使用有線物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的LED，可以更加省電-第 2 部分

將第 1 部分 的概念放在一起，我們希望支持低壓建筑規(guī)范，我們需要 1 美元的微處理器來(lái)管理 LED 電流驅(qū)動(dòng)器，并且我們希望以 99.999%（五個(gè) 9）的可靠性進(jìn)行通信。

無(wú)線和電力線通信的可靠性遠(yuǎn)不如有線通訊；因此，我們需要專用的有線通信。我們現(xiàn)在假設(shè)它是由 12 VDC 供電的類似 RS485 的 ±data，如下圖 5中的綠色所示。下面以藍(lán)色顯示的是兩根大功率電線（例如 48 VDC、110 VAC 或柔性 48 VDC/110 VAC），每個(gè)插座支持 12 W。

不要讓 12 VDC 和高功率迷惑您。12 VDC 電源（110 美元）始終處于開(kāi)啟狀態(tài)，并支持在睡眠時(shí)消耗 1 mA 電流和在運(yùn)行時(shí)消耗 10 mA 電流的處理器。這樣的電源可能支持分布在 100 m 上的 32 個(gè)節(jié)點(diǎn)。另一方面，“高功率”可能僅在需要時(shí)打開(kāi)，以減少未加載時(shí)電源模塊消耗的靜態(tài)功率（例如，處理器在不使用時(shí)將 48 V 電源模塊完全關(guān)閉）。在典型情況下，48 VDC 將為每個(gè)燈泡供電 200 mA，其中一個(gè)有四個(gè)燈泡分布在 10 m 的18 號(hào)電纜上（1000 英尺 160 美元），能量損失為 1.5%（1.5% = 0.75V/48V， 0.75V = 2 × 0.002 × 10 × 2, 0.002 Ω/米線）。

在圖 5 中，主控制被整合在“自動(dòng)化盒子”中，可能在房子的地下室。注意三個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)從這個(gè)盒子發(fā)出。這類似于電源保險(xiǎn)絲，其中一個(gè)盒子每個(gè)房子有 10 到 20 個(gè)保險(xiǎn)絲，每個(gè)保險(xiǎn)絲支持不同的布線網(wǎng)絡(luò)（有時(shí)稱為電路）。一個(gè)房子可能有 10 個(gè)低壓電路，每個(gè)電路有 5 到 15 個(gè)設(shè)備，通過(guò)四根線連接（12 VDC ±電源，±數(shù)據(jù)）。圖 5 還顯示了驅(qū)動(dòng)燈具的綠色控制線（12 VDC ±power、±data）和藍(lán)色高功率線（例如 48 VDC、110 VAC）。

例如，如果一個(gè)燈泡的額定電流為 200 mA，那么人們將通過(guò)它連續(xù)泵送 200 mA 的電流以獲得 100% 的功率。要使用脈寬調(diào)制 (PWM) 將該燈泡調(diào)暗至 30% 功率，請(qǐng)?jiān)?10 KHz (100 μSec) 周期內(nèi)施加 200 mA 電流 30 μSec 和無(wú)電流 70 μSec。

圖 5 中的每個(gè)夾具都包含一個(gè)約 1 美元的微處理器，例如XMC1302和一個(gè) MOSFET LED 驅(qū)動(dòng)器。MOSFET 可以以 >3 kHz 的速率開(kāi)啟和關(guān)閉以產(chǎn)生調(diào)光效果，并且可以調(diào)節(jié)通過(guò) LED 燈串的電流。

