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物联网浪潮下，到底选用哪种通信方式将硬件与云连接起来？这是所有智能硬件创业者乃至消费者都感到头痛的问题。做为当下最时髦最科技的灯厂，斗胆来介绍一下当下三种模式ZigBee， Wi-Fi， BLE三者之间的区别。
我想也没有谁比我们yeelight更适合来介绍了，因为现在市面上有三款智能照明产品，恰好就分别对应三种模式，顺便也解释下我们yeelight blue跟hue的区别。
1. hue. ZigBee
首先解释下ZigBee这个名字的由来。蜜蜂在发现花丛后会通过一种特殊的肢体语言来告知同伴新发现的食物源位置等信息，这种肢体语言就是ZigZag行舞蹈，是蜜蜂之间一种简单传达信息的方式。借此意义ZigBee作为新一代无线通讯技术的命名。
Philips hue使用的ZLL（ZigBee Light Link）是在ZigBee协议上开发的一个扩展集，这个协议由飞利浦主导，希望能够更简单的实现灯的智能连接，第一款产品hue可以说从照明史上开辟了一个新的时代。
ZigBee是低速的，低功耗无线控制协议，特色是可以自动组成网络，网络的每个节点可以借力传输数据，网络中需要一个集中节点来管理整个网络，也就意 味着ZigBee网络中必须有一个类似路由器的角色，完成ZigBee协议到互联网协议的转换，这个额外的家伙就是hue的Starter包里面的那个 Bridge的东西，它本身没有额外的用处，但是可以将其他的灯整合为一个网络，并连接到互联网上。
坏处就是增加了成本，增加了安装的复杂度，而且不能被我们的手机直接连接，必须要转接，好处则是通过Bridge可以让ZigBee灯连接到互联网上，从而具备了更多的远程访问能力（也意味着风险），hue就是基于这种技术的产品，每个子网大约支持50个节点。
ZigBee产品通常功耗较低，成本也相对于Wi-Fi产品低一些，与低功耗蓝牙产品相仿。hue第一代使用了TI 的253X作为灯的方案，属于性价比较为适中的成熟ZigBee方案，从光学方面，飞利浦无愧于多年的照明行业积累底蕴，不但从多色温方面无可挑剔，在色 彩方面也可以实现绝大部分的色域范围，可惜在二代以后大幅缩减降低成本，减少了近40%的灯珠可谓诚意下降不少啊。
再一个就是hue昂贵到连老美都抱怨的价格，入门套装1699元，包括三个灯泡+一个网关，恩，真是土豪呐。
ZigBee产品通常功耗较低，成本也相对于Wi-Fi产品低一些，与低功耗蓝牙产品相仿。hue第一代使用了TI的253X作为灯的方案，属于性价比 较为适中的成熟ZigBee方案，从光学方面，飞利浦无愧于多年的照明行业积累底蕴，不但从多色温方面无可挑剔，在色彩方面也可以实现绝大部分的色域范 围，可惜在二代以后大幅缩减降低成本，减少了近40%的灯珠可谓诚意下降不少啊。
再一个就是hue昂贵到连老美都抱怨的价格，入门套装1699元，包括三个灯泡+一个网关，恩，真是土豪呐。
2. Lifx.Wi-Fi
Wi-Fi的话，相信我们大家都很熟悉了，是我们大家手机上内置的网络协议，使用了Wi-Fi协议的Lifx智能照明产品也是能够直接连入到互联网的智能照明产品，当然，也能够直接从手机中访问到。
Wi-Fi优点是速度相对较快，能够无需网桥直接接入互联网，而且可以无缝与手机进行通信，主要的缺点在于，相对起来Wi-Fi芯片的封装尺寸稍大，而 且功耗较高，Lifx待机功率可能高达1W，而BLE和ZigBee典型待机功耗在0.1w内，而从实际的测试表现看，Lifx在色彩的渐变能力和散热控 制上确实还欠火候，在球泡灯的体积内提供17W的最大功率设计，确实有较大的风险（画外音：这灯能活的久么！）。理论上，WiFi接入方式的接入上线主要 限制于WiFi路由器的节点数量（典型值为数十个节点）。
