Come differenziare i progetti che utilizzano Led

LIGHTING –

L’intelligenza è un fattore fondamentale per sfruttare al meglio le potenzialità offerte dai Led, sia per i progetti a luce bianca sia per quelli a colori.

La continua crescita del mercato dei LED costringe i produttori di sistemi di illuminazione a impegnare sempre più risorse per riuscire a restare competitivi, anche in considerazione del fatto che centinaia di nuove società sono già entrate o stanno per fare la loro apparizione in un settore il cui potenziale è stimato pari a 2 miliardi di dollari.
Per molti di questi costruttori l'elettronica è una disciplina poco conosciuta, vista la loro maggiore dimestichezza con le tradizionali lampade a incandescenza e a fluorescenza. Il maggior problema per queste aziende è come differenziare i progetti dei loro sistemi di illuminazione rispetto a una concorrenza di giorno in giorno sempre più agguerrita.
Al momento attuale, quando si ragiona in termini di differenziazione il pensiero corre immediatamente all'uso dei LED a colori per la realizzazione di miscele di luci. Queste applicazioni RGB, RGBA e via dicendo sono destinate a una nicchia decisamente interessante che è quella dell'illuminazione scenica e architettonica. Una carenza di immaginazione ha però fatto in modo che il mercato abbia assimilato molti di questi principi per trasferirli a un settore dalle dimensioni sostanzialmente maggiori che è quello della luce bianca.

Molti ingegneri attualmente stanno creando progetti di sistemi a luce bianca che si potrebbero definire “d'imitazione”: essi utilizzano un certo numero di LED bianchi di un produttore, come ad esempio Philips Lumileds, sommano il valore dei lumen (l'unità di misura del flusso luminoso) in modo che risulti uguale o superiore a quello di un sistema a fluorescenza, li collegano a un ballast e così facendo ritengono di aver sviluppato un buon progetto. Questo modo di procedere non è destinato ad avere successo sul lungo periodo. Sono poche le evoluzioni tecnologiche che si fermano alla semplice fase di sostituzione e nel momento in cui gli utilizzatori riescono a intravedere nuove prospettive grazie alle caratteristiche aggiuntive dei LED, sarebbe spiacevole non sfruttare in maniera adeguata queste nuove potenzialità.
Nel corso dell'articolo verranno riportati parecchi esempi di differenziare di quello che a prima vista potrebbe apparire un semplice progetto che utilizza LED. Ciascuno di questi esempi, sebbene meriterebbe un approfondimento ben maggiore di quello riservato in questa sede, rappresenta un buon punto di partenza per stimolare la creatività. L'elemento fondamentale è l'aggiunta di una certa forma di “intelligenza” al circuito, solitamente sotto forma di un microcontrollore. “L'”intelligenza” è un fattore fondamentale per sfruttare al meglio le potenzialità offerte dai LED sia per i progetti a luce bianca sia per quelli a colori.

Regolazione della temperatura di colore
Il primo esempio di fattore di differenziazione è la capacità di regolare la temperature di colore (che indica in termini numerici il colore apparente della sorgente) lungo la curva corpo nero (BBL - Black Body Locus - ovvero la curva di emissione di un corpo nero radiante). Risulta relativamente semplice immaginare i motivi per cui si desideri miscelare i colori, ma si devono compiere ancora sostanziali progressi applicare i medesimi principi alla luce bianca. Nel momento in cui aumenta la conoscenza degli utilizzatori dei sistemi di illuminazione, l'opzione relativa a ciascuna temperatura di colore compresa tra 3000 e 6500 °K risulta essere  sicuramente interessante (la temperatura di colore del bianco è regolabile in questo intervallo). Ciò significa anche che i progettisti possono mantenere un progetto di un impianto a luce bianca che eviti la necessità di procedere a una continua revisione in funzione della specifica CCT (Correlated Color Temperature - utilizzata per quantificare la tonalità della luce).

