照明與現(xiàn)代人類的生活有著密不可分的關(guān)系，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，LED技術(shù)也在不斷發(fā)展，為我們的生活帶來各種便利，為我們提供各種各樣生活信息，造福著我們?nèi)祟?。照明設(shè)備走向多功能整合的趨勢(shì)，讓許多原本跟照明產(chǎn)業(yè)無關(guān)的科技業(yè)者，也成為照明產(chǎn)業(yè)的一份子。

LED驅(qū)動(dòng)仍為智慧照明主要挑戰(zhàn)所在

臺(tái)灣英飛凌(Infineon)資深行銷經(jīng)理張文貴(圖1)表示，智慧照明的市場(chǎng)需求在近幾年有非常明顯的成長(zhǎng)，特別是在公共照明領(lǐng)域。隨著世界各大城市全力推動(dòng)智慧城市計(jì)畫，更高能源效率、更多功能的路燈設(shè)備，已開始出現(xiàn)在世界各地。

舉例來說，英飛凌目前正跟英特爾(Intel)、eluminocity合作，在歐洲推動(dòng)一個(gè)智慧路燈專案。該專案所使用的路燈上，便搭載了各種環(huán)境感測(cè)器與雷達(dá)系統(tǒng)，當(dāng)路燈照亮的范圍內(nèi)沒有人車經(jīng)過時(shí)，可以動(dòng)態(tài)調(diào)低照度，以節(jié)省能源。而且，該智慧路燈不僅只是省電而已，還搭載了警報(bào)、交通流量偵測(cè)、空氣品質(zhì)偵測(cè)、停車管理等功能，甚至還能加掛電動(dòng)車充電樁模組，讓路燈直接為電動(dòng)車充電。

多功能整合是路燈設(shè)備的未來，因此，電源、感測(cè)元件與嵌入式安全元件，都將在這類應(yīng)用產(chǎn)品中扮演更重要的角色。不過，也因?yàn)槁窡粼O(shè)備必須在既定空間內(nèi)整合更多功能，因此在LED驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)方面，勢(shì)必要做得更小巧、更高效率，才能把寶貴的空間留給其他功能。為此，英飛凌推出XDP技術(shù)平臺(tái)與CoolMOS與CoolGaN兩大系列產(chǎn)品，來縮小LED驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)占用的空間。

事實(shí)上，就電源設(shè)計(jì)的角度來看，照明系統(tǒng)不僅面臨著LED驅(qū)動(dòng)必須小型化的挑戰(zhàn)，還面臨兩個(gè)互相矛盾的技術(shù)要求：為了減少虛功，各國政府的法規(guī)都要求路燈必須支援功率因素校正(PFC)，但PFC同時(shí)是造成LED頻閃的最主要原因，而頻閃若沒有適當(dāng)?shù)姆乐螌?duì)策，輕則讓人覺得不舒服，重則讓人的健康受到損害。因此，如何在省電與人眼的舒適度之間取得平衡，一直是LED照明的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)者最傷腦筋的問題。

針對(duì)上述挑戰(zhàn)，國際電子電機(jī)工程師協(xié)會(huì)(IEEE)已訂立了IEEE Std 1789-2015標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電流的調(diào)變做出建議，以便讓路燈等高亮度LED照明應(yīng)用能在電源效率與人眼的舒適度之間取得比較好的平衡。英飛凌所提出的解決方案，可以很輕松地讓路燈開發(fā)者設(shè)計(jì)出符合相關(guān)規(guī)范的應(yīng)用產(chǎn)品。

多元感測(cè)器為照明創(chuàng)造附加價(jià)值

感測(cè)器是智慧照明不可或缺的元素，其中又以環(huán)境光偵測(cè)為最常見的基本功能。藉由環(huán)境光感測(cè)，照明燈具得以判斷其所處環(huán)境的光照情況，進(jìn)而自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度，把能源效益發(fā)揮到最大。但除了環(huán)境光感測(cè)外，由于燈具在室內(nèi)環(huán)境中往往位在制高點(diǎn)，是感測(cè)各種室內(nèi)環(huán)境參數(shù)的絕佳位置，因此在燈具上整合有機(jī)化合物感測(cè)器(VOC)、影像感測(cè)器等感測(cè)器，將是值得觀察的趨勢(shì)。

奧地利微電子(ams)臺(tái)灣區(qū)總經(jīng)理李定翰指出，對(duì)智慧燈具來說，搭載環(huán)境光感測(cè)器是最自然的選擇。透過環(huán)境光感測(cè)器，燈具可以掌握室內(nèi)的光照狀況，進(jìn)而自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度，達(dá)到最佳的省電效益。不過，照度感測(cè)只是最基本的功能，未來環(huán)境光感測(cè)器支援色溫感測(cè)，將是一大發(fā)展趨勢(shì)。藉由整合色溫感應(yīng)功能，LED燈具還可以視當(dāng)時(shí)環(huán)境自然光的色溫動(dòng)態(tài)調(diào)整，打造出更舒適的光照條件。事實(shí)上，色溫變化對(duì)人的生理時(shí)鐘運(yùn)作會(huì)有很大的影響，因此這種功能未來必然會(huì)更加普及。

