照明品牌大廠快速推出智能 led 產(chǎn)品的秘密

智能的關(guān)注度日漸攀升，吸引acuity brands、cree、eaton、ge lighting、philips／signify、osram等頂尖照明品牌競(jìng)相推出智能產(chǎn)品。但是要以經(jīng)濟(jì)高效的方式在led燈泡中實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙、zigbee無(wú)線連接，引發(fā)了不少的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，例如需通過(guò)fcc和ce認(rèn)證、支持ota更新、考慮與其他iot產(chǎn)品的互操作性等。

那么，照明品牌大廠是如何能快速開(kāi)發(fā)智能照明產(chǎn)品并進(jìn)入市場(chǎng)呢？答案是：“即插即用的多協(xié)議無(wú)線模塊！”無(wú)線模塊提供一個(gè)全方位的軟硬件解決方案，整合led設(shè)計(jì)中連接部分所需的關(guān)鍵組件，對(duì)于可能缺乏射頻或協(xié)議專(zhuān)業(yè)知識(shí)的oem廠商而言，這項(xiàng)集成工作帶來(lái)極大的好處。

silicon labs（亦稱(chēng)“芯科科技”）的mgm210l和bgm210l模塊，是市場(chǎng)上首批針對(duì)照明應(yīng)用優(yōu)化的模塊產(chǎn)品。mgm210l模塊支持zigbee和thread，以及動(dòng)態(tài)多重協(xié)議（zigbee和藍(lán)牙）。bgm210l設(shè)計(jì)用于bluetooth low energy或bluetooth mesh。這兩個(gè)新型模塊可以簡(jiǎn)化和加速開(kāi)發(fā)功能豐富、顏色選擇和調(diào)節(jié)亮度的led燈。

智能照明的興起

自從140年前第一個(gè)商用白熾燈泡問(wèn)世以來(lái)，發(fā)光二極體（led）燈泡是照明領(lǐng)域最大的進(jìn)展。led燈泡的優(yōu)點(diǎn)眾多，並且有憑有據(jù)。相較於現(xiàn)今的白熾燈泡，至少可節(jié)省75％的能源，延長(zhǎng)使用壽命達(dá)50倍以上。目前的led燈泡比先前的產(chǎn)品已有明顯的改進(jìn)。它們產(chǎn)生的熱量極少，無(wú)紫外線或紅外線輻射，不含汞、耐衝擊，在極端環(huán)境下也能穩(wěn)定運(yùn)作。

智能連網(wǎng)照明為led燈泡增加無(wú)線連接和連網(wǎng)功能，不僅能簡(jiǎn)單的控制開(kāi)／關(guān)，還創(chuàng)造出更多的機(jī)會(huì)。一般民眾可以透過(guò)簡(jiǎn)單的智能型手機(jī)應(yīng)用程序或語(yǔ)音助理來(lái)調(diào)整亮度、色溫和定時(shí)，甚至在旅行時(shí)遠(yuǎn)程控制燈光。

其他前所未聞的應(yīng)用包括無(wú)線接近傳感器觸發(fā)的智能燈泡，晚上當(dāng)經(jīng)過(guò)房屋或建筑物時(shí)自動(dòng)照亮走廊和房間，或是臥室照明在早晨會(huì)將使用者逐漸喚醒，或醫(yī)院照明利用色彩放松情緒、促進(jìn)健康與康復(fù)。智慧連網(wǎng)照明帶來(lái)的便利性和好處是說(shuō)不盡的。

相較于傳統(tǒng)照明，智慧照明仍處于發(fā)展初期，但是在住宅、商業(yè)和工業(yè)市場(chǎng)中，智慧照明的采用率正穩(wěn)定增加，這在一定程度上受益于綠色能源激勵(lì)措施和法規(guī)的采用，例如california title 20。根據(jù)研究和市場(chǎng)預(yù)測(cè)，至2022年全球智慧照明市場(chǎng)將達(dá)到240億美元，2018年至2023年的復(fù)合年成長(zhǎng)率（cagr）將高達(dá)21％。

智能led設(shè)計(jì)需注意無(wú)線協(xié)議／網(wǎng)絡(luò)安全

以經(jīng)濟(jì)高效的方式在led燈泡中實(shí)現(xiàn)無(wú)線連接，將為照明oem廠商帶來(lái)一系列新的設(shè)計(jì)和實(shí)施的挑戰(zhàn)。例如，智能型led燈泡必須滿足嚴(yán)格的rf法規(guī)要求、嚴(yán)苛的效能標(biāo)準(zhǔn)、耐高溫以及嚴(yán)格的產(chǎn)品外型尺寸和空間限制。照明開(kāi)發(fā)人員還必須考慮裝置和網(wǎng)絡(luò)的安全性，確保智能型led燈泡與任何其他連網(wǎng)的iot產(chǎn)品一樣，能夠抵抗惡意的黑客攻擊。

