給低檔燈泡增加智能，添加移動(dòng)或環(huán)境光傳感器，以及將這些節(jié)點(diǎn)互聯(lián)，將產(chǎn)生可編程網(wǎng)絡(luò)，這就是我們所理解的典型智能或智慧 LED 照明。 連接這些節(jié)點(diǎn)和/或本地網(wǎng)絡(luò)到互聯(lián)網(wǎng)是下一階段的事。 作為物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 一部分的智能照明無(wú)論在家用、商業(yè)建筑還是街道上都已實(shí)現(xiàn)了多種優(yōu)勢(shì)和特性。

市場(chǎng)上供應(yīng)的低成本、超小型 LED、傳感器和通信器件已經(jīng)變得很經(jīng)濟(jì)，物理尺寸已經(jīng)變得可以將互聯(lián)網(wǎng)連接能力嵌入到每個(gè)燈泡中。 象 IPv6 這樣的協(xié)議也變得真實(shí)可行。

本文解釋 LED 照明系統(tǒng)是如何推動(dòng)家用自動(dòng)化工業(yè)領(lǐng)域中的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的。 ZigBee 光鏈路是無(wú)線 LED 照明控制的新興標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)為 Connected Lighting Alliance（互聯(lián)照明聯(lián)盟）所采用。 象 Texas Instruments 的 ZigBee 光鏈路開(kāi)發(fā)套件因?yàn)槟軌蛲ㄟ^(guò)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)的連接而顯得重要。

網(wǎng)關(guān)選項(xiàng)包括 Digi International 的 XBee 系列 Wi-Fi 模塊，能夠?qū)o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，如照明系統(tǒng)，連接到互聯(lián)網(wǎng)。 另一個(gè)連接方式就是通過(guò)家庭現(xiàn)有的互連網(wǎng) Wi-Fi 路由器，如 NXP Semiconductors 推薦通過(guò) JenNet-IP 和/或 IPv6 橋接 ZigBee。 最后，我們將探討一下 CircuitCo 制造的 BeagleBoard 開(kāi)源嵌入式計(jì)算平臺(tái)。

特洛伊木馬

物聯(lián)網(wǎng)，特別是應(yīng)用到象燈泡這樣的器件時(shí)，是一個(gè)假設(shè)論證技術(shù)：為什么要用這個(gè)技術(shù)呢？ 一個(gè)解釋是：收集數(shù)據(jù) 如何使用數(shù)據(jù)可能是物聯(lián)網(wǎng)成功的最關(guān)鍵因素。 在街燈和智能建筑中，通過(guò)簡(jiǎn)單、低成本方式就可以將傳感器加到智能照明設(shè)備中，并允許通過(guò)照明網(wǎng)絡(luò)以發(fā)射方式或集成共享方式收集更多數(shù)據(jù)。 從某個(gè)角度看，智能照明有可能成為物聯(lián)網(wǎng)的“特洛伊木馬”，同樣的，這也是其主要增長(zhǎng)動(dòng)力。 其中關(guān)鍵是要能將 IP 地址加到每個(gè)節(jié)點(diǎn)——即燈泡。

拐點(diǎn)

持這一觀點(diǎn)是倫敦咨詢公司 Memoori。 據(jù)其最新報(bào)告《照明控制業(yè)務(wù) 2013 至 2017》1 所稱，全球照明控制市場(chǎng)未來(lái)幾年將在 16.68 億美元的基礎(chǔ)之上以 12% 的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)。 據(jù)此報(bào)告，只有當(dāng) LED 照明真正到達(dá)拐點(diǎn)時(shí)物聯(lián)網(wǎng)才能有進(jìn)一步擴(kuò)張的機(jī)會(huì)。

按照國(guó)際技術(shù)調(diào)查公司 ON World2 預(yù)測(cè)，未來(lái)十年無(wú)線 LED 燈泡將成為最快增長(zhǎng)的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)之一。 據(jù)該公司所稱，除了當(dāng)前家庭自動(dòng)化解決方案外，無(wú)線照明控制是最強(qiáng)烈的需求之一。 按其預(yù)測(cè)，到 2020 年將安裝一億多個(gè)無(wú)線燈泡和帶 IP 地址的燈具，2012 年這個(gè)數(shù)字是兩百四十萬(wàn)。

家庭網(wǎng)絡(luò)