另外一个，就是目前大家普遍关心的安全问题，想一想智能家居里面的产品要是靠Wi-Fi连接的，万一哪天被黑了，还真是有点可怕呢。
3. yeelight blue .BLE
BLE（低功耗蓝牙技术）是最新的专注于低功耗（纽扣电池可持续待机半年以上）、快速连接（仅需1-3ms）、长距离通信（长达50m以上）的新一代短 距离无线通信规范，特别注重和优化了小数据包的数据交换，可以说是为物联网不同厂商IOT（互操作测试）时代量身定制的通信手段，缺点是不能被老式智能手 机支持（仅支持iPhone4S以后的苹果手机和Android4.3以后的Android手机，小伙伴们好换手机啦，现在手机这么便宜，你说是不）
但是随着时间推移，大部分现代智能手机都已经可支持，目前正在迅速成为新一代智能硬件的标准通信协议。在苹果发布了iBeacons标准后，这种非连接 性的通信方式大大增加了BLE控制产品的可能性和想象空间， 在后面发布的蓝牙4.1协议中，BLE产品具备了ZigBee才有的自组网特征，这些都在向传统的ZigBee产品势力范围发起冲击， yeelight Blue产品作为具有代表性的BLE智能照明产品，也在迅速吸收标准通信协议升级带来的好处，将更强大的能力和低廉的成本带到智能照明领域。
通信方式是LED智能控制系统中的重要组成部分，本方案采用的通信协议是RT4CE。RF4CE 是2009 年由ZigBee 联盟与RF4CE 联盟共同提出的面向家电领域的射频遥控标准，其目标是最终取代目前广泛使用的红外遥控技术。RF4CE 是基于IEEE802.15.4 物理层与MAC 层构建的网络层和应用层协议，具有非视距传输、双向通信、超低功耗、互操作性好、采用免费ISM 频段等优点，可作为家庭自动化和娱乐应用的重要无线通信平台。
系统结构
LED 照明调控系统由遥控器和大功率LED 调光器组成，双方通过内置RF4CE 协议的CC2530 模块实现无线连接，图1 所示是LED 调控系统的设备结构图。用户利用遥控器按键输入控制指令，指令以符合RF4CE 协议的数据包形式发送到调光器，调光器根据指令要求，结合当前工作状态，产生R、G、B 三组PWM 输出，控制红、绿、蓝三种大功率LED 照明灯的功率，形成所需的光强或色温效果。调光器中的EEPROM用于存储特殊照明效果对应的PWM 序列（即配方表）。
图1 LED调控系统结构图
硬件电路
图2 所示为遥控器主控电路的硬件原理图。该遥控器以STC89C52 为主控制器，外设包括8 个操作按键和1 个状态指示灯。STC89C52 与CC2530 模块采用串行连接。为节省电能，STC89C52 和CC2530 平时均处于休眠状态，8 个按键中的任何一个被按下时，除了使P2 口中对应口线表现为低电平，也通过对应二极管的导通产生外部中断，将单片机从休眠中唤醒，并立即发送按键对应的键值。CC2530 则利用串口中断唤醒，及时将主控单片机发出的键值无线发送给LED调光器。
图2 遥控器主控电路
图3 所示为CC2530 模块的硬件原理图。图中的CC2530是TI 公司推出的无线SoC 芯片，片上集成有80C51 微处理器、IEEE 802.15.4 RF 收发器、大容量存储器和丰富的接口部件，通过加载ZigBee 和RF4CE 协议栈，可方便地实现基于两种协议的典型应用。CC2530 仅需少量外围元件，其中，天线部分对无线通信性能的影响较大，故元件选择和PCB 制版需严格遵守手册中的注意事项。
图3 射频接口电路
图4 所示为调光器主控电路的硬件原理图。为产生独立的3 路高频PWM，采用了单时钟周期的增强型51 内核单片机STC12C5410AD，同样晶振条件下的工作速度比普通51 单片机快8~12倍。STC12C5410AD与CC2530 模块也采用串行连接。
图4 调光器主控电路