另一個(gè)關(guān)鍵的設(shè)計(jì)考慮是無(wú)線協(xié)議的選擇。許多可連接的燈泡都在2．4ghz頻段運(yùn)行，并采用幾種普遍標(biāo)準(zhǔn)的短距離無(wú)線協(xié)議之一，例如zigbee、bluetooth low energy、bluetooth mesh或wi－fi。采用標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議有助于實(shí)現(xiàn)與一般消費(fèi)產(chǎn)品（例如語(yǔ)音助理、智能型手機(jī)和平板計(jì)算機(jī)）的互動(dòng)，毋須啟用自定義網(wǎng)關(guān)的其他網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)品。某些智能型led設(shè)計(jì)可能需要多重協(xié)議連接，例如支持bluetooth low energy進(jìn)行裝置設(shè)定和控制，以及透過(guò)網(wǎng)關(guān)控制大規(guī)模節(jié)點(diǎn)的zigbee照明mesh網(wǎng)絡(luò)的能力。

是否透過(guò)藍(lán)牙或zigbee標(biāo)準(zhǔn)之外的專(zhuān)有無(wú)線協(xié)議也是一種選項(xiàng)。雖然在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)專(zhuān)有無(wú)線協(xié)議可能很簡(jiǎn)單且具備成本效益，但這種選擇可能會(huì)帶來(lái)互操作性和可升級(jí)性的長(zhǎng)期挑戰(zhàn)。基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線解決方案推動(dòng)了大量生產(chǎn)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看可能是更經(jīng)濟(jì)高效的選擇。在眾多可用選項(xiàng)中，選擇適合的無(wú)線技術(shù)和供貨商，需要對(duì)rf設(shè)計(jì)以及效能權(quán)衡和風(fēng)險(xiǎn)有更深入的了解。智能型led設(shè)計(jì)也必須滿足傳統(tǒng)照明產(chǎn)品所不需要的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)效能需求，例如電磁（em）輻射和耗能。

實(shí)現(xiàn)智能照明應(yīng)用落地的挑戰(zhàn)

為了將新型智能型led產(chǎn)品推向市場(chǎng)，照明oem廠商還面臨一些有關(guān)工程和營(yíng)運(yùn)資源落地的挑戰(zhàn)：

發(fā)展專(zhuān)業(yè)知識(shí)并分配資源來(lái)施行并成功完成標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的認(rèn)證測(cè)試，例如fcc和ce認(rèn)證。

需考慮確保產(chǎn)品部署到現(xiàn)場(chǎng)后產(chǎn)品功能和安全性升級(jí)的設(shè)置，通常透過(guò)無(wú)線（ota）更新。

管理物料采購(gòu)和多種組件的庫(kù)存。

檢驗(yàn)在智能家庭或智能建筑中，與其他無(wú)線iot產(chǎn)品和生態(tài)系統(tǒng)的互相操作性。

優(yōu)化物料清單（bom）和開(kāi)發(fā)成本，提供具備成本競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，同時(shí)滿足嚴(yán)格的生產(chǎn)計(jì)劃并縮短上市時(shí)間。

雖然對(duì)于缺乏rf經(jīng)驗(yàn)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)的開(kāi)發(fā)人員而言，為led燈泡增加無(wú)線連接可能是一項(xiàng)困難的任務(wù)，但現(xiàn)在可以使用預(yù)先認(rèn)證的無(wú)線模塊解決方案，來(lái)簡(jiǎn)化智能型led產(chǎn)品設(shè)計(jì)的任務(wù)，可大幅減少照明oem廠商所面臨的眾多挑戰(zhàn)。

無(wú)線模塊提供一個(gè)全方位的即插即用解決方案，整合開(kāi)發(fā)人員完成led設(shè)計(jì)中連接部分所需的關(guān)鍵組件。模塊供貨商已經(jīng)完成了天線設(shè)計(jì)、阻抗匹配、被動(dòng)組件的調(diào)諧和整合，以及協(xié)議開(kāi)發(fā)等以rf為中心的艱巨任務(wù)。對(duì)于可能缺乏rf或協(xié)議專(zhuān)業(yè)知識(shí)的oem廠商而言，這項(xiàng)工程和整合工作帶來(lái)極大的好處。此外，無(wú)線模塊通常含有所有必要軟件，包括所選的協(xié)議堆棧。模塊供貨商也提供簡(jiǎn)易使用的開(kāi)發(fā)工具，來(lái)支持和簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和調(diào)試過(guò)程。

在led設(shè)計(jì)中使用無(wú)線模塊，照明oem廠商毋需擔(dān)心管理天線、晶體振蕩器和被動(dòng)組件等眾多rf組件的采購(gòu)和庫(kù)存。此外，同一模塊還可應(yīng)用于多個(gè)照明產(chǎn)品，更進(jìn)一步簡(jiǎn)化采購(gòu)和庫(kù)存管理。