在諸如環(huán)境監(jiān)控、設(shè)施安全和通信量監(jiān)控之類應(yīng)用中，物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)要比家庭網(wǎng)絡(luò)更明顯。 家庭中的智能照明可能不是最大的市場(chǎng)，但據(jù)稱是發(fā)展最快的市場(chǎng)和重要應(yīng)用領(lǐng)域。 它可能成為實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)功能的家庭網(wǎng)絡(luò)的起點(diǎn)，刺激與其它系統(tǒng)的集成，如智能電表、供暖系統(tǒng)和家電。 采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議將使家庭照明網(wǎng)絡(luò)易于與家庭周圍的其它不同無(wú)線傳感器集成在一起。

圖 1：Philips Hue 是具有 Web 功能的 LED 家庭照明系統(tǒng)，可通過(guò)智能電話和平板電腦來(lái)控制。 可保存喜愛(ài)的燈光設(shè)置。 燈光可以用作報(bào)警和警告。 “地理邊界”功能，使照明系統(tǒng)能夠檢測(cè)您的出門或入戶。

除了是其它傳感器的載體，聯(lián)網(wǎng)照明還具有其自身優(yōu)勢(shì)。 家庭安全是主要應(yīng)用，住宅安全設(shè)備供應(yīng)商和施工方已很快見(jiàn)到這些優(yōu)勢(shì)。 照明可以成為檢測(cè)或阻止入侵者的手段。 遠(yuǎn)程控制燈光（無(wú)論是從另一個(gè)國(guó)家還是從房子的另外一個(gè)房間）實(shí)現(xiàn)高能效和舒適度是另一個(gè)方面。 見(jiàn)上圖 1。

ZigBee 光鏈路

預(yù)期刺激住宅智能照明網(wǎng)絡(luò)增長(zhǎng)的另一個(gè)因素是最近 ZigBee 光鏈路正式被互聯(lián)照明聯(lián)盟選為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 互聯(lián)照明聯(lián)盟成立于 2012 年 8 月，成員包括 GE Lighting、NXP、Osram、Philips 和 Toshiba。該聯(lián)盟選擇 ZigBee 光鏈路作為網(wǎng)絡(luò)和選擇協(xié)議，用于連接家庭照明產(chǎn)品和控制器件。 經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期考察之后，ZigBee 被選為家庭自動(dòng)化應(yīng)用的首選無(wú)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。 有關(guān)詳情，請(qǐng)參閱 Digi-Key TechZone 文章：“了解在線照明控制中使用 ZigBee? 的優(yōu)勢(shì)。” ZigBee 光鏈路（該系列的最新成員）設(shè)計(jì)用于簡(jiǎn)化照明和控制系統(tǒng)，提供促進(jìn)互操作性的即插即用方式。 目前已經(jīng)有包括 Philips 和 Osram Sylvania 在內(nèi)的公司開(kāi)始提供基于 ZigBee 光鏈路的產(chǎn)品。

Texas Instruments 率先宣布，推出其 ZigBee 光鏈路開(kāi)發(fā)套件。 該套件提供全套硬件和軟件工具，幫助設(shè)計(jì)人員將無(wú)線功能增加到 LED 照明產(chǎn)品中。 套件包括三個(gè)稱作 Zlights 的模塊化 ZigBee 光引擎，基于 Osram Opto Semiconductors 的 Oslon LED，并加入了 TI 的 CC2530 微控制器。 另提供基于 CC2531 的遙控裝置。 見(jiàn)下圖 2。 TI 的 ZigBee 兼容型 Z-Stack 軟件同時(shí)實(shí)現(xiàn)了通信網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。 TI 網(wǎng)站上提供了彩色 LED 參考設(shè)計(jì)指南，“CC2531 Zlight2 參考設(shè)計(jì)”。

圖 2：Texas Instruments ZigBee 光鏈路開(kāi)發(fā)套件可以幫助照明設(shè)計(jì)人員將其具有無(wú)線功能 LED 燈具連接到物聯(lián)網(wǎng)，并確保它們與其它 ZigBee 產(chǎn)品無(wú)縫連接。

該網(wǎng)絡(luò)可以經(jīng)過(guò) PC 和平板電腦通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)家庭路由器的網(wǎng)關(guān)，或通過(guò)經(jīng)由 Wi-Fi 至 ZigBee 橋連接的 ZigBee 家庭自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，連接到互聯(lián)網(wǎng)。 這樣網(wǎng)關(guān)和橋接器選擇將變得有更便利，有大量公司提供眾多選擇。

