智能建筑內設備的無線連接及照明解決方案

　　智能建筑革命正在進行中，為住宅提供更好的舒適性和便利性，降低運營成本，提高商業(yè)部門的員工生產(chǎn)力。到2022年，全球市場價值近780億美元。

　　無線控制照明是這場革命的關鍵因素，允許多種多樣的操作模式，有助于避免浪費能源，避免大型重新布線項目的動蕩和成本。安裝無線控制器可以節(jié)省高達70%的現(xiàn)有房屋重新布線成本，或者占新建項目布線成本的15%。

　　雖然有些新房，如高級房產(chǎn)，可能從一開始就設計得很聰明，現(xiàn)有房屋可能會分階段升級。所有者可以優(yōu)先考慮加熱或照明系統(tǒng)，作為智能技術的第一步，然后可以使用其他智能功能擴展系統(tǒng)，例如設備控制器，百葉窗或門鎖。所有類型的智能建筑設備似乎都有光明的未來，從簡單的燈開關，墻壁插頭或散熱器蓋到復雜的中央控制器。這為新品牌贏得市場份額提供了機會，通過提供技術先進或比更成熟的競爭對手提供的產(chǎn)品更加時尚的產(chǎn)品。

　　互操作性和共存將成為尋求成功的開發(fā)者的關鍵問題客戶傾向于逐步向其建筑物引入智能功能的市場。

　　候選連接標準

　　用于控制設備(如燈，散熱器閥門，窗戶)的多種連接標準已經(jīng)提出了智能建筑中的開啟器和電器。目前市場上已獲得認證產(chǎn)品的流行標準包括EnOcean，KNX，ZigBee ?和Z-Wave ?。

　　EnOcean和Z-Wave工作在sub-GHz無線電頻段。在歐洲，這是868 MHz。 Z-Wave基于網(wǎng)狀網(wǎng)絡拓撲，最多支持232個節(jié)點。該協(xié)議提供了應用級別的互操作性，并且可以使用許多Z-Wave片上系統(tǒng)設備，例如Sigma Designs ZM5202。 Z-Wave堆棧駐留在芯片上，并通過也提供的API訪問，這使開發(fā)人員可以簡單地將應用程序加載到設備的集成程序存儲器中，如圖1所示。 SoC支持單芯片解決方案，具有所有硬件功能，如傳感器ADC，128位安全加密和集成在器件中的三端雙向可控硅調光器控制器。

　　圖1：通過提供的API訪問Z-Wave協(xié)議。

　　EnOcean技術基于極輕的無線電協(xié)議，可實現(xiàn)從太陽能電池或其他能源運行的無電池模塊 - 諸如動力轉換器或Peltier元件的收獲系統(tǒng)，用于傳輸包含傳感器數(shù)據(jù)的短電報。這對于諸如燈開關之類的物品來說是一個強有力的主張，它可以放置在房間的任何地方，與使用EnOcean TCM300U等系統(tǒng)模塊構建的線路供電照明執(zhí)行器(圖2)進行通信。 EnOcean交換機還可以輕松地集成到更大的家庭自動化網(wǎng)絡中。例如，德國KNX開發(fā)商Weinzierl(www.weinzierl.de)建立了一個EnOcean-KNX網(wǎng)關，它接收EnOcean無線電報并在KNX總線上生成適當?shù)男盘枴?/p>

　　圖2：無線傳感器與線路驅動的執(zhí)行器進行通信。

　　KNX聲稱是全球唯一根據(jù)ISO/IEC14543-3等標準獲得批準的標準，EN-50090(CENELEC)，EN13321-1/2(CEN)，中國家庭自動化標準GB/T20965和美國ANSI/ASHRAE 135.與基于無線的EnOcean，ZigBee和Z-Wave標準，KNX總線不同可以在各種介質上運行，包括雙絞線(KNX TP)，交流電源線(KNX PL)和以太網(wǎng)/Wi-Fi(KNXnet/IP)，以及在868 MHz頻段運行的無線(KNX RF)。 KNX協(xié)會還為設備開發(fā)人員和系統(tǒng)安裝人員提供獨立于制造商的工具。

