Conectividad inalámbrica y soluciones de iluminación para dispositivos dentro de edificios inteligentes

　　La revolución de los edificios inteligentes está en marcha, proporcionando mayor comodidad y comodidad a las viviendas, reduciendo los costes operativos y aumentando la productividad de los empleados en el sector comercial. Para 2022, el mercado global estaba valorado en casi 78.000 millones de dólares.

　　La iluminación inalámbrica por control es un factor clave en esta revolución, permitiendo una variedad de modos de funcionamiento que ayudan a evitar el desperdicio de energía y a prevenir interrupciones y costes asociados a proyectos de reinstalación a gran escala. Instalar mandos inalámbricos puede ahorrar hasta un 70% del coste de recablear viviendas existentes, o un 15% del coste del cableado para nuevos proyectos.

　　Mientras que algunas viviendas nuevas, como las de lujo, pueden diseñarse de forma inteligente desde el principio, las viviendas existentes pueden actualizarse en fases. Los propietarios pueden priorizar los sistemas de calefacción o iluminación como primer paso hacia la tecnología inteligente y luego ampliar el sistema con otras funciones inteligentes como controladores de dispositivos, persianas o cerraduras de puertas. Todo tipo de dispositivos inteligentes para edificios parecen tener un futuro prometedor, desde simples interruptores, enchufes de pared o cubiertas para radiadores hasta complejos controladores centrales. Esto ofrece a las nuevas marcas oportunidades para ganar cuota de mercado ofreciendo productos tecnológicamente avanzados o más modernos que los de competidores más maduros.

　　La interoperabilidad y la convivencia serán cuestiones clave para los desarrolladores que buscan éxito, ya que los clientes tienden a introducir gradualmente funciones inteligentes en sus edificios.

　　Estándares de conexión de candidatos

　　Se han propuesto diversos estándares de conexión para controlar dispositivos (como luces, válvulas de radiador, ventanas) para los abridores y electrodomésticos en edificios inteligentes. Actualmente, los estándares populares para productos certificados en el mercado incluyen EnOcean, KNX, ZigBee y Z-Wave Commercial.

　　EnOcean y Z-Wave operan en la banda de radio sub-GHz. En Europa, esto es 868 MHz. Z-Wave se basa en la topología de red mallada y soporta hasta 232 nodos. Este protocolo proporciona interoperabilidad a nivel de aplicación y soporta muchos dispositivos Z-Wave en chip en chip, como Sigma Designs ZM5202. La pila Z-Wave reside en el chip y se accede a través de APIs que también se proporcionan, permitiendo a los desarrolladores simplemente cargar aplicaciones en la memoria integrada del programa, como se muestra en la Figura 1. El SoC soporta una solución de un solo chip con todas las características de hardware como ADC de sensores, cifrado seguro de 128 bits y un controlador dimmer de tiristores bidireccional de tres terminales integrado en el dispositivo.

　　Figura 1: Accede al protocolo Z-Wave a través de la API proporcionada.

　　La tecnología EnOcean se basa en protocolos de radio ultraligeros y permite módulos sin batería que funcionan desde células solares u otras fuentes de energía—como convertidores de energía o elementos Peltier—que utilizan sistemas de captación para transmitir telegramas cortos que contienen datos de sensores. Esta es una propuesta sólida para elementos como los interruptores de luz, que pueden colocarse en cualquier parte de la sala para comunicarse con actuadores de iluminación alimentados por línea construidos con módulos de sistema como EnOcean TCM300U (Figura 2). Los interruptores EnOcean también pueden integrarse fácilmente en redes de domótica más grandes. Por ejemplo, el desarrollador alemán de KNX Weinzierl (www.weinzierl.de) construyó una pasarela EnOcean-KNX que recibe telegramas inalámbricos EnOcean y genera señales apropiadas en el bus KNX.

　　Figura 2: Los sensores inalámbricos se comunican con actuadores accionados por línea.

　　KNX afirma ser el único estándar mundial aprobado bajo normas como ISO/IEC14543-3, EN-50090 (CENELEC), EN13321-1/2 (CEN), el estándar chino de domótica GB/T20965 y el ANSI/ASHRAE 135 de EE. UU. A diferencia de estándares basados en inalámbricos como EnOcean, ZigBee y Z-Wave, los buses KNX pueden operar en diversos medios, incluyendo par trenzado (KNX). TP), líneas eléctricas de CA (KNX PL), Ethernet/Wi-Fi (KNXnet/IP) y inalámbrica (KNX RF) que operan en la banda de 868 MHz. La Asociación KNX también proporciona a desarrolladores de equipos e instaladores de sistemas herramientas independientes del fabricante.