網(wǎng)關(guān)到云

Digi International 推出 XBee Wi-Fi 云套件，設(shè)計(jì)專門用于連接和控制基于 ZigBee 的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，使之成物聯(lián)網(wǎng)的一部分。 該套件圍繞 Digi 的 XBee Wi-Fi 模塊構(gòu)建，使用一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)的示例應(yīng)用與 Etherios 設(shè)備云集成在一起。 該套件包括傳感器、致動(dòng)器、USB 電纜以及各種用于創(chuàng)建定制電路的組件，如 LED、振動(dòng)電機(jī)、條形圖儀和音頻蜂鳴器。

特別要指出，該套件可以配置來(lái)檢測(cè)光線、打開(kāi)或關(guān)閉其它 LED。 Web 應(yīng)用代碼是開(kāi)源的，提供免費(fèi)下載并可用作學(xué)習(xí)工具。 該公司在其網(wǎng)站上提供大量應(yīng)用示例。 其中兩個(gè)要特別指出的是：設(shè)置 XBee 互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)和設(shè)備云來(lái)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)控制燈具；以及一個(gè)更通用的應(yīng)用，設(shè)置 XBee 互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。

監(jiān)于 6LoWPAN （IPv6） 標(biāo)準(zhǔn)不斷流行，NXP Semiconductor 最近展示了 ZigBee 聯(lián)網(wǎng)型 LED 燈，通過(guò) PC 或移動(dòng)設(shè)備經(jīng)由 Wi-Fi 橋接至互聯(lián)網(wǎng)的方式來(lái)控制。 NXP 已經(jīng)開(kāi)發(fā)了插入標(biāo)準(zhǔn) Wi-Fi 路由器的網(wǎng)關(guān)，該網(wǎng)關(guān)構(gòu)建在 NXP 的 JN5161 微控制器基礎(chǔ)之上，并支持 ZigBee 光鏈路和 ZigBee 家庭自動(dòng)化，以及其自有 JenNet IP 協(xié)議和有趣的 NFC。

另外提供 JN516x 評(píng)估套件，專門設(shè)計(jì)用于 ZigBee 和 JenNet-IP 遙控應(yīng)用。 它包括一系列無(wú)線承載板、三個(gè)插件照明擴(kuò)展板、USB 加密狗、一個(gè)遙控器、定制 Cisco 路由器以及用于系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的全套隨附軟件。 該平臺(tái)支持所有傳感器、顯示器、LED 和交換機(jī)，并隨附智能照明演示套裝。 據(jù)稱，使用路由器后該套件可以簡(jiǎn)化配備無(wú)線傳感器的設(shè)備的開(kāi)發(fā)，使之成為物聯(lián)網(wǎng)的一部分。

開(kāi)源

最后值得一提的是，開(kāi)源產(chǎn)品是越來(lái)越受歡迎。 家庭自動(dòng)市場(chǎng)中有大量公司使用 BeagleBoard 平臺(tái)，因?yàn)樵撈脚_(tái)使用靈活的 Linux 內(nèi)核并支持云計(jì)算。 開(kāi)發(fā)人員一開(kāi)始主要將該平臺(tái)用于小工具的開(kāi)發(fā)，包括玩具、機(jī)器人和家庭自動(dòng)化設(shè)備（確實(shí)，BeagleBoard 傳遞的是“樂(lè)趣、教育和利潤(rùn)”）。目前該平臺(tái)正將應(yīng)用領(lǐng)域推廣至更多重要領(lǐng)域。 BeagleBoard.org 由 Texas Instruments 的員工創(chuàng)立，并由 TI、CircuitCo 和 Digi-Key 提供支持，創(chuàng)立初衷完全是興趣驅(qū)動(dòng)，屬非贏利組織，目標(biāo)是開(kāi)發(fā)功能強(qiáng)大的、開(kāi)源、嵌入式設(shè)備。

目前提供大量板卡，包括原始 USB 供電型 BeagleBoard 無(wú)風(fēng)扇、單板計(jì)算機(jī)、較高性能 BeagleBoard XM 以及 BeagleBone 低成本接口/擴(kuò)展板。

總結(jié)

將家用燈泡連接到互聯(lián)網(wǎng)乍一看可能似乎是毫無(wú)意義。 但是，如果能通過(guò)經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)易的方式將一個(gè)智能固態(tài)照明系統(tǒng)搭建成一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，就可能催生大量家庭自動(dòng)化物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。 新興行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的采用，如 ZigBee 光鏈路，以及兼容互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)選擇的多樣性，毫無(wú)疑問(wèn)將有助于推動(dòng)一個(gè)快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)。