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物聯網浪潮下，到底選用哪種通信方式將硬件與云連接起來？這是所有智能硬件創業者乃至消費者都感到頭痛的問題。做為當下最時髦最科技的燈廠，斗膽來介紹一下當下三種模式ZigBee， Wi-Fi， BLE三者之間的區別。
我想也沒有誰比我們yeelight更適合來介紹了，因為現在市面上有三款智能照明產品，恰好就分別對應三種模式，順便也解釋下我們yeelight blue跟hue的區別。
1. hue. ZigBee
首先解釋下ZigBee這個名字的由來。蜜蜂在發現花叢后會通過一種特殊的肢體語言來告知同伴新發現的食物源位置等信息，這種肢體語言就是ZigZag行舞蹈，是蜜蜂之間一種簡單傳達信息的方式。借此意義ZigBee作為新一代無線通訊技術的命名。
Philips hue使用的ZLL（ZigBee Light Link）是在ZigBee協議上開發的一個擴展集，這個協議由飛利浦主導，希望能夠更簡單的實現燈的智能連接，第一款產品hue可以說從照明史上開辟了一個新的時代。
ZigBee是低速的，低功耗無線控制協議，特色是可以自動組成網絡，網絡的每個節點可以借力傳輸數據，網絡中需要一個集中節點來管理整個網絡，也就意 味著ZigBee網絡中必須有一個類似路由器的角色，完成ZigBee協議到互聯網協議的轉換，這個額外的家伙就是hue的Starter包里面的那個 Bridge的東西，它本身沒有額外的用處，但是可以將其他的燈整合為一個網絡，并連接到互聯網上。
壞處就是增加了成本，增加了安裝的復雜度，而且不能被我們的手機直接連接，必須要轉接，好處則是通過Bridge可以讓ZigBee燈連接到互聯網上，從而具備了更多的遠程訪問能力（也意味著風險），hue就是基于這種技術的產品，每個子網大約支持50個節點。
ZigBee產品通常功耗較低，成本也相對于Wi-Fi產品低一些，與低功耗藍牙產品相仿。hue第一代使用了TI 的253X作為燈的方案，屬于性價比較為適中的成熟ZigBee方案，從光學方面，飛利浦無愧于多年的照明行業積累底蘊，不但從多色溫方面無可挑剔，在色 彩方面也可以實現絕大部分的色域范圍，可惜在二代以后大幅縮減降低成本，減少了近40%的燈珠可謂誠意下降不少啊。
再一個就是hue昂貴到連老美都抱怨的價格，入門套裝1699元，包括三個燈泡+一個網關，恩，真是土豪吶。
ZigBee產品通常功耗較低，成本也相對于Wi-Fi產品低一些，與低功耗藍牙產品相仿。hue第一代使用了TI的253X作為燈的方案，屬于性價比 較為適中的成熟ZigBee方案，從光學方面，飛利浦無愧于多年的照明行業積累底蘊，不但從多色溫方面無可挑剔，在色彩方面也可以實現絕大部分的色域范 圍，可惜在二代以后大幅縮減降低成本，減少了近40%的燈珠可謂誠意下降不少啊。
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2. Lifx.Wi-Fi
Wi-Fi的話，相信我們大家都很熟悉了，是我們大家手機上內置的網絡協議，使用了Wi-Fi協議的Lifx智能照明產品也是能夠直接連入到互聯網的智能照明產品，當然，也能夠直接從手機中訪問到。
Wi-Fi優點是速度相對較快，能夠無需網橋直接接入互聯網，而且可以無縫與手機進行通信，主要的缺點在于，相對起來Wi-Fi芯片的封裝尺寸稍大，而 且功耗較高，Lifx待機功率可能高達1W，而BLE和ZigBee典型待機功耗在0.1w內，而從實際的測試表現看，Lifx在色彩的漸變能力和散熱控 制上確實還欠火候，在球泡燈的體積內提供17W的最大功率設計，確實有較大的風險（畫外音：這燈能活的久么！）。理論上，WiFi接入方式的接入上線主要 限制于WiFi路由器的節點數量（典型值為數十個節點）。
