半导体

智能照明为ZigBee拓展新空间

作者:陈炳欣来源:中国电子报 电子信息产业网发布时间:2012-06-07 09:00我要评论

照片 012_副本


 


Zigbee


数据来源:ABI


近年来,智能控制在办公楼宇照明、户外照明以及家庭照明系统中的应用迅速普及,使得电子信息通信领域的多种标准组织和各家公司都在积极推出适用的标准和技术,如日前(4月19日)全球企业联盟ZigBee联盟宣布,为智能照明提供无线控制解决方案的ZigBee Light Link标准已经完成制定和认证并正式启用。德州仪器(TI)、飞思卡尔(Freescale)、恩智浦半导体(NXP)、上海顺舟电子、立达信等IC设计公司、网络设备公司、照明系统公司也分别推出芯片级和系统级的基于ZigBee技术的解决方案。与其他照明通信系统相比,ZigBee具有低功耗、低数据速率、低成本等特点,在照明智能化日益普及的背景下,ZigBee技术有其独具的优势,对智能照明的应用有着补充和推进作用。同时,智能照明也将为ZigBee技术的普及提供广阔的市场空间。


ZigBee推动智能照明应用


ZigBee可将节能灯、LED灯具、传感器等接入同一网络,对照明智能化有着重要作用。


随着节能意识的提高,人们对楼宇、道路照明中的节能技术越来越重视。中建国际设计顾问有限公司(CCDI)技术副总裁李兴林向记者指出:“上世纪八九十年代,人们对照明的需求很简单,主要是解决基本的照度问题。而后,随着人们生活水平和生活品位的提高,灯光的绿色节能照明开始受到重视。智能照明系统渐渐成为设计师的新宠。智能化照明可以使照明变得更加省电、环保。”而ZigBee作为一种近年推出的无线通信技术,在照明智能化日益普及的背景下,可以将节能灯、LED灯具、传感器、定时器、遥控器和开关等方便地接入同一个网络。消费者将能够轻松安装产品,并在照明网络中添加其他的装置,对照明的智能化系统搭建有着重要作用。


4月19日,ZigBee联盟宣布,ZigBee Light Link标准制定和认证已经完成并正式启用,可为全球照明解决方案提供高效灵活的无线控制。Zigbee联盟主席Bob HEILE告诉记者,Light Link主要针对普通大众,即消费者,具有安装容易、使用简单的特点,是为智能照明提供的网络标准,可为照明提供非常精美、简单的无线控制。


部分厂商推系统级解决方案


TI、飞思卡尔、NXP等公司分别推出芯片级和系统级的基于ZigBee的解决方案。


任何一项通信协议标准都离不开上游芯片厂商的支持和推动。ZigBee作为一项具有低功耗、低速率、无线短距离传输特点的技术,自然也离不开芯片厂商的支持。如ZigBee联盟的主要厂商TI就推出了专为ZigBee RF4CE芯片市场设计的CC2533。该产品以CC2530系统单芯片为基础,芯片内建内存,有64KB、96KB、256KB等选项;功耗很低,包括1μA睡眠模式的4种弹性电源模式,相较红外线(IR)遥控技术,可延长电池使用寿命达10倍。另一家ZigBee主要成员飞思卡尔推出的MC1321x ZigBee网络方案集成了IEEE 802.15.4标准兼容的2.4GHz低功耗收发器和8位微控制器的低成本ZigBee无线网络解决方案。收发器部分包括了低噪音放大器,正常输出功率1mW的功率放大器以及压控振荡器(VCO)。微控制器是基于HCS08系列,有60KB的闪存和4KB的RAM。


部分厂商目前也推出了照明系统级的解决方案,比如日前NXP推出兼容ZigBee的GreenChip智能照明解决方案。根据NXP国际产品市场经理张伟超的介绍,其新的理念在于将物联网概念带进照明领域,通过无线IP与照明技术联系在一起,让每一个节能灯、LED灯泡或灯管都具有一个IP地址,并允许任何人不管身在全球哪个角落,都可以利用移动互联设备(如手机、平板电脑、笔记本电脑、PDA等)远程控制家里或办公室里的任何一个灯泡或灯管,实现单独监控、管理和控制等功能。而且在这个系统中,灯具还会根据环境因素用检测信息实现自动控制,比如根据当前自然光的亮度和房间使用情况进行自动调节,从而改变了以往设计、控制和管理照明的方式。


本土厂商上海顺舟电子也针对照明领域推出自有产权的ZigBee解决方案。如该公司推出的SZ05系列数据透传嵌入模块,具有232485个TTL通信接口,可以结合现有的LED驱动电源及电子整流器的整合,让电源更智能化,从而实现对灯具的远程开关控制,调光及监控电压电流等各种数据。在提供嵌入式解决方案的背景下,上海顺舟还推出了(智慧心)照明管理系统。