　　ZigBee Home Automation es un perfil especial basado en el reconocido estándar ZigBee para radio de 2,4 GHz. Está optimizado para controlar dispositivos domésticos y utiliza la pila de red mallada ZigBee PRO. ZigBee Pro puede implementarse en varios microcontroladores. Silicon Labs posee muchos módulos ZigBee, como ETRX357, que incluyen transceptores ZigBee de un solo chip y la pila de malla EmberZNet compatible con los estándares ZigBee PRO. Estos módulos permiten a desarrolladores sin experiencia en RF añadir funcionalidad de red inalámbrica a sus productos.

　　Utilizar los criterios de selección

　　Cada norma cuenta con el apoyo de su propia alianza o asociación, que se encarga de gestionar las especificaciones técnicas así como los aspectos legales como la licencia y la certificación de productos. El proceso de certificación garantiza la interoperabilidad entre productos de diferentes fabricantes. Los fabricantes que esperen penetrar en mercados que actualmente utilizan cualquiera de estos estándares deben proporcionar sus nuevos diseños de producto para su certificación.

　　Normalmente, el camino para desarrollar dispositivos certificados e interoperables (como luminarias, interruptores o reguladores) comienza comprando kits de revelador a Sigma Designs, como el kit RBK-ZW500DEV-CON Z-Wave. Sigma también ofrece muchos paquetes regionales de bajo coste que pueden cubrir diferentes subbandas en Europa, Norteamérica, Japón y otras regiones. Para Z-Wave, comprar el kit de desarrollador también otorga acceso al SDK del kit de desarrollo de software Z-Wave de Sigma. El SDK permite el acceso en línea a recursos como bibliotecas de protocolos, ejemplos de aplicaciones y documentación. Utilizando las herramientas disponibles, los desarrolladores pueden tomar decisiones necesarias, como la selección de hardware, la selección de protocolos, así como los dispositivos y clases de comandos. Tras completar el desarrollo de hardware y software, los productos pueden ser enviados a la Z-Wave Alliance para su certificación.

　　Control centralizado

　　En edificios inteligentes, la iluminación de activación puede ser necesaria en varias áreas, no limitada a la conmutación manual tradicional o la regulación controlada por sistemas montados en la pared. El controlador central puede programarse para encender o apagar las luces en determinados momentos, o responder a sensores de ocupación que también forman parte del sistema de seguridad del hogar, o recibir señales de sensores de luz ambiental que pueden ajustar la atenuación para lograr una iluminación óptima. Además, a medida que los consumidores adoptan cada vez más dispositivos móviles en red, los usuarios de edificios inteligentes se sentirán atraídos por una variedad de aplicaciones que pueden controlar distintos aspectos de los edificios inteligentes, como la iluminación y la calefacción. Electrodomésticos y ajustes de seguridad para tabletas o smartphones. Los dispositivos gateway que conectan redes inteligentes de edificios a routers de internet proporcionan funcionalidades clave, como se muestra en la Figura 3. Cualquier tecnología de edificio inteligente requiere una pasarela basada en dominio IP, ya sea que se comunique con tabletas conectadas al edificio a través de redes Wi-Fi o se conecte a internet mediante dispositivos móviles mediante puntos de acceso celulares o Wi-Fi en cualquier parte del mundo. Muchos fabricantes ofrecen pasarelas diseñadas para conectar redes domésticas inteligentes (como entornos EnOcean, KNX, ZigBee o Z-Wave) a routers de internet para construir.

　　Figura 3: Conectar la red del hogar inteligente a un dominio IP permite que varios dispositivos controlen la configuración.

　　Los desarrolladores de aplicaciones pueden aprovechar las características soportadas por tecnologías seleccionadas para ofrecer funciones convenientes para los usuarios finales. Estas incluyen configurar grupos de dispositivos para permitir controles con un solo clic, o crear "escenas" personalizadas para aplicar automáticamente los ajustes necesarios para iluminación, calefacción y otros equipos. Los usuarios pueden crear una escena de "cine en casa" mientras atenuan las luces, cerraban persianas, ajustaban la temperatura, encendían la televisión de pantalla plana o, en el escenario "Modo Suspensión", cerrando la puerta con llave, cerrando ventanas, apagando la calefacción y apagando todas las luces excepto el dormitorio.

　　Conclusión

　　Los estándares que definen las conexiones entre dispositivos dentro de edificios inteligentes proporcionan a los desarrolladores de productos la estructura necesaria para abordar mercados cuantificables. Asegurar la interoperabilidad con otros productos ya disponibles en el mercado. La asociación promueve vigorosamente sus propios estándares, pero los promotores deben elegir en función de los recursos que proporcionan, de oportunidades precisas y evaluaciones competitivas.