Riguardo alla regolazione della luce bianca è interessante sottolineare il fatto che attualmente questa operazione viene normalmente eseguita attraverso il miscelamento di LED a colori. Questa operazione veniva all'inizio effettuata sfruttando una semplice interfaccia RGB, ma i progettisti si sono ben presto resi conto che il CRI (Color Rendering Index - Indice di resa cromatica, che dà una misura quantitativa della capacità di una sorgente luminosa di riprodurre fedelmente i colori di vari oggetti nei confronti di una luce ideale o sorgente di luce naturale) risultava estremamente scarso. Come si evince dalla definizione appena data, il CRI è un parametro importante al fine di riprodurre il colore di un oggetto come se questi si trovasse in condizioni di luce naturale è assume una rilevanza critica in applicazioni quali l'illuminazione dei display. Per cercare di risolvere questo problema i progettisti sono ricorsi a differenti configurazioni quali RGBA, RGGB e RGBW, ognuna delle quali ha i propri sostenitori. L'”intelligenza” disponibile può garantire che qualunque sia la configurazione di LED scelta dai progettisti si ottenga il miglior valore di CRI possibile calcolando le percentuali di variazione dell'intensità luminosa richieste per un pilo taffio efficiente dei LED. Aziende come Future Electronics hanno fornito un valido supporto ai progettisti per l'espletamento di questo non facile processo.
Anche se l'ottenimento di un CRI di valore elevato non rappresenta un requisito di progetto fondamentale, anche una semplice regolazione può avere effetti benefici, anche solo con due stringhe di LED bianchi, freddi e caldi. Questo approccio può fornire lo stesso numero di lumen e mette a disposizione del progettista un metodo semplice per differenziare il prodotto, specialmente nei riguardi delle lampade fluorescenti standard.

“Intelligenza” attraverso la comunicazione
Una forma secondaria di “intelligenza” e di differenziazione è rappresentata dalla comunicazione. Anche in applicazioni dove è prevista una luce bianca statica, gli interventi di ammodernamento degli impianti di illuminazione nelle infrastrutture esistenti dà ai progettisti la possibilità di introdurre funzionalità di connessione in rete (networking) senza ricorrere a cablaggi aggiuntivi. Quest'ultimo vantaggio è senza dubbio importante perché sono pochi progettisti che richiedono questa installazione in quanto risulta abbastanza proibitiva in termini di costi. Ma la comunicazione può costituire un forte elemento di differenziazione, poiché il setup consente il controllo della variazione di luminosità e della temperatura di colore tramite un hub centrale.
Con l'acronimo PLC (Power Line Communication) si fa riferimento a una tecnologia per la trasmissione delle informazioni che utilizza la rete di alimentazione elettrica, in modo da eliminare i costi di installazione. Un esempio di PLC può essere rappresentato da un modem FSK a 2,4 kbps  in grado di operare a una distanza superiore a 100 m e quindi adatto all'utilizzo in numerose applicazione in ambito sia d'ufficio sia domestiche. Poiché la tecnologia PLC può essere agnostica nei confronti della tensione, non viene richiesta una sostanziale riprogettazione della scheda nel caso di utilizzi differenti. E' bene sottolineare il fatto che la tecnologia PLC può supportare estese ampiezze di banda, capaci di garantire trasmissioni fino a 200 Mbps, che avvengono sulle linee di alimentazione o anche su reti Ethernet.

L'utilizzo di varie tecnologie di comunicazioni wireless elimina anche la necessità di procedere a un nuovo cablaggio di uffici e abitazioni. L'affidabilità delle soluzioni RF ha subito notevoli evoluzioni al punto di eliminare le interferenze prodotte da certi tipi di elettrodomestici come ad esempio quelli a operanti a microonde. L'integrazione della tecnologia wireless è un'operazione più semplice rispetto al passato, poiché i produttori hanno introdotto soluzioni modulari che utilizzano una semplice interfaccia seriale per la comunicazione con un controllore centrale, eliminando in tal modo alcune fasi piuttosto delicate come ad esempio la certificazione FCC. Le opzioni wireless risultano particolarmente interessanti per il mercato dei sistemi di illuminazioni destinati ad applicazioni di intrattenimento, dove il posizionamento delle luci può risultare molto più importante rispetto alle problematiche dei cablaggi aggiuntivi.
 
