راه حل های اتصال بی سیم و روشنایی برای دستگاه ها در ساختمان های هوشمند

　　انقلاب ساختمان های هوشمند در حال وقوع است که راحتی و راحتی بهتری برای خانه ها فراهم می کند، هزینه های عملیاتی را کاهش می دهد و بهره وری کارکنان را در بخش های تجاری افزایش می دهد. تا سال ۲۰۲۲، ارزش بازار جهانی نزدیک به ۷۸ میلیارد دلار برآورد شده بود.

　　نورپردازی کنترل بی سیم عامل کلیدی در این انقلاب است که امکان استفاده از حالت های مختلف عملیاتی را فراهم می کند که به جلوگیری از هدررفت انرژی و جلوگیری از اختلالات و هزینه های مرتبط با پروژه های بزرگ سیم کشی مجدد کمک می کند. نصب کنترلرهای بی سیم می تواند تا ۷۰٪ از هزینه سیم کشی مجدد خانه های موجود یا ۱۵٪ از هزینه کابل کشی پروژه های جدید را کاهش دهد.

　　در حالی که برخی خانه های جدید، مانند املاک لوکس، ممکن است از ابتدا هوشمندانه طراحی شوند، خانه های موجود ممکن است به صورت مرحله ای ارتقا یابند. مالکان می توانند سیستم های گرمایش یا روشنایی را به عنوان اولین گام به سوی فناوری هوشمند در اولویت قرار دهند و سپس سیستم را با ویژگی های هوشمند دیگری مانند کنترلرهای دستگاه، کرکره ها یا قفل درب گسترش دهند. به نظر می رسد همه انواع دستگاه های هوشمند ساختمانی آینده روشنی دارند؛ از کلیدهای ساده برق، پریز دیواری یا پوشش رادیاتور گرفته تا کنترلرهای مرکزی پیچیده. این امر فرصت هایی برای برندهای جدید فراهم می کند تا با ارائه محصولات پیشرفته تر یا مدرن تر نسبت به رقبای بالغ تر، سهم بازار کسب کنند.

　　قابلیت همکاری و همزیستی به مسائل کلیدی برای توسعه دهندگانی تبدیل خواهد شد که به دنبال موفقیت هستند، زیرا مشتریان تمایل دارند به تدریج ویژگی های هوشمند را به ساختمان های خود وارد کنند.

　　استانداردهای اتصال کاندیداها

　　استانداردهای مختلف اتصال برای کنترل دستگاه ها (مانند چراغ ها، شیرهای رادیاتور، پنجره ها) برای بازکننده ها و وسایل در ساختمان های هوشمند پیشنهاد شده اند. در حال حاضر، استانداردهای محبوب برای محصولات دارای گواهی در بازار شامل EnOcean، KNX، ZigBee و Z-Wave Commercial هستند.

　　EnOcean و Z-Wave در باند رادیویی زیر-گیگاهرتز فعالیت می کنند. در اروپا، این فرکانس ۸۶۸ مگاهرتز است. Z-Wave بر پایه توپولوژی شبکه مش است و تا ۲۳۲ گره را پشتیبانی می کند. این پروتکل قابلیت همکاری در سطح برنامه را فراهم می کند و از بسیاری از دستگاه های سیستم روی تراشه Z-Wave مانند Sigma Designs ZM5202 پشتیبانی می کند. پشته Z-Wave روی تراشه قرار دارد و از طریق APIهایی که ارائه شده نیز قابل دسترسی است، که به توسعه دهندگان اجازه می دهد برنامه ها را به سادگی در حافظه برنامه مجتمع دستگاه بارگذاری کنند، همان طور که در شکل ۱ نشان داده شده است. SoC از راه حل تک تراشه ای پشتیبانی می کند که تمام ویژگی های سخت افزاری مانند ADC حسگر، رمزنگاری امن ۱۲۸ بیتی و کنترلر دیمر تریستور دوطرفه سه ترمینال را در دستگاه تعبیه کرده است.

　　شکل ۱: دسترسی به پروتکل Z-Wave از طریق API ارائه شده.

