Меню

Интеллектуальное освещение что это



Интеллектуальное освещение и технологическая инфраструктура умных зданий

Автор: Пол Голата, Mouser Electronics

Традиционное построение сетей светодиодного освещения зданий основано на централизованном однотипном управлении светодиодными светильниками в большом объеме внутренних помещений. Однако для многих типов зданий, например, коммерческих офисов, медицинских центров, складов, производственных помещений и других объектов многофункционального назначения универсальные единообразные решения оказываются малоэффективными или непрактичными. В этих случаях целесообразен переход к децентрализованной системе управления освещением, адаптированной к условиям небольших сегментов или отдельных помещений зданий. Подобная задача успешно решена в области управления микроклиматом с помощью автоматизированных систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC). Система HVAC способна, например, контролировать температуру в производственных помещениях, что позволяет повысить производительность оборудования и создать комфортную для человека окружающую среду. Кроме того, подключение к интеллектуальным сетям повышает эффективность и снижает стоимость систем управления микроклиматом зданий.

Аналогичным образом к сетевой инфраструктуре управления микроклиматом может быть подключена система интеллектуального светодиодного освещения. Пользователи такой интегрированной системы могут устанавливать параметры освещения для получения максимально высокой производительности труда, создания позитивного настроения, улучшения концентрации внимания и самочувствия людей. Система интеллектуального светодиодного освещения позволяет реализовать весь заложенный в ней потенциал, регулируя уровень освещения в соответствии с суточными биологическими ритмами человека и в зависимости от количества солнечного света, поступающего снаружи через окна зданий.

Рис. 1. Архитектура системы PoE.

Светодиодное освещение и PoE

Интеллектуальные светодиодные системы освещения базируются на технологии PoE, осуществляющей передачу низковольтного питания по проводам сети Ethernet, что позволяет реализовать в светодиодных светильниках некоторые функции Интернета вещей (IoT). Внедрение технологии PoE является простой и легко реализуемой процедурой благодаря широкому развитию инфраструктуры на основе Интернет-протокола (IP). С помощью технологии PoE светодиодные светильники получают одновременно и энергию питания, и сигналы системы управления, благодаря чему освещение здания становится одним из доступных ресурсов Интернета вещей. Кроме очевидных преимуществ передачи напряжения питания и данных по одним и тем же проводам сетевой инфраструктуры, электропитание PoE оказывается также менее затратным решением по сравнению с обычными медными кабелями. Как показано на Рис. 1, архитектура системы PoE включает в себя следующие устройства:

  • шлюзы PoE;
  • светодиодные светильники;
  • отдельные светодиодные лампы;
  • интеллектуальные светодиодные драйверы;
  • кабельные жгуты;
  • датчики;
  • беспроводные выключатели и устройства управления яркостью (диммеры).

Шлюзы с поддержкой PoE

Компьютеры и сетевые интерфейсы, подключенные к сетям с поддержкой PoE, функционируют на уровне приложений, в то время как запуск интегрированной системы светодиодного освещения во многом зависит от уровня физических устройств и уровня системных компонентов, используемых для построения сети. Основой системы является шлюз с поддержкой PoE, который осуществляет подключение, управление и питание светодиодных светильников. Шлюзы PoE способны контролировать функции систем светодиодного освещения, включающие в себя управление яркостью и цветом свечения, а также сбор данных от датчиков. Шлюзы PoE способны обеспечить питание нагрузки мощностью до 60 Вт. Для более мощных светильников, используемых, например, при освещении производственных помещений с высокими потолками, требуется питание от сети переменного тока с напряжением 120…277 В. При этом управление мощными светильниками может осуществляться по беспроводной сети посредством реле коммутации сетевого напряжения.

Стандарты, установленные для оборудования IP-сетей, базируются на усовершенствованной архитектуре компьютерных телекоммуникаций (ATCA или Advanced TCA) и используют напряжение питания постоянного тока с номинальной величиной 48 В. В соответствии со стандартами, шлюзы с поддержкой PoE используют следующие топологии источников питания:

  • нерегулируемые преобразователи с выходным напряжением 48 В;
  • стабилизированные преобразователи с выходным напряжением 24/48 В постоянного тока;
  • стабилизированные источники постоянного тока.

В качестве шлюзов с поддержкой PoE могут использоваться также беспроводные коммутаторы, соответствующие стандартам IEEE802 и работающие в стандартных диапазонах 902 МГц в Северной Америке и 868 МГц в Европе. Беспроводные шлюзы имеют эффективную дальность до 15 м и обеспечивают контроль состояния нескольких беспроводных устройств посредством защищенных каналов двусторонней связи, не создавая при этом проблем, обусловленных интерференцией с радиоканалами других устройств.