图5 所示为LED 驱动电路的硬件结构。图5 中，LT3756为新型大功率LED 驱动芯片，输入电压6~100 V，通过一个外部N 沟道MOSFET，可以使用标称值为12 V 的输入驱动20 个1 A 的白光LED，效率超过94%，频率范围为100 kHz~1MHz。
图5 LED驱动电路
LT3756 采用True Color PWM调光技术，调光范围可达3 000:1。
软件流程
系统遥控器的主控程序流程如图6 所示。无线遥控系统本质上只是将接收机本机输入装置以无线方式加以延伸，故其遥控器程序的主要任务是检测按键和发送键值。采用休眠-中断机制可实现单片机的低平均功耗。
图6 遥控器主控程序流程图
RF4CE 与红外遥控相比，一个很重要的优点是双向通信，遥控器发出键值后，可根据是否有正确的回应信息，控制状态指示灯的亮灭和闪烁，从而提醒用户进行正确的操作。
结语
本文了提出了一套LED智能照明系统的设计方案，本方案中所设计的智能照明系统将最新射频遥控技术RF4CE 用于LED 照明控制，从而克服了现有DALI、C-Bus 等照明控制系统在开放性、可靠性、安全性、互操作性、设备及运行成本等方面存在的不足。经实测，本LED 照明调控系统可实现所要求的各项功能，遥控距离不小于30 m（ 开阔地）， 遥控器平均电流小于10μA，能以较高的性价比实现LED 照明系统的智能调控，同时提高电能利用效率。
目前欧美已经在使用无线技术控制智能照明灯具，如路灯、室内灯。在中国，目前LED还处于被接受使用的阶段。村田相信，2014和2015会是重要的两年，LED使用份额将会在全球增加，而且无线控制加传感器将是主流的技术和市场需求趋势。
中国政府在“十二五”国家计划中（2011-2015）有两个侧重点，一是节约能源，二是环境保护。由于唯有LED照明灯具能够同时满足以上这二个侧重 点，因此LED照明一定是中国照明市场的未来，而且种种迹象显示，LED照明也是全球各国未来的主流需求趋势。例如，日本也计划至2015年，增加LED 照明市场份额至50%，韩国则将达到30%。
在亮度相同的条件下，LED灯的功率比白炽灯和紧凑型荧光灯小，使用寿命也比较长。此 外，LED灯还能在节能的基础上帮助减少二氧化碳的排放，符合中国计划减少二氧化碳排放量的总体规划。而且，目前市场中，已经有许多芯片厂家和照明厂家都 能够提供支持LED照明的相关商业产品。因此2014年，LED照明灯具将会拥有很大的市场占有量。
作为目前市场上主要的MLCC电 容 和电源模块供应商，村田自然不会忽略这么一个新兴的巨大市场。村田高级市场工程师廖光汶表示：“ 村田目前可为智能照明系统提供的产品包括网关、通讯模块（ZigBee和Wi-Fi）、电源模块等，我们希望能通过智能照明，带给用户更便捷和节能的生 活。”
图题：村田高级市场工程师廖光汶
现在的LED照明灯具多数是使用有线方式进行控制。通过有线方式，可以实现调光、情景绑定、开关这一类功能。这也可以说是一种智能。但是，如果能够使用 无线的方式进行控制，那对用户来说将会非常的方便。村田廖光汶认为：“使用无线控制加传感器，将是主流的技术和市场趋势。”
今天，智能手机和平板电脑已经普及。如果能使用它们来控制照明，那应该会给用户带来更多便利之处。例如晚上要回家之前，可以先开灯，便于看清屋内情况。 通过无线联网，也能远程看到家里哪些灯没关，还可以使用绑定方式来实现或设定定时控制。无线的另一个好处是不需担心布线问题。安装时也就方便多了。
至于传感器，和照明系统一起使用必定是趋势。例如加了红外线传感器时，当没有人在房内时，灯就会保持关闭的状态。一旦有人进入房内，灯就会自动打开。短 时间或许看不到好处，长时间就能看到节能和省钱的优势了。现在也有技术是使用光照传感器检测房里有多少灯光，并反馈给网关进行调光。使用这样的智能系统， 不止方便还很节能。