　　فناوری ان اوشن بر پایه پروتکل های رادیویی فوق العاده سبک است و امکان استفاده از ماژول های بدون باتری را فراهم می کند که از سلول های خورشیدی یا منابع انرژی دیگر مانند مبدل های قدرت یا عناصر پلتیر استفاده می شوند و سیستم های برداشت برای انتقال تلگرام های کوتاه حاوی داده های حسگر به کار می روند. این یک پیشنهاد قوی برای آیتم هایی مانند کلیدهای روشنایی است که می توانند در هر نقطه ای از اتاق قرار داده شوند تا با عملگرهای روشنایی خطی ساخته شده با ماژول های سیستمی مانند EnOcean TCM300U ارتباط برقرار کنند (شکل ۲). سوئیچ های EnOcean همچنین می توانند به راحتی در شبکه های بزرگ اتوماسیون خانگی ادغام شوند. برای مثال، توسعه دهنده آلمانی KNX به نام Weinzierl (www.weinzierl.de) یک دروازه EnOcean-KNX ساخت که تلگرام های بی سیم EnOcean را دریافت کرده و سیگنال های مناسب را روی گذرگاه KNX تولید می کند.

　　شکل ۲: حسگرهای بی سیم با عملگرهای خطی ارتباط برقرار می کنند.

　　KNX ادعا می کند تنها استاندارد جهانی است که تحت استانداردهایی مانند ISO/IEC14543-3، EN-50090 (CENELEC)، EN13321-1/2 (CEN)، استاندارد اتوماسیون خانگی چین GB/T20965 و استاندارد ANSI/ASHRAE 135 آمریکا تأیید شده است. برخلاف استانداردهای بی سیم مانند EnOcean، ZigBee و Z-Wave، اتوبوس های KNX می توانند روی رسانه های مختلفی از جمله جفت پیچیده (KNX) کار کنند. TP)، خطوط برق AC (KNX PL)، اترنت/وای فای (KNXnet/IP) و بی سیم (KNX RF) که در باند 868 مگاهرتز کار می کنند. انجمن KNX همچنین ابزارهایی مستقل از تولیدکننده را در اختیار توسعه دهندگان تجهیزات و نصب کنندگان سیستم قرار می دهد.

　　ZigBee Home Automation یک پروفایل ویژه است که بر اساس استاندارد مشهور ZigBee برای رادیوی ۲.۴ گیگاهرتز ساخته شده است. این نرم افزار برای کنترل دستگاه های خانگی بهینه شده و از پشته شبکه مش ZigBee PRO استفاده می کند. ZigBee Pro را می توان روی میکروکنترلرهای مختلف پیاده سازی کرد. سیلیکون لبز مالک بسیاری از ماژول های ZigBee مانند ETRX357 است که شامل فرستنده-گیرنده های تک تراشه ZigBee و پشته مش EmberZNet مطابق با استانداردهای ZigBee PRO می باشد. این ماژول ها به توسعه دهندگانی که تجربه RF ندارند اجازه می دهند قابلیت های شبکه بی سیم را به محصولات خود اضافه کنند.

　　از معیارهای انتخاب استفاده کنید

　　هر استاندارد توسط اتحاد یا انجمن مخصوص به خود پشتیبانی می شود که مسئول مدیریت مشخصات فنی و همچنین جنبه های حقوقی مانند صدور مجوز و صدور گواهی محصول است. فرآیند صدور گواهی تضمین می کند که بین محصولات تولیدکنندگان مختلف قابلیت همکاری وجود داشته باشد. تولیدکنندگان اصلی که امیدوارند با استفاده از هر یک از این استانداردها وارد بازارهای فعلی شوند، باید طراحی محصولات جدید خود را برای دریافت گواهی ارائه دهند.

　　معمولا مسیر توسعه دستگاه های تأییدشده و قابل همکاری (مانند لامپ ها، کلیدها یا دیمرها) با خرید کیت های توسعه دهنده از Sigma Designs آغاز می شود، مانند کیت RBK-ZW500DEV-CON Z-Wave. سیگما همچنین بسته های منطقه ای کم هزینه زیادی ارائه می دهد که می توانند زیرگروه های مختلف در اروپا، آمریکای شمالی، ژاپن و مناطق دیگر را پوشش دهند. برای Z-Wave، خرید کیت توسعه دهنده همچنین دسترسی به SDK کیت توسعه نرم افزار Z-Wave شرکت Sigma را فراهم می کند. SDK امکان دسترسی آنلاین به منابعی مانند کتابخانه های پروتکل، نمونه های برنامه ها و مستندات را فراهم می کند. با استفاده از ابزارهای موجود، توسعه دهندگان می توانند تصمیمات لازم مانند انتخاب سخت افزار، انتخاب پروتکل و همچنین دستگاه ها و کلاس های فرمان را اتخاذ کنند. پس از تکمیل توسعه سخت افزار و نرم افزار، محصولات می توانند برای دریافت گواهی به اتحاد Z-Wave ارسال شوند.