　　ZigBee家庭自動化是基于2.4 GHz無線電的著名ZigBee標準的特殊配置文件。它針對控制家庭設備進行了優(yōu)化，并使用ZigBee PRO網(wǎng)狀網(wǎng)絡堆棧。 ZigBee Pro可以在各種微控制器上實現(xiàn)。 Silicon Labs擁有許多ZigBee模塊，例如ETRX357，其中包含單芯片ZigBee收發(fā)器以及符合ZigBee PRO標準的EmberZNet網(wǎng)格堆棧。這些模塊允許沒有RF經(jīng)驗的開發(fā)人員為其產(chǎn)品添加無線網(wǎng)絡功能。

　　使用選擇的標準

　　每個標準都有自己的聯(lián)盟或協(xié)會支持，該聯(lián)盟或協(xié)會負責管理技術規(guī)范以及許可和產(chǎn)品認證等法律方面。認證過程確保來自不同制造商的產(chǎn)品之間的互操作性。希望滲透目前使用任何這些標準的市場的OEM必須提供他們的新產(chǎn)品設計以進行認證。

　　通常，開發(fā)認證的，可互操作的設備(例如燈具，開關或調光器)的道路開始通過購買Sigma Designs的開發(fā)人員套件，如RBK-ZW500DEV-CON Z-Wave套件。 Sigma還擁有許多低成本的區(qū)域套件，可為歐洲，北美和日本等地區(qū)的不同子頻段分配服務。對于Z-Wave，購買開發(fā)人員套件還可以訪問Sigma的Z-Wave軟件開發(fā)套件SDK。 SDK允許在線訪問協(xié)議庫，應用程序示例和文檔等資源。使用可用的工具，開發(fā)人員可以做出必要的決定，例如硬件選擇，協(xié)議選擇以及設備和命令類。完成硬件和軟件開發(fā)后，產(chǎn)品可以提交給Z-Wave聯(lián)盟進行認證。

　　集中控制

　　在智能建筑中，可能需要激活照明在幾個方面，不限于通過壁掛式控制的傳統(tǒng)手動切換或調光。中央控制器可以被編程為在某些時間打開或關閉燈，或者響應于也構成家庭安全系統(tǒng)的一部分的占用傳感器，或者來自環(huán)境光傳感器的信號，其可以用于調節(jié)調光以獲得最佳照明和此外，隨著消費者越來越多地采用網(wǎng)絡移動設備，智能建筑用戶會被豐富多彩的應用程序所吸引，這些應用程序可以控制智能建筑的各個方面，例如照明，供暖，電器和安全平板電腦或智能手機的設置。將智能建筑網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)路由器相連接的網(wǎng)關設備為此功能提供了關鍵，如圖3所示。任何智能建筑技術都需要這樣的基于IP域的網(wǎng)關，無論是否與連接到建筑物的平板電腦進行通信Wi-Fi網(wǎng)絡，或通過移動設備通過世界任何地方的蜂窩或Wi-Fi熱點連接到互聯(lián)網(wǎng)。許多制造商都提供網(wǎng)關，適用于將智能家居網(wǎng)絡(如EnOcean，KNX，ZigBee或Z-Wave環(huán)境)連接到建筑物的互聯(lián)網(wǎng)路由器。

　　圖3：將智能家庭網(wǎng)絡連接到IP域允許使用各種設備控制設置。

　　應用程序開發(fā)人員可以利用所選技術支持的功能為最終用戶提供方便的功能。這些包括配置設備組以允許單擊控制，或創(chuàng)建自定義“場景”以自動應用照明，加熱和其他設備的所需設置。用戶可以創(chuàng)建一個“家庭影院”場景，同時調暗燈光，關閉百葉窗，調節(jié)溫度，打開平板電視，或“進入睡眠”場景鎖門，關閉窗戶，關閉加熱和關閉除臥室外的所有燈光。

　　結論

　　定義智能建筑內設備之間連接的標準各自提供了產(chǎn)品開發(fā)人員需要能夠解決可量化市場的結構。確保與市場上已有的其他產(chǎn)品的互操作性。協(xié)會大力推廣自己的標準，但開發(fā)商必須根據(jù)他們提供的資源和準確的機會和競爭評估進行選擇。