Conectividade sem fio e soluções de iluminação para dispositivos dentro de edifícios inteligentes

　　A revolução dos edifícios inteligentes está em andamento, proporcionando maior conforto e conveniência para residências, reduzindo custos operacionais e aumentando a produtividade dos funcionários no setor comercial. Em 2022, o mercado global estava avaliado em quase 78 bilhões de dólares.

　　A iluminação por controle sem fio é um fator chave nessa revolução, permitindo uma variedade de modos de operação que ajudam a evitar desperdício de energia e evitar interrupções e custos associados a projetos de reinstalação em grande escala. Instalar controles sem fio pode economizar até 70% do custo de refazer a fiação de casas existentes, ou 15% do custo da fiação para novos projetos.

　　Enquanto algumas casas novas, como propriedades de luxo, podem ser projetadas de forma inteligente desde o início, as casas existentes podem ser atualizadas em fases. Os proprietários podem priorizar sistemas de aquecimento ou iluminação como primeiro passo rumo à tecnologia inteligente e, em seguida, expandir o sistema com outros recursos inteligentes, como controladores de dispositivos, persianas ou fechaduras de portas. Todos os tipos de dispositivos inteligentes para edifícios parecem ter um futuro promissor, variando de interruptores simples, tomadas de parede ou tampas de radiador até controladores centrais complexos. Isso oferece às novas marcas oportunidades de ganhar participação de mercado ao oferecer produtos tecnologicamente avançados ou mais modernos do que os oferecidos por concorrentes mais maduros.

　　Interoperabilidade e coexistência se tornarão questões-chave para desenvolvedores que buscam sucesso, já que os clientes tendem a introduzir gradualmente recursos inteligentes em seus edifícios.

　　Padrões de conexão de candidatos

　　Diversos padrões de conexão para controlar dispositivos (como luzes, válvulas de radiador, janelas) foram propostos para abridores e eletrodomésticos em edifícios inteligentes. Atualmente, os padrões populares para produtos certificados no mercado incluem EnOcean, KNX, ZigBee e Z-Wave Commercial.

　　EnOcean e Z-Wave operam na faixa de rádio sub-GHz. Na Europa, isso é 868 MHz. O Z-Wave é baseado em topologia de rede mesh e suporta até 232 nós. Esse protocolo oferece interoperabilidade em nível de aplicação e suporta muitos dispositivos Z-Wave system-on-chip, como o Sigma Designs ZM5202. A pilha Z-Wave reside no chip e é acessada por meio de APIs também fornecidas, permitindo que os desenvolvedores simplesmente carreguem aplicações na memória integrada do programa do dispositivo, como mostrado na Figura 1. O SoC suporta uma solução de chip único com todos os recursos de hardware, como ADC de sensores, criptografia segura de 128 bits e um controlador dimmer de tiristores bidirecional de três terminais integrado ao dispositivo.

　　Figura 1: Acesse o protocolo Z-Wave via a API fornecida.

　　A tecnologia EnOcean é baseada em protocolos de rádio ultraleve e possibilita módulos sem bateria que operam a partir de células solares ou outras fontes de energia — como conversores de energia ou elementos Peltier — sistemas de colheita usados para transmitir telegramas curtos contendo dados de sensores. Essa é uma proposta forte para itens como interruptores de luz, que podem ser colocados em qualquer lugar do cômodo para se comunicar com atuadores de iluminação alimentados por linha construídos usando módulos de sistema como o EnOcean TCM300U (Figura 2). Os switches EnOcean também podem ser facilmente integrados a redes de automação residencial maiores. Por exemplo, o desenvolvedor alemão da KNX Weinzierl (www.weinzierl.de) construiu um gateway EnOcean-KNX que recebe telegramas sem fio da EnOcean e gera sinais apropriados no barramento KNX.

　　Figura 2: Sensores sem fio se comunicam com atuadores acionados por linha.

　　O KNX afirma ser o único padrão mundial aprovado sob normas como ISO/IEC14543-3, EN-50090 (CENELEC), EN13321-1/2 (CEN), o padrão chinês de automação residencial GB/T20965 e o ANSI/ASHRAE 135 dos EUA. Ao contrário de padrões baseados em wireless como EnOcean, ZigBee e Z-Wave, os barramentos KNX podem operar em vários meios, incluindo par trançado (KNX). TP), linhas de energia AC (KNX PL), Ethernet/Wi-Fi (KNXnet/IP) e wireless (KNX RF) operando na faixa de 868 MHz. A Associação KNX também fornece ferramentas independentes do fabricante para desenvolvedores de equipamentos e instaladores de sistemas.

