物联网技术在智能照明中的应用

2023-10-11 11:23:46| 来源：千家网| 次| 0次

　　基于物联网的智能照明解决方案不仅为终端用户带来好处，也为商人和管理人员带来好处。全球智能照明市场预计将从2020年的110亿美元增长到2030年的440亿美元。随着智能照明的出现，照明领域的最新创新，企业和政府正在释放物联网的力量，以降低能耗和成本。

　　本文介绍了智能照明的三个类别，以及使用物联网的智能照明的好处，特别是对相关设备制造商和管理人员。

　　什么是使用物联网的智能照明?

　　智能照明采用支持物联网的传感器、智能灯泡或物联网网关，使用户能够通过智能手机或家庭自动化平台控制家庭或工作场所的照明。智能照明解决方案可以通过智能手机或智能助手等外部设备进行控制、计划或通过声音或动作触发。根据其应用和控制方式，市场上的智能照明系统分为三类。

　　智能灯泡

　　智能灯泡是一种连接互联网的LED灯泡，可以远程定制、调度和控制。智能灯泡是新兴的家庭自动化和物联网(IoT)产品领域最受欢迎的设备之一。

　　智能灯泡可以由移动应用或物联网网关控制，并集成Wi-Fi、蓝牙、ZigBee或家庭自动化系统的自定义连接，并且可以对单个灯泡进行编程，以按指定方式改变输出。

　　由于灯泡与互联网连接，供应商可以利用边缘计算为智能灯泡配备内置摄像头、内置语音和存在感应功能等功能。而对于用户，可以使用手机远程打开和关闭智能灯泡、调整灯光颜色并计划其周期。

　　如果将其连接到其他智能家居设备，你就可以设计规则，根据特定事件打开灯，例如开门或安全传感器被激活。

　　运动检测智能灯

　　运动感应智能灯通过结合传感器、微处理器和无线通信技术来检测运动并做出响应。通常，传感器是被动红外(PIR)传感器，可检测视野范围内的热特征和运动。

　　当PIR传感器检测到运动时，会向微控制器发送信号，微控制器会分析该信号并打开灯。灯可能会以预设的亮度级别打开，也可能会从较低的亮度逐渐升高，具体取决于智能照明系统。

　　一些智能灯除了运动检测之外，还可能包含其他智能传感器，例如环境光传感器，这可以检测房间内的自然光量并适当地改变光输出。这提高了能源效率，并消除了不必要的照明。

　　物联网网关

　　从云服务器传输的命令将通过智能家居协议、内置应用和物联网网关转发到子设备网络，子设备的状态也可以通过物联网网关中继到服务器。因此，这可以随时随地通过笔记本电脑或手机轻松操作物联网智能照明系统。

　　智能照明的物联网功能

　　基于照明的室内定位系统：物联网智能照明可用于室内定位，实时跟踪人员和资产。智能照明系统可以使用传感器和Wi-Fi网络可靠地确定建筑物中人员或物品的位置，这可能有利于导航、安全和资产管理。物联网智能照明可以通过自动改变照明设置，并在房间无人时关闭灯光来帮助最大限度地减少能源消耗。

　　资产追踪

　　使用物联网的智能照明系统可用于跟踪资产，包括商业和工业场景中的各种设备，这有助于优化库存管理，并降低设备丢失的风险。

　　易腐产品状态监控

　　物联网智能照明还可用于监控食品和药品等易腐烂商品的状况。该系统可以通过在照明装置中放置传感器来评估温度、湿度和其他可能影响物品质量的环境条件。这有助于防止腐败，减少浪费和保持产品质量。

　　优化空间利用率

　　智能照明系统还可用于最大限度地利用工作场所和公共区域等建筑物的空间。该技术可以改变照明设置，并对房间结构提出调整，以通过研究占用模式和使用统计数据来提高效率和生产力。这可以帮助削减开支，同时也增加消费者的满意度。

　　智慧城市

　　没有物联网(IoT)智能照明，智慧城市就无法运转。通过利用传感器和自动化系统根据占用情况、一天中的时间和其他标准来调节照明，城市能够节省能源和金钱。智能照明还有一个额外的好处，即通过自动识别和应对意外或危机等异常情况，提高安全性。

　　但智慧城市不仅仅是精美的灯光。智能交通、废物管理、公共安全、医疗保健以及许多其他互连系统和服务都是其中的一部分。这些解决方案将帮助城市更高效地运行，提高居民的生活水平，并减少对环境的影响。

　　由于智能照明设计，其通常位于头顶，这是一个实用的位置，可以提供全面覆盖。智能照明不会损害空间的美学或功能，也不需要为了改善城市、工业园区或商店的照明基础设施而进行新的建筑设计。

　　智能照明的好处

　　人们经常提到智能照明解决方案对居民的优势，例如易用性和定制化。除了这些终端用户，设备制造商和物业管理人员也可能从智能照明技术中获益。

　　降低制造成本

　　智能照明系统可以通过使用更少的材料和组件来提高效率。例如，智能LED照明系统比传统照明系统使用更少的灯泡和固定装置，从而降低了制造所需材料的数量。此外，智能照明系统可以设计成使用更少的电力，降低制造成本，并产生更节能的产品。

　　增强的产品功能

　　智能照明可能会被纳入设备制造商的产品中，以带来新的特性和功能，帮助其产品在市场上脱颖而出，并提升其价值主张。例如，智能照明系统可以通过语音命令或移动应用进行控制，为消费者提供新的便利性和实用性。

　　提高能源效率

　　提高能源效率是智能照明的主要优势之一。管理人员可以使用智能照明监控和调节整个设施的照明消耗，从而优化能源使用，并最大限度地减少支出。例如，可以设置自动时间表，在不需要时关闭灯光，或者根据空间中的自然光量改变灯光的亮度。物联网智能照明系统有助于降低能源使用和电力成本，这对利润产生重大影响。

　　决策优化

　　智能照明解决方案还可以提供基于物联网技术的有关能源使用、照明模式和占用水平的重要数据，使管理人员能够做出明智的设施管理和维护选择。人们可以使用从物联网网关收集的数据来检测其设施中未充分利用或过度利用的区域，并相应地改变照明。这有助于优化设施利用率，并降低支出。

　　物联网网关如何与智能照明配合使用?

