如何依靠电力线通信实现LED的照明控制

引言

　　要问如今的照明市场谁是当之无愧的老大？要数LED照明了，它不断地在照明市场中开拓出越来越大的天地。与CFL（荧光灯）和白炽灯相比，LED可以提供最佳能效。然而，LED灯具制造成本很高，原因是高成本的LED和散热设计。除了要在节能方面与CFL竞争外，LED照明制造商还要通过提供比CFL竞争产品更先进的功能来实现LED产品的差异化。

　　例如，LED灯具能够很容易提供颜色保持，即同一LED灯可以发出暖白光或冷白光，或色谱里的任何颜色。CFL目前还做不到这一点。借助通信功能还可以使LED灯具变得更加智能，并实现更好的控制、诊断和自动化功能。鉴于所有照明灯具都要连接电力线将电能转换成光能，许多制造商希望能把电力线通信（PLC）接口用作主要的通信和控制链路。

1 电力线通信

　　电力线组成了世界上最大的铜线基础设施。家庭或办公大楼的每个角落都有电源插座，因此电力线是一种全包围网络。不需要新建任何电线就可以实现从基本颜色和亮度信息到诸如颜色布景（不同灯具的预定义颜色图案）和淡入淡出（颜色之间的转换）等更复杂信息的通信。另外，利用从用户那儿抽象出来的高级灯具发现和绑定机制，无需记住一个号码或冒意外关闭邻居电灯的风险就可以建立一个具有PLC功能的灯光控制网络。

电力线网络采用总线拓扑结构，可提供高度可配置能力，能够从一个控制器完成对多个设备的控制。这种控制器可以管理房间内的所有灯具，甚至家里的所有灯具。此外，总线拓扑还允许多个控制器控制一个灯具。这样，一个房间内的灯具可以受其它房间控制（例如从卧室关闭所有家里的灯）。这种拓扑还允许控制器一直跟踪网络上的所有设备，并用作骨干服务器实现可扩展性和“即插即用”安装，任*的灯具可以立即成为网络的一部分。

图1

传统照明架构允许独立地控制某个灯，而建立在总线拓扑上的标准支持独立地控制多个灯。请注意，虽然DALI和DMX512可以从一个控制器独立地控制多个灯，但DALI和DMX512都要求安装额外的控制线。

2 将控制器绑定到灯具上

如图2所示，传统照明架构有专门的线用于独立地控制每个灯泡。在总线拓扑情况下，这些线被多个灯泡共享，这意味着控制器发出的信号将被所有灯具收到。为了区别不同的灯，控制器要和每个灯具单独绑定，并给每个灯具分配一个唯一的地址。

　　图2：照明控制架构

例如，假设灯具A的地址为1，灯具B的地址为2。如果控制器发送一个目标地址为1的消息，那么这个消息只有灯具A才会处理，灯具B是不会处理的。同样，如果消息发送时使用的目标地址是2，那么这个消息只有灯具B才会处理。来具会处理的。同样，如果消息发送时使用的是地址，这些线被多个灯具

早前的系统要求用户人工给每个灯分配地址（比如使用DIP开关或拨号盘），然后在控制器上选择那个地址。然而，这种方法有不少缺点：1）设置需要*费额外的时间；2）用户必须十分小心地给每个设备分配一个唯一地址；3）如果从一个控制器控制多个灯，用户必须记住每个灯的地址号。现在的方法更加复杂和成熟：先是让控制器（而不是用户）负责发现网络上新安装的灯具，然后找一个网络上的空闲地址，将该地址分配给这个灯具，最后提供一个易用的界面用于绑定和控制单个（或多个）灯具。

为了发现网络上有新的灯具出现，灯具需要自己发送一个可用的信号。这最好用广播消息的方式实现，以便网络上的所有控制器都能知晓这个新灯具。当控制器收到消息时，它能提醒用户新灯具的加入。如果用户决定控制这个灯具，控制器将向该灯具发送一个请求绑定的消息。如果此时灯具仍然可以用于绑定，它将发送一个确认消息。如果不能绑定，它将发送拒绝消息。一旦绑定后，这个灯具就只处理从绑定它的控制器地址收到的消息。

当灯具还没有被分配地址时，灯具如何接收绑定消息请求仍是个问题。这个问题可以给每个灯具重新分配一个唯一的64位地址（如同MAC或物理地址一样）来解决。然后当灯具第一次广播自己可用时，它也可以在消息中包含其唯一的地址。接着控制器就可以直接向它发送消息进行绑定。

由于64位地址对发送正常的颜色控制消息来说太长了，控制器可以在完成灯具绑定后给灯具分配一个更短的8位地址（称为逻辑地址）。为了确保新的逻辑地址值还没有被使用，控制器可以在电力线上发送一个ping消息。如果收到响应，再尝试新的地址，直到没有响应为止。

图3显示了两个可用灯具的绑定顺序，用户决定只绑定第一个灯具。一旦绑定完成后，控制器就可以开始发送颜色信息去控制灯具了。

　　图3：照明装置的发现和绑定

3 实际应用挑战

电力线通信面