Задава ли се нова революция в осветлението

Интернет на нещата (IoT) е следващата индустриална революция, а интелигентното осветление ще играе решаваща роля в нея. Благодарение на обичайно плътното разпределение на осветителните тела и сензорите в една сграда, лесно може да бъде изградена жична или безжична структура на цялото осветление, която да обединява всички интелигентни устройства и дори да бъде част от самата ИТ инфраструктура. Такива системи могат например да поддържат опростено пускане в експлоатация и инсталиране, да позволяват използването на безжично управление, както и да са абсолютно адаптивни.

Предимствата на свързаното осветление
Има три основни предимства на употребата на свързано осветление: удобство, интелигентност и възможност за анализ на данните. Осветлението е силно определящ фактор за заобикалящата ни среда, който оказва съществено влияние върху стандарта на живот и ежедневието на хората. В офис среда например осветлението обикновено е статично, което означава, че не се променя - светлината е или включена, или изключена. Съответно, когато осветлението е включено, помещението се облива от луминесцентна светлина. Този вид осветление е подходящ за четене на книга, но не е много препоръчителен при продължително взиране в компютърен монитор. Ако потребителите могат да настройват осветлението в помещенията, те вече ще имат възможността да го пригаждат спрямо съответните си дейности. Възможностите, които предоставя интелигентното осветление, вече позволяват на потребителите да наблюдават различни неща като например: да определят обитаемостта в конкретно помещение, да следят условията и температурата на определено място, както и да следят данните за трафика в даден район. И накрая, интелигентните светодиоди могат да предоставят аналитични данни, свързани с местоположението и използването на пространството. Например светодиоди могат да се използват, за да се определи по кое време се обитават най-интензивно различни части от сградата или пък да се предостави информация за това колко ефективно се използва складовото пространство.

Повечето хора биха се възползвали от възможностите, които предлага интелигентното осветление, като инсталират няколко свързани светодиода в дома си. Освен че променя естеството на производителността обаче, интелигентното осветление и свързаността, която предоставя, носи редица предимства за домакинствата. Възможността за безжично наблюдение и управление ще предостави на потребителите средства да контролират използването на енергия в дома си, където и да се намират. Добавената стойност на интелигентността и възможността за анализ на данните също така позволява на потребителите да следят в реално време консумацията на енергия, да контролират умните си вещи през мобилно устройство и предоставя средства за добавяне на компоненти, които да осигуряват още по-сложни функционалности. Пример за това е добавянето на сензори за движение и условия на околната среда, при които данните от обстановката могат да се използват за промяна на параметрите, без да се изисква каквото и да било действие от страна на потребителя. Сензорите за долавяне на движение, както и тези за отчитане на осветеността и температурата, могат да бъдат част от интелигентна система за управление на осветлението. Автоматичното изключване на осветлението, когато няма никой в помещението, в действителност е само малка част от предимствата.

Осветлението въз основа на местоположението също е едно от набиращите популярност удобства. Идеята, която стои зад него, е да се използват светлинни източници, за да се определи местоположението на хората или присъствието им на определени места. Светлината предполага дейност и хората се събират там, където тя е налична. Тъй като светлинните източници са неподвижни, обикновено разположени равномерно в промишлени и търговски зони и дори на места на открито, като паркинги и градските центрове, те осигуряват перфектна ориентация за местоположението на хората. Има много причини за интегриране на средства за определяне на местоположението в една система за осветление. В най-простата си форма, чрез комбинирането на състоянието и местоположението на осветителя, потребителят може предварително да определи кога да бъде обслужена осветителната система, което води до спестяване на време и пари. Чрез използването на технологии като сензори или Bluetooth в осветителите пък може да се определи точно местоположението на един човек.

С натрупването на данни във времето и пространството, наличната информация може да се използва за определяне на ефективността на използване на дадено складово пространство, супермаркет или дори паркинг. Друг случай, в който могат да се използват такива данни, е този, в който търговците на дребно могат селективно да рекламират своите продукти въз основа на установеното местоположение на купувачите.

Нови пазарни тенденции
Сигурността се превръща в проблем за IoT устройствата по принцип и осветлението не прави изключение. Сигурността не трябва да се разглежда като функция, която може да бъде активирана в края на цикъла на разработка, а по-скоро като процес от нея.

Добрата новина е, че днес съществуват редица средства, които значително подобряват сигурността на интелигентните осветителни системи. Вместо да се разработват иновации, предизвикателството е по-скоро да се използва технологията по правилен начин. Например изключването на функциите за сигурност в Bluetooth или ZigBee устройствата може да опрости разработката и да облекчи отстраняването на грешките. Това може да доведе и до поевтиняване на продукта, така че съществуват и допълнителни финансови стимули за изключване на сигурността. Друга често срещана грешка е да не се затвори интерфейсът за откриване и коригиране на грешки, когато чипът влезе в производство. Ако това стане и крайният потребител свърже дебъгер, то чипът става напълно достъпен и уязвим. Премахването на сигурността може да има краткосрочни ползи от една страна, но от друга води до дългосрочни разходи, които далеч надхвърлят тези ползи.