按照以上场景，村田使用传感器和无线技术，对LED照明市场提供了一个简单的解决方案，如下图所示：
当然在市场上，ZigBee只是其中一种无线协议。根据每个用户不同的需求，可使用不同的协议。ZigBee的好处是能自动组网且功耗低。但因为现在ZigBee未出现在一般手机和电脑中，所以需要网关。也有人考虑使用ISM频率，但要看每个国家能使用的频段。
现在国外如欧洲和美国，已经在使用无线技术控制智能照明灯具，如路灯、室内灯等。在中国，目前LED还是被接受使用的阶段。相信2014和2015会是 重要的两年，LED照明灯具使用份额将会在全球增加。因为各国政府规定要减少使用白炽灯。LED生态系统使用的一些电子元器件，也会随着起量而跌价。
在这两年，会有不同的系统集成商和灯具厂家提供和研发无线控制方式。因为，随着科技发展，使用无线方式控制会给人们的生活带来方便和智能。当然，无线技术也只会在这几年被认为是新科技，未来（3-5年）智能照明将普及到更多应用场景。
比如要知道室外的温度，把灯放在窗口附近，按照不同颜色转变来识别外面温度。当有人走近时，灯可以转换颜色通知有人进入。也有可能LED照明将来会被考 虑用于医疗方面。OLED也是现在被看好的一个技术，但其使用范围还不如LED的广泛。每个市场必定有一定的规律，等到LED在全球被广泛使用时，智能科 技也会随之而来。到时更多的LED应用就会慢慢实现了。廖光汶表示：“LED智能照明可以被认为是开通照明市场的蓝海的出路。”
村田LED驱动电源模块特性
村田的电源模块解决方案已经广泛应用在工业和通讯领域。廖光汶说：“我们认为智能LED照明未来将会成为趋势，所以研发了一系列独特的电源和通信模块产品，特别推荐给智能LED照明市场。”
今天市场上有很多家供应商能够提供LED照明电源模块，不过，村田的特别之处是电源模块上带有UART、DALI和PWM接口。UART接口可以接上通 讯模块，这样工程师开发时可以省下关于串口的研发时间。DALI是一种有线方式控制照明，目前在国外，像美国使用很多。PWM接口用来控制灯的亮度，实现 调光和开关。村田ZigBee模块就是通过UART接口连接电源模块，实现无线控制的。
最主要的是，廖光汶指出：“村田电源模块在待机模式（接上UART）时，耗电只有0.2W，这在市场是很有优势的，同时也实现了节能。”目前村田电源模块的输出电压在30V-50V之间。节能和减少工程师研发时间是村田电源模块的关键市场竞争优势。
村田电源模块也得到PSE UL日本的安全认证。如果需要得到中国或其他安全认证，村田也是可以提供支持的。加上村田电源模块本身性能好，也具有高可靠性，这也符合了LED灯具长使用寿命的需求。
廖光汶透露：“目前这系列电源模块顾客多数在日本，国内也有些客户在评估，也有进入他们系统设计里的成功案例。”
村田在通讯模块市场已有许多成功的案例。就拿智能手机市场来说，当你看到一些大品牌公司的拆机报告时，会发现很多都使用了村田通讯模块（蓝牙，Wi- Fi这一类）。村田主要技术优势是其集成化能力，也即村田有能力做到很小，同时也保持稳定性能。所以针对物联网智能LED照明市场，村田研发出了两种模 块，一个是嵌入式Wi-Fi模块，另一个是ZigBee模块。
村田嵌入式Wi-Fi模块的主要特性如下：
- 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
- 板上内嵌天线或带有连接外部天线的连接器
- 宿主接口： UART/GSPI
- 符合ROHS要求
- 全部SMD贴装元件
- 典型电源电压： 3.3V
- 输出功率（基于11g）： +11dBm（典型值）
- 消耗电流
： 218mA at TX mode @+11dBm
： 110mA at RX mode
- 集成TCP/IP堆栈