另外一個，就是目前大家普遍關心的安全問題，想一想智能家居里面的產品要是靠Wi-Fi連接的，萬一哪天被黑了，還真是有點可怕呢。
3. yeelight blue .BLE
BLE（低功耗藍牙技術）是最新的專注于低功耗（紐扣電池可持續待機半年以上）、快速連接（僅需1-3ms）、長距離通信（長達50m以上）的新一代短 距離無線通信規范，特別注重和優化了小數據包的數據交換，可以說是為物聯網不同廠商IOT（互操作測試）時代量身定制的通信手段，缺點是不能被老式智能手 機支持（僅支持iPhone4S以后的蘋果手機和Android4.3以后的Android手機，小伙伴們好換手機啦，現在手機這么便宜，你說是不）
但是隨著時間推移，大部分現代智能手機都已經可支持，目前正在迅速成為新一代智能硬件的標準通信協議。在蘋果發布了iBeacons標準后，這種非連接 性的通信方式大大增加了BLE控制產品的可能性和想象空間， 在后面發布的藍牙4.1協議中，BLE產品具備了ZigBee才有的自組網特征，這些都在向傳統的ZigBee產品勢力范圍發起沖擊， yeelight Blue產品作為具有代表性的BLE智能照明產品，也在迅速吸收標準通信協議升級帶來的好處，將更強大的能力和低廉的成本帶到智能照明領域。
通信方式是LED智能控制系統中的重要組成部分，本方案采用的通信協議是RT4CE。RF4CE 是2009 年由ZigBee 聯盟與RF4CE 聯盟共同提出的面向家電領域的射頻遙控標準，其目標是最終取代目前廣泛使用的紅外遙控技術。RF4CE 是基于IEEE802.15.4 物理層與MAC 層構建的網絡層和應用層協議，具有非視距傳輸、雙向通信、超低功耗、互操作性好、采用免費ISM 頻段等優點，可作為家庭自動化和娛樂應用的重要無線通信平臺。
系統結構
LED 照明調控系統由遙控器和大功率LED 調光器組成，雙方通過內置RF4CE 協議的CC2530 模塊實現無線連接，圖1 所示是LED 調控系統的設備結構圖。用戶利用遙控器按鍵輸入控制指令，指令以符合RF4CE 協議的數據包形式發送到調光器，調光器根據指令要求，結合當前工作狀態，產生R、G、B 三組PWM 輸出，控制紅、綠、藍三種大功率LED 照明燈的功率，形成所需的光強或色溫效果。調光器中的EEPROM用于存儲特殊照明效果對應的PWM 序列（即配方表）。
圖1 LED調控系統結構圖
硬件電路
圖2 所示為遙控器主控電路的硬件原理圖。該遙控器以STC89C52 為主控制器，外設包括8 個操作按鍵和1 個狀態指示燈。STC89C52 與CC2530 模塊采用串行連接。為節省電能，STC89C52 和CC2530 平時均處于休眠狀態，8 個按鍵中的任何一個被按下時，除了使P2 口中對應口線表現為低電平，也通過對應二極管的導通產生外部中斷，將單片機從休眠中喚醒，并立即發送按鍵對應的鍵值。CC2530 則利用串口中斷喚醒，及時將主控單片機發出的鍵值無線發送給LED調光器。
圖2 遙控器主控電路
圖3 所示為CC2530 模塊的硬件原理圖。圖中的CC2530是TI 公司推出的無線SoC 芯片，片上集成有80C51 微處理器、IEEE 802.15.4 RF 收發器、大容量存儲器和豐富的接口部件，通過加載ZigBee 和RF4CE 協議棧，可方便地實現基于兩種協議的典型應用。CC2530 僅需少量外圍元件，其中，天線部分對無線通信性能的影響較大，故元件選擇和PCB 制版需嚴格遵守手冊中的注意事項。
圖3 射頻接口電路
圖4 所示為調光器主控電路的硬件原理圖。為產生獨立的3 路高頻PWM，采用了單時鐘周期的增強型51 內核單片機STC12C5410AD，同樣晶振條件下的工作速度比普通51 單片機快8~12倍。STC12C5410AD與CC2530 模塊也采用串行連接。
圖4 調光器主控電路
