智能家居、办公室和工厂的设计师不断寻求新的方法来提高用于交付和管理建筑设施的系统的效率。从历史上看，数据网络和电力网络是分开安装的，目的是各自执行明显不同的功能，但这需要在建筑结构中安装两种完全不同的电缆类型。

以太网供电(PoE)的发展现在提供了一种减少交流电源电缆需求的方法，让一些设备(如相机、电话、无线路由器)从它们的数据线中获取电力。作为PoE的潜在应用，一个受到更多关注的领域是照明。

在本文中，我们研究了连接照明系统在智能建筑系统的部署和管理中可以发挥的作用，并考虑了照明和建筑自动化之间的潜在关系（图1）。我们还回顾了其设计的标准方法，并解释了如何实现连接照明系统的新应用，同时大大简化了其设计。

1、智能照明在楼宇自动化中起着关键作用

互联照明和楼宇自动化

一旦进入建筑物，无论是家用、商用还是工业用，照明无处不在。近来，低效的白炽灯泡和卤素灯泡已经在很大程度上被更低功率和更高效的led所取代。然而，为灯供电的方法并没有发生重大变化，电缆仍然铺设在将要安装灯具的地方。

由于LED需要直流电源，灯具必须包括一个交流-直流变压器，可能还包括一个直流-直流转换器，以便为LED提供所需的电压水平，并最终提供控制电流。这种方法认为灯具只负责一项功能——照明，在提供高效照明的同时，却完全忽略了一个事实，即灯具是承载一系列其他智能建筑功能的理想选择。

利用无处不在的灯具的第一步是为它们提供数字连接。 通过将单个灯具数字化并将它们互连到一个统一的系统，它们可以作为主干，非常适合在整个建筑物中托管物联网应用程序。

在互联照明系统中，每个灯具都有一个唯一的 IP 地址，可通过建筑物的数据网络实现双向数据通信。 联网照明显然是在住宅、办公室和工厂中传输物联网数据的候选者，因为电气和数据通信网络已经到位。 这种方法可以让连接的灯具拥有其他传感器功能和无数的应用程序。

通过集成不同类型的智能传感器(温度、湿度、接近度、空气质量等。)，连接的照明系统可以同时捕获整个建筑内房间的占用情况和其他环境指标的数据，作为智能建筑自动化系统的可操作输入。这些信息有助于优化空间、提高运营效率，并有助于最大限度地提高建筑物内的舒适度。收集到的关于居住者行为的信息也可以用于能源管理。

实施互联照明系统

为灯具添加数字连接的一种方法是包括 Wi-Fi 无线电。 然而，由于无线 RF 信号会受到不同程度的衰减，这取决于它们的位置和它们与最近接入点之间的建筑材料，它可能会降低数据通信的速度和可靠性。

更好的方法是为每个灯具提供一个以太网接口。 但这将需要将 Cat5/6 双绞线电缆布线到每个灯具，使布线量增加一倍（假设已经计划了电源布线），并增加了安装成本和工作量。

理想情况下，连接的照明应该只需要一根电缆为LED、摄像头和智能传感器供电，并将它们的双向数据传输到遥控器。这将不再需要将单独的电源电缆布线到每个灯具——这是一个显著的优势。PoE可以以实施的以太网标准的速度向电源设备和网络数据传输直流电压，使其非常适合执行这项任务。

完全集成的解决方案

连接 PoE 的灯具使用单独的 LED 驱动器 IC 和 PoE 接口 IC 通过以太网供电。 采用不同的方法，onsemi 开发的 NCL31010 将这两个组件组合在一个封装中，可以用作完全连接和管理的照明系统的基础（图 2）。

2. onsemi 的 NCL31010 PoE 接口 LED 驱动器针对联网照明系统

该设备符合 PoE 标准（能够提供超过 90 W 的系统功率）并通过了 IEEE802.3bt/at/af 认证。 其降压 LED 驱动器的效率为 97%，并支持高带宽、高线性度模拟和 PWM 调光（低至零电流）。 扩频技术有助于减少传导和辐射 EMI 的数量。

该器件中的两个辅助 DC-DC 转换器可以为微控制器和其他外围设备（例如传感器）供电。 还包括用于测量输入和输出电流和电压、LED 或系统温度、DC-DC 电压和电流的高精度计量和诊断功能。 该器件的一个应用是低数据速率可见光通信 (VLC)。 在此应用中，数字数据被调制到从灯具发出的 LED 光上，从而成为室内定位系统（例如 YellowDot）中的定位信标。VLC的调制数据是人眼察觉不到的。

面向未来的照明

基于 PoE 的联网照明为所有类型的未来智能建筑提供最灵活、最高效的照明，LED 灯具通过数据网络控制并通过数据布线供电。 通过结合使用传感器、智能灯具和智能控制系统，智能建筑将提供传统照明无法达到的舒适度和效率水平。 那些管理智能建筑系统的人也将在施工期间以及建筑物完全占用和运营后享受更低的成本。