如何依靠電力線通信實現(xiàn)LED的照明控制

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(diǎn)。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(dú)立地控制某個燈，而建立在總線拓?fù)渖系臉?biāo)準(zhǔn)支持獨(dú)立地控制多個燈。請注意，雖然DALI和DMX512可以從一個控制器獨(dú)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(dú)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(dú)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。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(diǎn)：1）設(shè)置需要*費(fèi)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。現(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。