瞄準(zhǔn)LED照明 村田ZigBee/WIFI解決方案有譜 - 全文

　　LED照明市場(chǎng)發(fā)展前景

　　LED照明與傳統(tǒng)白熾燈和節(jié)能燈相比，有更節(jié)能、更環(huán)保、使用壽命更長(zhǎng)等諸多明顯優(yōu)勢(shì)。中國(guó)“十二五”計(jì)劃中有兩個(gè)重點(diǎn)，即節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)。由此也能看出LED燈在中國(guó)市場(chǎng)的一個(gè)趨勢(shì)。不只是中國(guó)，全球主要國(guó)家和地區(qū)的白熾燈禁售計(jì)劃也將在2014 年陸續(xù)生效，2014年1月1日，美國(guó)宣布將不再生產(chǎn)60瓦和40瓦的白熾燈；同時(shí)，加拿大也正式禁用75瓦及100瓦的白熾燈。而歐盟在2012年已全面禁止銷售白熾燈。整個(gè)照明市場(chǎng)來(lái)看，許多芯片廠家和照明廠家也慢慢將重心轉(zhuǎn)向LED。雖然目前LED燈相對(duì)會(huì)比較貴，但隨著技術(shù)的成熟和量的增大，LED燈的價(jià)格會(huì)隨之下降，當(dāng)價(jià)格下降到一定程度時(shí)，LED照明將被普遍大眾接受。

　　隨著IOT產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，智能LED照明已成為IOT中重要的一部分。智能的定義很廣泛，可以是有線的方式，在現(xiàn)有的照明基初上加上調(diào)光，情景綁定等。還有就是，隨著移動(dòng)設(shè)備的功能不斷升級(jí)，利用無(wú)線的方式對(duì)燈光進(jìn)行控制是未來(lái)智能照明的一個(gè)方向。尤其是遠(yuǎn)程控制，將會(huì)給用戶帶來(lái)很多的便利，比如上班時(shí)也可以查看家里的燈是否有關(guān)，還能對(duì)它進(jìn)行控制。它對(duì)節(jié)約能源也有重大意義。

　　那么何為無(wú)線控制呢？就是通過(guò)智能手機(jī)或平板電腦用無(wú)線方式，如ZigBee，433MHz，Zwave，6LoWPAN，WiFi等對(duì)燈進(jìn)行開關(guān)，調(diào)光及調(diào)色等控制，無(wú)需布線，安裝非常方便。

　　客戶可以根據(jù)不同的應(yīng)用選擇不同的解決方案。433MHz的顯著優(yōu)勢(shì)是無(wú)線信號(hào)穿透性強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)，對(duì)于簡(jiǎn)單的照明控制可以選擇，如用遙控器控制燈之類。從通訊可靠性的角度來(lái)講，433Mhz技術(shù)只支持星型網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò)多基站的方式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋空間的擴(kuò)展，因此其無(wú)線通訊的可靠性和穩(wěn)定性也遜于ZigBee技術(shù)。433Mhz網(wǎng)絡(luò)中一般采用數(shù)據(jù)透明傳輸協(xié)議，因此其網(wǎng)絡(luò)安全可靠性也是較差的。村田選擇ZigBee和WiFi作為IOT無(wú)線解決方式。

　　無(wú)線控制照明系統(tǒng)

　　村田ZigBee智能LED照明解決方案

　　ZigBee因其低功耗，高抗干擾能力及靈活的自動(dòng)組網(wǎng)功能已被很多廠家選為智能照明的解決方式。但因?yàn)?a href="http://ttokpm.com/v/tag/107/" target="_blank">手機(jī)等設(shè)備中目前還沒有ZigBee這個(gè)無(wú)線方式，所以現(xiàn)在用ZigBee方式的智能LED照明中需要額外加一個(gè)網(wǎng)關(guān)來(lái)轉(zhuǎn)換WiFi協(xié)議和ZigBee協(xié)議。