灯具厂尚无选配ZigBee意识


虽然ZigBee技术涉足的应用领域越来越多,但整体市场仍然处于起步阶段。


ZigBee技术推出不久,虽然涉足的应用领域越来越多,芯片出货量也连年递增,但整体市场仍然处于起步阶段,在照明领域应用更属于初期阶段,还没有真正上量起飞。对此,张伟超对记者指出:“ZigBee作为一种无线通讯技术对传输距离有较多限制,相对更加适用于室内,而室外的环境更加恶劣,在一定程度上将限制ZigBee对照明产品的操控。抛开技术本身,ZigBee毕竟刚刚进入照明领域,用户对一种新的技术必然有一个熟悉认知的过程。”


上海顺舟电子科技有限公司照明控制事业部经理姜洪飞认为,照明控制信号传输系统有一个从有线到无线的过渡过程,目前有线网络更加成熟,无论是楼宇还是户外,使用无线网络进行照明系统改造都将涉及照明系统中多种配套环境的升级。“目前国内灯具厂商还没形成标配或选配ZigBee智能控制端的意识,在灯具的尺寸上都还没有预留合适的空间,这给成本以及制造都带来了一定的困难。


此外,价格成本也是影响ZigBee技术在实际中使用的因素之一。尽管ZigBee通过简化协议,降低了对通信控制器的要求,相比Wi-Fi和UWB等这些适用于无线局域网和多媒体应用的高速率无线标准而言,成本要低许多,但是推广初期受制于出货量不大的限制,上游芯片成本仍然较高,连带也推高了终端灯具的价格,普通家庭还很难接受。记者所见一款支持ZigBee的LED筒灯,售价竟达上千元。因此,张伟超认为对于ZigBee技术的推广应用,必须采用一套新的商业模式,从芯片厂商到系统厂商,共同协作,尽快构建出一个适合该技术推广的生态系统,如此才能解决ZigBee的商业应用问题。


不过,总体来看,目前在ZigBee联盟的推动下,ZigBee技术正朝着开发SoC(片上系统),更多规范,与IPv6结合等方向发展。在楼宇、室内、户外等照明系统中以无线IP的方式进行控制调节,必将给用户带来全新的体验。因此,未来的市场空间无疑是巨大而诱人的。


IC观察:需重视无线照明技术开发


陈炳欣


实现照明智能化的通信技术大体包括三类:有线、电力载波和无线。


有线,顾名思义,需要布线。缺点是布线麻烦,施工量大,增减设备还需重新布线,系统可扩展性差,安装与维护成本高,移动性能差等。用户使用不便,不适合日常家居应用。


电力载波方式免去了重新布线的麻烦,但其信号损失严重;为过滤掉电网及各种家电多余杂波而安装的滤波器和阻波器,会使配套设备成本上升;设备的安装和维修也都需专业人士操作。


无线技术的优点是不用布线,其搭建方式属积木式,某个开关出现故障,不影响其他灯光的正常使用,摆脱各种专业布线和专业技术的束缚,使得用户在照明的设计和管理上,更加“随心所欲”。因此,随着智能家居的发展,无线智能照明更适合家居照明的发展需求。


以ZigBee技术为例,其非常适合无线传感器网络的相关应用,主要特点为:适宜大规模组网,无线智能照明系统的各个灯节点往往需要组成一个星型网、网状网或簇状网,节点数量在几十到几千个之间,ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构,由一个主节点管理若干子节点,理论上一个协调器能容纳最大节点个数可以达至65535个,很好地满足了系统对网络结构以及容量的要求;数据速率较低,因智能照明系统中只需传输开关信号和调光信号等开关量,因此较低数据传输速率即可满足,而ZigBee一般工作在20k~250kbps的较低速率,分别提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始数据吞吐率,满足低速率传输数据的应用需求;近距离传输,因智能照明系统的范围大多限于房间之间,这就要求传输网络拥有较强的穿墙信号传递功能,ZigBee传输范围一般介于10~100m之间,增加RF发射功率后,亦可增加到1~3km,信号具有一定的穿墙能力。


近年来,国内物联网取得了快速发展,已被列入国务院确定的首批加快培育的七大战略性新兴产业。借助物联网的发展契机,近距离无线通信技术不断涌现,其中主流技术包括蓝牙、Wi-Fi、UWB和ZigBee技术等。无线技术的发展,让传统的照明控制系统从有线的束缚中慢慢解放出来,无线技术的不断应用,成为未来智能照明控制的潮流。因此,未来ZigBee等无线技术必将具有更广的市场。前景看好的情况下,企业应重视并加快无线智能照明通信技术的开发。


责任编辑:电子信息产业网
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