模塊解決方案讓智能照明設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單

在評(píng)估led設(shè)計(jì)的模塊選項(xiàng)時(shí)，照明oem廠商應(yīng)尋找專(zhuān)為互聯(lián)照明應(yīng)用的特定需求而設(shè)計(jì)的解決方案。例如，silicon labs的mgm210l和bgm210l模塊，是照明市場(chǎng)上首批針對(duì)應(yīng)用優(yōu)化的模塊產(chǎn)品。mgm210l模塊支持zigbee和thread，以及動(dòng)態(tài)多重協(xié)議連接（例如zigbee和bluetooth low energy）。bgm210l設(shè)計(jì)用于bluetooth low energy或bluetooth mesh。這兩個(gè)新型模塊可以簡(jiǎn)化和加速開(kāi)發(fā)功能豐富、顏色選擇和調(diào)節(jié)亮度的led燈，同時(shí)讓開(kāi)發(fā)人員能夠利用藍(lán)牙、zigbee和thread的mesh生態(tài)系統(tǒng)。

除了上述所提的模塊外，另一款xgm210l模塊則是基于silicon labs series 2系列的efr32xg21無(wú)線系統(tǒng)單芯片（soc），其外圍裝置針對(duì)照明應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。此soc包括低功耗的arm cortex－m33處理器核心；充足的內(nèi)存可以支持動(dòng)態(tài)多重協(xié)議操作和ota固件更新，確保智能照明產(chǎn)品滿足未來(lái)需求；以及高效能2．4ghz rf收發(fā)器可以支持802．15．4、bluetooth mesh協(xié)議和bluetooth low energy。無(wú)線電透過(guò)單一協(xié)議或多重協(xié)議連接處理無(wú)線網(wǎng)絡(luò)功能。整合式的rf功率放大器使xgm210l模塊能夠處理需要數(shù)百公尺視距連接的遠(yuǎn)程應(yīng)用。

該組件的高能效模塊可提供較低的運(yùn)作功耗水平，該功耗水平已被優(yōu)化以滿足california title 20裝置效能法規(guī)。許多運(yùn)往美國(guó)市場(chǎng)的照明產(chǎn)品必須符合california title 20法規(guī)，針對(duì)照明控制裝置的制造商進(jìn)行認(rèn)證。

總結(jié)來(lái)說(shuō)，模塊解決方案能幫助照明oem廠商縮短與rf設(shè)計(jì)、協(xié)議優(yōu)化和法規(guī)認(rèn)證相關(guān)的研發(fā)周期，像是xgm210l模塊經(jīng)過(guò)北美（fcc和ised）、歐洲（ce）、韓國(guó)和日本的預(yù)先認(rèn)證，可將與全球無(wú)線認(rèn)證相關(guān)的時(shí)間、成本和風(fēng)險(xiǎn)因素降至最低，有助照明oem廠商縮短數(shù)月的產(chǎn)品上市時(shí)間。另外，隨著制造商為更多l(xiāng)ed產(chǎn)品增加rf連接，小型燈泡設(shè)計(jì)帶來(lái)復(fù)雜的尺寸、功率和散熱限制，以現(xiàn)有的無(wú)線解決方案無(wú)法輕松解決，模塊解決方案也可解決這些限制。

同時(shí)，安全性是智能型led產(chǎn)品的另一項(xiàng)重要考慮。近期有媒體報(bào)導(dǎo)黑客透過(guò)led燈泡入侵智能家庭網(wǎng)絡(luò)，使消費(fèi)者和照明開(kāi)發(fā)商開(kāi)始意識(shí)到，從燈泡連接到云端對(duì)安全性的迫切需求。照明oem廠商應(yīng)尋找能夠提供內(nèi)建硬件安全功能的模塊，并且毋需增加成本，使開(kāi)發(fā)人員能夠在智能型led產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)最佳安全性。

此外，完整的模塊解決方案應(yīng)有強(qiáng)大的無(wú)線軟件協(xié)議堆棧，使開(kāi)發(fā)人員能夠選擇標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，例如zigbee、thread、bluetooth mesh和bluetooth low energy。另外，開(kāi)發(fā)人員應(yīng)該期望完整的軟件支持，包括強(qiáng)大的軟件開(kāi)發(fā)工具包（sdk）和進(jìn)階工具，有助驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)效能并輔助調(diào)試，優(yōu)化智能照明應(yīng)用的效能和功耗。

毫無(wú)疑問(wèn)的，智能型led燈泡產(chǎn)品在住宅、商業(yè)和工業(yè)市場(chǎng)中越來(lái)越受歡迎。現(xiàn)在可以使用全面的硬件和軟件解決方案簡(jiǎn)化連網(wǎng)照明產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。應(yīng)用優(yōu)化的無(wú)線模塊現(xiàn)已上市，有助縮短上市時(shí)間，降低開(kāi)發(fā)和認(rèn)證成本，并解決oem廠商可能面臨的諸多無(wú)線設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。