Беспроводные решения для подключения и освещения для устройств в умных зданиях

　　Революция умного строительства уже в разгаре, обеспечивая лучший комфорт и комфорт для жилых домов, снижая операционные расходы и повышая продуктивность сотрудников в коммерческом секторе. К 2022 году мировой рынок оценивался почти в 78 миллиардов долларов.

　　Беспроводное управление освещением является ключевым фактором этой революции, позволяя использовать различные режимы работы, которые помогают избежать потери энергии и предотвращать сбои и расходы, связанные с масштабными проектами по перепроводке. Установка беспроводных контроллеров может сэкономить до 70% стоимости переподключения существующих домов или 15% стоимости проводки для новых проектов.

　　Хотя некоторые новые дома, такие как роскошные дома, могут быть умно спроектированы с самого начала, существующие дома могут обновляться поэтапно. Владельцы могут отдать приоритет системам отопления или освещения как первому шагу к умным технологиям, а затем расширить систему другими умными функциями, такими как контроллеры устройств, ставни или замки дверей. Все типы умных строительных устройств, похоже, имеют светлое будущее — от простых выключателей, розеток или крышек радиаторов до сложных центральных контроллеров. Это даёт новым брендам возможность завоевать долю рынка, предлагая технологически продвинутые или более модные продукты, чем те, что предлагают более зрелые конкуренты.

　　Совместимость и сосуществование станут ключевыми вопросами для застройщиков, стремящихся к успеху, поскольку клиенты постепенно внедряют умные функции в свои здания.

　　Стандарты подключения кандидатов

　　Были предложены различные стандарты подключения для управляющих устройств (таких как освещение, клапаны радиатора, окна) для открывателей и бытовой техники в умных зданиях. В настоящее время популярными стандартами сертифицированных продуктов на рынке являются EnOcean, KNX, ZigBee и Z-Wave Commercial.

　　EnOcean и Z-Wave работают в суб-ГГц радиодиапазоне. В Европе это 868 МГц. Z-Wave основан на топологии сетей mesh и поддерживает до 232 узлов. Этот протокол обеспечивает совместимость на уровне приложений и поддерживает множество устройств Z-Wave с системой на чипе, таких как Sigma Designs ZM5202. Стек Z-Wave находится на чипе и доступен через также предоставленные API, позволяющие разработчикам просто загружать приложения в интегрированную программную память устройства, как показано на рисунке 1. SoC поддерживает одночиповое решение со всеми аппаратными функциями, такими как сенсорный АЦП, 128-битное защищённое шифрование и трехконечный двухнаправленный тиристорный диммерный контроллер, интегрированный в устройство.

　　Рисунок 1: Доступ к протоколу Z-Wave через предоставленный API.

　　Технология EnOcean основана на ультралёгких радиопротоколах и позволяет создавать бесбатарейные модули, работающие от солнечных элементов или других источников энергии — таких как преобразователи питания или элементы Пельтье — для сбора систем, используемых для передачи коротких телеграмм с данными датчиков. Это сильное предложение для таких элементов, как выключатели света, которые можно разместить в любой части комнаты для связи с линейными приводами освещения, построенными на системных модулях, таких как EnOcean TCM300U (рисунок 2). Коммутаторы EnOcean также легко интегрируются в более крупные сети домашней автоматизации. Например, немецкий разработчик KNX Weinzierl (www.weinzierl.de) создал шлюз EnOcean-KNX, который принимает беспроводные телеграммы EnOcean и генерирует соответствующие сигналы на шине KNX.

　　Рисунок 2: Беспроводные датчики взаимодействуют с приводами, управляемыми линиями.

　　KNX утверждает, что является единственным в мире стандартом, одобренным по таким стандартам, как ISO/IEC14543-3, EN-50090 (CENELEC), EN13321-1/2 (CEN), китайский стандарт домашней автоматизации GB/T20965 и американский ANSI/ASHRAE 135. В отличие от беспроводных стандартов, таких как EnOcean, ZigBee и Z-Wave, автобусы KNX могут работать на различных носителях, включая скрученные пары (KNX). TP), линии переменного тока (KNX PL), Ethernet/Wi-Fi (KNXnet/IP) и беспроводные (KNX RF), работающие в диапазоне 868 МГц. Ассоциация KNX также предоставляет разработчикам оборудования и установщикам систем инструменты, независимые от производителя.