Funzionalità delle periferiche

Anche se non si vogliono prendere in considerazione le tecniche legate alla regolazione della temperatura di colore o alla comunicazione, i progettisti possono ancora realizzare prodotti che si differenziano rispetto alla concorrenza sfruttando la funzionalità delle periferiche.
Nel momento in cui il costo dell'energia continua ad aumentare, tutte le società stanno cercando nuove strade per fornire valore aggiunto ai loro prodotti. Ad esempio la conformità alle direttive energetiche, come ad esempio Energy Star, è divenuto un elemento di fondamento importanza per la vendita, ragion per cui i progettisti hanno focalizzato la loro attenzione sulla gestione dell'utilizzo dell'energia. Per i LED in genere questo rappresenta un cavallo di battaglia, in virtù del fatto che la loro efficienza può risultare fino a quattro volte superiore rispetto a quella delle lampade tradizionali che sono chiamati a sostituire. L'aggiunta di controlli periferici per incrementare l'efficienza può rappresentare un valido ausilio per una società che voglia emergere sul mercato. Tutto ciò può essere effettuato in maniera estremamente economica utilizzando un sensore di luce o un sensore PIR.

Il funzionamento di un sensore di luce ambientale o di un sensore PIR è ben noto. In questa sede ciò che è importante sottolineare è il fatto che il rilevamento della luce o della presenza può contribuire a ridurre in maniera drastica l'utilizzo di energia totale del sistema di illuminazione. Di seguito vengono riportati alcuni esempi.
Il sensore di luce ambiente può rilevare la luce disponibile in funzione del periodo del giorno e regolare di conseguenza l'intensità luminosa di una rete destinata all'illuminazione di un ufficio. Un sensorie PIR può agire alla stregua di un rilevatore di presenza in un automobile, in uno scompartimento o un un'abitazione e procedere all'accensione/spegnimento della luce a secondo dell'informazione ricevuta. Anche un'applicazione molto semplice, come la luce sul pannello frontale di un elettrodomestico, può utilizzare un sensore molto semplice per entrare in azione solo quando è richiesto.
Una funzione periferica che può rappresentare un elemento di differenziazione è l'aggiunta del controllo di tipo capacitivo. In questo caso si fa riferimento alla sostituzione di commutatori o tasti meccanici con un'interfaccia di rilevamento capacitivo che ha il doppio vantaggio permettere la realizzazione di dispositivi accattivanti dal punto di vista estetico e di risultare ermeticamente sigillati. La crescente popolarità di questo tipo di interfacce nei lettori MP3 e nei telefoni cellulari apre stimolanti potenzialità per i dispositivi di illuminazione. Oltre a ciò, il numero di fornitori di soluzioni di natura capacitiva è in rapido aumento, a tutto vantaggio del progettista che può reperire con maggior facilità il prodotto più idoneo per la sua applicazione.

Di seguito vengono proposti due semplici esempi di modalità di utilizzo di questa tecnologia per il mercato dell'illuminazione. Il primo è un semplice commutatore on/off o cursore per la variazione dell'intensità luminosa. Questa funzione può essere aggiunta senza problemi a un lampada da tavolo o a un proiettore da incasso a LED. Il cursore può essere anche accoppiato con la regolazione delle luci bianche discussa in precedenza per selezionare una temperature di colore specifica.
Un commutatore on/off può anche diventare un commutatore di prossimità nel momento in cui aumenta la sensibilità dell'anello capacitivo. L'utilizzatore può semplicemente muovere la mano in prossimità della luce per ottenere l'accensione della stessa. Si tratta di una caratteristica decisamente interessante che non richiede un ulteriore lavoro di progettazione con i LED.

Tutte le opzioni discusse nel corso dell'articolo, dalla regolazione della luce bianca, alla comunicazione alle funzionalità delle periferiche possono essere integrate negli attuali progetti semplicemente utilizzando le note applicative e il firmware fornire da aziende che si occupano dello sviluppo di microcontrollori come ad esempio Cypress Semiconductor. La differenziazione non rappresenta quindi un problema di notevole entità per i team di progettazione che non hanno molta dimestichezza con l'integrazione di dispositivi a semiconduttore e può contribuire ad arricchire le funzionalità e il valore intrinseco del prodotto finale.
I LED rappresentano un'opportunità rilevante per i progettisti dotati di una certa creatività per ritagliarsi una nicchia interessante nei confronti di una competizione sempre più agguerrita, mentre le caratteristiche proprie dei LED ne permettono l'uso in un numero virtualmente illimitato di applicazioni. I progettisti capaci di cogliere tali opportunità saranno sicuramente avvantaggiati. I concetti di differenziazione esposti in questo articolo rappresentano solo la punta dell'iceberg e sarà sicuramente interessante valutare tutte le nuove idee che faranno da volano all'evoluzione di questo settore.

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