除了環(huán)境光感測(cè)之外，由于燈具在室內(nèi)所處的位置往往在制高點(diǎn)上，又不會(huì)有死角遮蔽，因此在燈具上整合其他感測(cè)器，例如影像、有機(jī)化合物感測(cè)等功能，也是十分理想的選擇。舉例來說，在燈具上添加影像感測(cè)器，再搭配對(duì)應(yīng)的軟體，就可以計(jì)算出室內(nèi)空間有多少人、活動(dòng)狀況又是如何;若在燈具上加裝有機(jī)化合物感測(cè)器，就能實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空氣品質(zhì)的監(jiān)測(cè)，讓空調(diào)系統(tǒng)得以更智慧化地調(diào)節(jié)。

簡(jiǎn)言之，未來智慧燈具很可能成為室內(nèi)環(huán)境的感測(cè)器中樞(Sensor Hub)之一，特別是針對(duì)環(huán)境參數(shù)的感測(cè)，因?yàn)闊艟咚幍奈恢脤?shí)在太理想，值得善用。而看好這個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，奧地利微電子已備妥各種可以與智慧照明結(jié)合的感測(cè)解決方案，包含影像、溫/濕度、有機(jī)化合物、聲音甚至光譜，幾乎室內(nèi)應(yīng)用所需的各種物理量感測(cè)，奧地利微電子都有對(duì)應(yīng)方案，且從元件、硬體開發(fā)工具到軟體工具都一應(yīng)俱全。

李定翰表示，提供完整的工具跟開發(fā)平臺(tái)，對(duì)智慧照明應(yīng)用的開發(fā)十分關(guān)鍵。照明產(chǎn)業(yè)跟電子產(chǎn)業(yè)的背景不同，工程師的專業(yè)領(lǐng)域也不一樣，若要降低照明廠商整合感測(cè)功能的難度，并加快產(chǎn)品上市時(shí)程，解決方案供應(yīng)商必然要有相對(duì)完整的方案跟開發(fā)環(huán)境。提供完整的開發(fā)環(huán)境，是奧地利微電子相關(guān)產(chǎn)品線的重要發(fā)展策略。

搶食燈具聯(lián)網(wǎng)商機(jī)ZigBee暫居上風(fēng)

至于在燈具聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方面，雖然有許多無線通訊協(xié)定均可應(yīng)用于智慧照明，但就市場(chǎng)現(xiàn)況來看，ZigBee仍是燈具聯(lián)網(wǎng)最常見的無線通訊協(xié)定。至于在有線技術(shù)方面，DALI與KNX這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)則各有優(yōu)勢(shì)，其中DALI是專為燈具所設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，至于KNX則是更泛用的建筑自動(dòng)化協(xié)定，可以支援多種實(shí)體介面，包含無線通訊在內(nèi)。

臺(tái)灣德國萊因(TüV)資訊與通信技術(shù)經(jīng)理于凱群分析，雖然近年來有許多無線通訊協(xié)定標(biāo)準(zhǔn)均鎖定智慧家庭、智慧照明等消費(fèi)性應(yīng)用市場(chǎng)，但單以智慧照明來看，ZigBee還是目前最主流的無線通訊協(xié)定。因?yàn)閆igBee發(fā)展得早，技術(shù)相對(duì)成熟，加上本身可以支援網(wǎng)狀網(wǎng)路(Mesh Network)拓?fù)?，因此不管是要增加新的?jié)點(diǎn)，或是在某一節(jié)點(diǎn)設(shè)備損壞時(shí)改走其他路由，都可以很輕松地實(shí)現(xiàn)。

除了網(wǎng)路架構(gòu)本身的優(yōu)勢(shì)外，ZigBee非常省電，也是其應(yīng)用設(shè)計(jì)上的一大優(yōu)勢(shì)。以燈光的開關(guān)來說，目前已經(jīng)有業(yè)者開發(fā)出完全不依賴電池，只要靠使用者按壓開關(guān)產(chǎn)生的細(xì)微能量，就可以收發(fā)ZigBee訊號(hào)的無線開關(guān)裝置。這種應(yīng)用產(chǎn)品最大的賣點(diǎn)在于開關(guān)跟燈具的連接不需要實(shí)體纜線，因此開關(guān)可以放在任何地方，又不用鉆墻拉線。

至于近年才出現(xiàn)的LoRa、Sigfox等窄頻長(zhǎng)距離通訊，其技術(shù)特性也可以用在智慧照明上，但比較有優(yōu)勢(shì)的應(yīng)用在戶外照明或是大型場(chǎng)域，因?yàn)檫@類應(yīng)用所需求的通訊距離，常常會(huì)超過ZigBee等短距無線技術(shù)的能力所及。

針對(duì)智慧照明所使用的各種有線/無線通訊協(xié)定標(biāo)準(zhǔn)，德國萊茵都有對(duì)應(yīng)的技術(shù)資源，可滿足開發(fā)者對(duì)各種設(shè)計(jì)驗(yàn)證及顧問咨詢的服務(wù)需求。雖然LED在生活中處處可見，但是LED也還有一些不足需要我們的設(shè)計(jì)人員擁有更加專業(yè)的知識(shí)儲(chǔ)備，這樣才能設(shè)計(jì)出更加符合生活所需的產(chǎn)品。