件和軟件參考設(shè)計(jì)，還有一些是供作開放設(shè)計(jì)購買，可協(xié)助開發(fā)人員解決更困難的網(wǎng)絡(luò)問題。

無線協(xié)議及軟件的選擇

為了減少未來過時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)，需要考慮的一個(gè)問題是找到一個(gè)彈性且可支持許多協(xié)議的解決方案。在半導(dǎo)體市場(chǎng)空間的創(chuàng)新已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這種能力，能使用單芯片解決方案簡化硬件設(shè)計(jì)。至于網(wǎng)絡(luò)軟件方面，有一些公司已經(jīng)解決了這個(gè)問題，并努力使開發(fā)人員能將無線照明軟件(「堆?！?使用得更好。之前提到的Zigbee是一個(gè)成熟的解決方案，少數(shù)公司開發(fā)了「黃金單位」批準(zhǔn)的堆棧，其可透過低成本套件購買。Silicon Labs，TI和NXP是供貨商的幾個(gè)示例。由于Zigbee是一種網(wǎng)狀技術(shù)，其中一些公司現(xiàn)在將其領(lǐng)導(dǎo)力擴(kuò)展到Thread和Thread堆棧產(chǎn)品中，其增加了互連網(wǎng)協(xié)議(IP)地址。

開發(fā)團(tuán)隊(duì)在無線照明應(yīng)用方面的最佳建議

如同大多數(shù)復(fù)雜的工程項(xiàng)目，了解消費(fèi)者的要求是最關(guān)鍵的，盡可能從一開始就設(shè)計(jì)一個(gè)好的概念。之后，從那里開始，寶貴的資源可用于協(xié)助縮短開發(fā)時(shí)間和部署世界級(jí)的無線照明產(chǎn)品。這些資源的示例包括硬件參考設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)文件，開發(fā)插件工具，網(wǎng)絡(luò)調(diào)試工具和培訓(xùn)資源，如應(yīng)用筆記。總體而言，利用其他業(yè)界領(lǐng)導(dǎo)者提供的專業(yè)知識(shí)和解決方案，將帶來莫大幫助。