Светодиодные светильники

Светодиодный светильник является одним из важнейших составных компонентов системы освещения, и по своей сути система освещения базируется на выборе конкретных моделей светодиодных ламп. В обычных осветительных приборах, не имеющих подключения к интеллектуальным сетям, светодиоды используются для замены традиционных источников света, что позволяет повысить светоотдачу светильников благодаря более высокому уровню технологической эффективности светодиодов по сравнению с лампами накаливания или люминесцентными лампами. Тем не менее, подключение к интеллектуальным сетям поднимает систему освещения на следующий, более высокий уровень. В нее добавляются шлюзы с поддержкой PoE, датчики контроля освещения и расширенная версия программного обеспечения управления сетями, что значительно улучшает возможности управления и контроля параметров окружающей среды. Усовершенствованная система освещения становится более ориентированной на потребности человека и получает возможность управления на основе данных, анализа и критериев принятия решений пользователями сети.

Читайте также:  Режим освещения для животных

Светодиодные лампы

Производители светодиодов постоянно совершенствуют их технические характеристики, повышая энергоэффективность (лм/Вт) и снижая удельную стоимость светового потока ($/лм). Ниже перечислены некоторые из производителей светодиодов, высокое качество которых отмечено производителями светотехнического оборудования.

Компания Cree, лидер в области производства светодиодов для систем освещения, разработала сверхмощный светодиод XLAMP XHP70.2, обеспечивающий малую стоимость системы освещения за счет высокой удельной величины светового потока, надежности и постоянства цветовой гаммы. Светодиод с улучшенными показателями напряжения, удельной величины светового потока, надежности и оптических характеристик размещен в корпусе 7.0 × 7.0 мм.

Компания Lumileds разработала модуль LUXEON MX LED, который представляет собой многокристальный излучатель света высокой мощности, что позволяет реализовать экономически эффективный надежный светильник для производственных помещений с высокими потолками и для наружного применения. В конфигурации с питанием 12 В светодиодный модуль обеспечивает световой поток до 1200 лм при температуре 85 °С и энергоэффективность до 150 лм/Вт.

Компания OSRAM Opto Semiconductors производит светодиод DURIS E 2835, который сочетает в себе высокую эффективность и широкий угол излучения в компактном корпусе PLCC 2.8 × 3.5 мм. Данные светодиоды доступны в исполнениях с коррелированной цветовой температурой (CCT) в диапазоне 2700…6500 К.

Ниже представлены дополнительные компоненты, улучшающие технические характеристики светильников.

Устройства защиты от перенапряжений.
Компания Littelfuse производит модуль защиты PLED6N, который обеспечивает шунтирование светодиода при его обрыве и размыкании цепи в светодиодной ленте. Благодаря небольшой высоте (1.1 мм) модуль конструктивно совместим с одноваттными светодиодами, работающими с номинальным током 350 мА и рабочим напряжением 3 В.

Соединители.
Компания Molex предлагает инновационные типы соединителей «провод-плата» Lite-TrapTM и Mini Lite-TrapTM нажимного типа для поверхностного монтажа. Данные типы соединителей характеризуются малым усилием подключения и отключения проводов и большой силой удержания и, благодаря малой высоте (до 2.65 мм), могут использоваться в низкопрофильных модулях светодиодного освещения. Кроме того, сверхтонкий профиль соединителей не дает затенения при использовании их в светодиодных светильниках.

Светодиодные драйверы.
Компания Texas Instruments выпускает компактные интегральные двухамперные светодиодные драйверы TPS92515/ TPS92515-Q1, представляющие собой импульсные регуляторы со встроенным низкоомным N-канальным МОП-транзистором. Они предназначены для применения в светодиодных светильниках высокой яркости в тех приложениях, где существенное значение имеют КПД, широкая полоса пропускания и широтно-импульсная или аналоговая регулировка яркости. В дополнение к этому компания Infineon, являющаяся мировым лидером в производстве МОП-транзисторов, предлагает линейку транзисторов CoolMOS CE, применение которых обеспечивает высокий КПД, простоту использования и малый уровень электромагнитных помех при разумной стоимости, что делает их наилучшим вариантом для драйверов светодиодов или светодиодных трубчатых ламп. Характеристики МОП-транзисторов линейки CoolMOS CE позволяют использовать их в различных топологиях — понижающих (buck) и обратноходовых (flyback) преобразователях, корректорах коэффициента мощности (PFC)и резонансных преобразователях LLC.

