如何依靠電力線通信實現(xiàn)LED的照明控制

　　圖3：照明裝置的發(fā)現(xiàn)和綁定

　　3 實際應用挑戰(zhàn)

　　電力線通信面臨的常見挑戰(zhàn)有：燈具不能接收控制器發(fā)出的消息；燈具被錯誤的控制器控制。

　　如果燈具不能接收控制器發(fā)出的消息，那么通常是以下三種原因之一：1）電力線上有太大的噪聲，2）控制器和接收器在電力線上不同相，3）接收器和控制器之間的距離太遠。如果電力線上噪聲太大（例如有吸塵器、大功率電器等），建議使系統(tǒng)遠離噪聲源。如果控制器和接收器不同相，用戶應嘗試移動其中一個，使他們同相。

　　如果不能這樣做，可以使用相位耦合器在不同相位上橋接電力線通信信號。這種耦合可以通過一個大電容或無線連接實現(xiàn)。如果接收器和控制器之間的距離太遠，可以使用中斷器重傳信號直到它們抵達要求的目標。一些實現(xiàn)將中繼器和燈具一起做在同一設備上，因此不會產生額外的成本。

　　由于同一電力線總線上可能有多個控制器，因此有可能出現(xiàn)燈具被錯誤的控制器控制的情況。這種情況發(fā)生的原因有許多，與地址分配和綁定機制有關。如果地址是人工分配的，那么有可能兩個燈具分配到了相同的地址。這是由于用戶忘了他們已經用過這個地址，或者別的人（例如共享相同電力線的鄰居）分配了相同的地址。

　　如果采用上述智能地址分配和綁定方法，所有地址都是唯一的64位物理地址，那么這種錯誤是不可能發(fā)生的。如果在智能地址分配中使用8位的邏輯地址，控制器將通過ping網絡確保不會分配已經在用的地址。即使使用了智能地址分配和綁定方法，也有可能出現(xiàn)不同的控制器綁定到非目標燈具（例如鄰居綁定到了一個用戶剛插入的燈具）。在這種情況下，燈具上應該有一個按鈕能強制該燈具從控制器退出綁定狀態(tài)，使它能再次自由地綁定到正確的控制器。

　　4 顏色控制

　　顏色信息通常采用兩種形式中的一種：CIE顏色坐標系或直接LED調光值。直接LED調光值包含對每個LED強度都有一個獨立值。例如，如果有紅、綠和藍3個LED，那么就有3種調光值。CIE坐標系是兩維的，可以表示色譜中任何一種可用的顏色。與強度（光通量）一起，CIE坐標可以混合成直接LED調光值，取決于器件以及所用LED的封裝信息。例如，兩個紅色LED可以發(fā)射出深淺稍有不同的紅光。顏色混合算法將考慮這種因素，以便產生的顏色能真正代表要求的顏色。

　　通過電力線傳送的顏色信息類型與用戶輸入、顏色控制精度等級以及實現(xiàn)成本有關。如果用戶的輸入是直接LED控制，那么直接LED調光值將被發(fā)送出去。如果用戶的輸入是一種特定的顏色和強度，那么信息類型取決于顏色混合執(zhí)行的位置。如果顏色混合在接收器完成，CIE坐標和強度將被發(fā)送出去。

　　這是典型的選擇，因為LED封裝信息一般存儲在燈具中，然而，在使用PLC后，每個燈具可以向控制器發(fā)送唯一的LED封裝信息，控制器隨即將這些信息存儲下來，并在執(zhí)行顏色混合時加載這些信息。最終控制器將發(fā)送直接LED調光值。

　　5 高級顏色控制

　　既然控制器更加先進，顏色控制也可以做得更加先進，而不只是一次向一個燈具發(fā)送直接顏色。布景、淡入淡出和排序是一些有趣的例子。在布置場景時，可以給多個燈具分配特定的顏色，這樣只需觸摸一下按鈕，多個燈具就可以發(fā)射出不同顏色和強度的光（例如顏色梯度）。在淡入淡出時，燈具可以被告知在規(guī)定時間內轉換到下一種顏色。在排序應用中，多個燈具能以同步方式改變顏色（例如照明顯示器，情緒照明等）。

　　6 控制器的實現(xiàn)

　　電力線通信收發(fā)器一般是一種低壓直流供電的IC。為了將這個器件連接到電力線，需要一個功放和耦合電路。耦合電路可以經修改支持要求的電壓范圍（例如適合全球家庭應用的110－240VAC，用于水池燈飾的24VDC等），因此同一種電力線收發(fā)器IC可以用于任何要求的電力線電壓范圍。

　　控制器實現(xiàn)可以采取不同的方式，取決于可用的物理面積和需要的控制等級。對于基本的墻體開關安裝方式，照明控制界面可以是一個簡單的通斷開關、一個調光器或多個調光器，可單獨控制燈具的顏色。另外，至少有一個按鈕用于可用燈具的索引，一個按鈕用于綁定到節(jié)點。LED指示燈也很有用，可顯示燈具的狀態(tài)（可用或已綁定）。

　　通常需要用一個微控制器來處理這些輸入信息，并連接電力線收發(fā)器。例如，利用Cypress公司的電力線通信技術，微控制器和電力線收發(fā)器可以集成在一起，由一個器件通過電力線通信完成輸入處理、智能綁定和高級顏色控制。

　　代替?zhèn)鹘y(tǒng)機械式按鈕、開關和調光器的創(chuàng)新方法是使用電容觸摸傳感技術。采用這種技術后，控制器面板可以是一個平面，并用貼*紙顯示控制界面。當用戶觸摸面板上的某個位置時，控制器將這種觸摸翻譯為按鈕壓下、開關觸發(fā)或調光變化，具體功能與手指位置有關。這種方法給用戶提供了圓滑、清潔和耐用的界面進行燈具控制。

　　電容觸摸技術可以通過提供二維控制實現(xiàn)更好的體驗。例如，控制器可以檢測手指觸摸點的x和y坐標，并轉換成CIE顏色坐標系。電容觸摸技術還能方便地用于顏色控制，面板可以做成一個色板，用戶只需用手指按一下就可以改變到任何顏色。

　　對于更復雜的照明控制（比如中央家庭自動化系統(tǒng)），控制器可以在PC上運行。此時的界面將是圖形用戶界面（GUI）。GUI可以向用戶顯示家里的所有可用燈具，并允許用戶執(zhí)行更先進的顏色控制方案。PC可以通過USB或無線連接到電力線收發(fā)器。圖4給出了一個可行的控制器實現(xiàn)例子。

　　圖4：照明控制器的實現(xiàn)

　　7 結語

　　由于燈具上不要求使用用戶界面，所以一般使用嵌入式微控制器處理收到的消息和進行LED顏色控制。借助Cypress的電力線通信和高亮度LED控制技術，電力線收發(fā)器和精密LED顏色控制器可被集成在一個器件中。只需外加LED驅動器就可以設置LED顏色了。另外，利用Cypress PowerPSoC技術，精密LED顏色控制器和LED驅動器也可以集成在一個器件中，這樣可以方便地通過I2C接口連接電力線收發(fā)器。

　　電力線通信技術非常適合用來執(zhí)行復雜的LED照明控制，而且安裝成本低，無需鋪設新的線纜。用戶可以使用傳統(tǒng)的墻體開關/調光器、電容觸摸傳感屏或PC控制LED燈具的顏色、亮度、光線變化或布景。利用從用戶那里抽象出來的高級燈具發(fā)現(xiàn)和綁定機制，無需記住一個號碼或冒意外關閉鄰居電燈的風險就可以建立具有PLC功能的照明控制網絡。