LED照明革新了照明產業,創造了全新的市場條件。藍牙低功耗(BLE)是針對智慧照明最佳化的協議。由於它獨特地結合了低功耗通訊與智慧型手機的廣泛支援,從而為取代ZigBee和Wi-Fi等其它通訊協議提供了有趣的方案,還能與其它技術結合,使智慧照明更聰明。

從照明控制到物聯網

從現有照明方案轉型至LED照明發生在三個明顯不同的階段,每個階段都有其獨特性。

第一階段的特徵在於用基於LED的方案取代白熾燈泡,或螢光燈管等傳統光源。其主要目標在於透過降低功耗以及延長LED光源相對於傳統光源的使用壽命,從而降低運營成本。

基於LED照明的功耗降低了約75%,使用壽命比傳統白熾燈更長25倍。根據美國能源部(DoE)估計,在2027年以前,當LED照明普遍使用後,僅在美國就可節省約348兆瓦時(TWh)的電力。這相當於44座發電廠(每座約1,000百萬瓦)的年發電量,按目前的電價計算,相當於節省了300多億美元成本。

第二階段的重點是LED照明與感測器、控制的結合,進一步最佳化能源效率和用戶便利性。它使用三種主要控制機制:

  • 在場感測器(Occupancy sensor)可以在不需要時自動關燈。這對可能不會一直使用的個別區域,如大型辦公空間等尤其有利。
  • 環境光感測器能根據可用的環境光量(所謂的日光照明)調節室內照明的亮度。這特別適用於帶大型玻璃帷幕等擁有大量環境光的建築物。
  • 定義可調光燈(所謂的任務調節)的最大亮度設置,以避免出現過度照明的區域,並最佳化各個區域的光照水準。

為了滿足這些用例,基於標準化無線技術的LED控制是最有效的選擇,因為它可實現最短中斷的快速安裝和輕鬆升級。由於射頻(RF)技術的進步和標準的出現,無線應用在過去十年的普及程度正穩步提高,從而支援了不同裝置之間的無縫通訊。

第三階段的特點是照明系統成為物聯網(IoT)應用的資料骨幹。照明系統在此繼續提供傳統的照明功能,同時產生各式各樣的感測器資料並將其發送到雲端。

20170825_EnOcean_TA31P1 圖1:從照明控制到物聯網 (來源:Casambi)

以搭配在場感測器的照明系統為例,其基本功能仍在於控制燈光。此外,還可以使用在場感測器的資料來確定辦公室的空間利用率。此外,在光源之間搭建的無線網路可用於傳送與照明控制無直接相關的感測器資料,如溫度、濕度或空氣品質感測器等資料。

分析這些資料可以產生很多新的用途,例如可用於使智慧照明因應環境光線、濕度或二氧化碳濃度等因素而變化。這些資料還可以用於統計人數、記錄事件、在適當的時間提供行銷資訊或協助管理人群。

無線協定和網狀網路

能量採集無線或所謂的EnOcean標準是目前最成熟的技術之一。它由EnOcean聯盟(EnOcean Alliance)定義,該聯盟是國際建築自動化產業從業公司的一個聯合組織。1-GHz以下RF頻段的無線通訊,由於頻段內沒有Wi-Fi或藍牙裝置,因而集廣範圍、低RF干擾的雙重優點於一身。

藍牙低功耗(BLE或藍牙智慧)是為物聯網打造的創新。它的第一大賣點是幾乎可在近年出售的每一部智慧型手機和平板電腦內發現它的蹤影,而且BLE是唯一可如此自我標榜的低功耗RF技術。因此,你可以使用大多數現有裝置直接設置和控制BLE智慧照明系統。這使得由BLE控制的系統部署和運行簡單且具成本效益。

Casambi即利用了這項技術於其無線照明控制軟體平台,使智慧裝置的使用者能輕鬆地與周圍的現代照明互動。Casambi的平台方案可提供從基本的個人照明燈具控制到工業規模、基於雲端的遠端控制、監控和資料記錄的解決方案等多種功能,而且可以輕鬆地以低成本整合於照明燈具、驅動器和模組中。

新應用

基於藍牙的照明不僅支援透過智慧型手機的直接控制和配置,還可以實現新的照明功能,如近接感測(proximity sensing)或信標技術。在此,藍牙網路基於各節點的接收訊號強度,以檢測各藍牙節點的位置。

20170825_EnOcean_TA31P2 圖2:基於藍牙的照明控制 (來源:Casambi)

基於藍牙的網路適用於近接感測,因為各個節點的RF範圍非常有限(這點與EnOcean RF協定等其它協定不同)。因此,基於密集鋪設的接收器基礎設施,可以非常準確地確定發射器的位置。

20170825_EnOcean_TA31P3 圖3:近接感測 (來源:EnOcean GmbH)

位置資訊可用於實現接近敏感的智慧照明。例如,有人進入房間時,自動啟動預設場景;或者在人們通過建築物時,根據其位置開關燈光。

它還可應用於其它方式:想像一下在商店或博物館的展示照明,有些就搭配了內建信標的設置。當有人走近時,信標可以觸發訪客智慧型手機上的博物館/零售商應用程式(App),以顯示有關展品資訊。

能量採集

對於任何無線裝置,電源正成為重要議題。在維護和停機成為關鍵成本要素的大型商業建築中,使用一次或二次電池的傳統方法並不可取。

要瞭解這個挑戰,必須考慮搭載超過10,000個獨立感測器或開關節點的大型辦公大樓,這一類建築物必須儘可能避免需要維護(電池更換)的情況。多年來,能量採集感測器和開關已充份證明是這個問題的理想解決方案。

能量採集無線技術開發商EnOcean自2003年以來一直在部署這樣的裝置。在2016年10月,導入了第一個用於藍牙低功耗系統的能量採集開關模組PTM 215B。最近,EnOcean向全球推出用於藍牙照明系統的無線和自供電Easyfit牆式開關。結合來自Casambi的自供電藍牙照明系統,Easyfit牆式開關為照明安裝者提供免維護、易於定位和即用型解決方案的優勢,實現了靈活控制以及直觀使用。

20170825_EnOcean_TA31P4 圖4:用於藍牙照明系統的自供電Easyfit開關 (來源:EnOcean GmbH)

這些自供電開關使用按鈕的動能來產生控制和調光的無線訊號。此外,還可以添加自供電感測器,為必要的感測器位置克服缺少線路電源的問題。

結論

基於藍牙網狀網路(Mesh Network)的新型照明方案可為物聯網應用提供新的基礎設施。它們實現了不同感測器資料的整合和視覺化,從而提供對於建築參數更深入的瞭解。這些方案可以透過智慧型手機和平板電腦進行輕鬆控制和配置,使其使用時更直觀。此外,使用能量採集開關和感測器的可能性還具有免維護操作、定位和易於升級等多種便利。因此,照明將迎來另一次的技術飛躍。