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燈泡中實現(xiàn)藍(lán)牙、zigbee無線連接，引發(fā)了不少的設(shè)計挑戰(zhàn)，例如需通過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發(fā)智能照明產(chǎn)品并進(jìn)入市場呢？答案是：“即插即用的多協(xié)議無線模塊！”無線模塊提供一個全方位的軟硬件解決方案，整合led設(shè)計中連接部分所需的關(guān)鍵組件，對于可能缺乏射頻或協(xié)議專業(yè)知識的oem廠商而言，這項集成工作帶來極大的好處。

silicon labs（亦稱“芯科科技”）的mgm210l和bgm210l模塊，是市場上首批針對照明應(yīng)用優(yōu)化的模塊產(chǎn)品。mgm210l模塊支持zigbee和thread，以及動態(tài)多重協(xié)議（zigbee和藍(lán)牙）。bgm210l設(shè)計用于bluetooth low energy或bluetooth mesh。這兩個新型模塊可以簡化和加速開發(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年前第一個商用白熾燈泡問世以來，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)定運作。

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

其他前所未聞的應(yīng)用包括無線接近傳感器觸發(fā)的智能燈泡，晚上當(dāng)經(jīng)過房屋或建筑物時自動照亮走廊和房間，或是臥室照明在早晨會將使用者逐漸喚醒，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)照明帶來的便利性和好處是說不盡的。

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措施和法規(guī)的采用，例如california title 20。根據(jù)研究和市場預(yù)測，至2022年全球智慧照明市場將達(dá)到240億美元，2018年至2023年的復(fù)合年成長率（cagr）將高達(dá)21％。

智能led設(shè)計需注意無線協(xié)議／網(wǎng)絡(luò)安全

以經(jīng)濟(jì)高效的方式在led燈泡中實現(xiàn)無線連接，將為照明oem廠商帶來一系列新的設(shè)計和實施的挑戰(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。

另一個關(guān)鍵的設(shè)計考慮是無線協(xié)議的選擇。許多可連接的燈泡都在2．4ghz頻段運行，并采用幾種普遍標(biāo)準(zhǔn)的短距離無線協(xié)議之一，例如zigbee、bluetooth low energy、bluetooth mesh或wi－fi。采用標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議有助于實現(xiàn)與一般消費產(chǎn)品（例如語音助理、智能型手機(jī)和平板計算機(jī)）的互動，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，以及透過網(wǎng)關(guān)控制大規(guī)模節(jié)點的zigbee照明mesh網(wǎng)絡(luò)的能力。

是否透過藍(lán)牙或zigbee標(biāo)準(zhǔn)之外的專有無線協(xié)議也是一種選項。雖然在短期內(nèi)實現(xiàn)專有無線協(xié)議可能很簡單且具備成本效益，但這種選擇可能會帶來互操作性和可升級性的長期挑戰(zhàn)?；A(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的無線解決方案推動了大量生產(chǎn)，從長遠(yuǎn)來看可能是更經(jīng)濟(jì)高效的選擇。在眾多可用選項中，選擇適合的無線技術(shù)和供貨商，需要對rf設(shè)計以及效能權(quán)衡和風(fēng)險有更深入的了解。智能型led設(shè)計也必須滿足傳統(tǒng)照明產(chǎn)品所不需要的無線標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)效能需求，例如電磁（em）輻射和耗能。

實現(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，照明oem廠商還面臨一些有關(guān)工程和營運資源落地的挑戰(zhàn)：

發(fā)展專業(yè)知識并分配資源來施行并成功完成標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的認(rèn)證測試，例如fcc和ce認(rèn)證。

需考慮確保產(chǎn)品部署到現(xiàn)場后產(chǎn)品功能和安全性升級的設(shè)置，通常透過無線（ota）更新。

管理物料采購和多種組件的庫存。

檢驗在智能家庭或智能建筑中，與其他無線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）和開發(fā)成本，提供具備成本競爭力的產(chǎn)品，同時滿足嚴(yán)格的生產(chǎn)計劃并縮短上市時間。