基本標(biāo)準(zhǔn)支持所有電源
我們提議的物聯(lián)網(wǎng)基本標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有定義電源線。電源可以是固定 24 VDC、固定 48 VDC、固定 110 VAC 或固定 220 VAC。此外，它可以具有靈活的交流或直流電源，可在運(yùn)行時(shí)更改并提供 20 VDC 至 56 VDC、100 VAC 至 240 VAC 或 0 V（關(guān)閉）。后一種選擇（靈活電源）提供了一種直接從 110/220 VAC 電網(wǎng)、48 VDC 太陽(yáng)能或 48 VDC 電池為設(shè)備供電的方法，無(wú)需逆變器。柔性電源的缺點(diǎn)是額外的成本和每個(gè)設(shè)備的小功率損耗。優(yōu)點(diǎn)是我們?cè)谄渌胤焦?jié)省了電力和成本。

為了鼓勵(lì)采用我們的基本標(biāo)準(zhǔn)，我們不會(huì)做出權(quán)力決定。例如，制造商 X 銷售一個(gè) LED 插座，該插座連接到±數(shù)據(jù)線并固定為 220 VAC。制造商 Y 做了類似的事情，使用兩條低功率 12 VDC 電線和兩條支持 48 VDC（太陽(yáng)能、電池）或 110 VAC（電網(wǎng)）并在運(yùn)行時(shí)更改的柔性電源線。我們的系統(tǒng)支持這兩種產(chǎn)品。

為什么不用 48 VDC 而不是 12 VDC 為設(shè)備處理器供電？一個(gè) 48 V 至 3 V 的開(kāi)關(guān)電源會(huì)占用 PCB 空間，并且在驅(qū)動(dòng)小功率時(shí)效率低下——它會(huì)在處理器休眠時(shí)消耗靜態(tài)功率?；蛘?，12 V 至 3.3 V 線性電源穩(wěn)壓器體積小、價(jià)格便宜，并且在處理器休眠時(shí)消耗的能量很少。

IEEE 等行業(yè)組織可以根據(jù)需要輕松添加其他標(biāo)準(zhǔn)，以對(duì)我們的基本標(biāo)準(zhǔn)提供更多控制。例如，IEEE 可能會(huì)使用六線電纜建立一個(gè)附加標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)支持±數(shù)據(jù)、12 VDC 始終處于低功耗狀態(tài)，以及運(yùn)行時(shí)靈活的 48 VDC 或 110/220 VAC 或 OFF。根據(jù)市場(chǎng)需求，行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者之間的對(duì)話將產(chǎn)生其他標(biāo)準(zhǔn)。我們從一個(gè)基本標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)始，讓行業(yè)從那里建立起來(lái)。

在運(yùn)行時(shí)變化的靈活電源似乎難以處理，但接受 110/220 VAC 的開(kāi)關(guān)電源也可以接受 48 VDC，只要稍作修改。Flex power 使人們能夠直接從電網(wǎng)路由到設(shè)備，直接從 48 VDC 電池路由到設(shè)備，以及直接從太陽(yáng)能光伏 (PV) 48 VDC 路由到設(shè)備。減少電源和逆變器硬件可降低成本和能耗。此外，這需要設(shè)備、電池和太陽(yáng)能電池陣列之間的仔細(xì)協(xié)調(diào)，這超出了本文的范圍。Flex 電源與低功率 12 VDC 很好地配對(duì)，因?yàn)樗_保處理器在 Flex 電源變化時(shí)不間斷地運(yùn)行。缺點(diǎn)是六線而不是四線。

回顧圖 5，除了 LED 燈泡外，該網(wǎng)絡(luò)還連接到墻壁開(kāi)關(guān)和電動(dòng)熱窗罩。如果您計(jì)算一下我們網(wǎng)絡(luò)的哪個(gè)部分最省錢，那就是 2 英寸。（5 厘米）厚的固體泡沫塊，在房間不使用時(shí)覆蓋窗戶。我們通過(guò)窗戶損失了大量的能量，添加這種能力很容易，因?yàn)轵?qū)動(dòng)電機(jī)的電子設(shè)備與驅(qū)動(dòng) LED 的電子設(shè)備相似。電工可以使用從天花板上的 LED 插座到窗戶的電纜輕松地將我們的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展到電動(dòng)窗戶。