- 支持AP模式/客户端模式/AP&客户端双模
- 支持WEP、WPA、WPA2安全性
- 支持WPS连接性
通讯类移动终端产品（如手机，笔记本）具有强大的CPU和Flash进行数据处理和存储，因此在使用Wi-Fi时不需要额外的MCU。但是用于家电、仪 表、 LED照明灯具等产品的Wi-Fi模块，由于产品的MCU和Flash都无法支持Wi-Fi的功能，因此需要额外的MCU和Flash进行数据处理和存 储。村田嵌入式Wi-Fi模块里加了个MCU就是为了让客户能直接使用模块，实现无线控制。
村田嵌入式Wi-Fi模块还预留了UART 的接口，它可简单地与终端产品的IC以UART方式连接，实现TCP/IP数据包的双向透明传输，以字符命令就可以控制终端产品，监测终端产品的数据变 化。如家用电器的开关、调温、预约、仪表的数据传输等等都可以通过手机或者Pad的无线传输去实现，并且无需改变终端产品原有的电路设计。
只需添加村田的嵌入式Wi-Fi模块，就可以用掌中设备随时随地控制家中的电器。作为方案供应商，村田可提供强大的软件支持。包括实现室内控制和室外远 程控制时所涉及到的一系列软件设计，以及链接层的整套软件支持，包括室内控制中嵌入式Wi-Fi模块的固件设计，底层链接软件设计，控制系统软件设 计，UI底层软件设计等等|也包括室外远程控制中的Web服务器底层软件和云服务器底层软件设计。
同样作为全球领先的电子元器件供应商，村田以丰富的经验和高端的设备帮客户完成天线的匹配与射频电路的设计。村田作为可信赖的品牌，帮客户省去无线认证的步骤， 帮客户省去连接性的验证。
村田Zigbee通信模块的关键特性如下：
- 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
- 板上内嵌天线
- 接口： UART （or SPI）
- 符合ROHS要求的SMD板对板连接器
- 典型电源电压： 3.0 V
- 输出功率： + 18dBm max
- 消耗电流
： 120mA at Tx mode @+18dBm
： 30mA at Rx mode
： 0.6 uA at sleep mode
- 无线认证： TELEC， FCC/IC/CE （如果需要的话）
村田ZigBee模块可以支持ZigBee联盟的ZigBee Light Link （ZLL）和ZigBee Home Automation （ZHA） 协议。村田的演示套件就是用了这两种协议来控制灯、传感器和网关。
ZigBee 模块含有功放，可以增加发射距离，使用的射频和功放芯片都是来自TI。TI提供的芯片，也有一些网站支持Open Source的开发。所以研发工程师可以通过这些网络来进行开发对于我们模块。当然根据顾客需求，村田也可以提供一套小系统解决方案。例如网关加 ZigBee模块，或者网关加ZigBee模块加传感器组成网关节点的解决方案。
廖光汶表示：“在市场上，村田ZigBee模块是最小 型，19.8x15.1x2.2mm （LxWxH），所以在PCB板占的面积也小。ZigBee本身技术是低功耗的，加上村田设计的射频线路，使用功放发射时所消耗的功率也只有120mA， 接收30mA。村田ZigBee模块因为低功耗所以可以实现节能。因为节点一般使用电池或可再生能源，所以当加上无线通讯时耗电指标是很重要的。也因为村 田在模块市场累计了多年经验，品质保证也不成问题。”
以上两种通讯模块中，目前还是ZigBee模块较多应用于智能LED照明市场。 因 为有时要控制的灯较多，所以组网和耗电会是比较重要的几点。廖光汶透露： “村田和几家照明客户多数讨论合作的是ZigBee解决方案，硬件软件都能提供按照项目情况而定。说到客户，村田嵌入式Wi-Fi和ZigBee模块，针 对的市场是以物联网为主。使用和在讨论的客户包括了家电厂家，照明厂家和一些系统集成商（智能楼宇，家居）。太阳能逆变器上也有使用村田的通讯模块。”
