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智慧控制點亮藍牙照明更便捷
 

【作者: Lorenzo Amicucci】   2024年01月19日 星期五

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根據美國能源部(DoE)資料,LED燈具的功耗相比傳統白熾燈至少降低75%,使用壽命則延長多達25倍,通過結合使用低功耗藍牙系統單晶片(SoC),如Nordic的nRF52、nRF53和nRF54系列等產品,智慧照明將會引領照明產業進入現代化的新時代。


智慧照明不僅可以最大限度地減少能源使用,例如當環境變亮時調暗燈具,或者當無人在場時關閉燈具,而且智慧照明裝置還可以構成用於其他感測器(例如接近監測器和空氣品質感測器)的平台。


藍牙技術聯盟(Bluetooth Special Interest Group;SIG)迅速推廣低功耗藍牙作為智慧照明通訊連接的最佳化選擇,強調只有世界上部署最廣泛的無線電標準才能提供如此的規模經濟效益。另一個優點是低功耗藍牙幾乎與市場上每一款智慧手機都具有互通性,使得智慧手機成為調試和控制智慧照明的便捷介面設備。



圖一 : 低功耗藍牙幾乎與市場上每一款智慧手機都具有互通性,使得智慧手機成為調試和控制智慧照明的便捷介面設備。(source:Nordic Semiconductor)
圖一 : 低功耗藍牙幾乎與市場上每一款智慧手機都具有互通性,使得智慧手機成為調試和控制智慧照明的便捷介面設備。(source:Nordic Semiconductor)

然而,某些棘手的工程技術難題可能會阻礙智慧照明的採用。好消息是,作為領頭羊的藍牙Mesh和最近藍牙技術聯盟發佈的藍牙網路照明控制(Network Lighting Control;NLC)均提供了解決方案。


在藍牙應用添加Mesh網路

開始時,低功耗藍牙作為傳統藍牙的低功耗擴展版本而推出。在早期,它是為消費性應用而設計的,例如無線鍵盤和滑鼠,或者將健身穿戴裝置等週邊設備連接到智慧手機。這樣的應用需要相對簡單的對等或星狀網路拓撲。相比之下,像智慧照明這樣的應用的特點是密集安裝無線節點,最適合使用Mesh網路。


在Mesh網路中,每個節點都可以與其他節點進行通訊,而不是僅限於與中央主節點進行通訊,這就帶來了內建冗餘等優點:如果一個節點出現故障,可以簡單地通過替代路徑重新路由傳送資訊。


為了讓低功耗藍牙更適合智慧照明,藍牙技術聯盟推出了藍牙Mesh。這項技術於2017年問世,提供建置大規模設備網路的功能和選項。如果沒有藍牙Mesh,各個燈具都是通過中央集線器進行控制,從而限制每個燈具的位置,因為燈具需要保持在集線器的控制範圍內;但是使用藍牙Mesh,只要節點與節點之間足夠接近以進行通訊,指令便可以在網路中快速傳播,對於燈具的位置沒有限制,並且可以非常便利地在網路中添加或移除燈具。


為智慧照明帶來更大的互通性


圖二 : 隨著藍牙NLC給無線控制系統的裝置層面帶來互通性,藍牙智慧照明將會大放異彩。(source:Teague Electric)
圖二 : 隨著藍牙NLC給無線控制系統的裝置層面帶來互通性,藍牙智慧照明將會大放異彩。(source:Teague Electric)

藍牙Mesh幫助解決了一些智慧照明工程難題,但仍然有一些挑戰。藍牙Mesh功能具有可選性質,意味著供應商必須為其產品細分選擇功能子集。如果在同一產品領域的供應商選擇一套與另一供應商的產品不相容的選項,就會出現挑戰。例如當一個製造商為LED驅動器選擇的功能與另一個製造商為燈具開關選擇的功能不相容時,產生的問題將會損害智慧照明的互通性和影響到消費者是否採用。


要確保完全的互通性,需要在無線照明控制解決方案的無線電層、通訊層和裝置層面實現標準化。通過使用低功耗藍牙協定,可以在無線電層面確保互通性;通過藍牙Mesh,可以在通訊層面確保互通性;但到目前為止,還沒有針對裝置層面的解決方案。為了應對這一挑戰,藍牙技術聯盟開發了稱為Bluetooth Mesh Device Profiles的規範,這些設定檔定義了藍牙Mesh規範的哪些選項和功能對於某種終端產品是強制性的,從而確保來自不同製造商的該類型設備之間保持互通性。


第一套Mesh設備設定檔統稱為NLC設定檔。藍牙技術聯盟指出,這些設定檔建立在藍牙Mesh上,以形成藍牙NLC,這是「世界上第一個用於無線照明控制的全端、多供應商可互通的無線標準」。


通過nRF Connect SDK充分利用藍牙NLC

Nordic積極支援藍牙Mesh和現在的藍牙NLC。因此,在nRF Connect SDK中加入NLC設定檔,使得開發人員能夠更輕鬆地開始使用這項技術。


軟體發展套件中的NLC設定檔用於實現可互通的網路控制照明設置,包括環境光和占用感測器、照明控制器、能源監控、場景選擇器和調光器控制。每個設定檔指定一組模型和一組性能參數。nRF Connect SDK提供演示,顯示如何將這些設定檔作為套件中包含的藍牙示例來實施。


無線智慧照明的光明未來

照明控制解決方案從有線到無線的轉變,主要由三項優勢驅動:更大的設計靈活性、更低的部署成本和未來的可擴展性。


無線系統允許開關、燈具和其他設備安放在最佳的放置,包括有線系統無法放置的地方。無線照明控制無需使用控制線纜,提供更低的部署成本。減少勞動力和材料費用、最小化安裝期間的中斷,並減少維護成本,也帶來大量的節省。最後,一旦完成部署,無線系統更容易進行擴展,並可以方便地添加高階控制項。


這些優勢意味著無線照明將會蓬勃發展,例如美國能源部預測到2035年28%的商業照明部署將實現無線連接。隨著藍牙NLC給無線控制系統的裝置層面帶來互通性,藍牙智慧照明將會大放異彩。藍牙技術聯盟表示,從現在到2027年藍牙NLC設備出貨量將以115%的複合年成長率增長,智慧照明的未來無限光明。


(作者Lorenzo Amicucci任職於Nordic Semiconductor公司)


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