圖5 所示為LED 驅動電路的硬件結構。圖5 中，LT3756為新型大功率LED 驅動芯片，輸入電壓6~100 V，通過一個外部N 溝道MOSFET，可以使用標稱值為12 V 的輸入驅動20 個1 A 的白光LED，效率超過94%，頻率范圍為100 kHz~1MHz。
圖5 LED驅動電路
LT3756 采用True Color PWM調光技術，調光范圍可達3 000:1。
軟件流程
系統遙控器的主控程序流程如圖6 所示。無線遙控系統本質上只是將接收機本機輸入裝置以無線方式加以延伸，故其遙控器程序的主要任務是檢測按鍵和發送鍵值。采用休眠-中斷機制可實現單片機的低平均功耗。
圖6 遙控器主控程序流程圖
RF4CE 與紅外遙控相比，一個很重要的優點是雙向通信，遙控器發出鍵值后，可根據是否有正確的回應信息，控制狀態指示燈的亮滅和閃爍，從而提醒用戶進行正確的操作。
結語
本文了提出了一套LED智能照明系統的設計方案，本方案中所設計的智能照明系統將最新射頻遙控技術RF4CE 用于LED 照明控制，從而克服了現有DALI、C-Bus 等照明控制系統在開放性、可靠性、安全性、互操作性、設備及運行成本等方面存在的不足。經實測，本LED 照明調控系統可實現所要求的各項功能，遙控距離不小于30 m（ 開闊地）， 遙控器平均電流小于10μA，能以較高的性價比實現LED 照明系統的智能調控，同時提高電能利用效率。
目前歐美已經在使用無線技術控制智能照明燈具，如路燈、室內燈。在中國，目前LED還處于被接受使用的階段。村田相信，2014和2015會是重要的兩年，LED使用份額將會在全球增加，而且無線控制加傳感器將是主流的技術和市場需求趨勢。
中國政府在“十二五”國家計劃中（2011-2015）有兩個側重點，一是節約能源，二是環境保護。由于唯有LED照明燈具能夠同時滿足以上這二個側重 點，因此LED照明一定是中國照明市場的未來，而且種種跡象顯示，LED照明也是全球各國未來的主流需求趨勢。例如，日本也計劃至2015年，增加LED 照明市場份額至50%，韓國則將達到30%。
在亮度相同的條件下，LED燈的功率比白熾燈和緊湊型熒光燈小，使用壽命也比較長。此 外，LED燈還能在節能的基礎上幫助減少二氧化碳的排放，符合中國計劃減少二氧化碳排放量的總體規劃。而且，目前市場中，已經有許多芯片廠家和照明廠家都 能夠提供支持LED照明的相關商業產品。因此2014年，LED照明燈具將會擁有很大的市場占有量。
作為目前市場上主要的MLCC電 容 和電源模塊供應商，村田自然不會忽略這么一個新興的巨大市場。村田高級市場工程師廖光汶表示：“ 村田目前可為智能照明系統提供的產品包括網關、通訊模塊（ZigBee和Wi-Fi）、電源模塊等，我們希望能通過智能照明，帶給用戶更便捷和節能的生 活。”
圖題：村田高級市場工程師廖光汶
現在的LED照明燈具多數是使用有線方式進行控制。通過有線方式，可以實現調光、情景綁定、開關這一類功能。這也可以說是一種智能。但是，如果能夠使用 無線的方式進行控制，那對用戶來說將會非常的方便。村田廖光汶認為：“使用無線控制加傳感器，將是主流的技術和市場趨勢。”
今天，智能手機和平板電腦已經普及。如果能使用它們來控制照明，那應該會給用戶帶來更多便利之處。例如晚上要回家之前，可以先開燈，便于看清屋內情況。 通過無線聯網，也能遠程看到家里哪些燈沒關，還可以使用綁定方式來實現或設定定時控制。無線的另一個好處是不需擔心布線問題。安裝時也就方便多了。
至于傳感器，和照明系統一起使用必定是趨勢。例如加了紅外線傳感器時，當沒有人在房內時，燈就會保持關閉的狀態。一旦有人進入房內，燈就會自動打開。短 時間或許看不到好處，長時間就能看到節能和省錢的優勢了。現在也有技術是使用光照傳感器檢測房里有多少燈光，并反饋給網關進行調光。使用這樣的智能系統， 不止方便還很節能。
