由於能源管理與節(jié)能現(xiàn)今已成全球熱門(mén)話(huà)題，加上智慧型手機(jī)逐漸改變?nèi)祟?lèi)生活方式，智慧家庭照明系統(tǒng)因此成為照明產(chǎn)業(yè)裡一個(gè)備受矚目的領(lǐng)域；這個(gè)領(lǐng)域最大的技術(shù)進(jìn)展，就是利用低功耗藍(lán)牙（BLE）技術(shù)連結(jié)網(wǎng)路並提供遙控功能。

低功耗藍(lán)牙是智慧家庭自動(dòng)化與照明領(lǐng)域裡一種十分看好的技術(shù)，其為傳統(tǒng)藍(lán)牙技術(shù)的進(jìn)階版，同樣使用2.4GHz無(wú)線(xiàn)電頻段。相較於傳統(tǒng)藍(lán)牙技術(shù)，低功耗藍(lán)牙較為明顯的特色之一就是耗電更低，因此適合用在LED照明。

從效能、壽命、光的品質(zhì)與可靠度來(lái)看，LED都是照明技術(shù)裡面的佼佼者。為L(zhǎng)ED照明添加智慧功能，可進(jìn)一步提升相關(guān)產(chǎn)品的卓越性。選擇式的開(kāi)／關(guān)功能與亮度控制，可延長(zhǎng)系統(tǒng)壽命並減少能耗。

圖一 : 低功耗藍(lán)牙智慧家庭照明系統(tǒng)之功能方塊圖

當(dāng)輸入來(lái)自AC端且LED為恆定電流DC負(fù)載，電力品質(zhì)就成為L(zhǎng)ED照明另一個(gè)必須處理的主要考量點(diǎn)。LED照明還建議採(cǎi)用IEC61000-3-2 Class C諧波準(zhǔn)則、電磁干擾限制（CISPR 15）及能源之星（Energy Star）標(biāo)章（待機(jī)耗能）。因此並不建議使用二極體橋式整流器搭配大容量電容器為L(zhǎng)ED照明供電。我們建議的智慧型LED驅(qū)動(dòng)器就能解決所有問(wèn)題。

本文將探討的智慧家庭照明，乃是採(cǎi)用單片式線(xiàn)外LED驅(qū)動(dòng)器及低功率藍(lán)牙模組，並透過(guò)Android應(yīng)用程式進(jìn)行操控。這種智慧家庭照明系統(tǒng)通過(guò)所有由監(jiān)管機(jī)關(guān)建議使用的既有準(zhǔn)則，此外它的待機(jī)耗能也非常低。圖1是低功耗藍(lán)牙智慧家庭照明系統(tǒng)的架構(gòu)方塊圖。

圖二則是智慧家庭照明系統(tǒng)實(shí)際使用的硬體，供生產(chǎn)就緒（Ready-to-manufacture）解決方案開(kāi)發(fā)用。這套系統(tǒng)的建置主要分為三個(gè)面向：LED驅(qū)動(dòng)器電源供應(yīng)、微控制器單元，還有供使用者操控用的Android應(yīng)用程式。

圖二 : 智慧家庭照明系統(tǒng)的硬體與應(yīng)用程式

LED驅(qū)動(dòng)器採(cǎi)用離線(xiàn)交直流轉(zhuǎn)換器，搭配具備高功率因數(shù)（PF）和低總協(xié)波失真（THD）的準(zhǔn)共振返馳模式；至於能源轉(zhuǎn)換則採(cǎi)用HVLED815PF，是一種單片式線(xiàn)外初級(jí)感測(cè)恆定電流LED驅(qū)動(dòng)器。適合低成本低耗能應(yīng)用，因?yàn)槌跫?jí)調(diào)節(jié)回授控制（Primary Side Regulation，PSR）並不需要光耦合器產(chǎn)生LED電流反饋。

它還有助於減少成本和印刷電路板面積，且符合國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）針對(duì)照明系統(tǒng)所推薦的IEC61000-3-2 Class C諧波準(zhǔn)則。這種LED驅(qū)動(dòng)器在歐盟（EU）全區(qū)效率均都超過(guò)84%，待機(jī)耗電也非常低（<0.5W）。雖然HVLED815PF晶片沒(méi)有提供專(zhuān)用的脈寬調(diào)變（PWM）調(diào)光專(zhuān)用引腳，但脈寬調(diào)變調(diào)光在這款設(shè)計(jì)裡仍然是可行的。調(diào)光的深度為輸出功率的2.5%。

