В течение последних нескольких лет многие компании, в т.ч. Philips и Osram, создают управляемые решения, которые становятся определяющими в эволюции светодиодного освещения. Однако для того, чтобы светотехническая отрасль продолжала быстрое развитие в направлении интеллектуальных систем, необходимо соблюдение двух основных требований. Во-первых, эти системы должны совершенствоваться на основе стандартной и совместимой открытой платформы, которая обеспечивает высокую управляемость освещением. Во-вторых, производители не должны недооценивать стоимость перехода с традиционного на цифровое освещение и продолжать увеличивать эффективность найденных решений.

Почему так важны именно два этих обстоятельства? Как правило, для управления освещением применяются переключатели, датчики и настенные контроллеры, оптимизированные под традиционные виды освещения или низкоуровневое цифровое освещение на ранних этапах его развития. Однако велик спрос на удаленное управление состоянием устройств с помощью смартфонов в любое время и в любом месте.

Управления освещением с помощью смартфонов

Безусловно, спрос на управление с помощью смартфонов и других мобильных устройств со временем только увеличится. Эти технологии уже получили широкое распространение в нашей повседневной жизни, позволяя решать многие рабочие вопросы «на ходу» и активно участвовать в общественной жизни, например, с помощью социальных сетевых сервисов. Освещением тоже можно управлять с помощью мобильных устройств.

Существуют три основных уровня (C1, C2 и C3), которые определяют подключение смартфонов к системе освещения (см. рис. 1). В основном, все три уровня базируются на использовании технологии BLE (Bluetooth Low Energy) благодаря ее огромному потенциалу и той востребованности, которую она получила среди отраслевых участников.

Прежде чем рассмотреть эти три уровня, начнем с традиционного освещения (C0), управление которым осуществляется с помощью триаков или диммеров 0–10 В. Сигнал с этих устройств поступает в драйвер светодиодного модуля каждого светильника.

В системах освещения первого уровня (C1) специализированный контроллер, который устанавливается в имеющийся драйвер с BLE-датчиком или переключателем, позволяет смартфонам управлять освещением напрямую, не обращаясь к облачному серверу. В режиме C1 несколько пользователей смартфонов может обмениваться друг с другом управлением осветительными системами.

В режиме C2 у пользователей появляется возможность задействовать облачный сервис, который позволяет записывать такие данные о системе освещения как количество и тип применяемых модулей, время их включения, энергопотребление и т.д. Эту информацию легко монетизировать на правах клиента энергосбытовой компании.

Наконец, на третьем уровне добавляется мост Wi-Fi/BLE, который позволяет управлять освещением с использованием облака в BLE-сети. С помощью этого типа управления можно уточнить состояние освещения или в любое время и в любом месте сконфигурировать параметры либо задать наиболее желательную конфигурацию интеллектуальной системы.

Более предпочтительное использование каждого из трех уровней управления осветительными системами с помощью смартфонов определяется несколькими причинами. Первая из них состоит в развитии протоколов связи, а именно Bluetooth, который к настоящему времени эволюционировал до уже упомянутой нами интеллектуальной технологии BLE. Эта технология значительно отличается от ZigBee, которая не поддерживает непосредственное управление с помощью смартфонов, но составляет основу интернета вещей (IoT), особенно для конечных узлов. Однако BLE поддерживает ячеистые сети наряду с прямым управлением IoT-приложениями, что очень востребовано сетями с высокой плотностью конечных узлов, например в умных домах.

Стандартизация протоколов DALI, ZigBee и Bluetooth идет полным ходом в силу их важной роли как основных методологий связи для осветительных, датчиковых и беспроводных телефонных сетей. Таким образом, большинство дальнейших решений будет основано на стандартизованном оборудовании и микропрограммном обеспечении, что позволит всем компаниям индустрии цифрового освещения принять участие в разработке конкурентных комплексных решений. К настоящему времени большинство новых изделий для интеллектуального освещения базируется на протоколах DALI 2.0, ZigBee 3.0 и Bluetooth 5.0.

Второй причиной, по которой смартфоны получают возможность стать хабами по управлению освещением, является совершенствование сетей мобильной связи, которые из сетей 2G стали сетями 3G, 4G, LTE, а также благодаря эволюции сетей Wi-Fi. Эти усовершенствования позволяют смартфонам легко подключаться к облаку и управлять освещением в реальном времени из любого места (см. рис. 2). Если же рассматривать управление с помощью смартфона с точки зрения безопасного и гибкого использования информационных сервисов, то такой подход будет проработан в лучшей мере для предоставления индивидуальных услуг по запросу. Например, при запросе на медицинское обслуживание предполагается применять идентификацию с помощью пароля или биометрических данных, которая обеспечит безопасность осуществления платежей и упростит этот процесс.

Эволюция систем интеллектуального освещения

Чтобы понять, в каком направлении станет развиваться интеллектуальное освещение, необходима краткая историческая справка. Три упомянутых уровня управления освещением относятся ко второму поколению цифрового освещения, которое уже активно внедряется. Первое поколение осветительных систем появилось более 10 лет тому назад, когда самые крупные производители светотехники и управляющих систем создали несколько проприетарных решений, позволяющих повысить энергоэффективность путем централизованного управления на основе проводной или беспроводной связи. Главная цель создания решений первого поколения – реализовать управляемую («подключенную») сеть освещения. Однако эти цифровые решения не допускали масштабирования и были несовместимы с развивающимися сетевыми технологиями, например с усовершенствованными датчиковыми сетями, телефонными сетями следующего поколения, персональными сетями (PAN) и нательными компьютерными сетями (BAN).