雖然對于缺乏rf經(jīng)驗和專業(yè)知識的開發(fā)人員而言，為led燈泡增加無線連接可能是一項困難的任務(wù)，但現(xiàn)在可以使用預(yù)先認(rèn)證的無線模塊解決方案，來簡化智能型led產(chǎn)品設(shè)計的任務(wù)，可大幅減少照明oem廠商所面臨的眾多挑戰(zhàn)。

無線模塊提供一個全方位的即插即用解決方案，整合開發(fā)人員完成led設(shè)計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、阻抗匹配、被動組件的調(diào)諧和整合，以及協(xié)議開發(fā)等以rf為中心的艱巨任務(wù)。對于可能缺乏rf或協(xié)議專業(yè)知識的oem廠商而言，這項工程和整合工作帶來極大的好處。此外，無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易使用的開發(fā)工具，來支持和簡化設(shè)計和調(diào)試過程。

在led設(shè)計中使用無線模塊，照明oem廠商毋需擔(dān)心管理天線、晶體振蕩器和被動組件等眾多rf組件的采購和庫存。此外，同一模塊還可應(yīng)用于多個照明產(chǎn)品，更進(jìn)一步簡化采購和庫存管理。

模塊解決方案讓智能照明設(shè)計更簡單

在評估led設(shè)計的模塊選項時，照明oem廠商應(yīng)尋找專為互聯(lián)照明應(yīng)用的特定需求而設(shè)計的解決方案。例如，silicon labs的mgm210l和bgm210l模塊，是照明市場上首批針對應(yīng)用優(yōu)化的模塊產(chǎn)品。mgm210l模塊支持zigbee和thread，以及動態(tài)多重協(xié)議連接（例如zigbee和bluetooth low energy）。bgm210l設(shè)計用于bluetooth low energy或bluetooth mesh。這兩個新型模塊可以簡化和加速開發(fā)功能豐富、顏色選擇和調(diào)節(jié)亮度的led燈，同時讓開發(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無線系統(tǒng)單芯片（soc），其外圍裝置針對照明應(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。無線電透過單一協(xié)議或多重協(xié)議連接處理無線網(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)。許多運往美國市場的照明產(chǎn)品必須符合california title 20法規(guī)，針對照明控制裝置的制造商進(jìn)行認(rèn)證。

總結(jié)來說，模塊解決方案能幫助照明oem廠商縮短與rf設(shè)計、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)過北美（fcc和ised）、歐洲（ce）、韓國和日本的預(yù)先認(rèn)證，可將與全球無線認(rèn)證相關(guān)的時間、成本和風(fēng)險因素降至最低，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)計帶來復(fù)雜的尺寸、功率和散熱限制，以現(xiàn)有的無線解決方案無法輕松解決，模塊解決方案也可解決這些限制。

同時，安全性是智能型led產(chǎn)品的另一項重要考慮。近期有媒體報導(dǎo)黑客透過led燈泡入侵智能家庭網(wǎng)絡(luò)，使消費者和照明開發(fā)商開始意識到，從燈泡連接到云端對安全性的迫切需求。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，使開發(fā)人員能夠在智能型led產(chǎn)品中實現(xiàn)最佳安全性。

此外，完整的模塊解決方案應(yīng)有強(qiáng)大的無線軟件協(xié)議堆棧，使開發(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)大的軟件開發(fā)工具包（sdk）和進(jìn)階工具，有助驗證網(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。

毫無疑問的，智能型led燈泡產(chǎn)品在住宅、商業(yè)和工業(yè)市場中越來越受歡迎?，F(xiàn)在可以使用全面的硬件和軟件解決方案簡化連網(wǎng)照明產(chǎn)品的開發(fā)。應(yīng)用優(yōu)化的無線模塊現(xiàn)已上市，有助縮短上市時間，降低開發(fā)和認(rèn)證成本，并解決oem廠商可能面臨的諸多無線設(shè)計挑戰(zhàn)。