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应用优化的无线模块:智能LED灯泡设计的好点子
自从140年前第一个商用的白炽灯泡问世以来,发光二极管(LED)灯泡是照明领域的大进步。LED灯的好处无数,而且有据可查。与现代的白炽灯泡相比,它们通常节省75%的能量,使用寿命可以延长50倍以上。今天的LED灯泡比以前的LED灯泡有了很大的改进。它们产生的热量极少,不发出紫外线或红外线,不含汞,耐冲击,并能在极端环境下有效运行。
    照明革命的下一个浪潮即将来临:智能互联照明。为LED灯泡添加无线连接和联网功能,不仅提供了简单的开/关功能,还提供了更多的机会。您可以通过简单的智能手机应用程序或语音助手来调整亮度、色温和定时,甚至在旅途中远程控制灯光。以前闻所未闻的应用包括无线接近传感器触发的智能灯在晚上当您穿过房屋或建筑物时自动照亮走廊和房间,床头照明在早晨逐渐唤醒您,或医院照明使用色彩改善情绪、健康及加快康复。智能连接照明的便利性和好处是无限的。
    与传统照明相比,智能照明仍处于新生阶段,但是在住宅、商业和工业市场中,智能照明的采用率正在稳步提高,这在一定程度上得益于采用了绿色能源激励措施和法规,例如CaliforniaTitle20。根据研究和市场预测,到2022年全球智能照明市场将达到240亿美元,2018年至2023年的复合年增长率(CAGR)将高达21%。
    随着越来越多的“物”相互连接以及消费者逐渐接受智能家居技术,对智能互联照明的接受和需求将继续增长。这就是为什么AcuityBrands、Cree、Eaton、  GELighting、Philips/Signify、Osram和许多其他照明品牌不仅竞相提供智能LED产品,而且还提供易于部署、可互操作、安全且可升级的完整照明生态系统的原因。
    智能LED设计挑战
    以经济高效的方式在LED灯泡中实现无线连接会给照明OEM厂商带来一系列新的设计和实施的挑战。例如,智能LED灯泡必须满足严格的RF法规要求、苛刻的能效标准、高温等级以及严格的产品尺寸和空间限制。照明开发人员还必须考虑设备和网络的安全性,并确保智能LED灯泡与任何其他已连接的IoT产品一样抵抗得住恶意的攻击。
    另一个关键的设计考量因素是无线协议的选择。许多可连接的灯都在2.4GHz频段上运行,并使用几种流行的基于标准的短距离无线协议之一,例如Zigbee、低功耗蓝牙(BluetoothLowEnergy)、蓝牙网状网络(BluetoothMesh)或Wi-Fi。使用基于标准的协议有助于实现与普通消费产品(例如语音助手、智能手机和平板电脑)的互通,无需额外的自定义网关和网络基础设施产品。某些智能LED设计可能需要多协议连接,例如支持低功耗蓝牙进行设备设置和控制以及通过网关访问基于Zigbee的多节点照明网状网络的能力。
    蓝牙或Zigbee等标准之外的专有无线协议也是一种选择。虽然在短期内实现专有无线协议可能很容易且具有成本效益,但这种选择可能会带来互操作性和可升级性的长期挑战。基于标准的无线解决方案推动了大批量生产,因此从长远来看可能是更具成本效益的选择。而从众多可用选项中选择合适的无线技术和供应商,需要对RF设计以及性能权衡和风险有更深入的了解。
    智能LED设计也必须满足传统照明产品所不需要的无线标准和法规性能要求,例如电磁(EM)辐射和能耗。
    实施带来的挑战
    为了将新的智能LED产品推向市场,照明OEM厂商还面临着一些涉及工程和运营资源的实施挑战:
    ·要发展专业知识并分配资源以实施并成功完成标准和法规的认证测试,例如FCC和CE认证。
    ·要考虑确保产品部署到现场后的产品功能和安全性升级的设置,通常通过无线(OTA)更新。
    ·管理物料的采购和多个组件的库存。
    ·验证与智能家居或智能建筑中其他无线物联网产品和生态系统的互操作性。
    ·优化物料清单(BOM)和开发成本,以交付具有成本竞争力的产品,同时满足严格的生产计划并缩短上市时间。
    借助模块解决方案消除设计和实施带来的挑战
    虽然对于具有较少RF经验和专业知识的开发人员而言,向LED灯泡添加无线连接可能是一项艰巨的任务,但现在可以使用经过预先认证的无线模块解决方案来简化智能LED产品设计的任务,从而大程度地减少照明OEM厂商面临的许多挑战。
    无线模块旨在提供一个全方位的即插即用解决方案,该解决方案集成了开发人员完成LED设计的连接部分所需的关键组件。模块供应商已经完成了天线设计、阻抗匹配、无源器件的调谐和集成以及协议开发等以射频为中心的艰巨任务。对于自身可能缺乏必要RF或协议专业知识的OEM厂商来说,这些已完成的工程和集成工作可以带来巨大的好处。此外,无线模块通常附带所有必需的软件,包括所选的协议栈。模块供应商还提供易于使用的开发工具,以支持和简化设计和调试过程。
    通过在LED设计中使用无线模块,照明OEM厂商无需担心管理天线、晶体振荡器和无源器件等多个RF组件的采购和库存。此外,同一模块还可用于多种照明产品,从而进一步简化了采购和库存管理。

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