不斷增加的勢頭，不可避免地受到保護(hù)等財(cái)政問題的驅(qū)動(dòng)，在開發(fā)替代或可再生能源以替代或補(bǔ)充傳統(tǒng)能源發(fā)電的背后。很少有人會(huì)看到正在建造更多的發(fā)電廠或者使用地球上有限的自然資源，只是為了產(chǎn)生更多的能量，但為了維持負(fù)擔(dān)得起的能源，這就是我們現(xiàn)代社會(huì)所要求的。

隨著這種勢頭的出現(xiàn)，決策者們越來越意識到他們?nèi)绾蜗哪茉矗员阏樟廖覀兊慕值溃圃?a target="_blank">商品和為我們的房屋供暖，最好能夠得到應(yīng)用。同樣，能源供應(yīng)商有義務(wù)幫助這些決策者，不僅通過提高能源產(chǎn)生的效率，而且提高能源的分配，消費(fèi)和解決方式;所有這些都發(fā)生在需要較低單位成本的經(jīng)濟(jì)環(huán)境中。正是這種“動(dòng)態(tài)”正在形成對所謂的智能能源的真正需求。

自從交流電的發(fā)展使得遠(yuǎn)距離的電力分配成為現(xiàn)實(shí)，已經(jīng)被用來為我們的生活帶來光明。作為最古老的行業(yè)之一，照明技術(shù)仍然處于領(lǐng)先地位;照明行業(yè)正處于向更有效的解決方案過渡的持續(xù)狀態(tài)。

歷史證明了這一點(diǎn);熒光燈在白熾燈上的最終勝利需要鎮(zhèn)流器形式的控制元件，順便提一下，它有助于開發(fā)更高效的高頻管和引入數(shù)字鎮(zhèn)流器。如今，該行業(yè)正在向LED照明的采用過渡，LED照明提供更高的能源效率和更高的控制光裝置的可能性，例如調(diào)整色調(diào)。在工業(yè)應(yīng)用中，由于其相對低的成本和高輸出效率，高頻熒光燈可能仍然占據(jù)主導(dǎo)地位，但高亮度LED解決方案的開發(fā)也將不可避免地突破這一領(lǐng)域。

照明控制協(xié)議

可以說，數(shù)字鎮(zhèn)流器的引入標(biāo)志著照明行業(yè)的重大變革。它提供了一個(gè)機(jī)會(huì) - 加上使用更高的頻率 - 更準(zhǔn)確地控制配件的光輸出。這種控制自然落在數(shù)字鎮(zhèn)流器核心所用的微控制器的范圍內(nèi)。今天，有許多適用于此應(yīng)用的微控制器示例，由不斷增加的開發(fā)工具包和軟件生態(tài)系統(tǒng)提供支持。數(shù)字鎮(zhèn)流器現(xiàn)在是所有現(xiàn)代照明解決方案的關(guān)鍵;高頻熒光燈和高亮度LED。

控制結(jié)構(gòu)提供了實(shí)現(xiàn)分布式系統(tǒng)的能力，同樣，由嵌入式微控制器實(shí)現(xiàn)的數(shù)字鎮(zhèn)流器提供了完美的平臺。有必要協(xié)調(diào)分布式控制，照明行業(yè)在一定程度上標(biāo)準(zhǔn)化了兩種協(xié)議; DMX512（代表具有多達(dá)512個(gè)數(shù)據(jù)包或“數(shù)據(jù)切片”的數(shù)字多路復(fù)用）和DALI（數(shù)字可尋址照明接口）。

DMX512是由戲劇行業(yè)開發(fā)的，但后來被其他行業(yè)采用，可以控制各種環(huán)境下的可調(diào)光鎮(zhèn)流器。它是一種基于差分對的異步總線，使用與RS-485相當(dāng)?shù)?a target="_blank">信號電平，具有可變長度的數(shù)據(jù)流。它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)允許從器件以菊花鏈形式連接;然而，由于它是單向的，因此每個(gè)字符串（或“宇宙”）的奴隸限制為一個(gè)控制器。

