Drahtlose Konnektivität und Beleuchtungslösungen für Geräte in intelligenten Gebäuden

　　Die Smart-Building-Revolution ist im Gange, die für mehr Komfort und Komfort für Wohnhäuser sorgt, die Betriebskosten senkt und die Produktivität der Mitarbeiter in den gewerblichen Bereichen steigert. Bis 2022 wurde der Weltmarkt auf fast 78 Milliarden US-Dollar bewertet.

　　Drahtlose Steuerbeleuchtung ist ein Schlüsselfaktor in dieser Revolution, da sie eine Vielzahl von Betriebsmodi ermöglicht, die helfen, Energieverschwendung zu vermeiden und Störungen sowie Kosten bei groß angelegten Neuverkabelungsprojekten zu vermeiden. Die Installation drahtloser Controller kann bis zu 70 % der Kosten für die Neuverkabelung bestehender Häuser oder 15 % der Verkabelungskosten für neue Projekte einsparen.

　　Während einige neue Häuser, wie Luxusimmobilien, von Anfang an clever gestaltet sein können, können bestehende Häuser in Phasen modernisiert werden. Eigentümer können Heizungs- oder Beleuchtungssysteme als ersten Schritt zur smarten Technologie priorisieren und das System dann mit weiteren smarten Funktionen wie Gerätecontrollern, Rollläden oder Türschlössern erweitern. Alle Arten von Smart-Building-Geräten scheinen eine vielversprechende Zukunft zu haben, von einfachen Lichtschaltern, Wandsteckern oder Heizkörperabdeckungen bis hin zu komplexen zentralen Controllern. Dies bietet neuen Marken die Möglichkeit, Marktanteile zu gewinnen, indem sie technologisch fortschrittliche oder modischere Produkte anbieten als die von reiferen Wettbewerbern.

　　Interoperabilität und Koexistenz werden für Entwickler, die Erfolg suchen, zu zentralen Themen werden, da Kunden dazu neigen, nach und nach smarte Funktionen in ihre Gebäude einzuführen.

　　Kandidaten-Verbindungsstandards

　　Verschiedene Verbindungsstandards zur Steuerung von Geräten (wie Lichter, Kühlerventile, Fenster) wurden für Öffner und Geräte in intelligenten Gebäuden vorgeschlagen. Derzeit sind beliebte Standards für zertifizierte Produkte auf dem Markt EnOcean, KNX, ZigBee und Z-Wave Commercial.

　　EnOcean und Z-Wave arbeiten im Sub-GHz-Funkband. In Europa ist das 868 MHz. Z-Wave basiert auf einer Mesh-Netzwerktopologie und unterstützt bis zu 232 Knoten. Dieses Protokoll bietet Interoperabilität auf Anwendungsebene und unterstützt viele Z-Wave-System-on-Chip-Geräte, wie Sigma Designs ZM5202. Der Z-Wave-Stack befindet sich auf dem Chip und wird über ebenfalls bereitgestellte APIs genutzt, die es Entwicklern ermöglichen, Anwendungen einfach in den integrierten Programmspeicher des Geräts zu laden, wie in Abbildung 1 dargestellt. Das SoC unterstützt eine Single-Chip-Lösung mit allen Hardwarefunktionen wie Sensor-ADC, 128-Bit-sicherer Verschlüsselung und einem dreipostigen bidirektionalen Thyristor-Dimmer-Controller, der in das Gerät integriert ist.

　　Abbildung 1: Zugriff auf das Z-Wave-Protokoll über die bereitgestellte API.

　　Die EnOcean-Technologie basiert auf ultraleichten Funkprotokollen und ermöglicht batteriefreie Module, die von Solarzellen oder anderen Energiequellen – wie Stromwandlern oder Peltier-Elementen – betrieben werden – und Erntesysteme nutzen, die kurze Telegramme mit Sensordaten übertragen. Dies ist ein starkes Angebot für Geräte wie Lichtschalter, die überall im Raum platziert werden können, um mit netzbetriebenen Lichtaktuatoren zu kommunizieren, die mit Systemmodulen wie EnOcean TCM300U gebaut sind (Abbildung 2). EnOcean-Switches lassen sich auch problemlos in größere Hausautomationsnetzwerke integrieren. So baute beispielsweise der deutsche KNX-Entwickler Weinzierl (www.weinzierl.de) ein EnOcean-KNX-Gateway, das EnOcean-Drahtlose Telegramme empfängt und passende Signale auf dem KNX-Bus erzeugt.

　　Abbildung 2: Drahtlose Sensoren kommunizieren mit liniengesteuerten Aktuatoren.

　　KNX behauptet, weltweit der einzige Standard zu sein, der unter Standards wie ISO/IEC14543-3, EN-50090 (CENELEC), EN13321-1/2 (CEN), Chinas Hausautomationsstandard GB/T20965 und dem US-amerikanischen ANSI/ASHRAE 135 anerkannt ist. Im Gegensatz zu drahtlosbasierten Standards wie EnOcean, ZigBee und Z-Wave können KNX-Busse auf verschiedenen Medien betrieben werden, darunter auch Twisted Pair (KNX). TP), Wechselstromleitungen (KNX PL), Ethernet/Wi-Fi (KNXnet/IP) und drahtlose (KNX RF), die im 868-MHz-Band arbeiten. Die KNX Association stellt auch Geräteentwicklern und Systeminstallateuren Werkzeuge zur Verfügung, die unabhängig vom Hersteller sind.