　　村田智能LED解決方案

　　該方案由村田的紅外傳感器，ZigBee模塊以及村田最新開發(fā)的迷你網(wǎng)關(guān)等組成。

　　村田的迷你網(wǎng)關(guān)可以支持ZigBee聯(lián)盟的ZigBee Light Link （ZLL）協(xié)議，也可以支持ZigBee Home Automation （ZHA） 協(xié)議。迷你網(wǎng)關(guān)特色是尺寸小，成本低，外形美觀。網(wǎng)關(guān)的功能也比較齊全，可以支持Ethernet和WiFi，采用內(nèi)置天線。村田的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)不但做迷你網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品，也為客戶根據(jù)特定應(yīng)用做定制設(shè)計(jì)，包括硬件，軟件，結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)等。

　　村田為ZigBee模塊開發(fā)ZLL協(xié)議或ZHA協(xié)議的Firmware，村田的演示套件就是用了這兩種協(xié)議來(lái)控制燈，傳感器和網(wǎng)關(guān)。ZigBee模塊包括了功放，可以增加發(fā)射距離，使用的射頻和功放芯片都是來(lái)自Texas Instrument （TI）。TI提供的芯片，也有一些網(wǎng)站支持Open Source的開發(fā)。所以研發(fā)工程師可以通過(guò)這些網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行開發(fā)對(duì)于我們模塊。當(dāng)然跟據(jù)顧客需求，村田也可以提供一套小系統(tǒng)解決方案。例如網(wǎng)關(guān)加ZigBee模塊，或者網(wǎng)關(guān)加ZigBee模塊加傳感器組成網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的解決方案。在市場(chǎng)上，村田ZigBee模塊是最小型，19.8x15.1x2.2mm （LxWxH），所以在PCB板占的位子也小。ZigBee本身技術(shù)是低功耗的，加上村田設(shè)計(jì)的射頻線路，使用功放發(fā)射時(shí)蠔的功力也只有120mA，接收30mA。村田ZigBee模塊因?yàn)榈凸乃钥梢詫?shí)現(xiàn)節(jié)能。因?yàn)楣?jié)點(diǎn)一般使用電池或可再生能源，所以當(dāng)加上無(wú)線通訊時(shí)耗電指標(biāo)是重要點(diǎn)。也因?yàn)榇逄镌谀K市場(chǎng)累計(jì)了多年經(jīng)驗(yàn)，品質(zhì)保證也不成問(wèn)題。

　　傳感器也是村田一直探索開發(fā)的產(chǎn)品。村田將無(wú)線通信技術(shù)與傳感器技術(shù)結(jié)合到一起，開發(fā)了ZigBee傳感器節(jié)點(diǎn)，便于客戶使用。只要預(yù)留一個(gè)接口就可以直接連接到客戶的終端產(chǎn)品上。村田可集成溫度傳感器，濕度傳感器，紅外線傳感器，振動(dòng)傳感器等等傳感器制作ZigBee無(wú)線傳輸傳感器節(jié)點(diǎn)。也可以直接客戶的需求提供傳感器節(jié)點(diǎn)終端產(chǎn)品。

　　村田的電源模塊已經(jīng)用于工業(yè)和通訊領(lǐng)域，因看好智能LED照明這個(gè)市場(chǎng)，所以特意為智能LED照明開發(fā)了新產(chǎn)品。此電源模塊帶有UART，DALI和PWM三種接口。UART接口可以接上通訊模塊，這樣工程師開發(fā)時(shí)串口方面可以省下研發(fā)時(shí)間。DALI是一種有線方式控制照明，目前在國(guó)外，像美國(guó)，使用的多。PWM接口用來(lái)控制燈的亮度，實(shí)現(xiàn)調(diào)光和開關(guān)。村田ZigBee模塊就是通過(guò)UART接口接上了電源模塊，實(shí)現(xiàn)無(wú)線控制的。最主要，村田模塊在待機(jī)模式（接上UART）時(shí)，耗電只有0.2W，在市場(chǎng)是有優(yōu)勢(shì)的。這也幫忙實(shí)現(xiàn)了節(jié)能。目前村田電源模塊的輸出電壓在30V-50V之間。節(jié)能，減少工程師研發(fā)時(shí)間是村田電源模塊帶給了照明市場(chǎng)的一些優(yōu)勢(shì)。村田電源模塊也有得到PSE UL日本的安全認(rèn)證。需要得到中國(guó)或別種的安全認(rèn)證，村田是可以提供支持的。加上電源模塊本身性能好，高可靠性，這也配合了LED長(zhǎng)使用壽命的共同點(diǎn)了。目前這系列電源模塊顧客多數(shù)在日本，國(guó)內(nèi)也有些客戶在評(píng)估，也成功設(shè)計(jì)進(jìn)入他們系統(tǒng)設(shè)計(jì)里的案例。

