远程连线是降低LED维护成本关键 - 探索利用MCU增加LED照明系统的智能程度的方法

　　降低LED照明维护成本　远端连线不可或缺

　　远端连线是智能照明系统的关键功能。智能装置可自动管理某些运作，以提升效率及品质。然而，除非设备能与中央控制器进行通讯，否则须预先设定该智慧功能，且只能使该设备发挥最大效率。

　　将照明系统的各个元件连接成网路后，即可整体协调设备的运作，这能够带来全新的功能，包括远端调光、远端关闭及紧急控制。例如，操作人员可从中央位置调整所有照明设备的照明强度，而不须个别调整每盏灯。

　　为使照明系统达到最大效率，各个元件不仅须接收资讯，且亦须将资讯传回给操作人员。因此，照明装置可进行简单的自我诊断。例如，LED是否烧毁或低于最低品质限度，并提醒操作人员进行所有必要的维护。如此一来，不须透过派遣技术人员定期维护、确保设备正常运作，只要远端检查设备即可。只有在发生需要实际解决的问题时，才须派遣技术人员前往现场勘验。此维护方式加上LED使用寿命延长，使得维护成本可大幅降低，而且，由于可立即查明故障，因此操作安全也更加提升。

　　远端控制能启动其他会大幅影响运作效率及成本的进阶功能。远端控制可动态控制照明，并可将多个照明装置透过网络连接至可能与实际装置距离遥远的集中控制点。例如，路灯可能须配合日光节约时间有所调整。此时不须派遣技术人员到各个控制箱，只要远端修正系统所有照明的排定时间即可。这也让操作人员能轻鬆因应时间安排上，任何预期外的变化，例如，运动比赛到很晚才结束，而需要道路照明，或在工厂生产旺季时可持续点亮照明，抑或在紧急情况下，透过直接控制照明，远端控制也可用来提升安全。

　　准确记录照明耗电量　降低企业与工业电费成本

　　商用及工业用智能照明的其中一项功能是能准确记录耗电量。以都市为例，一般都以支付固定的费用来维持路灯运作。透过智能照明控制器，可测量实际消耗的电量，并传送到集中的位置，如此即可确保都市不会支付超过实际用度的电费，达到实质节省作业成本的效用。

　　实际用度资料纪录亦可供执行单位重新规画作业成本、维护资源。另外也可加入进阶预测诊断功能。例如，若耗电量增加或须更换的灯泡数目剧增，则可提醒操作人员发现潜藏问题。

　　连线对于许多照明系统同样相当重要，尤其是娱乐应用。市场上已出现许多通讯标準，包括DALI、DMX-512及KNX，且多家厂商已推出支援这些通讯协定的设备。

　　电力线通讯大展身手

　　照明应用的其中一项重要技术是电力线通讯（PLC）。PLC能让工程人员透过电源设备的线路将设备连接成网络，而不须要另外接线做为通讯连结。至于不须使用PLC全部功能的应用，开发人员可採用PLC-Lite。PLC-Lite是PLC的弹性替代版本，由于本身较为精简，通讯协定固定开支较小，资料速率较低，因此能够以低于G3或PRIME等复杂PLC的各连结成本予以执行。

　　由于这并不是固定标準，因此开发人员可运用PLC-Lite的弹性，针对特定通道特性执行加以优化，使须要特别处理线路干扰的环境连结可靠度得到改善。PLC-Lite十分适合需要稳定通讯通道的低成本应用，例如家用网络中的简单灯泡或是墙壁开关。

　　开发人员也可运用无线射频（RF）技术，以无线方式连接装置。透过模组化架构，装置可採用任何最适合客户的连线技术。无论是PLC或无线区域网路（Wi-Fi）连结，都可透过标準I2C或串列周边介面（SPI）连接埠将资料传送至MCU。

　　提供高弹性LED产品设计　Piccolo MCU支援多电源拓扑

　　Piccolo MCU架构是专为数位电源控制所设计，能够弹性支援多种电源拓扑。此一领先业界的PWM系列具备高解析度负载週期（Duty-cycle）控制及高解析度停滞带（Deadband），能以高效率有效控制功率级。同样地，进阶的PWM亦能够运用照明控制，产生极为精确的色彩输出及调光亮度。此外，Piccolo MCU可透过多达十六个PWM输出，个别控制十六个LED灯串。

　　12位元高解析度类比数位转换器（ADC）可补强PWM，并且达到快速取样，其转换速度高达每秒四百六十万次。PWM及ADC模组能让工程人员建立準确的回馈迴路（Feedback Loop），迅速因应变化的系统以及环境运作状况。

　　内建的故障防护机制可确保系统能够处理过流及过压状况。PWM故障跳脱区能够让系统避开中央处理器（CPU），在系统受损前，以非预期之系统状况中的预先设定状态快速改动PWM讯号。使用立即可用的韧体驱动程式与整合式I2C、SPI、通用异步收发器（UART）、通用序列匯流排（USB）及控制器区域网路（CAN）周边能够让Piccolo满足各种应用的连线需求。

　　为降低系统成本，开发人员须要MCU提供足够的处理能力，以实作功率级、LED控制、感测器输入以及单一MCU的远端连线。此高整合度能够大幅度地降低照明设计的成本。

　　Piccolo MCU供应商提供一个可支援包括入门级装置到使用PLC的复杂多灯串系统的32位元MCU。透过核心处理器可提供MCU装置的数位讯号处理器（DSP）效能，并处理功率级计算、LED灯串控制，以及DMX512等所有照明通讯协定。Piccolo提供优化的数学运算、即时控制的中断驱动架构，以及因应事件变化的可程式弹性，对照明应用而言是最理想的选择。

　　现今新款MCU亦整合控制律加速器（CLA）。该独立处理核心可进行双核心运算，不须要因第二个MCU耗费额外成本或固定开支。CLA可在DSP核心之外独立执行，达到有效的平行处理效果。透过划分核心及CLA核心之间的照明系统功能，Piccolo MCU可在单一晶片执行完整的智能LED控制器。例如，CLA可用来执行PLC演算法，而核心可进行数位电源转换及LED灯串控制。对于需要进阶或较高频宽PLC的应用而言，整合式Viterbi复杂运算法（Viterbi Complex Math Unit， VCU）可用于32位元MCU中，而这个装置专为PLC演算法所设计，可加快PLC处理速度，与未使用VCU的装置相比快七倍。

　　值得注意的是，一般而言，整合系统所有控制器的单晶片设计，所需的成本比需要多个MCU的设计成本低。不过，在某些照明系统中，高电压及低电压通常须要使用隔离边界（Isolation Boundary），在此边界的不同侧进行PFC及DC-DC转换（图4）。由于跨越此隔离边界相当不易，所以可能使单一MCU架构的设计难度提高。因此，利用两个MCU，使用I2C或SPI介面跨越隔离边界进行通讯，可能为较简单的方式。如果设计属于非隔离式，则在同一个MCU执行PFC及DC-DC转换功能的方式较为直接。

　　

　　图4 LED照明系统结构图

　　事实上，目前已有许多半导体公司推出各种开发软硬体，协助工程人员评估和设计LED照明应用，从低电压辅助电源系统到具备远端连线的高电压完整AC供电系统，一应俱全。例如AC LED照明及通讯开发人员套件即提供完整平台，有助于加速设计AC供电的智能照明产品（图5），达到高运作效率，并完整支援DALI、DMX512、KNX及PLC等远端连线及照明通讯协定。

　　

　　图5 以AC供电的智能照明产品