　　ZigBee Home Automation ist ein spezielles Profil, das auf dem renommierten ZigBee-Standard für 2,4-GHz-Funk basiert. Es ist für die Steuerung von Haushaltsgeräten optimiert und verwendet den ZigBee PRO Mesh-Netzwerkstack. ZigBee Pro kann auf verschiedenen Mikrocontrollern implementiert werden. Silicon Labs besitzt viele ZigBee-Module, wie ETRX357, die Single-Chip-ZigBee-Transceiver und den EmberZNet-Mesh-Stack enthalten, der den ZigBee PRO-Standards entspricht. Diese Module ermöglichen es Entwicklern ohne RF-Erfahrung, drahtlose Netzwerkfunktionen zu ihren Produkten hinzuzufügen.

　　Verwenden Sie die Auswahlkriterien

　　Jeder Standard wird von einer eigenen Allianz oder Vereinigung unterstützt, die für die Verwaltung technischer Spezifikationen sowie rechtlicher Aspekte wie Lizenzierung und Produktzertifizierung verantwortlich ist. Der Zertifizierungsprozess gewährleistet die Interoperabilität zwischen Produkten verschiedener Hersteller. OEMs, die Märkte betreten wollen, die derzeit einen dieser Standards verwenden, müssen ihre neuen Produktdesigns zur Zertifizierung einreichen.

　　Typischerweise beginnt der Weg zur Entwicklung zertifizierter, interoperabler Geräte (wie Leuchten, Schalter oder Dimmer) mit dem Kauf von Entwicklerkits von Sigma Designs, wie dem RBK-ZW500DEV-CON Z-Wave Kit. Sigma bietet außerdem viele kostengünstige regionale Pakete an, die verschiedene Subbänder in Europa, Nordamerika, Japan und anderen Regionen bedienen können. Für Z-Wave erhält der Kauf des Entwickler-Kit auch Zugang zum Z-Wave Software Development Kit SDK von Sigma. Das SDK ermöglicht den Online-Zugriff auf Ressourcen wie Protokollbibliotheken, Anwendungsbeispiele und Dokumentation. Mit den verfügbaren Werkzeugen können Entwickler notwendige Entscheidungen treffen, wie Hardwareauswahl, Protokollauswahl sowie Geräte und Befehlsklassen. Nach Abschluss der Hardware- und Softwareentwicklung können Produkte zur Zertifizierung bei der Z-Wave Alliance eingereicht werden.

　　Zentralisierte Kontrolle

　　In intelligenten Gebäuden kann Aktivierungsbeleuchtung in mehreren Bereichen benötigt werden, nicht nur auf traditionelles manuelles Schalten oder Dimmen, das von wandmontierten Systemen gesteuert wird. Der zentrale Controller kann so programmiert werden, dass er zu bestimmten Zeiten Lichter ein- oder ausschaltet, auf Belegungssensoren reagiert, die ebenfalls Teil des Haussicherheitssystems sind, oder Signale von Umgebungslichtsensoren empfängt, die die Dimmung für optimale Beleuchtung anpassen können. Darüber hinaus werden Nutzer intelligenter Gebäude, da Verbraucher zunehmend vernetzte mobile Geräte nutzen, von einer Vielzahl von Anwendungen angezogen werden, die verschiedene Aspekte intelligenter Gebäude steuern können, wie Beleuchtung und Heizung. Geräte und Sicherheitseinstellungen für Tablets oder Smartphones. Gateway-Geräte, die smarte Gebäudenetzwerke mit Internetroutern verbinden, bieten wichtige Funktionen, wie in Abbildung 3 dargestellt. Jede Smart-Building-Technologie benötigt ein solches IP-Domain-basiertes Gateway, egal ob es mit Tablets kommuniziert, die über WLAN-Netzwerke mit dem Gebäude verbunden sind, oder über mobile Geräte über Mobilfunk- oder WLAN-Hotspots überall auf der Welt mit dem Internet verbunden ist. Viele Hersteller bieten Gateways an, die Smart-Home-Netzwerke (wie EnOcean, KNX, ZigBee oder Z-Wave-Umgebungen) mit den Gebäuden von Internetroutern verbinden können.

　　Abbildung 3: Die Verbindung des Smart-Home-Netzwerks mit einer IP-Domäne ermöglicht es verschiedenen Geräten, Einstellungen zu steuern.

　　Anwendungsentwickler können die von ausgewählten Technologien unterstützten Funktionen nutzen, um Endnutzern bequeme Funktionen bereitzustellen. Dazu gehört die Konfiguration von Gerätegruppen, die Einklicksteuerung ermöglichen, oder das Erstellen benutzerdefinierter "Szenen", um automatisch erforderliche Einstellungen für Beleuchtung, Heizung und andere Geräte anzuwenden. Nutzer können eine "Heimkino"-Szene erstellen, während sie das Licht dimmen, Jalousien schließen, die Temperatur einstellen, den Flachbildfernseher einschalten oder im "Schlafmodus"-Szenario die Tür verriegeln, Fenster schließen, die Heizung ausschalten und alle Lichter außer dem Schlafzimmer ausschalten.

　　Fazit

　　Die Standards, die Verbindungen zwischen Geräten innerhalb intelligenter Gebäude definieren, bieten Produktentwicklern jeweils die Struktur, die nötig ist, um quantifizierbare Märkte zu adressieren. Sicherstellung der Interoperabilität mit anderen bereits auf dem Markt verfügbaren Produkten. Der Verband fördert seine eigenen Standards energisch, aber Entwickler müssen nach den bereitgestellten Ressourcen sowie genauen Möglichkeiten und Wettbewerbsbewertungen wählen.