Назначение решений для осветительных систем второго поколения состояло в стандартизации протоколов связи, упрощении ввода сетей в эксплуатацию и обеспечении связи с помощью смартфонов. Кроме того, в результате совместного использования датчиков и исполнительных механизмов в сетях SAN появилась возможность создать расширенную сеть. Технологии ZigBee и Bluetooth стали ключевыми методами, определившими облик цифровых осветительных систем следующего поколения.

Однако конечной целью совершенствования систем цифрового освещения является создание хаба для интернета вещей, который расширяет возможности сетей PAN и BAN, относящихся к системам интеллектуального освещения третьего поколения. Эта тенденция приведет к такому развитию сетевой инфраструктуры, с помощью которой можно будет реализовать индивидуальные сервисы, например уже упоминавшееся медицинское обслуживание. Осветительным системам третьего поколения потребуются IP-адреса для каждого узла и такие сквозные архитектуры системы безопасности, которые защитят персональные данные с помощью аппаратно-программных средств. Необходимость в биодинамических системах искусственного освещения определяется физическим и биологическим действием света на организм. Эти системы будут совершенствоваться наряду со светодиодной технологией регулирования коррелированной цветовой температуры и цвета.

Открытая платформа – ключ к успеху

Проприетарные светотехнические решения с управлением по беспроводной связи нельзя создавать, не учитывая цену таких решений. Другими словами, преимущества управляемой осветительной системы не перевешивают ее цену на текущий момент. Следовательно, чтобы сократить эту цену, необходим стандарт для простой открытой платформы, в соответствии с которым производители получат возможность создавать собственные интеллектуальные решения. С использованием этой платформы можно было бы проектировать новые системы светодиодного освещения и расширять функционал новых установленных систем, разрабатывать биодинамические системы искусственного освещения с более современным управлением излучаемым спектром, а также устройства для сетей PAN и BAN.

Производители должны представить отрасли несколько вариантов непрерывного перехода на интеллектуальное освещение на открытой платформе, чтобы ускорить его внедрение (см. рис. 3). Например, производители светодиодного оборудования могут предложить драйверы для регулирования яркости освещения, традиционные триаки или диммеры 0–10 В. Диммеры с BLE-функциями или интеллектуальные BLE-диммеры можно использовать вместо триаков или диммеров 0–10 В. Эти новые устройства намного увеличат гибкость использования дистанционного управления жилищным освещением с помощью смартфонов. Аналогично, ту же технологию можно применять в отношении переключателей и датчиков для преобразования большей части имеющихся (унаследованных) компонентов в интеллектуальные компоненты, сохранив при необходимости их исходные схемы. Унаследованный контроллер можно применять с обратно совместимым драйвером, регулирующим цветовую температуру. Более того, имеется возможность установить светодиодные модули, драйверы и контроллеры на одну печатную плату (или в один интеллектуальный модуль).

Поэтапный подход, обеспечивающий «бесшовное» управление, будет основан на BLE-решениях или комбинации технологий BLE и ZigBee (см. рис. 4). Использование нового интегрального решения BLE–ZigBee позволяет реализовать простой и экономичный метод управления.

В целом, преимущества выбора цифрового освещения производителями очень впечатляют. На рисунке 5 иллюстрируются наиболее значимые шаги на пути совершенствования цифрового освещения. Добавление функционала Bluetooth в архитектуру триак/диммер 0–10 В приведет к некоторому увеличению стоимости решений, но они будут менее дорогостоящими по сравнению с реализацией интеллектуальных функций в имеющихся (унаследованных) диммерах. Чтобы в большей мере сократить энергопотребление, переключатели и датчики оснащаются функцией BLE, и анализируются условия использования интеллектуальных управляющих блоков. При этом сохраняется совместимость по коду.

Первоначальные капиталовложения могут в еще большей мере повысить экономичность решений, если используются несколько смартфонов для управления бытовыми приборами, в т.ч. для дистанционного управления.

Помимо упомянутых устройств для управления освещением в интеллектуальных системах освещения, уже появляются новые многофункциональные решения, которые поддерживают новейшие стандарты DALI 2.0, BLE 5.0 (mesh) и ZigBee 3.0. Например, для приложений с управляемым белым цветом предлагается 2-канальный модуль регулировки яркости 0–10 В с функцией учета потребляемой мощности (см. рис. 6).

Выводы

Мы обсудили факторы, определяющие дальнейшее совершенствование интеллектуальных и биодинамических систем искусственного освещения, а также возможности их внедрения. Совместное использование технологии Bluetooth Smart (или Bluetooth Low Energy) с оптимизированной ячеистой сетью и эффективно интегрированными управляющими функциями с высокой вероятностью обеспечит переход с управляемых осветительных систем к биодинамическим приложениям с искусственным освещением, минуя интеллектуальное освещение. Чтобы это произошло, скорее всего, будут задействовано совместимое решение на основе стандартизованных протоколов DALI, ZigBee и BLE.

Осталось только вдохновить производителей светотехнического оборудования на принятие этого подхода в качестве основного. Имеются все основания полагать, что первые реализации цифрового светодиодного освещения на базе новейших протоколов DALI, ZigBee и Bluetooth состоятся уже в этом году.