Всички участници в изработката на устройства за интелигентно осветление - от разработчиците на чипове до производителите на потребителски устройства, трябва да поемат отговорността в това отношение. Понастоящем няма реални стимули, които да карат участниците в процеса да поемат отговорност за повече от това, което възприемат като свой дял от производствения цикъл. Когато се стигне до пробиви на високо ниво, загубите не се ограничават само с материални щети и не стават за сметка само на една производствена марка. Загубата на потребителско доверие може да доведе до спад в пазара за продължителен период от време. Както при всяка друга технология, опитът на потребителите е от решаващо значение и колкото по-несигурни се чувстват те в резултат на тези изолирани, но обикновено широко огласявани случаи, толкова по-малко склонни са да й се доверят и да я използват. Наличността на дългосрочно несигурни устройства може да доведе до нужда от регулация и сертификация на производството.

Добавяне на интелигентна свързаност към светодиодите
Светодиодните осветители вече преминаха през много поколения и имат по-добър цветен баланс, подобрена надеждност и по-ниска цена. На пазара има много производители на LED крушки и те непрекъснато търсят начини да произвеждат по-иновативни, интелигентно свързани продукти.
Добавянето на интелигентна безжична връзка към светодиодна лампа обаче крие някои особености при проектирането. За ZigBee и Bluetooth Smart технологиите вече има разработени и леснодостъпни радиочестотни модули. Глобално погледнато, добавянето на радиочестотен модул към съществуваща разработка изглежда лесна задача.

Светодиодните крушки имат електронен баласт, който обикновено включва чип за управление на захранването (PMIC) и няколко дискретни компоненти с високо напрежение. Електронният баласт обикновено се използва при светодиодите с постоянен ток, за да се постигне константна яркост, която не се променя с изменение на входящото напрежение или температурата. Електрониката също така осигурява добър фактор на мощността и работи с конвенционални димери за монтаж на стена.

Чиповете за управление на захранването обикновено имат спомагателно захранване, предназначено за самите тях. Помощното захранване за тези чипове също така може да захранва микроконтролер, безжична едночиповa системa (SoC) или радиочестотен модул. Помощното захранване обикновено представлява слабо регулирано захранване от 10 до 15 V. Затова е необходим линеен регулатор, за да се намали това напрежение и да се осигури добре регулирано захранване от 3 или 1,8 V.

Второто предизвикателство е как да се изключи или димира светодиодът. Един от методите е да се добави полеви транзистор (MOSFET) между катода и заземяването на светодиода, за да може микроконтролерът да изключи или димира светодиода. В тази конфигурация възникват някои проблеми, ако чипът за управление на захранването е предназначен за постоянно натоварване. Деактивирането на чипа за управление на захранването би означавало изключването на допълнителното захранване и съответно не е опция.

Първите няколко поколения от интелигентни свързани LED крушки ще обединяват базовия дизайн на LED осветителите с някои модификации. Следващото поколение интелигентни LED крушки ще включват в себе си баластна електроника с чип за управление на захранването, които ще бъдат предвидени още от самото начало на проектирането си за интелигентни осветители. В този тип проекти винаги ще има предвидени добре регулирано нисковолтово захранване и възможност за управление на интензитета на светодиода, без да се налага използването на допълнителни MOSFET транзистори.

Разположението на радиочестотния модул и антената поставят някои физически предизвикателства при проектирането. Обикновените LED крушки често имат метален щит около баластната платка, за да се сведат до минимум електромагнитните смущения от комутационния преобразувател. Дизайнът на интелигентните LED крушки трябва да осигури защита за баласта, както и добра радиочестотна антена. Една проста антена на платката на радиочестотния модул може да върши работа, ако модулът е разположен вертикално в близост до горната част на крушката. Това обаче може да доведе до смущения в светлопредаването и да постави интелигентните полупроводникови компоненти в близост до източника на топлина от светодиода. Разработчиците трябва непременно да предвидят как ефективността на радиочестотния модул ще повлияе върху използваемостта на осветителите. Особено важно за потребителите е да имат надеждна връзка.

И не на последно място, температурната среда на радиочестотния модул също е от значение. В идеалния случай той трябва да бъде разположен на достатъчно разстояние от генериращите топлина светодиоди и баластната електроника. Това обаче не винаги е практично. Надеждността на светодиодите, както и надеждността на безжичната SoC, може да се увеличи чрез следене на температурите им и регулиране на светлинния поток от светодиода, за да се ограничи генерирането на топлина. Термистор, разположен в близост до светодиодите, може да следи тяхната температура, а безжичната SoC може да е с температурен датчик.