Connectivité sans fil et solutions d’éclairage pour les appareils situés dans les bâtiments intelligents

　　La révolution des bâtiments intelligents est en cours, offrant un meilleur confort et une meilleure commodité aux habitations, réduisant les coûts d’exploitation et augmentant la productivité des employés dans les secteurs commerciaux. En 2022, le marché mondial était évalué à près de 78 milliards de dollars.

　　L’éclairage sans fil à commande est un facteur clé de cette révolution, permettant une variété de modes de fonctionnement qui aident à éviter le gaspillage d’énergie et à éviter les perturbations et coûts liés aux projets de recâblage à grande échelle. L’installation de contrôleurs sans fil peut permettre d’économiser jusqu’à 70 % du coût du recâblage des maisons existantes, ou 15 % du coût du câblage pour de nouveaux projets.

　　Si certaines maisons neuves, comme les propriétés de luxe, peuvent être ingénieusement conçues dès le départ, les maisons existantes peuvent être modernisées par phases. Les propriétaires peuvent prioriser les systèmes de chauffage ou d’éclairage comme première étape vers la technologie intelligente, puis élargir le système avec d’autres fonctionnalités intelligentes telles que des contrôleurs d’appareils, des volets ou des serrures de porte. Tous les types d’appareils intelligents semblent avoir un avenir prometteur, allant des simples interrupteurs, prises murales ou caches de radiateurs aux contrôleurs centraux complexes. Cela offre aux nouvelles marques des opportunités de gagner des parts de marché en proposant des produits technologiquement avancés ou plus à la mode que ceux proposés par des concurrents plus matures.

　　L’interopérabilité et la coexistence deviendront des enjeux clés pour les promoteurs en quête de succès, car les clients ont tendance à introduire progressivement des fonctionnalités intelligentes dans leurs bâtiments.

　　Normes de connexion candidate

　　Diverses normes de connexion pour contrôler les dispositifs (telles que les lumières, les vannes de radiateur, les fenêtres) ont été proposées pour les ouvre-portes et les appareils électroménagers dans les bâtiments intelligents. Actuellement, les normes populaires pour les produits certifiés sur le marché incluent EnOcean, KNX, ZigBee et Z-Wave Commercial.

　　EnOcean et Z-Wave opèrent dans la bande radio sub-GHz. En Europe, c’est 868 MHz. Z-Wave est basé sur une topologie réseau maillé et supporte jusqu’à 232 nœuds. Ce protocole offre une interopérabilité au niveau applicatif et prend en charge de nombreux dispositifs Z-Wave sur puce, tels que Sigma Designs ZM5202. La pile Z-Wave réside sur la puce et est accessible via des API également fournies, permettant aux développeurs de simplement charger des applications dans la mémoire intégrée du périphérique, comme montré à la Figure 1. Le SoC prend en compte une solution à puce unique avec toutes les fonctionnalités matérielles telles que l’ADC des capteurs, le chiffrement sécurisé 128 bits et un régulateur polyvalent thyristor bidirectionnel à trois terminaux intégré à l’appareil.

　　Figure 1 : Accédez au protocole Z-Wave via l’API fournie.

　　La technologie EnOcean est basée sur des protocoles radio ultra-légers et permet des modules sans batterie fonctionnant à partir de cellules solaires ou d’autres sources d’énergie — telles que des convertisseurs de puissance ou des éléments Peltier — des systèmes de récolte utilisés pour transmettre de courts télégrammes contenant des données de capteurs. C’est une proposition solide pour des éléments comme les interrupteurs, qui peuvent être placés n’importe où dans la pièce pour communiquer avec des actionneurs d’éclairage alimentés par ligne construits à partir de modules système comme EnOcean TCM300U (Figure 2). Les commutateurs EnOcean peuvent également être facilement intégrés dans des réseaux d’automatisation domestique plus vastes. Par exemple, le développeur allemand de KNX Weinzierl (www.weinzierl.de) a développé une passerelle EnOcean-KNX qui reçoit les télégrammes sans fil EnOcean et génère des signaux appropriés sur le bus KNX.

　　Figure 2 : Les capteurs sans fil communiquent avec des actionneurs à ligne.

　　KNX affirme être la seule norme mondiale approuvée selon des normes telles que ISO/IEC14543-3, EN-50090 (CENELEC), EN13321-1/2 (CEN), la norme chinoise d’automatisation domotique GB/T20965, et l’ANSI/ASHRAE 135 américain. Contrairement aux normes sans fil comme EnOcean, ZigBee et Z-Wave, les bus KNX peuvent fonctionner sur divers supports, y compris les paires torsadées (KNX). TP), des lignes électriques AC (KNX PL), Ethernet/Wi-Fi (KNXnet/IP) et sans fil (KNX RF) fonctionnant dans la bande des 868 MHz. L’Association KNX fournit également aux développeurs d’équipements et aux installateurs de systèmes des outils indépendants du fabricant.