即使是適度的8位微控制器，實(shí)現(xiàn)DMX512通信“宇宙”也相對簡單。在具有UART模塊的器件中，只需要一個(gè)外部RS-485兼容收發(fā)器，如圖1所示，它描述了一個(gè)典型的實(shí)現(xiàn)。連接到Universe的每個(gè)從站都可以分配512個(gè)可能的通道中的一個(gè)。在操作中，控制器重復(fù)發(fā)送數(shù)據(jù)（至少每秒一次），克服了協(xié)議缺乏正式握手功能。該協(xié)議最關(guān)鍵的部分是脈沖定時(shí)，類似于脈沖寬度調(diào)制拓?fù)洌渲忻繋钠鹗己屯Ｖ箻?biāo)記必須滿足特定的定時(shí)要求。這些被稱為中斷前的標(biāo)記，或MBB，中斷后的標(biāo)記（MAB）和中斷本身。數(shù)據(jù)幀可以是任意長度，因此微控制器能夠識別MBB和MAB標(biāo)記至關(guān)重要。

圖1：使用微控制器的典型DMX512接口。

8位數(shù)據(jù)幀允許256個(gè)離散調(diào)光級別，其中0表示關(guān)燈，255表示全亮度。但是，由于沒有握手，錯(cuò)誤檢查或糾正，因此在安全性至關(guān)重要的情況下不使用協(xié)議，但它是一種極其簡單的協(xié)議，可以在低成本的微控制器中輕松實(shí)現(xiàn)。

DALI還使用差分信號，但允許雙向通信，支持多達(dá)64個(gè)獨(dú)立鎮(zhèn)流器，16組，以及向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)廣播的能力。它比DMX512協(xié)議相對復(fù)雜，但具有顯著優(yōu)勢，同時(shí)仍能夠在低成本和低功耗微控制器中實(shí)現(xiàn) - 其中一些現(xiàn)在具有專用的DALI接口。

圖2：數(shù)字鎮(zhèn)流器可以通過簡單的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)單個(gè)燈光。

它還提供256個(gè)離散調(diào)光水平，但它們自動(dòng)實(shí)現(xiàn)為對數(shù)曲線（圖2），在人眼更敏感的較低亮度水平下提供更自然的控制。由于每個(gè)DALI鎮(zhèn)流器都可以傳輸和接收，因此協(xié)議支持使用專用命令進(jìn)行診斷和故障控制。這使鎮(zhèn)流器能夠傳遞其狀態(tài);可以查詢和報(bào)告所有設(shè)置，例如淡入淡出等級，燈泡狀況和一般故障。該協(xié)議還支持與地址無關(guān)的特殊命令，它提供廣播功能。 DALI接口與微控制器光學(xué)隔離，圖3顯示了一個(gè)簡單的接口電路。

圖3：微控制器與DALI網(wǎng)絡(luò)的接口。但是，雖然DALI比DMX512有許多優(yōu)點(diǎn)，但它并非沒有限制，包括最大電纜長度為300米或整個(gè)長度的電壓降為250 mV，最多64個(gè)節(jié)點(diǎn)。

許多制造商通過一系列MCU，固件，參考設(shè)計(jì)和評估平臺支持一種或兩種協(xié)議。

蓬勃發(fā)展的市場

在工業(yè)應(yīng)用中，“智能”照明系統(tǒng)的使用量增加，這可以解釋占用率，時(shí)間甚至是自然日光水平。使用單個(gè)微控制器，可以連接到一系列低成本傳感器，這些傳感器提供可在本地使用的環(huán)境數(shù)據(jù)，或通過DMX512/DALI接口在更廣泛的燈光網(wǎng)絡(luò)中使用。

數(shù)字鎮(zhèn)流器可以使用連接到DMX512 Universe或DALI網(wǎng)絡(luò)的外部微控制器進(jìn)行控制。改造這種控制水平在大型裝置中尤其具有吸引力，例如工業(yè)制造廠或倉庫，其中可保留現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施。恩智浦半導(dǎo)體創(chuàng)建的應(yīng)用筆記提供了如何實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的示例，該應(yīng)用筆記詳細(xì)介紹了恩智浦基于ARM Cortex-M0的微控制器之一LPC1112如何用于創(chuàng)建DALI從機(jī)，從而控制數(shù)字鎮(zhèn)流器。

同樣針對DMX512協(xié)議的是Microchip的DM330014評估/開發(fā)套件。它采用Microchip的dsPIC33‘GS’DSC（數(shù)字信號控制器）系列器件，專門用高亮度LED替代白熾燈或熒光燈，因?yàn)樗褂肈MX512協(xié)議來控制RBG LED。