按照以上場景，村田使用傳感器和無線技術，對LED照明市場提供了一個簡單的解決方案，如下圖所示：
當然在市場上，ZigBee只是其中一種無線協議。根據每個用戶不同的需求，可使用不同的協議。ZigBee的好處是能自動組網且功耗低。但因為現在ZigBee未出現在一般手機和電腦中，所以需要網關。也有人考慮使用ISM頻率，但要看每個國家能使用的頻段。
現在國外如歐洲和美國，已經在使用無線技術控制智能照明燈具，如路燈、室內燈等。在中國，目前LED還是被接受使用的階段。相信2014和2015會是 重要的兩年，LED照明燈具使用份額將會在全球增加。因為各國政府規定要減少使用白熾燈。LED生態系統使用的一些電子元器件，也會隨著起量而跌價。
在這兩年，會有不同的系統集成商和燈具廠家提供和研發無線控制方式。因為，隨著科技發展，使用無線方式控制會給人們的生活帶來方便和智能。當然，無線技術也只會在這幾年被認為是新科技，未來（3-5年）智能照明將普及到更多應用場景。
比如要知道室外的溫度，把燈放在窗口附近，按照不同顏色轉變來識別外面溫度。當有人走近時，燈可以轉換顏色通知有人進入。也有可能LED照明將來會被考 慮用于醫療方面。OLED也是現在被看好的一個技術，但其使用范圍還不如LED的廣泛。每個市場必定有一定的規律，等到LED在全球被廣泛使用時，智能科 技也會隨之而來。到時更多的LED應用就會慢慢實現了。廖光汶表示：“LED智能照明可以被認為是開通照明市場的藍海的出路。”
村田LED驅動電源模塊特性
村田的電源模塊解決方案已經廣泛應用在工業和通訊領域。廖光汶說：“我們認為智能LED照明未來將會成為趨勢，所以研發了一系列獨特的電源和通信模塊產品，特別推薦給智能LED照明市場。”
今天市場上有很多家供應商能夠提供LED照明電源模塊，不過，村田的特別之處是電源模塊上帶有UART、DALI和PWM接口。UART接口可以接上通 訊模塊，這樣工程師開發時可以省下關于串口的研發時間。DALI是一種有線方式控制照明，目前在國外，像美國使用很多。PWM接口用來控制燈的亮度，實現 調光和開關。村田ZigBee模塊就是通過UART接口連接電源模塊，實現無線控制的。
最主要的是，廖光汶指出：“村田電源模塊在待機模式（接上UART）時，耗電只有0.2W，這在市場是很有優勢的，同時也實現了節能。”目前村田電源模塊的輸出電壓在30V-50V之間。節能和減少工程師研發時間是村田電源模塊的關鍵市場競爭優勢。
村田電源模塊也得到PSE UL日本的安全認證。如果需要得到中國或其他安全認證，村田也是可以提供支持的。加上村田電源模塊本身性能好，也具有高可靠性，這也符合了LED燈具長使用壽命的需求。
廖光汶透露：“目前這系列電源模塊顧客多數在日本，國內也有些客戶在評估，也有進入他們系統設計里的成功案例。”
村田在通訊模塊市場已有許多成功的案例。就拿智能手機市場來說，當你看到一些大品牌公司的拆機報告時，會發現很多都使用了村田通訊模塊（藍牙，Wi- Fi這一類）。村田主要技術優勢是其集成化能力，也即村田有能力做到很小，同時也保持穩定性能。所以針對物聯網智能LED照明市場，村田研發出了兩種模 塊，一個是嵌入式Wi-Fi模塊，另一個是ZigBee模塊。
村田嵌入式Wi-Fi模塊的主要特性如下：
- 支持IEE802.11b/g/n
- 采用博通Wi-Fi芯片BCM43362和ST MCU芯片STM32F
- 尺寸只有29.0 x 19.0 x 3.0 mm
- 板上內嵌天線或帶有連接外部天線的連接器
- 宿主接口： UART/GSPI
- 符合ROHS要求
- 全部SMD貼裝元件
- 典型電源電壓： 3.3V
- 輸出功率（基于11g）： +11dBm（典型值）
- 消耗電流
： 218mA at TX mode @+11dBm
： 110mA at RX mode
- 集成TCP/IP堆棧
- 支持AP模式/客戶端模式/AP&客戶端雙模