Интеллектуальные светодиодные драйверы

Интеллектуальные светодиодные драйверы обеспечивают подачу питания необходимой мощности и формирование сигналов управления светодиодами. После получения напряжения питания и данных от шлюза PoE светодиодный драйвер действует соответственно полученным по сети информационным сообщениям и командам, основанным на архитектурных, конструкционных и электрических компонентах внутреннего дизайна и данным системы контроля и управления. В настоящее время доступны одно- и двухканальные драйверы, способные питать светодиодные светильники постоянным током с выходным напряжением 12…42 В и максимальной выходной мощностью 45 Вт. Несколько драйверов могут быть соединены последовательно, что позволяет запитать до восьми оконечных устройств от одного шлюза PoE.

Читайте также:  Конструкция датчика движения для освещения

Кабельные жгуты светодиодных светильников

Кабельные жгуты светодиодных светильников в настоящее время являются нестандартизированным средством подключения интеллектуальных светодиодных драйверов, обеспечивающим распределение мощности в низковольтных цепях питания и передачу данных, необходимых для управления светодиодными светильниками, датчиками и приводами. Пока эти светодиодные кабельные жгуты не стали промышленным стандартом, хорошим решением при проектировании светодиодных систем является линейка разъемов Micro-Fit 3.0 производства компании Molex, обеспечивающих высокую плотность соединения контактов как сигнальных, так и силовых разъемов.

Датчики

При построении цифровых систем управления зданиями неотъемлемой частью контура регулирования являются проводные и беспроводные датчики, получающие питание от шлюзов PoE либо встраиваемые в светодиодные осветительные приборы.

В системах управления освещением широко применяются беспроводные датчики освещенности, которые характеризуются как экономичные и надежные устройства благодаря наличию автономного питания от накопленной энергии солнечного света. Они способны измерять и передавать на центральный компьютер текущий уровень естественного освещения, что позволяет интеллектуальной сети регулировать освещение в режиме реального времени. Другими распространенными типами датчиков, используемыми в сетях светодиодного освещения, являются измерители качества воздуха, цветовой температуры, влажности, мощности, температуры воздуха, пассивные инфракрасные датчики движения/присутствия, датчики состояния выключателей и бесконтактные выключатели.

Беспроводные выключатели и диммеры

Автономные беспроводные настенные выключатели и диммеры используют технологии накопления энергии от окружающей среды и осуществляют беспроводный обмен данными со шлюзом PoE, обеспечивая удобное управление освещением, температурой и различными электрическими нагрузками. Местный клавишный выключатель/ диммер имеет автономное питание и не требует сменных батарей, так как простое нажатие на клавишу генерирует достаточно энергии для отправки сигнала беспроводному шлюзу.

Заключение

Интеллектуальные светодиодные системы освещения, объединенные с компьютерными сетями, открывают новые области применения светодиодного освещения в мире «умных» домов и информационных технологий. Эти системы освещения включают в себя различные технологии, в том числе — шлюзы, светильники, лампы, интеллектуальные драйверы, кабельные жгуты, датчики и беспроводные выключатели и диммеры. Будущее станет лучше, когда интеллект системного уровня объединится с нашей рабочей средой, позволяя уже сегодня создать умный дом будущего.

Статью подготовил и перевел Морозов Вячеслав, г. Ростов-на-Дону,
по материалам журнала «Electronics Information Update», апрель 2017 г.

Источник

Умный свет: возможности по управлению освещением

Термин «умный свет» относится к среде, управляемой системами контроля освещения. Эти системы учитывают такие факторы, как наличие людей в комнате, освещенность и время суток, чтобы включать и выключать лампы, тем самым экономя электроэнергию и деньги пользователя.

Популярность продуктов умного освещения постоянно растет. На самом деле, рынок умного света является самым быстрорастущим в индустрии, занятой производством осветительного оборудования. Ожидается, что к 2020 году его стоимость составит $8,14 млрд при среднегодовом темпе роста 22,07% в период с 2015 по 2020 годы. Этому в немалой степени способствуют законы правительства об экономии электричества.

Умный свет – это система, включающая в себя осветительные приборы и электронные системы, ими управляющие. Осветительные компоненты бывают самых разных видов: флуоресцентные лампы, диодные лампы, ксеноновые лампы и другие. Управляющие системы включают в себя сенсоры, микроконтроллеры, приемники и другие элементы, ответственные за поведение света.

В принципе, можно обходиться и обычными лампочками, но, к сожалению, они не могут предоставить весь спектр решений, которыми мы обладаем в эпоху Интернета вещей. Классические лампы являются бинарными устройствами, то есть имеют всего два состояния: включена или выключена. Промежуточных вариантов часто не оказывается – именно так работают лампочки с тех времен, когда они впервые появились в наших домах.