　　ZigBee Home Automation est un profil spécial basé sur la célèbre norme ZigBee pour la radio 2,4 GHz. Il est optimisé pour contrôler les appareils domestiques et utilise la pile réseau maillée ZigBee PRO. ZigBee Pro peut être implémenté sur divers microcontrôleurs. Silicon Labs possède de nombreux modules ZigBee, tels que ETRX357, qui incluent des émetteurs-récepteurs ZigBee à puce unique et la pile maillée EmberZNet conforme aux normes ZigBee PRO. Ces modules permettent aux développeurs sans expérience RF d’ajouter des fonctionnalités réseau sans fil à leurs produits.

　　Utiliser les critères de sélection

　　Chaque norme est soutenue par sa propre alliance ou association, responsable de la gestion des spécifications techniques ainsi que des aspects juridiques tels que la licence et la certification des produits. Le processus de certification garantit l’interopérabilité entre les produits de différents fabricants. Les OEM souhaitant pénétrer les marchés utilisant actuellement l’une de ces normes doivent fournir leurs nouveaux designs de produits pour certification.

　　En général, le chemin vers le développement de dispositifs certifiés et interopérables (tels que luminaires, interrupteurs ou variateurs) commence par l’achat de kits de révélateur chez Sigma Designs, tels que le kit RBK-ZW500DEV-CON Z-Wave. Sigma propose également de nombreux forfaits régionaux à faible coût pouvant desservir différentes sous-bandes en Europe, en Amérique du Nord, au Japon et dans d’autres régions. Pour Z-Wave, l’achat du kit de développement donne également accès au SDK du kit de développement logiciel Z-Wave de Sigma. Le SDK permet un accès en ligne à des ressources telles que des bibliothèques de protocoles, des exemples d’applications et de la documentation. En utilisant les outils disponibles, les développeurs peuvent prendre les décisions nécessaires, telles que la sélection matérielle, la sélection des protocoles, ainsi que les dispositifs et classes de commande. Après avoir terminé le développement matériel et logiciel, les produits peuvent être soumis à la Z-Wave Alliance pour certification.

　　Contrôle centralisé

　　Dans les bâtiments intelligents, l’éclairage d’activation peut être nécessaire dans plusieurs zones, ne se limitant pas à la commutation manuelle traditionnelle ou à la gradation contrôlée par des systèmes muraux. Le contrôleur central peut être programmé pour allumer ou éteindre les lumières à certains moments, ou répondre aux capteurs d’occupation également intégrés au système de sécurité domestique, ou recevoir des signaux de capteurs de lumière ambiante qui peuvent ajuster la gradation pour un éclairage optimal. De plus, à mesure que les consommateurs adoptent de plus en plus les appareils mobiles connectés en réseau, les utilisateurs de bâtiments intelligents seront attirés par une variété d’applications capables de contrôler divers aspects des bâtiments intelligents, tels que l’éclairage et le chauffage. Appareils électroménagers et paramètres de sécurité pour tablettes ou smartphones. Les dispositifs passerelle reliant des réseaux intelligents aux bâtiments à des routeurs Internet fournissent des fonctionnalités clés, comme montré à la Figure 3. Toute technologie de bâtiment intelligent nécessite une telle passerelle basée sur un domaine IP, qu’elle communique avec des tablettes connectées au bâtiment via des réseaux Wi-Fi ou qu’elle se connecte à Internet via des appareils mobiles via des points d’accès cellulaires ou Wi-Fi, partout dans le monde. De nombreux fabricants proposent des passerelles conçues pour connecter des réseaux domestiques intelligents (tels que EnOcean, KNX, ZigBee ou Z-Wave) à la construction de routeurs internet.

　　Figure 3 : Connecter le réseau domestique intelligent à un domaine IP permet à divers appareils de contrôler les réglages.

　　Les développeurs d’applications peuvent exploiter les fonctionnalités prises en charge par certaines technologies pour offrir des fonctionnalités pratiques aux utilisateurs finaux. Cela inclut la configuration de groupes d’appareils pour permettre des contrôles en un seul clic, ou la création de « scènes » personnalisées pour appliquer automatiquement les réglages requis pour l’éclairage, le chauffage et d’autres équipements. Les utilisateurs peuvent créer une scène « home cinéma » tout en tamisant les lumières, en fermant les stores, en ajustant la température, en allumant la télévision à écran plat, ou dans le scénario « Mode veille », verrouiller la porte, fermer les fenêtres, éteindre le chauffage et éteindre toutes les lumières sauf la chambre.

　　Conclusion

　　Les normes définissant les connexions entre les appareils au sein des bâtiments intelligents fournissent chacune aux développeurs de produits la structure nécessaire pour répondre à des marchés quantifiables. Assurez l’interopérabilité avec d’autres produits déjà disponibles sur le marché. L’association promeut vigoureusement ses propres standards, mais les promoteurs doivent choisir en fonction des ressources qu’ils proposent, des opportunités précises et des évaluations concurrentielles.