圖4：Microchip的照明評估套件基于該公司的低功耗dsPIC 33‘GS’DSC系列。

意法半導(dǎo)體擁有針對DMX512和DALI的解決方案。它提供ST7DALIF2，具有8位微控制器內(nèi)核和專用DALI接口，以及基于ARM Cortex-M3的STM32F103x。這兩款器件均可從Digi-Key獲得，此處介紹的其他器件和評估套件也是如此。

那些不確定DALI或DMX512是否適合其應(yīng)用的協(xié)議可能會(huì)發(fā)現(xiàn)賽普拉斯的CY3267 PowerPSoC照明評估套件非常有用。 PowerPSoC在這里提到的微控制器中是獨(dú)一無二的，因?yàn)樗粌H僅是一個(gè)微控制器;除了具有集成的DMX512接口外，它還具有四個(gè)N溝道FET形式的功率元件，能夠在高達(dá)32 V的電壓下工作。邏輯和電源的集成使PowerPSoC成為照明應(yīng)用的理想選擇，同時(shí)也是許多其他需要使用FET進(jìn)行功率開關(guān)的應(yīng)用。

圖5：賽普拉斯的PowerPSoC還集成了N通道FET，在單個(gè)封裝中提供控制和電源開關(guān)。

智能照明的未來

智能能源陣營中“沒有新電線”的想法很強(qiáng)烈;它以低成本安裝和改造控制解決方案為基礎(chǔ)，使現(xiàn)有裝置能夠在很少或不需要額外成本的情況下變得“智能”。出于這個(gè)原因，為了獲得對能耗產(chǎn)品的控制而安裝額外電纜的前景可能被視為不必要的障礙。在新的照明裝置中，兩條額外的電線可以承受DMX512/DALI控制信號的開銷，這可能是可以忍受的，但絕大多數(shù)節(jié)省可以在現(xiàn)有的安裝中進(jìn)行，其中投入新電纜的成本會(huì)非常高。

由于這個(gè)原因，最近在電力線通信（PLC）的使用方面取得了重大進(jìn)展。最值得注意的是，2011年12月，國際電聯(lián)（國際電信聯(lián)盟）宣布已批準(zhǔn)三項(xiàng)全球窄帶PLC標(biāo)準(zhǔn)，希望這將有助于啟動(dòng)“智能電網(wǎng)”市場。 PLC可以為照明控制提供顯著的優(yōu)勢，因?yàn)樗梢杂行У乜刂片F(xiàn)有電力線，同時(shí)將控制網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展到單個(gè)或本地安裝之外。

具體而言，國際電聯(lián)與兩個(gè)行業(yè)聯(lián)盟共同制定了三項(xiàng)新標(biāo)準(zhǔn); G3-PLC聯(lián)盟和PRIME聯(lián)盟。 Maxim是G3-PLC標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵主角，而德州儀器和意法半導(dǎo)體則是兩者的成員。由于兩種標(biāo)準(zhǔn)都經(jīng)過現(xiàn)場驗(yàn)證，因此已有解決方案，例如Maxim的G3-PLC芯片組（參見MAX2990）。這些控制器可以輕松地與基于DMX512/DALI的照明系統(tǒng)協(xié)同工作，并且可能有一天完全不需要額外的電纜。

結(jié)論

100多年來，照明行業(yè)一直走在創(chuàng)新的前沿，可以說是電子行業(yè)最具前瞻性的行業(yè)。它在向智能能源過渡方面發(fā)揮著重要作用。

實(shí)際上，如今所有的全球應(yīng)用程序都是由本身使用協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)的;它們提供靈活性并保證互操作性。 “智能家居”的概念可能仍處于萌芽狀態(tài)，但數(shù)字控制在工業(yè)照明裝置中的應(yīng)用已經(jīng)很好地建立并且正在增加。此處突出顯示的專用解決方案表明，有進(jìn)一步增長的空間。

通過專用微控制器解決方案支持照明協(xié)議，半導(dǎo)體行業(yè)也在發(fā)揮其作用，幫助滿足智能控制的需求，這將繼續(xù)確保我們必須以最負(fù)責(zé)任的方式生成和消耗能源可能的。