　　کنترل متمرکز

　　در ساختمان های هوشمند، نورپردازی فعال سازی ممکن است در چندین بخش مورد نیاز باشد که محدود به سوئیچینگ دستی سنتی یا کم نور کردن کنترل شده توسط سیستم های نصب شده روی دیوار نیست. کنترلر مرکزی می تواند برنامه ریزی شود تا چراغ ها را در زمان های مشخصی روشن یا خاموش کند، یا به حسگرهای اشغال که بخشی از سیستم امنیتی خانه هستند پاسخ دهد، یا سیگنال هایی از حسگرهای نور محیط دریافت کند که می توانند کم نور را برای نور بهینه تنظیم کنند. علاوه بر این، با افزایش استفاده مصرف کنندگان از دستگاه های موبایل شبکه ای، کاربران ساختمان های هوشمند جذب برنامه های متنوعی خواهند شد که می توانند جنبه های مختلف ساختمان های هوشمند مانند روشنایی و گرمایش را کنترل کنند. لوازم خانگی و تنظیمات امنیتی برای تبلت ها یا گوشی های هوشمند. دستگاه های دروازه ای که شبکه های ساختمان هوشمند را به روترهای اینترنت متصل می کنند، عملکردهای کلیدی را فراهم می کنند، همان طور که در شکل ۳ نشان داده شده است. هر فناوری ساختمان هوشمند به چنین دروازه ای مبتنی بر دامنه IP نیاز دارد، چه با تبلت های متصل به ساختمان از طریق شبکه های وای فای ارتباط برقرار کند و چه از طریق دستگاه های موبایل از طریق هات اسپات های سلولی یا وای فای در هر نقطه ای از جهان. بسیاری از تولیدکنندگان دروازه هایی ارائه می دهند که برای اتصال شبکه های خانه هوشمند (مانند محیط های EnOcean، KNX، ZigBee یا Z-Wave) به روترهای اینترنتی ساخته شده اند.

　　شکل ۳: اتصال شبکه خانه هوشمند به یک دامنه IP به دستگاه های مختلف اجازه می دهد تنظیمات را کنترل کنند.

　　توسعه دهندگان برنامه می توانند از ویژگی های پشتیبانی شده توسط فناوری های منتخب بهره ببرند تا ویژگی های راحتی را برای کاربران نهایی فراهم کنند. این موارد شامل پیکربندی گروه های دستگاه برای امکان کنترل های تک کلیک یا ایجاد «صحنه»های سفارشی برای اعمال خودکار تنظیمات لازم برای نورپردازی، گرمایش و سایر تجهیزات است. کاربران می توانند در حالی که چراغ ها را کم نور می کنند، پرده ها را می بندند، دما را تنظیم می کنند، تلویزیون صفحه تخت را روشن می کنند یا در حالت «حالت خواب» در را قفل می کنند، پنجره ها را می بندند، گرمایش را خاموش می کنند و همه چراغ ها به جز اتاق خواب را خاموش می کنند.

　　نتیجه گیری

　　استانداردهایی که ارتباطات بین دستگاه ها در ساختمان های هوشمند را تعریف می کنند، هر یک ساختار لازم را برای توسعه دهندگان محصول فراهم می کنند تا بازارهای قابل اندازه گیری را پوشش دهند. اطمینان حاصل کنید که قابلیت همکاری با سایر محصولات موجود در بازار وجود دارد. انجمن با جدیت استانداردهای خود را ترویج می کند، اما توسعه دهندگان باید بر اساس منابعی که ارائه می دهند، فرصت های دقیق و ارزیابی های رقابتی انتخاب کنند.