一、智能照明系统的节能设计探讨
照明所产生的能耗，一部分来自于光源本身，另一部分来自于人们的使用习惯。通过更加智能化控制的驱动电源，可改善照明设备的工作模式，从而进一步实现节能。
智能照明通常是通过构建一个控制系统实现的。其中，每一个照明设备和其他辅助设备（如传感器、摄像头等）都会被赋予一个独立的地址。通过这种方式，用户 可以控制每一个设备的开关和亮度调节等特性。而且智能化系统还具备学习和优化的能力。通过统计分析照明设备的能耗状况，使用者可以直观地了解到使用习惯和 能耗之间的关系，从而优化使用方式，延长光源寿命，达到更加节能的效果。
改造成本是用户非常关心的另一个核心问题。通常构建智能照明系 统可以通过两种方式：有线控制和无线控制。从成本和改造的难易程度来讲，无线控制毫无疑问具备无可比拟的优势。无论是新楼宇还是旧的住宅，无线控制都可以 在最短的时间，以最低的成本实现智能控制系统的构建。另外，越来越多便携式智能设备的出现，也使得无线控制模式更容易被用户所接受。
图1：智能照明控制系统
图1是一个智能照明控制系统的示意图。系统中的每一个光源都拥有独立的IP地址，而且可以被拥有其他IP地址的设备（如智能手机、平板、电脑）无线控 制。用户还可以设置一些常见的情景模式，并将它存储在互联网的云端服务器上。网关作为一个协议转换设备，将从智能终端或者服务器上传来的基于TCP/IP 协议的控制指令转换为照明系统内部使用的ZigBee或者JanNet-IP协议，实现对灯光的控制。对于节点数量有限的小型系统，开关或者遥控器可能更 加简单和直接。此外，通过引入传感器，还可以实现更加丰富的控制模式。
以家庭应用为例，个人用户可对照明设备进行远程遥控，出门在外也 可通过手机关闭家中所有的灯；可以按照区域和功能对设备进行自由分组，实现更精准的控制；可通过定制化的应用程序，设定不同的场景模式（比如在看电影时调 暗背景灯光），从而进一步优化光源的使用效率。在控制系统中，照明设备和控制终端的通信是双向的，可以实时监控照明设备的使用情况，并将数据存储在云服务 器上。互联网服务供应商通过对数据的汇总和分析，可以得到用户的使用习惯，并从节能的角度出发，向客户建议更优化的照明方式。
以工厂应 用为例，不同照明区域（如办公区、食堂和生产区域），通常对照明控制有着明显的时间特性。通过简单的定时器程序和智能控制系统，无需人为参与，即可合理配 置灯光开启时间、亮度，实现节能效果。如能加上光学传感器或动作传感器等的配合，则可实现更为复杂的智能控制。如在办公区安装照度传感器，就可根据自然光 照强度自动调节灯光亮度。与动作传感器搭配，通过感知是否有人经过，可以自动调节走廊上灯光的开关，达到进一步节能的目的。
二、NXP JN514X智能照明系统解决方案
作为照明领域的主要芯片供应商之一，NXP早在几年前就已经注意到照明系统的智能化发展趋势。通过整合包括光源驱动、低功耗电源、无线射频和MCU相关 产品线的技术优势，NXP提出以JN514X为核心的第一代智能照明系统解决方案，如图2所示。得益于半导体集成工艺上的优势，具备智能控制功能的驱动电 源与传统驱动电源相比，尺寸没有显著增加，完全可以满足诸如LED球泡灯或节能灯狭小的驱动电源空间的要求。
图2：恩智浦智能照明系统
智能控制赋予照明完全不同的概念， 使光源成为物联网（The Internet of Things）的重要组成部分。用户可以通过物联网，对其内部拥有独立地址的设备（包括光源、家电等）进行控制，实现绿色、安全、便捷、舒适的生活，这也 是恩智浦半导体相关产品线最近几年产品研发的主要方向。
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