Wdrażanie bezprzewodowego sterowania oświetleniem LED w systemach inteligentnych

Inteligentne oświetlenie ulic

W celu ewaluacji opcji oświetlenia LED dużej mocy projektanci inteligentnych systemów oświetlenia ulicznego mogą skorzystać z płytki STEVAL-LLL006V1 firmy STMicroelectronics (ilustracja 4). Zintegrowany kontroler oświetlenia LED HVLED001A zawiera różne tryby pracy, mechanizmy pomiarowe i zabezpieczające oraz tworzy inteligentną i wydajną przetwornicę mocy z użyciem tranzystorów MOSFET STP21N90K5. Omawiana płytka sterownika LED wykorzystuje układ scalony przetwornicy wysokiego napięcia offline VIPER012LSTR, która dostarcza prąd wyjściowy od 60 do 110V= o stałym natężeniu 0,7A. Na potrzeby inteligentnych aplikacji oświetlenia ulicznego, sterownik charakteryzuje się zakresem wejściowym od 90 do 300V~, współczynnikiem mocy (PF) powyżej 0,97 i współczynnikiem zawartości harmonicznych (THD) poniżej 15%. Wbudowany moduł nadajniko-odbiornika SPSGRFC w pasmie sub-1GHz może być wykorzystywany do odbierania poleceń włączania, wyłączania i regulacji jasności oraz wysyłania ich do zintegrowanego mikrokontrolera STM32L071KZ. Obsługuje on pięć poziomów regulacji jasności.

Ilustracja 4: Płytka rozwojowa oświetlenia LED STEVAL-LLL006V1 jest częścią platformy, która zawiera zarządzanie zasilaniem i łączność bezprzewodową. (Źródło ilustracji: STMicroelectronics)

Narzędzia rozwojowe

Aby przyspieszyć prace rozwojowe i podkreślić funkcjonalność płytki ewaluacyjnej STEVAL-LLL006V1, dostępny jest moduł koncentratora danych (DCU) i aplikacja mobilna na system Android. DCU to zintegrowane środowisko ewaluacyjne, zbudowane na platformie NUCLEO-F401RE, zawierające płytkę X-NUCLEO-IDB05A2 do komunikacji Bluetooth z urządzeniem mobilnym. Firma STMicroelectronics oferuje również swoją aplikację mobilną 6LoWPAN Smart Streetlight, która może być używana do tworzenia sieci kratowej inteligentnych sterowników oświetlenia ulicznego i oceny funkcjonalności sieci.

Oświetlenie przemysłowe LED

Prototypy połączonych przemysłowych rozwiązań oświetleniowych LED można tworzyć za pomocą połączonej platformy oświetleniowej LIGHTING-1-GEVK firmy onsemi. Wspomniana platforma rozwojowa zapewnia sterowanie bezprzewodowe, wybór użycia zasilacza prądu zmiennego/stałego lub opcjonalnego źródła zasilania przez Ethernet (PoE), moduł LED i moduł sterownika LED, a także moduł łączności BLE do powiązania wszystkich elementów. Dostępne opcje sterowania obejmują korzystanie z aplikacji mobilnej onsemi RSL10 Sense and Control lub klienta internetowego. Omawiana platforma rozwojowa zawiera system operacyjny czasu rzeczywistego FreeRTOS, pakiet CMSIS z konfigurowalnym oprogramowaniem układowym i kilka przypadków zastosowania, umożliwiając rozpoczęcie odkrywania możliwości użycia połączonych przemysłowych rozwiązań oświetleniowych LED.

Podstawowy zestaw LIGHTING-1-GEVK zawiera podwójny sterownik LED, płytkę LED z dwoma ciągami diod LED, zasilacz prądu zmiennego/stałego oraz moduł komunikacyjny BLE (ilustracja 5). Moduł zasilania przez Ethernet (PoE) jest dostępny osobno i może dostarczyć do 90W. Poniżej przestawiono niektóre kluczowe specyfikacje poszczególnych płytek w zestawie:

• Podwójny sterownik LED: zawiera dwa sterowniki LED FL7760, które zapewniają do 25W każdy, sprawność do 96%, 4000-stopniową regulację jasności do zaledwie 0,6%, dane telemetryczne obejmujące pomiary prądu i napięcia dla każdego sterownika LED oraz listwę dla wtykowego modułu mikrokontrolera MCU do obsługi łączności bezprzewodowej.
• Płytka LED: dwa niezależne kanały z 16 diodami LED w każdym kanale. Jeden kanał zawiera diody LED o strumieniu znamionowym 121lm, a drugi diody LED o strumieniu 95lm, co zapewnia całkowitą dostępną jasność 7000lm.
• Zasilacz prądu zmiennego/stałego: zawiera dwa kontrolery typu flyback FL7740 z korekcją współczynnika mocy (PFC) do regulacji strony pierwotnej. Działa w zakresie wejściowym od 90 do 270V~, wytwarza moc wyjściową 70W przy 55V, zasilając płytkę sterownika LED, przy współczynniku mocy (PF) powyżej 0,99 i sprawności powyżej 91%.
• Moduł BLE: połączona platforma oświetleniowa korzysta z trzech usług Bluetooth Low Energy (BLE): usługa sterowania oświetleniem wykorzystywana przez podłączone urządzenia do zdalnego odczytu i zmiany stanu diod LED, usługa telemetrii wykorzystywana przez podłączone urządzenia do monitorowania napięcia i prądu w sterownikach LED oraz usługa zasilania przez Ethernet (PoE), dostarczająca informacji o limitach mocy zasilania nałożonych na urządzenie przez iniektor PoE.

Płytki rozszerzeń

Do zestawu LIGHTING-1-GEVK dostępne są dwie karty rozszerzeń: przełącznik Bluetooth Low Energy (BLE) pozyskujący energię z otoczenia BLE-SWITCH001-GEVB oraz karta wieloczujnikowa MULTI-SENSE-GEVB (ilustracja 6). Jasnością LED można sterować za pomocą przełącznika Bluetooth Low Energy (BLE). Jasność wzrasta po naciśnięciu i przytrzymaniu przełącznika. Natężenie światła pozostaje stałe po zwolnieniu przełącznika lub po osiągnięciu maksymalnej jasności. Ponowne naciśnięcie przełącznika powoduje zmniejszenie jasności. Płytka wieloczujnikowa obsługuje prototypowanie systemów, które zawierają czujnik światła otoczenia, czujniki środowiskowe lub inercyjny czujnik ruchu.

Ilustracja 6: Do zestawu LIGHTING-1-GEVK dostępne są dwie płytki rozszerzeń: przełącznik Bluetooth Low Energy (BLE) i płytka wieloczujnikowa (górna zielona ramka). (Źródło ilustracji: onsemi)

Opcje projektowania i wdrażania

Oprawy do oświetlenia ulicznego LED i oprawy przemysłowe stwarzają nowe możliwości innego spojrzenia na projektowanie i wdrażanie sieci oświetleniowych. W przeciwieństwie do zastępowanych technologii, jasność diod LED można regulować, co stwarza możliwości projektowania inteligentnych miast i inteligentnych obiektów Przemysłu 4.0, które uwzględniają różne czynniki, takie jak ruch uliczny i wzorce użytkowania, pora dnia, a nawet zestaw czujników w celu optymalizacji poziomu oświetlenia w razie potrzeby.

W inteligentnym mieście naturalnym wyborem są bezprzewodowe sieci kratowe, ale w obiektach Przemysłu 4.0 sterowanie może być realizowane za pomocą łączności bezprzewodowej lub przez Ethernet. Sieć Ethernet ma tę zaletę, że zapewnia zarówno komunikację, jak i zasilanie. W obu przypadkach oprawy mogą posiadać zintegrowane czujniki temperatury, wilgotności, a nawet kamery, co zwiększa ich funkcjonalność. Dodatkowo można monitorować warunki pracy samych opraw, takie jak temperatury wewnętrzne, zwarcia lub przerwy w obwodach diod LED oraz inne czynniki, co pomaga zaplanować konserwację zapobiegawczą i obniżyć koszty operacyjne.

Podsumowanie

Projektowanie niezawodnego i wydajnego połączonego systemu oświetleniowego LED rozpoczyna się od zaprojektowania opraw. Diody LED muszą być dobrane tak, aby zapewnić optymalny poziom strumienia świetlnego, a zastosowanie boczników może znacznie poprawić niezawodność i wydajność oprawy. Zastosowanie przewodowego lub bezprzewodowego oświetlenia LED w inteligentnych miastach i obiektach Przemysłu 4.0 może zmniejszyć bieżące koszty konserwacji i operacyjne, a także ograniczyć zużycie energii. Dostępne są kompleksowe platformy rozwojowe, które pomagają przyspieszyć projektowanie i wdrażanie inteligentnych, połączonych rozwiązań oświetleniowych LED.

Autor: Jeff Shepard

Źródło: Wdrażanie bezprzewodowego sterowania oświetleniem LED w inteligentnych miastach i budynkach przemysłowych

Kontakt w Polsce: Arkadiusz Rataj

Sales Manager Central Eastern Europe & Turkey

Digi-Key Electronics Germany

0048 696 307 330

arkadiusz.rataj@digikey.com

poland.support@digikey.pl