　　ZigBee Home Automation — это специальный профиль, основанный на знаменитом стандарте ZigBee для радио на частоте 2,4 ГГц. Он оптимизирован для управления домашними устройствами и использует сетевой стек ZigBee PRO. ZigBee Pro можно реализовать на различных микроконтроллерах. Silicon Labs владеет многими модулями ZigBee, такими как ETRX357, которые включают одночиповые передатчики ZigBee и сеточный стек EmberZNet, совместимый со стандартами ZigBee PRO. Эти модули позволяют разработчикам без опыта работы с радиочастотами добавлять функциональность беспроводной сети в свои продукты.

　　Используйте критерии отбора

　　Каждый стандарт поддерживается собственным альянсом или ассоциацией, которая отвечает за управление техническими спецификациями, а также юридическими аспектами, такими как лицензирование и сертификация продукции. Процесс сертификации обеспечивает совместимость между продуктами разных производителей. OEM-производители, желающие выйти на рынки, использующие эти стандарты, должны предоставить свои новые разработки для сертификации.

　　Обычно путь к разработке сертифицированных, совместимых устройств (таких как светильники, переключатели или диммеры) начинается с покупки комплектов для проявщиков от Sigma Designs, таких как комплект RBK-ZW500DEV-CON Z-Wave. Sigma также предлагает множество недорогих региональных пакетов, которые могут обслуживать различные субдиапазоны в Европе, Северной Америке, Японии и других регионах. Для Z-Wave покупка комплекта разработчика также предоставляет доступ к набору разработки программного обеспечения Sigma Z-Wave SDK. SDK обеспечивает онлайн-доступ к ресурсам, таким как библиотеки протоколов, примеры приложений и документация. Используя доступные инструменты, разработчики могут принимать необходимые решения, такие как выбор аппаратного обеспечения, выбор протокола, а также устройства и классы команд. После завершения разработки аппаратного и программного обеспечения продукты могут быть представлены в Z-Wave Alliance для сертификации.

　　Централизованное управление

　　В умных зданиях может понадобиться включающее освещение в нескольких сферах, не ограничиваясь традиционным ручным переключением или затемнением, управляемым настенной системами. Центральный контроллер может быть запрограммирован на включение или выключение света в определённое время, реагировать на датчики проживания, которые также входят в систему домашней безопасности, или принимать сигналы от датчиков окружающего освещения, которые могут регулировать затемнение для оптимального освещения. Кроме того, по мере того как потребители всё чаще используют сетевые мобильные устройства, пользователи умных зданий будут привлечены к различным приложениям, которые могут управлять различными аспектами умных зданий, такими как освещение и отопление. Бытовая техника и настройки безопасности для планшетов или смартфонов. Шлюзовые устройства, соединяющие сети умных зданий с интернет-маршрутизаторами, обеспечивают ключевую функциональность, как показано на рисунке 3. Любая технология умных зданий требует такого IP-доменного шлюза — будь то связь с планшетами, подключёнными к зданию через Wi-Fi сети, или подключение к интернету через мобильные устройства через сотовую или Wi-Fi точки доступа в любой точке мира. Многие производители предлагают шлюзы, предназначенные для подключения умных домашних сетей (таких как EnOcean, KNX, ZigBee или Z-Wave) для создания интернет-роутеров.

　　Рисунок 3: Подключение сети умного дома к IP-домену позволяет разным устройствам управлять настройками.

　　Разработчики приложений могут использовать функции, поддерживаемые выбранными технологиями, чтобы предоставить удобные функции конечным пользователям. К ним относятся настройки групп устройств для управления одним кликом или создание собственных «сцен» для автоматического применения необходимых настроек освещения, отопления и другого оборудования. Пользователи могут создавать сцену «домашнего кинотеатра», одновременно затемняя свет, закрывая жалюзи, регулируя температуру, включая плоский телевизор или в режиме «Спящего» блокируя дверь, закрывая окна, отключая отопление и выключая все светильники, кроме спальни.

　　Заключение

　　Стандарты, определяющие связи между устройствами в умных зданиях, каждый из них предоставляет разработчикам продуктов структуру, необходимую для работы на количественно измеримых рынках. Обеспечьте совместимость с другими продуктами, уже доступными на рынке. Ассоциация активно продвигает собственные стандарты, но застройщики должны выбирать, исходя из предоставляемых ими ресурсов, а также точных возможностей и конкурентных оценок.