Умные лампы работают по-другому и предоставляют большие возможности по контролю. Благодаря тому, что они используют беспроводные технологии, вы можете управлять светом из любого места на Земле, используя мобильные устройства или ноутбук.

Умные устройства освещения дают позволяют создавать персонализированное и интеллектуальное окружение. Умный свет имеет большое количество полезных возможностей, например, система сможет имитировать ваше присутствие в доме, когда вы в отъезде, автоматически понижать яркость света при включении телевизора, выполнять функции будильника или сигнализировать вам о входящих звонках и сообщениях. Более того, лампы могут включаться автоматически, когда пользователь приходит домой, и управляться при помощи голосовых команд.

Читайте также:  Замена ламп освещения номерного знака asx

Установив датчики движения, можно регулировать работу светильников в коридорах, подсобных помещениях и так далее, то есть там, где люди обычно не задерживаются надолго. Автоматическое управление светом избавляет человека от необходимости искать в темноте выключатель: дом сам обо всем позаботится, например, включив свет на лестничной площадке перед входом в квартиру.

Однако не стоит забывать и про обслуживающие компании и поставщиков электроэнергии. Они тоже получают выгоду от использования клиентами умных технологий. У них появляется возможность просматривать статистику потребляемой энергии и, на основании полученных данных, автоматически приглушать свет на 10% в пиковые часы – эту разницу пользователь не заметит, но заметит и скажет «спасибо» его кошелек.

Объединив беспроводные технологии с энергоэффективными лампами в одном компактном решении, мы смогли изменить привычный порядок вещей. Световые сценарии – это настоящий клад для дизайнера интерьеров. Выделяя светом одни элементы интерьера и скрывая в полумраке другие, можно сформировать сразу несколько вариантов дизайна в одном помещении.

Термину «умное освещение» можно придать различный смысл, в зависимости от того, хотите ли вы иметь гибкое и полнофункциональное самостоятельное решение или интегрировать осветительные устройства в более масштабную систему домашней автоматизации. Что касается первого случая, то в сфере самостоятельно функционирующих устройств существует большой выбор продуктов от разных производителей. В основном это умные лампочки, визуально очень похожие на своих братьев с нитями накаливания.

Вот пара примеров таких устройств.

Лампа Philips Hue позволяет удаленно контролировать освещение, создавать и настраивать нужную атмосферу в помещении с помощью приложения на вашем смартфоне или планшете. Устройство обладает парой интересных режимов, как например: «Бодрящий свет», когда лампы включаются на полную яркость, и «Для чтения» – в этом случае все выбранные лампы изменят свет на белый с оптимальным уровнем яркости.

Функционально лампочки LIFX схожи с Philips Hue, но, в отличие от последних, им не нужен специальный передатчик (мост hue). Устройства подключаются к домашнему Wi-Fi-роутеру напрямую, без посредников. При наличии в помещении сразу нескольких осветительных элементов от LIFX, они передают сигнал по цепочке, чтобы не перегружать роутер.

Vocca не является лампочкой – это умный патрон для них. Устройство выступает в роли посредника между обычной лампой и обычным патроном. Умный гаджет имеет функцию распознавания речи, давая пользователю управлять освещением с помощью кодовых фраз.

Что касается ситуации, когда вам бы хотелось интегрировать устройства в глобальную систему умного дома, то в этом случае лампочки чаще всего не обладают «умными» составляющими, а управляются контроллерами.

Беспроводные лампы могут быть не лучшим решением, поскольку цена их достаточно высока: самая дешевая LED-лампа стоит не менее $15, а стоимость ламп, меняющих цвет, может достигать $70 (и больше). Более того, если вы замените все обычные лампочки в своей квартире на умные, то смартфон станет единственным способом управления – это не самое здравое решение, хотя в некоторых ситуациях и является идеальным.

Более грамотным решением будет использовать беспроводные переключатели и диммеры. Они работают точно так же, как обычные устройства этого типа – вы можете подойти к ним и вручную отрегулировать яркость освещения – но в добавок вы получаете возможность контроля на расстоянии при помощи мобильных устройств.

Примерами таких переключателей могут служить:

Linear Z-Wave Dimmer, который работает с различными хабами Z-Wave и поддерживает галогеновые, ксеноновые, LED-лампы и лампы накаливания.

Belkin WeMo Light Switch, которому для работы не требуется особый хаб: ему нужна лишь Wi-Fi-сеть и устройство под управлением iOS.

В заключение хочется отметить, что, как правило, построение интеллектуального дома начинается именно с функции управления освещением, поскольку одна эта функция способна значительно преобразить ваш опыт пребывания в своем доме.

Источник

Adblock
detector