- 支持WEP、WPA、WPA2安全性
- 支持WPS連接性
通訊類移動終端產品（如手機，筆記本）具有強大的CPU和Flash進行數據處理和存儲，因此在使用Wi-Fi時不需要額外的MCU。但是用于家電、儀 表、 LED照明燈具等產品的Wi-Fi模塊，由于產品的MCU和Flash都無法支持Wi-Fi的功能，因此需要額外的MCU和Flash進行數據處理和存 儲。村田嵌入式Wi-Fi模塊里加了個MCU就是為了讓客戶能直接使用模塊，實現無線控制。
村田嵌入式Wi-Fi模塊還預留了UART 的接口，它可簡單地與終端產品的IC以UART方式連接，實現TCP/IP數據包的雙向透明傳輸，以字符命令就可以控制終端產品，監測終端產品的數據變 化。如家用電器的開關、調溫、預約、儀表的數據傳輸等等都可以通過手機或者Pad的無線傳輸去實現，并且無需改變終端產品原有的電路設計。
只需添加村田的嵌入式Wi-Fi模塊，就可以用掌中設備隨時隨地控制家中的電器。作為方案供應商，村田可提供強大的軟件支持。包括實現室內控制和室外遠 程控制時所涉及到的一系列軟件設計，以及鏈接層的整套軟件支持，包括室內控制中嵌入式Wi-Fi模塊的固件設計，底層鏈接軟件設計，控制系統軟件設 計，UI底層軟件設計等等|也包括室外遠程控制中的Web服務器底層軟件和云服務器底層軟件設計。
同樣作為全球領先的電子元器件供應商，村田以豐富的經驗和高端的設備幫客戶完成天線的匹配與射頻電路的設計。村田作為可信賴的品牌，幫客戶省去無線認證的步驟， 幫客戶省去連接性的驗證。
村田Zigbee通信模塊的關鍵特性如下：
- 支持IEEE802.15.4
- 采用TI Zigbee芯片CC2530和Zigbee RF前端芯片CC2591
- 尺寸只有： 19.8 x 15.1 x 2.2mm
- 板上內嵌天線
- 接口： UART （or SPI）
- 符合ROHS要求的SMD板對板連接器
- 典型電源電壓： 3.0 V
- 輸出功率： + 18dBm max
- 消耗電流
： 120mA at Tx mode @+18dBm
： 30mA at Rx mode
： 0.6 uA at sleep mode
- 無線認證： TELEC， FCC/IC/CE （如果需要的話）
村田ZigBee模塊可以支持ZigBee聯盟的ZigBee Light Link （ZLL）和ZigBee Home Automation （ZHA） 協議。村田的演示套件就是用了這兩種協議來控制燈、傳感器和網關。
ZigBee 模塊含有功放，可以增加發射距離，使用的射頻和功放芯片都是來自TI。TI提供的芯片，也有一些網站支持Open Source的開發。所以研發工程師可以通過這些網絡來進行開發對于我們模塊。當然根據顧客需求，村田也可以提供一套小系統解決方案。例如網關加 ZigBee模塊，或者網關加ZigBee模塊加傳感器組成網關節點的解決方案。
廖光汶表示：“在市場上，村田ZigBee模塊是最小 型，19.8x15.1x2.2mm （LxWxH），所以在PCB板占的面積也小。ZigBee本身技術是低功耗的，加上村田設計的射頻線路，使用功放發射時所消耗的功率也只有120mA， 接收30mA。村田ZigBee模塊因為低功耗所以可以實現節能。因為節點一般使用電池或可再生能源，所以當加上無線通訊時耗電指標是很重要的。也因為村 田在模塊市場累計了多年經驗，品質保證也不成問題。”
以上兩種通訊模塊中，目前還是ZigBee模塊較多應用于智能LED照明市場。 因 為有時要控制的燈較多，所以組網和耗電會是比較重要的幾點。廖光汶透露： “村田和幾家照明客戶多數討論合作的是ZigBee解決方案，硬件軟件都能提供按照項目情況而定。說到客戶，村田嵌入式Wi-Fi和ZigBee模塊，針 對的市場是以物聯網為主。使用和在討論的客戶包括了家電廠家，照明廠家和一些系統集成商（智能樓宇，家居）。太陽能逆變器上也有使用村田的通訊模塊。”
