采用WICED连接和PSoC MCU技术用于商业LED照明的IoT解决方案

shuszhao

多年来，商业照明空间主要由荧光灯管照明。虽然它们比使用白炽灯照明节省了大量费用，但却有严重的性能、维护和使用问题，如寿命短、色温变化大、随机闪烁和嗡嗡声，无法有效调光以节省电力等。另外，根据使用要求频繁打开和关闭荧光灯会大大缩短它们的使用寿命，并且增加了启动期间的功耗，这通常抵消了灯具关闭时节省的电力。
商业LED照明的发展促使人们对如何实施商业照明进行全面的反思。这包括增加智能控制系统作为全面能源管理的关键要素。这些LED灯具控制器（也称为LED控制器和灯具）现在通常是联网设备。这些LED照明灯具是物联网照明的基石。
LED照明灯具的新设计具有许多可提供更高效率的软件元素。与传统荧光照明灯具相比，其更高的效率可节省高达90％的电力。
目前存在几个标准，可确保升级到更高效的照明设备时能够实现节能。美国加利福尼亚州引入的“Title 24”标准是这些灯具必须符合的一个规格，以便符合相关法规。
下面将讨论用于创建先进照明解决方案的关键要素。


Inventek物联网照明解决方案系统架构

Inventek物联网照明解决方案涉及许多要素的相互配合，共同为商业建筑提供完整的照明平台。该系统的关键是iMatrix物联网平台。Inventek物联网照明解决方案包含以下内容：
1.灯具控制器和电源管理
a.赛普拉斯WICED Wi-Fi模块用于灯具控制和通信
b.赛普拉斯PSoC 4 MCU用于特殊传感器处理，用于有人/无人检测
2.iMatrix WICED客户端为控制器和传感器提供云连接
3.Android和iOS的iMatrix移动应用程序，用于配置和灯具控制
4.iMatrix云应用程序，用于现场设计、平面布局和灯具布置
5.iMatrix云应用程序，用于监视和管理已布置的灯具和其他传感器元件

                               
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图1：Inventek iMatrix照明网络架构


灯具控制器和电源管理

灯具控制器和电源管理系统由三个主要模块组成。
1.Inventek物联网控制模块包含一个由赛普拉斯提供支持的Inventek WICED Wi-Fi模组和一个赛普拉斯PSoC MCU控制器
2.传感器模块
3.电源模块包含继电器控制、功率测量和调光控制（输入和输出）

                               
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图2：Inventek Systems的Wi-Fi模组

                               
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图3：PSoC 4 MCU功能框图
Inventek WICED Wi-Fi模组是灯具控制器中的关键元素。此模组主要由赛普拉斯双频Wi-Fi和Bluetooth无线子系统（带完全认证的集成天线）构成。嵌入式处理器控制灯具操作的各个方面并监控数据，例如：LED驱动器的亮度水平、日光采集、温度、湿度、无线升级等。
赛普拉斯PSoC 4 MCU将Arm Cortex M0+与可编程模拟模块结合在一起。在Inventek物联网照明解决方案中，PSoC 4 MCU可用于分析来自被动式红外（PIR）探测器的活动以及分析音频监视器。该双元素系统用于确定照明空间是有人活动还是空置。PIR可以很好地检测有人的情况，但许多仅有PIR的系统在有人的时候会错误地检测到空置状况。使用音频监视器可通过监听声音（如点击鼠标或敲键盘）来帮助验证房间是否有人。


Inventek iMatrix物联网云平台照明系统组件

Inventek iMatrix WICED客户端
Inventek iMatrix WICED客户端运行在WICED模组上，是用于收集传感器数据并将其转发给iMatrix云系统的主要软件，用于实时以及时间序列数据存储。通过持续监控灯具控制器的各种传感器，当检测到错误或失效的情况时，可以使用触发器进行通知。采样率和触发电平是在产品初始定义期间在产品设计中定义的。可以使用iMatrix云服务更新一个或所有灯具的采样率和触发电平。iMatrix WICED客户端为iMatrix云系统提供了安全的加密TLS/TCP连接。
Inventek iMatrix灯具软件
该灯具控制器是一个具有复杂软件要求的自主系统。它执行许多任务，同时监视环境变化以控制其操作。Inventek iMatrix云平台可在每个灯具控制器的整个生命周期内（从每个控制器的制造到安装使用）实施稳定的智能控制和监控管理，无缝实现所有功能。
例如，在制造过程中，灯具控制器的每个特定模型类型被编程到每个特定灯具的Inventek模块的配置系统中。灯具软件可根据灯具控制器的调光水平得知预期的合适用电量。如果在某个调光水平下，功耗低于预期，那么可能的问题是驱动器或LED板发生故障。可以提醒维护人员并迅速为设备提供服务。
iMatrix云和系统的移动元素
完整的系统包括iMatrix云应用程序（称为Apollo），以及对应的用于控制和配置的Apollo移动应用程序。
使用Apollo iMatrix云应用程序，用户可以开始创建其建筑物的平面图，并布置灯具和其他物品（开关和其他BLE传感器）。图4的平面图上显示了灯具的典型安装位置。

                               
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图4：Inventik iMatrix Apollo Lighting API展示了在配置之前的灯具控制器位置
Inventek iMatrix Apollo Mobile Application Pro（iAMAPRO）用于配置现场的灯具。使用基于“地点 -> 建筑物 -> 楼层 -> 房间 -> 组”的分层结构对灯具进行分组。在配置周期中，灯具被分配到相关的组。然后将可以通过iAMAPRO移动应用程序单独或按组来控制灯具的操作和设置，如图5所示。

                               
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图5：控制三组不同的控制器灯具组的iMatreix iAMAPRO移动应用程序示例


小结

Inventek System提供的丰富的引脚兼容、完全认证的Wi-Fi和Wi-Fi + BT/BLE嵌入式串行Wi-Fi（eS-Wi-Fi）模组、eS-Wi-Fi连接固件、Inventek无线互操作网络（IWIN ）、Inventek iMatrix云平台与赛普拉斯业界领先的Wi-Fi和蓝牙技术、WICED软件开发套件以及混合信号可配置PSoC MCU相结合，实现了迄今为止最高集成度和完整度的照明解决方案。通过使用WICED开发环境或简化的基于IWIN AT的软件，Inventek提供了高度可靠、智能且可扩展的照明架构，可加快产品上市，同时实现最大限度的节能和高效率。Inventek Systems可支持本文讨论的设计以及许多其他物联网应用。

木子健518