Un bel avenir pour un éclairage efficace et connecté

L'éclairage est l'un des plus gros consommateurs d'énergie au monde. À mesure que les coûts et la préoccupation pour l'environnement augmentent, il devient plus important de trouver des moyens d'appliquer la technologie et l'innovation pour optimiser l'efficacité et la fonctionnalité de l'éclairage et pour réduire sa consommation.
Cette demande d'une meilleure efficacité et de plus de fonctionnalités est satisfaite par un contrôle d'éclairage intelligent et connecté. Le marché du contrôle intelligent de l'éclairage dans les applications résidentielles est quatre fois plus important en volume que dans les applications industrielles. Les deux représentent ensemble le segment à la croissance la plus rapide de l'Internet des objets (IoT). En général, les systèmes d'éclairage résidentiels ont tendance à être beaucoup plus simples que leurs homologues industriels, avec une nomenclature de matériaux plus courte et un coût inférieur.
Dans sa forme la plus simple, l'éclairage connecté peut se résumer à la possibilité d'allumer et d'éteindre les lumières, peut-être à distance ou à des heures préprogrammées de la journée. Pour aller plus loin, les systèmes d'éclairage connectés peuvent ajouter des fonctionnalités telles que le contrôle de la gradation et des couleurs des LED.
Il existe une vaste gamme d'options disponibles, en particulier si des capteurs sont ajoutés. Par exemple : pour contrôler l'éclairage en réponse au niveau de lumière ambiante ou si des personnes sont détectées dans une pièce. Dans les applications industrielles, les capteurs de température, d'humidité et d'éclairage peuvent être très utiles car leurs données peuvent être utilisées pour contrôler les lumières et aider à maintenir le système.
L'omniprésence des smartphones signifie que les systèmes d'éclairage peuvent offrir une interface utilisateur sophistiquée sur un appareil mobile sans le coût d'un écran spécial ou de boutons compliqués.
interconnexion complète
L'un des aspects les plus importants d'un système d'éclairage intelligent est bien sûr la façon dont tout communique, ainsi que la technologie de connectivité utilisée. Parmi les exigences de connectivité figurent la mise en service du système, les liens entre les appareils utilisés et la communication entre le système de gestion technique du bâtiment et l'éclairage contrôlé.
La première décision est de choisir entre une connexion filaire ou sans fil. Pour les lampes alimentées par batterie, la connexion sans fil offre l'avantage important de ne pas nécessiter l'installation de câblage, ce qui peut entraîner des économies de coûts importantes. Parmi les protocoles sans fil les plus utilisés pour l'éclairage figurent Bluetooth^® Low Energy et Zigbee Green Power™, tandis que NFC (Near Field Communications) peut être utilisé pour la configuration et la mise en service.
En ce qui concerne les lumières alimentées par le secteur, une connexion sans fil peut également être une bonne option car elle évite d'avoir à installer un deuxième câble de données à côté du câblage d'alimentation. Une autre alternative est le PoE (Power over Ethernet) car il offre la possibilité de profiter d'un seul câble pour l'alimentation et la connectivité.
PoE pour les systèmes d'éclairage
La norme PoE 2 (802.3bt) peut fournir jusqu'à 90W, plus que suffisant pour un éclairage à base de LED grâce à sa faible consommation par rapport aux ampoules à incandescence traditionnelles.
Un exemple pratique est une solution d'éclairage connecté de 60 W alimentée via son câble Ethernet à l'aide d'un contrôleur intégré conforme à la norme IEEE 802.3bt. Cette solution, capable d'alimenter deux rubans LED, dispose de deux canaux LED qui intègrent le contrôleur mâle Détection de courant à courant constant FL7760 d'ON Semiconductor côté haut.
Avec cette configuration du signal PWM, la gradation peut être contrôlée entre 0% et 100% pour une fréquence PWM de 1,3 MHz Le contrôle de la luminosité se fait au moyen du contrôleur Bluetooth Low Energy RSL10 qui convient aux applications de captage d'énergie RF (récupération d'énergie). La tension d'alimentation du RSL10 est fournie par un seul régulateur LDO basse tension.
Cette solution atteint des rendements supérieurs à 90 %, garantissant ainsi que la quasi-totalité de l'énergie dérivée du contrôleur PoE est convertie en lumière et peut fournir jusqu'à 6000 XNUMX lumens. Cette performance est en ligne avec le besoin prédominant de minimiser la consommation d'énergie et de fournir des solutions d'éclairage connectées.
Réseaux maillés avec Bluetooth Low Energy
Au lieu d'établir des communications directes entre deux points, la technologie de maillage sans fil est idéale pour les applications d'éclairage industriel car elle permet d'interconnecter un grand nombre d'appareils, entre eux et avec le monde extérieur. Bluetooth Low Energy a désormais la capacité d'établir un réseau maillé de jusqu'à 32.000 XNUMX appareils avec une sécurité intégrée en standard, simplifiant considérablement le déploiement de solutions d'éclairage avec une plus grande couverture.