擁有當(dāng)LED關(guān)閉時(shí)仍可運(yùn)作的線(xiàn)外輔助電源設(shè)計(jì)，即使處?kù)蛾P(guān)閉狀態(tài)電路板仍與公用電力系統(tǒng)系統(tǒng)保持聯(lián)通。SPBTLE-RF（支援低功耗藍(lán)牙4.1版、網(wǎng)路處理器模組搭配整合式射頻輸入，且經(jīng)美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)﹝FCC﹞認(rèn)證）與STM32L051（超低功率微控制器）負(fù)責(zé)網(wǎng)路連接，還有利用Android應(yīng)用程式進(jìn)行遙控、開(kāi)關(guān)等功能。

此外還有其他功能，例如利用單一介面進(jìn)行多重電路板控制，以裝設(shè)數(shù)款LED照明燈具的一般住家來(lái)說(shuō)，增設(shè)這些高級(jí)設(shè)備時(shí)最重要的一點(diǎn)就是節(jié)省電費(fèi)。表1為智慧家庭照明系統(tǒng)規(guī)格，圖三至圖八則是LED驅(qū)動(dòng)器的測(cè)試結(jié)果。

圖三 : 不同輸入電流下的功率因數(shù)值

圖四 : 不同輸入電流下的總諧波失真數(shù)值

圖五 : 不同輸入電流下的電流調(diào)節(jié)變化

圖六 : 效率隨輸入電流不同而有所變化

圖七 : 諧波測(cè)量結(jié)果

圖八 : 調(diào)光時(shí)的LED電流線(xiàn)性圖

上述所提的Android應(yīng)用程式必須使用支援低功耗藍(lán)牙的智慧型手機(jī)來(lái)執(zhí)行，使用者可在螢?zāi)簧贤戏乓赃x擇特定照明器具。以往Android智慧型手機(jī)只支援一組主從低功耗藍(lán)牙連結(jié)。

這代表使用者只能使用智慧型手機(jī)控制一組低功耗藍(lán)牙照明器具。Android 5.0 Lollipop推出後，作業(yè)系統(tǒng)與相關(guān)硬體最多可支援七組主從低功耗藍(lán)牙連結(jié)，這代表即使小家庭也可一次控制七組獨(dú)立的低功耗藍(lán)牙家電產(chǎn)品，像是燈具、電扇，對(duì)製造商來(lái)說(shuō)都是很好的賣(mài)點(diǎn)。

該公司為低功耗藍(lán)牙照明設(shè)計(jì)所開(kāi)發(fā)的Android應(yīng)用程式，能同時(shí)支援七組連結(jié)。Google Nexus 9是一款支援多組連結(jié)的平板裝置，相關(guān)功能可能因行動(dòng)裝置製造商而有所不同。圖九為Android應(yīng)用程式搭配智慧照明的運(yùn)作情形。正如前面提過(guò)的，以上所有LED燈具的硬體都支援低功耗藍(lán)牙連結(jié)。

圖九 : 示範(fàn)?wèi)?yīng)用程式使用方式

利用這款A(yù)ndroid應(yīng)用程式，使用者可依如圖十所示選擇智慧照明、燈泡或燈具等選項(xiàng)，然後將智慧照明選項(xiàng)拖放到房屋配置圖。在A(yíng)ndroid應(yīng)用程式方面，使用者必須獨(dú)立連結(jié)每一個(gè)LED燈具；一旦建立連結(jié)，使用者就能控制個(gè)別燈具。

圖十 : 示範(fàn)如何使用應(yīng)用程式操控多種燈具

智慧型手機(jī)支援不同網(wǎng)路連結(jié)技術(shù)，為不同產(chǎn)業(yè)部門(mén)開(kāi)啟各式各樣的使用案例，範(fàn)圍小至家庭自動(dòng)化大到智慧城市。隨著行動(dòng)電話(huà)成本下滑，加上行動(dòng)電話(huà)連網(wǎng)技術(shù)新標(biāo)準(zhǔn)相繼出爐，家庭自動(dòng)化將出現(xiàn)眾多使用案例，而智慧照明就是智慧家庭自動(dòng)化的必備項(xiàng)目或使用案例之一。智慧照明提供使用者更多彈性空間，讓他們能利用行動(dòng)電話(huà)控制燈具，同時(shí)有助於降低耗電。

智慧家庭照明系統(tǒng)適用於有氣氛照明功能及頻繁操控需求的智慧家庭或場(chǎng)所。LED的變化能帶來(lái)不同的照明體驗(yàn)。這類(lèi)燈具加上整合式控制功能，就能提供一種可提升使用者體驗(yàn)的照明解決方案。只要縮小印刷電路板尺寸並使用Android應(yīng)用程式，就能強(qiáng)化智慧家庭照明在日常生活領(lǐng)域的可用性和普及率。

（本文作者Aman Jha、Ranajay Mallik、Raunaque Mujeeb Quaiser、Jitendra Jain任職於意法半導(dǎo)體類(lèi)比暨M(jìn)EMS事業(yè)群中央實(shí)驗(yàn)室）