　　村田的ZigBee智能LED照明系統(tǒng)已在村田制作所東京分公司專門設(shè)立的一個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)使用，旨在證明智能LED照明系統(tǒng)的節(jié)能功效。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，運(yùn)用智能LED照明系統(tǒng)后，可以節(jié)約大概63%的電能，CO2排放量也減少大約63%。除此之外，市場(chǎng)上也開始出現(xiàn)一些智能LED照明產(chǎn)品，飛利浦的Hue就是最好的例子。

　　WiFi在智能LED照明中的應(yīng)用

　　目前也有不少廠商考慮使用WiFi作為智能LED照明中的無(wú)線通信方式，因WiFi是很常用的無(wú)線方式，而且?guī)缀跛械氖謾C(jī)都帶此項(xiàng)功能，使用WiFi方式可以不必使用網(wǎng)關(guān)，但WiFi的功耗依然是一個(gè)問(wèn)題，目前已有一些芯片廠商開始研究低功耗WiFi芯片。村田也有合適的WiFi模塊可以運(yùn)用其中。

　　村田嵌入式WiFi模塊，在傳統(tǒng)的WiFi模塊上加入MCU。村田嵌入式WiFi模塊采用博通的WiFi芯片和ST的MCU。通訊類移動(dòng)終端產(chǎn)品（如手機(jī)，筆記本）具有強(qiáng)大的CPU和Flash進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)，因此在使用Wi-Fi時(shí)不需要額外的MCU。但是用于家電，儀表，LED燈等產(chǎn)品的Wi-Fi模塊，由于產(chǎn)品的MCU和Flash都無(wú)法支持Wi-Fi的功能，因此需要額外的MCU和Flash進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)。村田嵌入式模塊里加了個(gè)MCU就是為了讓客戶能直接使用我們模塊，實(shí)現(xiàn)無(wú)線控制。村田嵌入式Wi-Fi模塊預(yù)留了UART的接口，簡(jiǎn)單地與終端產(chǎn)品的IC以UART方式連接，就可以實(shí)現(xiàn)TCP/IP數(shù)據(jù)包的雙向透明傳輸，以字符命令就可以控制終端產(chǎn)品，監(jiān)測(cè)終端產(chǎn)品的數(shù)據(jù)變化。如家用電器的開關(guān)，調(diào)溫，預(yù)約，儀表的數(shù)據(jù)傳輸?shù)鹊榷伎梢酝ㄟ^(guò)手機(jī)或者Pad的無(wú)線傳輸去實(shí)現(xiàn)。并且無(wú)需改變終端產(chǎn)品原有的電路設(shè)計(jì)。只需加村田的嵌入式Wi-Fi模塊，就可以用掌中設(shè)備隨時(shí)隨地控制家中的電器。作為方案供應(yīng)商，村田可提供強(qiáng)大的軟件支持。包括實(shí)現(xiàn)室內(nèi)控制和室外遠(yuǎn)程控制時(shí)所涉及到的一系列軟件設(shè)計(jì)，以及鏈接層的整套軟件支持，包括室內(nèi)控制中嵌入式Wi-Fi模塊的固件設(shè)計(jì)，底層鏈接軟件設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，UI底層軟件設(shè)計(jì)等等|也包括室外遠(yuǎn)程控制中的Web服務(wù)器底層軟件和云服務(wù)器底層軟件設(shè)計(jì)。同樣作為全球領(lǐng)先的電子元器件供應(yīng)商，村田以豐富的經(jīng)驗(yàn)和高端的設(shè)備幫客戶完成天線的匹配與射頻電路的設(shè)計(jì)。村田作為可信賴的品牌，幫客戶省去無(wú)線認(rèn)證的步驟， 幫客戶省去連接性的驗(yàn)證。

　　村田嵌入式WiFi模塊框圖

——本文選自電子發(fā)燒友網(wǎng)4月《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)特刊》“透視新設(shè)計(jì)"欄目，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處，違者必究！