利用供电线通讯实施的LED照明控制

1　引言

LED照明设备能容易提供丰富鲜艳的色彩，即同样的灯泡能给出暖白光、冷白光或光谱中的任意色彩，CFL灯目前却不能做到。LED 设备还可通过通信功能智能地执行诊断和自动功能执行更好的控制。考虑到所有照明设备都要连接供电线将电转换成光，所以许多制造商均转向将供电线通信 （PLC： Powerline Communication） 接口作为主要的通信与控制链接。

2　电力线通讯

众所周知，供电线是在全球建起的最大的铜质基础设施。房间或者办公室的每一个角落都有电源插座，形成了一个全封闭的网络；任何信息的链接通讯，从基本的颜色、亮度到更复杂的信息，如背景（不同设备预设的色彩图案）和幻变（不同彩色间的转化过渡），不再需要新的线路。另外，按照先进灯具设备研发与源自用户的抽象绑定机制，便可构建某种PLC使能的照明控制网络而毋需记存单个号码或冒意外将邻居照明光关闭的风险。

供电线网络采用的是具有高度重置性和可由单个控制器控制超过一个以上设备能力的总线拓扑。控制器能管理某个房间，甚至整栋住宅中的所有灯光。此外，这种总线拓扑还能使多个控制器同时控制某一个照明设备。以这种方式，某个房间里的照明设备就能从另一个房间控制（例如：卧室能关闭住宅里的所有灯光）。这种拓扑也能使控制器保持对网络中所有设备状态的跟踪，并起到像脊柱一样扩展性与设备的即插即用，任何新的照明设备，无论其在何处都能立刻成为网络的一部分。

图1为几种不同照明控制架构的比较。传统照明系统许可对一盏灯单独控制，而建立在总线拓扑架构上的标准则能够实现多盏灯的独立控制。注意到尽管数字可寻址照明接口（DALI）和DMX512协议可以实现由单个控制器对多盏灯的独立控制，但需铺设额外的控制线路。

图1 照明控制架构

3　控制器和照明设备的绑定

如图所示，传统照明应有为独立控制每盏灯专用的电缆布线，但对总线拓扑而言，此电缆却由多盏灯所共享，意味着控制器发送的信号能被所有照明设备接收。为了区分不同的灯具设备，控制器需分别与每个照明设备“绑定”并给于分配一个唯一的地址。譬如，考虑灯具A分配的地址为1，灯具B分配的地址为2。如果控制器发送带有目的地址1的讯息，则这个讯息只能被灯具A处理，不能被灯具B处理。同样的，如果发送的是带目的地址2的讯息，那么该讯息只能被灯具B处理。

老式的系统要求用户给每盏灯手动分配地址（例如使用双列直插式开关或旋转拨盘），然后在控制器上选择该地址。不过，此方法有如下缺点：⑴ 设置花费额外时间；⑵ 用户须仔细为每个设备分配唯一的地址和 ⑶ 若由单个控制器控制多盏灯的话，用户必须记住每盏灯的地址数。更复杂的方法是令控制器 （而不是用户） 承担发现网络上的新灯具、 标识网络上的可用地址、分配地址和为绑定和控制单个（或多个）灯具提供易用的接口。为发现某个新灯具正在网络中，该灯具需发送一个允许访问信号。信号最好通过广播方式发送，以使网络中所有的控制器都可知晓新灯具。当某个控制器收到此信号时，即能向用户通报新灯具可用。用户如果决定对该灯具作出控制，控制器则便向此灯具发送绑定请求信息。该灯具若仍可绑定，将发送应答信号，否则发出拒收信号。灯具绑定后，只处理来自与其绑定控制器地址发出的消息。

还有一个尚待解决的问题是当灯具还未分配地址时，绑定请求消息如何接收？该问题不难通过给每个灯具分配唯一的64位地址（类似于MAC地址或物理地址）给以解决。于是，当新灯具首次播送其可被访问信息的时，内中也包含了该唯一的地址信息，而控制器则应能向其发送直接的绑定信号。

由于对正常色彩控制信号的发送来说， 64位的地址信号乃相当之长，故控制器可给与之绑定后的灯具分配较短的8位地址（称之为逻辑地址）。直到未收到响应。为确保新的逻辑地址未被使用，控制器会在电力线上发出声响信号并等待应答。如果控制器接收到应答，则尝试重新分配新地址，直到应答信号接收不到为止。

图2所示为用户决定在两个有效灯具间决定选用第一个灯具绑定的过程。一旦绑定完成，控制器便开始发送控制该灯具彩色的信息。

图2 灯具绑定的过程

4　现实世界的挑战

目前对电力线通讯的基本考验是：

⑴ 设备接收不到控制器的信号；

⑵ 设备受不正确的控制器控制。

设备接收不到控制器的信号，通常由如下三个缘由之一造成：

（1）电力线的噪声太多；

（2）控制器和接收器所处的电力线相位不同；

（3）接收器和控制器间的距离太远。

线路中如果噪声太多，建议控制系统远离噪声源。若控制器和接收器不同相，用户应尝试移动