智能控制點亮藍牙照明的未來

作者：Nordic Semiconductor公司Lorenzo Amicucci

智能照明是智能商業(yè)建筑和互聯(lián)家居的關(guān)鍵組成部分，根據(jù)美國能源部（DoE）數(shù)據(jù)，LED燈具的能耗相比傳統(tǒng)白熾燈至少降低75%，使用壽命則延長多達25倍，通過結(jié)合使用Nordic的nRF52、nRF53和即將推出的nRF54系列等低功耗藍牙SoC產(chǎn)品，智能照明將會引領(lǐng)照明行業(yè)進入現(xiàn)代化的時代。

智能照明不僅可以最大限度地減少能源使用，例如，當環(huán)境變亮時調(diào)暗燈具或者當無人在場時關(guān)閉燈具，而且，智能照明裝置還可以構(gòu)成用于其他傳感器（例如接近監(jiān)測器和空氣質(zhì)量傳感器）的平臺。

藍牙技術(shù)聯(lián)盟（SIG）迅速推廣低功耗藍牙作為智能照明的優(yōu)良連接選擇，強調(diào)只有世界上部署最廣泛的無線電標準才能提供這樣的規(guī)模經(jīng)濟效益。另一個優(yōu)點是低功耗藍牙幾乎與市場上每一款智能手機都具有互操作性，使得智能手機成為調(diào)試和控制智能照明的方便接口設(shè)備。

然而，某些棘手的工程技術(shù)難題可能會阻礙智能照明的采用。好消息是，作為領(lǐng)頭羊的藍牙Mesh和最近藍牙技術(shù)聯(lián)盟發(fā)布的藍牙網(wǎng)絡(luò)照明控制（NLC, Network Lighting Control）均提供了解決方案。

將Mesh網(wǎng)絡(luò)添加到藍牙應(yīng)用

開始時，低功耗藍牙作為經(jīng)典藍牙的低功耗擴展版本而推出。在早期，它是為消費類應(yīng)用而設(shè)計的，例如無線鍵盤和鼠標，或者將健身可穿戴設(shè)備等外圍設(shè)備連接到智能手機。這樣的應(yīng)用需要相對簡單的對等或星狀網(wǎng)絡(luò)拓撲。相比之下，像智能照明這樣的應(yīng)用的特點是密集安裝無線節(jié)點，最好使用Mesh網(wǎng)絡(luò)。

在Mesh網(wǎng)絡(luò)中，每個節(jié)點都可以與其他節(jié)點進行通信，而不是僅限于與中央主節(jié)點進行通信，這就帶來了內(nèi)置冗余等優(yōu)點：如果一個節(jié)點出現(xiàn)故障，可以簡單地通過替代路徑重新路由傳送信息。

為了讓低功耗藍牙更適合智能照明，藍牙技術(shù)聯(lián)盟推出了藍牙Mesh。該技術(shù)于2017年面世，提供了創(chuàng)建大規(guī)模設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的功能和選項。如果沒有藍牙Mesh，各個燈具都是通過中央集線器進行控制的，從而限制了每個燈具的位置，因為燈具需要保持在集線器的控制范圍內(nèi)。但是使用藍牙Mesh，只要節(jié)點與節(jié)點之間足夠接近以進行通信，指令便可以在網(wǎng)絡(luò)中快速傳播，對于燈具的位置沒有限制，并且可以非常便利地在網(wǎng)絡(luò)中添加或移除燈具。

為智能照明帶來更大的互操作性

藍牙Mesh幫助解決了一些智能照明工程難題，但仍然有一些挑戰(zhàn)。藍牙Mesh功能具有可選性，這意味著供應(yīng)商必須為其產(chǎn)品細分選擇功能子集。如果在同一產(chǎn)品領(lǐng)域運營的供應(yīng)商選擇了一套與另一供應(yīng)商的產(chǎn)品不兼容的選項，就會出現(xiàn)挑戰(zhàn)。例如，當一個制造商為LED驅(qū)動器選擇的功能與另一個制造商為燈具開關(guān)選擇的功能不兼容時，消費者會感到沮喪。這些問題損害了智能照明的互操作性和消費者采用。

要確保完全的互操作性，需要在無線照明控制解決方案的無線電、通信和設(shè)備層面實現(xiàn)標準化。通過使用低功耗藍牙協(xié)議，可以在無線電層面確?；ゲ僮餍?；通過藍牙Mesh，可以在通信層面確保互操作性；但到目前為止，還沒有針對設(shè)備層面的解決方案。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，藍牙技術(shù)聯(lián)盟開發(fā)了稱為Bluetooth Mesh Device Profiles的規(guī)范，這些配置文件定義了藍牙Mesh規(guī)范的哪些選項和功能對于某種終端產(chǎn)品是強制性的，從而確保來自不同制造商的該類型設(shè)備之間保持互操作性。

第一套Mesh設(shè)備配置文件統(tǒng)稱為NLC配置文件。藍牙技術(shù)聯(lián)盟指出，這些配置文件建立在藍牙Mesh上，以形成藍牙NLC，這是“世界上第一個全棧、多供應(yīng)商互操作的無線照明控制無線標準”。

通過nRF Connect SDK充分利用藍牙NLC

Nordic是全球領(lǐng)先的低功耗藍牙科技企業(yè)，積極支持藍牙Mesh和現(xiàn)在的藍牙NLC。因此，我們立即在nRF Connect SDK中加入NLC配置文件，從而讓開發(fā)人員更輕松地開始使用這項技術(shù)。

軟件開發(fā)套件中的NLC配置文件用于實現(xiàn)可互操作的網(wǎng)絡(luò)控制照明設(shè)置，包括環(huán)境光和占用傳感器、燈光控制器、能源監(jiān)控、場景選擇器和調(diào)光器控制。每個配置文件指定一組模型和一組性能參數(shù)。nRF Connect SDK提供演示，顯示了如何將這些配置文件作為套件中包含的藍牙示例來實施。

無線智能照明的光明未來

照明控制解決方案從有線到無線的轉(zhuǎn)變，主要由三項優(yōu)勢驅(qū)動：更大的設(shè)計靈活性、更低的部署成本和未來的可擴展性。

無線系統(tǒng)允許開關(guān)、燈具和其他設(shè)備安放在最佳的放置，包括有線系統(tǒng)無法放置的地方。無線照明控制無需使用控制線纜，提供了更低的部署成本。減少勞動力和材料費用、最小化安裝期間的中斷，并減少維護成本，也帶來了大量的節(jié)省。最后，一旦完成部署，無線系統(tǒng)更容易進行擴展，并可以方便地添加高級控件。

這些優(yōu)勢意味著無線照明將會蓬勃發(fā)展。例如，美國能源部預(yù)測，到2035年28%的商業(yè)照明部署將實現(xiàn)無線連接。隨著藍牙NLC給無線控制系統(tǒng)的設(shè)備層面帶來互操作性，藍牙智能照明將會大放異彩。藍牙技術(shù)聯(lián)盟表示，從現(xiàn)在到2027年，藍牙NLC設(shè)備出貨量將以115%的復(fù)合年增長率增長。智能照明的未來無限光明。