一、智能照明系統的節能設計探討
照明所產生的能耗，一部分來自于光源本身，另一部分來自于人們的使用習慣。通過更加智能化控制的驅動電源，可改善照明設備的工作模式，從而進一步實現節能。
智能照明通常是通過構建一個控制系統實現的。其中，每一個照明設備和其他輔助設備（如傳感器、攝像頭等）都會被賦予一個獨立的地址。通過這種方式，用戶 可以控制每一個設備的開關和亮度調節等特性。而且智能化系統還具備學習和優化的能力。通過統計分析照明設備的能耗狀況，使用者可以直觀地了解到使用習慣和 能耗之間的關系，從而優化使用方式，延長光源壽命，達到更加節能的效果。
改造成本是用戶非常關心的另一個核心問題。通常構建智能照明系 統可以通過兩種方式：有線控制和無線控制。從成本和改造的難易程度來講，無線控制毫無疑問具備無可比擬的優勢。無論是新樓宇還是舊的住宅，無線控制都可以 在最短的時間，以最低的成本實現智能控制系統的構建。另外，越來越多便攜式智能設備的出現，也使得無線控制模式更容易被用戶所接受。
圖1：智能照明控制系統
圖1是一個智能照明控制系統的示意圖。系統中的每一個光源都擁有獨立的IP地址，而且可以被擁有其他IP地址的設備（如智能手機、平板、電腦）無線控 制。用戶還可以設置一些常見的情景模式，并將它存儲在互聯網的云端服務器上。網關作為一個協議轉換設備，將從智能終端或者服務器上傳來的基于TCP/IP 協議的控制指令轉換為照明系統內部使用的ZigBee或者JanNet-IP協議，實現對燈光的控制。對于節點數量有限的小型系統，開關或者遙控器可能更 加簡單和直接。此外，通過引入傳感器，還可以實現更加豐富的控制模式。
以家庭應用為例，個人用戶可對照明設備進行遠程遙控，出門在外也 可通過手機關閉家中所有的燈；可以按照區域和功能對設備進行自由分組，實現更精準的控制；可通過定制化的應用程序，設定不同的場景模式（比如在看電影時調 暗背景燈光），從而進一步優化光源的使用效率。在控制系統中，照明設備和控制終端的通信是雙向的，可以實時監控照明設備的使用情況，并將數據存儲在云服務 器上。互聯網服務供應商通過對數據的匯總和分析，可以得到用戶的使用習慣，并從節能的角度出發，向客戶建議更優化的照明方式。
以工廠應 用為例，不同照明區域（如辦公區、食堂和生產區域），通常對照明控制有著明顯的時間特性。通過簡單的定時器程序和智能控制系統，無需人為參與，即可合理配 置燈光開啟時間、亮度，實現節能效果。如能加上光學傳感器或動作傳感器等的配合，則可實現更為復雜的智能控制。如在辦公區安裝照度傳感器，就可根據自然光 照強度自動調節燈光亮度。與動作傳感器搭配，通過感知是否有人經過，可以自動調節走廊上燈光的開關，達到進一步節能的目的。
二、NXP JN514X智能照明系統解決方案
作為照明領域的主要芯片供應商之一，NXP早在幾年前就已經注意到照明系統的智能化發展趨勢。通過整合包括光源驅動、低功耗電源、無線射頻和MCU相關 產品線的技術優勢，NXP提出以JN514X為核心的第一代智能照明系統解決方案，如圖2所示。得益于半導體集成工藝上的優勢，具備智能控制功能的驅動電 源與傳統驅動電源相比，尺寸沒有顯著增加，完全可以滿足諸如LED球泡燈或節能燈狹小的驅動電源空間的要求。
圖2：恩智浦智能照明系統
智能控制賦予照明完全不同的概念， 使光源成為物聯網（The Internet of Things）的重要組成部分。用戶可以通過物聯網，對其內部擁有獨立地址的設備（包括光源、家電等）進行控制，實現綠色、安全、便捷、舒適的生活，這也 是恩智浦半導體相關產品線最近幾年產品研發的主要方向。
工商網監
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