Figure 1 : Les appareils maillés Bluetooth Low Energy peuvent jouer différents rôles dans l'environnement maillé. (Source : Bluetooth SIG)
Au sein du maillage, chaque nœud peut agir comme une lumière et incorporer une ou plusieurs fonctions, qui sont cruciales pour la fonctionnalité de l'environnement de maillage dans son ensemble. Les nœuds répéteurs peuvent retransmettre les messages reçus et donc étendre le réseau pratiquement à l'infini si nécessaire. Les nœuds intermédiaires communiquent avec d'autres qui ne sont pas Bluetooth Low Energy ou ne prennent pas en charge Bluetooth Low Energy et les ajoutent au maillage, tandis que les nœuds "amis" stockent des messages pour d'autres nœuds qui fonctionnent en mode basse consommation. Les nœuds à faible puissance interrogent périodiquement les nœuds amis pour les messages, économisant ainsi plus d'énergie.
La sécurité est de la plus haute importance dans tout système connecté, et les réseaux maillés Bluetooth Low Energy ne font pas exception. Tous les messages sont chiffrés et authentifiés, et le masquage rend les messages difficiles à tracer, les protégeant ainsi contre les attaques par rejeu. Dans le protocole Bluetooth Low Energy, il existe un processus d'échange de clés de sécurité et un autre processus sécurisé lors de l'ajout de nœuds au maillage. Lorsque des nœuds sont supprimés d'un réseau Bluetooth Low Energy, cela se fait également en toute sécurité pour empêcher les attaques de poubelle.
Une alternative aux réseaux maillés Bluetooth Low Energy est Zigbee Green Power, qui existe depuis plus longtemps. Le protocole Zigbee, basé sur les couches MAC et PHY de la norme IEEE 802.15.4, est utilisé dans les produits d'éclairage tels que ceux d'Ikea, Xiaomi et Philips, entre autres. Ce protocole écologique et économe en énergie est compatible avec les nouvelles tendances de construction et est facile à mettre en œuvre, à installer et à reconfigurer dans les bâtiments.
Alors que Bluetooth Low Energy est à l'origine basé sur un modèle maillé et utilise un smartphone pour la connectivité cloud, Zigbee utilise Dotdot ou ZCL (Zigbee Cluster Library) et nécessite une passerelle spéciale car très peu d'appareils mobiles, le cas échéant, sont compatibles Zigbee.

Zigbee peut utiliser une technologie sans batterie ou de récupération d'énergie pour fournir des interrupteurs d'éclairage portables verts et sans entretien. Comme ils ne nécessitent pas de câblage, ils peuvent être placés pratiquement n'importe où et leur installation est très économique.
Figure 3 : L'association d'un interrupteur à la récupération d'énergie est un processus simple et rapide.
La configuration d'un commutateur de récupération d'énergie à l'aide de dispositifs tels que le NCS36510 d'ON Semiconductor peut être réalisée rapidement et facilement. Ce SoC (System on Chip) entièrement intégré et à faible consommation d'énergie offre une gestion avancée de l'alimentation et un émetteur-récepteur conforme à la norme IEEE 802.15.4. Cet appareil vous permet de concevoir complètement un réseau sans fil sécurisé avec un nombre minimum de composants externes.
plateforme d'éclairage connecté
Dans le but de rendre le développement encore plus simple et rapide, ON Semiconductor a créé un kit de développement modulaire pour les solutions d'éclairage LED industrielles. Cette plate-forme, appelée Connected Lighting Platform, consiste en un module de connectivité basé sur le dispositif SIP RSL10 (RSL10 System in Package) qui offre des commandes telles que marche/arrêt, gradation et programmation.
L'application mobile RSL10 FOTA, disponible sur Google Play™ et l'App Store d'Apple, ajoute la prise en charge des mises à jour du micrologiciel sans fil. L'application RSL10 Sense and Control permet aux développeurs de contrôler et de surveiller les capteurs et actionneurs environnementaux à partir d'un appareil mobile. Les cas pratiques que le package CMSIS intègre permettent d'ajouter de nouvelles fonctions et de personnaliser le design.
La plate-forme d'éclairage connectée prend en charge jusqu'à deux bandes LED. Sa carte de contrôle LED comprend deux pilotes FL7760, un pour chaque bande LED, fournissant jusqu'à 70 W à chacun. Le système peut atteindre au total jusqu'à 70 W et 7000 lumen, et même plus si une LED à plus haut rendement est sélectionnée (150 lumen/W par exemple). La gamme de modules d'alimentation disponibles permet à la plate-forme d'être alimentée à partir d'une source AC/DC ou via PoE.
Flexibilité et contrôle
Même dans un système relativement simple, l'éclairage connecté peut offrir un avantage aussi important que la réduction de la consommation d'énergie et donc des coûts. Cela en fait une alternative claire dans de nombreuses applications industrielles et résidentielles. Aussi, à mesure que l'éclairage connecté augmente ses capacités, de nouvelles applications émergent dans le domaine de la médecine et de l'agriculture.
Les deux environnements nécessitent un système de contrôle optimisé qui permet d'obtenir un faible coût de nomenclature et un équilibre entre fonctionnalité sophistiquée et simplicité. L'utilisation d'un kit de conception optimisé pour la nomenclature comme la plate-forme d'éclairage connecté d'ON peut faire gagner un temps précieux aux développeurs lors de la construction de leurs systèmes d'éclairage LED et réduire les risques, quelle que soit l'application.