　　当与智能照明一起使用时，物联网网关充当连接和管理智能照明设备的中心。具体如下：

　　通信协议

　　智能照明设备和物联网网关必须能够相互通信。通常，使用Zigbee、Z-Wave或蓝牙等无线技术来实现这一点。

　　数据传输

　　物联网网关将从智能照明设备接收数据，包括设备的当前状态(开/关)、亮度级别以及其可以处理的任何其他信息。通信协议用于发送这些数据。

　　网关处理

　　在接收到来自智能照明设备的数据后，物联网网关会处理这些数据。这可以保留数据以供以后使用、通过数据查找趋势，或根据收到的信息采取行动。

　　控制与自动化

　　照明设备的控制和自动化是将物联网网关与智能照明结合使用的两个主要优势。物联网网关可以向智能照明系统传输指令以打开或关闭、改变亮度，或编程以一定的间隔打开或关闭。

　　智能照明通信接口

　　物联网智能照明可以根据具体场景的需求选择多种通信协议。

　　Zigbee

　　Zigbee通常用于智能照明，因为其可以实现可靠的通信和高效的电力使用。一般工业设施的室内照明系统分为：一般照明、分区照明、局部照明和混合照明。不同的照明系统也有不同的需求，比如改变室内灯光的亮度、分区分组控制灯光、实时监控灯光状态等，这就要求每个灯光都能够在网络中进行通信。

　　适当的照明可以提高工作效率、降低错误率并节省能源。这对及时获取工业照明灯具的实时信息，并实施集中统一管理提出了重要的要求。

　　传统照明通常通过电缆通信。有线通信虽然可靠、抗干扰能力强，但也存在布线费用高昂的缺点。无线Zigbee技术可以作为一种简单、快速、稳定的组网方式。

　　每个照明控制器可以配备Zigbee模块并形成网络，以与Zigbee网关通信。同时，Zigbee网关可以立即将Zigbee信号转换为Ethernet//WiFi/LTE 4G信息。这样，灯光的状态就实时上传到服务器。服务器可以发送控制命令来改变和控制分组和分区中的每个照明灯具。

　　LoRaWAN

　　使用LoRaWAN技术的智能物联网照明，比使用其他传统短距离射频技术(BLE、Zigbee等)更具响应性、稳定性、耐用性、经济性和竞争力。LoRaWAN是一种流行的长距离、低功耗无线网络技术，可以在全球自由频段运行，但其需要建设基站。单个LoRaWAN网关可以通过灵活的组网方式处理多个设备，从而大大降低建设成本。

　　基于LoRaWAN的街道照明系统的设计相当简单，由四个主要组件组成：终端节点、网关、网络服务器和应用服务器，应用数据是双向传输的。具体工作原理如下：

　　每个路灯都嵌入了LoRaWAN控制器来控制操作，并将路灯连接到LoRaWAN网关。LoRa模块安装在LoRaWAN网关上，与光控进行通信，完成数据采集。之后，其将通过4G/WiFi模块或以太网端口与LoRaWAN服务器建立TCP连接。LoRaWAN路灯应用服务器发出的定时策略可以存储在本地，并响应查询命令。另一方面，内置网络服务器的LoRaWAN网关可以根据光传感器的采集值，智能地调节灯的开/关。

　　远程应用服务器可以作为数据中心进行管理和分析，也可以供用户使用浏览器进行操作和查询。

　　Z-Wave

　　Z-Wave在很多方面与Zigbee类似，但其范围更短且功耗更低。Z-Wave通常用于住宅环境，因为其易于设置，并支持多种设备。

　　蓝牙

　　蓝牙用于物联网智能照明，特别是在较小的网络或范围不受关注的环境中。蓝牙易于设置并得到广泛支持，但范围比Zigbee或Z-Wave短。

　　蓝牙低功耗(BLE)因其低功耗、小尺寸和兼容性，而成为物联网智能照明应用的良好选择。BLE还支持网状网络，使多个设备能够相互通信并扩展网络范围，而无需额外的基础设施。

　　Wi-Fi

　　Wi-Fi可用于物联网智能照明，特别是在需要将大量设备连接到网络的环境中。Wi-Fi具有相对较广的覆盖范围和较高的带宽，但比其他协议更耗电。

　　SoC技术在照明领域的应用

　　近年来，智能照明技术的使用越来越受欢迎，因为其具有诸多优点，包括提高便利性、能源效率和生活质量。然而，智能照明设备必须能够成功地与其他智能家居设备连接，包括智能手机、语音助手和其他设备，才能充分享受这些优势。多协议SOC可以在这种情况下提供帮助。

　　灵活性

　　被称为多协议SOC的单芯片能够支持多种无线通信协议，包括蓝牙、Zigbee、Wi-Fi和Thread。无论采用何种通信协议，智能照明产品都能够与更多其他设备进行交互。例如，智能灯可以由语音助手通过Wi-Fi，或通过带有多协议SOC的蓝牙物联网网关使用智能手机应用操作。