用以太網(wǎng)絡供電的室內定位系統(tǒng)

以太網(wǎng)絡供電（PoE）能夠以安全和高效的方式提供超過90瓦的電力，它一直是聯(lián)網(wǎng)照明系統(tǒng)的一個關鍵增長動力。將其與可見光通訊（VLC）的優(yōu)勢相結合，可以開發(fā)出極安全、高性能的室內定位系統(tǒng)，在特定應用領域可提供比基于射頻的解決方案更好的性能。

PoE標準（IEEE 802.3xx）
制定PoE標準是為了讓低功耗的外部設備從中央集線器獲得電力，消除在建筑物內運行主電源涉及的復雜性、成本和符合相關規(guī)范的問題。與許多標準一樣，IEEE 802.3xx PoE標準經(jīng)過多年的發(fā)展，每次更新都能提供更多的功能和功率。
首個標準（IEEE 802.3af）于2003年制定，為IP電話、接入點和傳感器等設備提供15.4W的功率。實際上，由于電纜損耗，每個外部設備的可用功率在13.0W左右。該標準的下一個版本（IEEE 802.3at），被稱為PoE+，提供了30 W的電力，若考慮到損耗，則電力降低到25 W。這支持更復雜的設備供電，并為平板計算機等小型設備充電。
雖然其他兩個標準仍然有效，但目前的PoE標準是IEEE 802.3bt。該標準于2018年制定，分為Type 3（PoE++）和4型（更高功率的PoE），前者每埠可提供達60 W，后者在使用時可提供達90W。

 

圖一 : 不斷演進的PoE標準概覽

雖然Type 802.3bt適用于筆記本電腦等設備，但隨著LED照明的出現(xiàn)，它透過PoE也提供了為中大型智能照明系統(tǒng)供電的可能性。

PoE照明系統(tǒng)和可見光通訊
PoE照明有很多優(yōu)點；其中兩個主要優(yōu)點是安全和靈活性。由于PoE總線電壓在設計上保持在60伏直流安全開關值以下，因此系統(tǒng)避免了交流電源電壓的危險性，如觸電和火災。唯一需要的硬接布線是在燈具上?一條用于供電和數(shù)據(jù)的CAT 5以太網(wǎng)絡電纜。這無需啟動主電源，降低成本/復雜性，包括主電源到墻壁開關。

由于以太網(wǎng)絡的連接，照明系統(tǒng)的控制端可透過本地網(wǎng)絡進行設置，因而提供更廣泛的控制選項。傳感器可以提供關于房間占用情況的回饋，以改善電力使用，以及整合溫度和空氣質量控制。壁式開關可以轉向超薄的能量采集無線設計，省去電池或電源連接，從而輕松快速地重新布署建筑中的空間。

基于VLC的定位系統(tǒng)
但這不是一項新技術，它可追溯到19世紀80年代的亞歷山大-格雷厄姆-貝爾開發(fā)的光電電話，能以可見光為媒介傳輸數(shù)據(jù)流的能力正引起人們的關注?特別是在室內應用。VLC的一個明顯的應用是基于光的網(wǎng)絡（Li-Fi），極其適用于有爆炸風險的危險區(qū)域或敏感設備可能受到射頻無線干擾的區(qū)域，如醫(yī)院或飛機上。


 
圖二 : 可見光通訊（VLC）

另一個不太明顯的應用是將光用于室內定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以引導無人搬運車（AGV）在倉庫或智慧工廠中行駛，或協(xié)助人們在機場、體育場館或醫(yī)院等大型建筑中導航。這種定位也帶來了商業(yè)機會，如定位營銷?將消費者的注意力吸引到可能就在他們旁邊的特別優(yōu)惠上。
基于VLC的定位系統(tǒng)解決了GPS在室內情景下的許多問題。GPS信號未必能很好地穿透建筑物，如果它穿透了，那么當它從墻上反彈時，多徑傳播將導致系統(tǒng)的不準確。
VLC定位的操作有點類似于GPS。每個燈具都有自己獨特的代碼，透過以人眼無法察覺的頻率調制光線來廣播。智能手機或其他配備有攝影鏡頭和應用程序的類似設備能夠對三個或更多燈具的距離進行三角測量，并計算出位置，準確度高達30公分。

設計基于PoE的VLC系統(tǒng)
能效和小尺寸是設計基于PoE的VLC系統(tǒng)的設計人員面臨的兩個主要挑戰(zhàn)，同時還需要快速向市場交付設計。藉由基于PoE的智能照明方案，將幾個高度整合的器件整合到一個緊湊的組件封裝中，能夠大幅簡化設計過程。

 
圖三 : 基于PoE的智能照明系統(tǒng)

NCP1095和NCP1096是PoE-PD接口控制器，確保照明方案符合IEEE 802.3af/at和802.3bt標準。它們包含一個PoE系統(tǒng)的所有功能，包括檢測、分類和涌浪電流限制。NCP1095和NCP1096都支持高達90 W的應用，并整合了過電流和過熱保護，從而保護了設備和照明負載。NCP1095采用一個外部通晶體管以提高設計的靈活性，而NCP1096則是個全整合方案。
除了接口控制器，安森美還提供NCL31000先進的光引擎，包括高能效和智能照明系統(tǒng)所需的所有元素。該器件的關鍵在于97%能效的降壓LED驅動器，支持高帶寬模擬調光和PWM調光至零電流。該器件具有內建的DC/DC轉換器，為系統(tǒng)MCU和傳感器等外部設備供電，無需分離式的DC-DC轉換器。這簡化了設計，節(jié)省了空間和元器件成本。
NCL31000的0.1%的調光精準度和高線性使其適用于VLC應用，包括基于光的定位。一個提升的、穩(wěn)定的基準允許真正的調光到零的LED電流，并消除了所有鬼影的風險。全面的診斷，包括電流、電壓和溫度，都被準確測量，并透過I2C /SPI接口提供給系統(tǒng)MCU。

總結
LED技術帶來低功耗智能照明，PoE標準持續(xù)發(fā)展，在使用時可提供90瓦的功率，兩種技術的融合使得現(xiàn)在有可能創(chuàng)建精密的照明系統(tǒng)，而不需要大量（和昂貴的）電源布線。
雖然這些系統(tǒng)可在任何地方使用，但它們在危險區(qū)域，如礦井和石油/天然氣平臺、高濕度環(huán)境以及靠近敏感設備的地方，如醫(yī)院或飛機上，特別有價值。
安森美的NCP1095和NCP1096 PoE-PD接口控制器及NCL31000先進的光引擎，利用高效電源方案和LED驅動器，提供成熟、高效和全整合的方案，減少設計任務，幫助照明方案更快地進入市場。
（本文作者Mike Sandyck為安森美產(chǎn)品營銷經(jīng)理）