智能建筑内设备的无线连接及照明解决方案
来源: 电子发烧友    发布时间: 2019-04-01 10:20   83 次浏览   大小:  16px  14px  12px
智能建筑内设备的无线连接及照明解决方案

  智能建筑革命正在进行中,为住宅提供更好的舒适性和便利性,降低运营成本,提高商业部门的员工生产力。到2022年,全球市场价值近780亿美元。

  无线控制照明是这场革命的关键因素,允许多种多样的操作模式,有助于避免浪费能源,避免大型重新布线项目的动荡和成本。安装无线控制器可以节省高达70%的现有房屋重新布线成本,或者占新建项目布线成本的15%。

  虽然有些新房,如高级房产,可能从一开始就设计得很聪明,现有房屋可能会分阶段升级。所有者可以优先考虑加热或照明系统,作为智能技术的第一步,然后可以使用其他智能功能扩展系统,例如设备控制器,百叶窗或门锁。所有类型的智能建筑设备似乎都有光明的未来,从简单的灯开关,墙壁插头或散热器盖到复杂的中央控制器。这为新品牌赢得市场份额提供了机会,通过提供技术先进或比更成熟的竞争对手提供的产品更加时尚的产品。

  互操作性和共存将成为寻求成功的开发者的关键问题客户倾向于逐步向其建筑物引入智能功能的市场。

  候选连接标准

  用于控制设备(如灯,散热器阀门,窗户)的多种连接标准已经提出了智能建筑中的开启器和电器。目前市场上已获得认证产品的流行标准包括EnOcean,KNX,ZigBee ?和Z-Wave ?。

  EnOcean和Z-Wave工作在sub-GHz无线电频段。在欧洲,这是868 MHz。 Z-Wave基于网状网络拓扑,最多支持232个节点。该协议提供了应用级别的互操作性,并且可以使用许多Z-Wave片上系统设备,例如Sigma Designs ZM5202。 Z-Wave堆栈驻留在芯片上,并通过也提供的API访问,这使开发人员可以简单地将应用程序加载到设备的集成程序存储器中,如图1所示。 SoC支持单芯片解决方案,具有所有硬件功能,如传感器ADC,128位安全加密和集成在器件中的三端双向可控硅调光器控制器。

  图1:通过提供的API访问Z-Wave协议。

  EnOcean技术基于极轻的无线电协议,可实现从太阳能电池或其他能源运行的无电池模块 - 诸如动力转换器或Peltier元件的收获系统,用于传输包含传感器数据的短电报。这对于诸如灯开关之类的物品来说是一个强有力的主张,它可以放置在房间的任何地方,与使用EnOcean TCM300U等系统模块构建的线路供电照明执行器(图2)进行通信。 EnOcean交换机还可以轻松地集成到更大的家庭自动化网络中。例如,德国KNX开发商Weinzierl(www.weinzierl.de)建立了一个EnOcean-KNX网关,它接收EnOcean无线电报并在KNX总线上生成适当的信号。

  图2:无线传感器与线路驱动的执行器进行通信。

  KNX声称是全球唯一根据ISO/IEC14543-3等标准获得批准的标准,EN-50090(CENELEC),EN13321-1/2(CEN),中国家庭自动化标准GB/T20965和美国ANSI/ASHRAE 135.与基于无线的EnOcean,ZigBee和Z-Wave标准,KNX总线不同可以在各种介质上运行,包括双绞线(KNX TP),交流电源线(KNX PL)和以太网/Wi-Fi(KNXnet/IP),以及在868 MHz频段运行的无线(KNX RF)。 KNX协会还为设备开发人员和系统安装人员提供独立于制造商的工具。

  ZigBee家庭自动化是基于2.4 GHz无线电的着名ZigBee标准的特殊配置文件。它针对控制家庭设备进行了优化,并使用ZigBee PRO网状网络堆栈。 ZigBee Pro可以在各种微控制器上实现。 Silicon Labs拥有许多ZigBee模块,例如ETRX357,其中包含单芯片ZigBee收发器以及符合ZigBee PRO标准的EmberZNet网格堆栈。这些模块允许没有RF经验的开发人员为其产品添加无线网络功能。

  使用选择的标准

  每个标准都有自己的联盟或协会支持,该联盟或协会负责管理技术规范以及许可和产品认证等法律方面。认证过程确保来自不同制造商的产品之间的互操作性。希望渗透目前使用任何这些标准的市场的OEM必须提供他们的新产品设计以进行认证。

  通常,开发认证的,可互操作的设备(例如灯具,开关或调光器)的道路开始通过购买Sigma Designs的开发人员套件,如RBK-ZW500DEV-CON Z-Wave套件。 Sigma还拥有许多低成本的区域套件,可为欧洲,北美和日本等地区的不同子频段分配服务。对于Z-Wave,购买开发人员套件还可以访问Sigma的Z-Wave软件开发套件SDK。 SDK允许在线访问协议库,应用程序示例和文档等资源。使用可用的工具,开发人员可以做出必要的决定,例如硬件选择,协议选择以及设备和命令类。完成硬件和软件开发后,产品可以提交给Z-Wave联盟进行认证。

  集中控制

  在智能建筑中,可能需要激活照明在几个方面,不限于通过壁挂式控制的传统手动切换或调光。中央控制器可以被编程为在某些时间打开或关闭灯,或者响应于也构成家庭安全系统的一部分的占用传感器,或者来自环境光传感器的信号,其可以用于调节调光以获得最佳照明和此外,随着消费者越来越多地采用网络移动设备,智能建筑用户会被丰富多彩的应用程序所吸引,这些应用程序可以控制智能建筑的各个方面,例如照明,供暖,电器和安全平板电脑或智能手机的设置。将智能建筑网络与互联网路由器相连接的网关设备为此功能提供了关键,如图3所示。任何智能建筑技术都需要这样的基于IP域的网关,无论是否与连接到建筑物的平板电脑进行通信Wi-Fi网络,或通过移动设备通过世界任何地方的蜂窝或Wi-Fi热点连接到互联网。许多制造商都提供网关,适用于将智能家居网络(如EnOcean,KNX,ZigBee或Z-Wave环境)连接到建筑物的互联网路由器。

  图3:将智能家庭网络连接到IP域允许使用各种设备控制设置。

  应用程序开发人员可以利用所选技术支持的功能为最终用户提供方便的功能。这些包括配置设备组以允许单击控制,或创建自定义“场景”以自动应用照明,加热和其他设备的所需设置。用户可以创建一个“家庭影院”场景,同时调暗灯光,关闭百叶窗,调节温度,打开平板电视,或“进入睡眠”场景锁门,关闭窗户,关闭加热和关闭除卧室外的所有灯光。

  结论

  定义智能建筑内设备之间连接的标准各自提供了产品开发人员需要能够解决可量化市场的结构。确保与市场上已有的其他产品的互操作性。协会大力推广自己的标准,但开发商必须根据他们提供的资源和准确的机会和竞争评估进行选择。

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