　　ZigBee Home Automation é um perfil especial baseado no renomado padrão ZigBee para rádio 2.4 GHz. Ele é otimizado para controlar dispositivos domésticos e utiliza a pilha de rede mesh ZigBee PRO. O ZigBee Pro pode ser implementado em vários microcontroladores. A Silicon Labs possui muitos módulos ZigBee, como o ETRX357, que inclui transceptores ZigBee de chip único e a pilha mesh EmberZNet compatível com os padrões ZigBee PRO. Esses módulos permitem que desenvolvedores sem experiência em RF adicionem funcionalidade de rede sem fio aos seus produtos.

　　Use os critérios para seleção

　　Cada padrão é apoiado por sua própria aliança ou associação, responsável por gerenciar especificações técnicas, bem como aspectos legais, como licenciamento e certificação de produtos. O processo de certificação garante interoperabilidade entre produtos de diferentes fabricantes. OEMs que desejam penetrar nos mercados que atualmente utilizam qualquer um desses padrões devem fornecer seus novos designs de produto para certificação.

　　Normalmente, o caminho para desenvolver dispositivos certificados e interoperáveis (como luminárias, interruptores ou dimmers) começa com a compra de kits de revelação da Sigma Designs, como o kit RBK-ZW500DEV-CON Z-Wave. A Sigma também oferece muitos pacotes regionais de baixo custo que podem atender diferentes subbandas na Europa, América do Norte, Japão e outras regiões. Para o Z-Wave, a compra do kit de desenvolvimento também concede acesso ao SDK do kit de desenvolvimento de software Z-Wave da Sigma. O SDK permite acesso online a recursos como bibliotecas de protocolos, exemplos de aplicações e documentação. Usando as ferramentas disponíveis, os desenvolvedores podem tomar decisões necessárias, como seleção de hardware, seleção de protocolos, bem como dispositivos e classes de comando. Após concluir o desenvolvimento de hardware e software, os produtos podem ser submetidos à Z-Wave Alliance para certificação.

　　Controle centralizado

　　Em edifícios inteligentes, a iluminação de ativação pode ser necessária em várias áreas, não se limitando à comutação manual tradicional ou escurecimento controlado por sistemas montados na parede. O controlador central pode ser programado para acender ou desligar luzes em determinados horários, responder a sensores de ocupação que também fazem parte do sistema de segurança residencial, ou receber sinais de sensores de luz ambiente que podem ajustar a escurecimento para iluminação ideal. Além disso, à medida que os consumidores adotam cada vez mais dispositivos móveis em rede, usuários de edifícios inteligentes serão atraídos por uma variedade de aplicações que podem controlar diversos aspectos dos edifícios inteligentes, como iluminação e aquecimento. Eletrodomésticos e configurações de segurança para tablets ou smartphones. Dispositivos gateway conectando redes de edifícios inteligentes a roteadores de internet fornecem funcionalidades essenciais, como mostrado na Figura 3. Qualquer tecnologia de edifício inteligente requer esse tipo de gateway baseado em domínio IP, seja ele se comunicando com tablets conectados ao edifício via redes Wi-Fi ou conectando-se à internet por dispositivos móveis via hotspots celulares ou Wi-Fi em qualquer lugar do mundo. Muitos fabricantes oferecem gateways projetados para conectar redes residenciais inteligentes (como EnOcean, KNX, ZigBee ou ambientes Z-Wave) à construção de roteadores de internet.

　　Figura 3: Conectar a rede residencial inteligente a um domínio IP permite que vários dispositivos controlem as configurações.

　　Desenvolvedores de aplicações podem aproveitar os recursos suportados por tecnologias selecionadas para oferecer recursos convenientes para os usuários finais. Isso inclui configurar grupos de dispositivos para permitir controles com um único clique, ou criar "cenas" personalizadas para aplicar automaticamente as configurações necessárias de iluminação, aquecimento e outros equipamentos. Os usuários podem criar uma cena de "home theater" enquanto escurecem as luzes, fecham persianas, ajustam a temperatura, ligam a TV de tela plana ou, no cenário "Modo Sono", trancam a porta, fecham janelas, desligam o aquecimento e apagam todas as luzes, exceto o quarto.

　　Conclusão

　　Os padrões que definem conexões entre dispositivos dentro de edifícios inteligentes fornecem aos desenvolvedores de produtos a estrutura necessária para atender mercados quantificáveis. Garantir interoperabilidade com outros produtos já disponíveis no mercado. A associação promove vigorosamente seus próprios padrões, mas os desenvolvedores devem escolher com base nos recursos que oferecem, em oportunidades precisas e avaliações competitivas.