基于智能建筑內(nèi)設(shè)備的無線連接及照明解決方案

“無線連接”是指使用WiFi、4G等無線技術(shù)建立設(shè)備之間的通訊鏈路，為設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通訊提供基礎(chǔ)，也稱為無線鏈接，常用的實(shí)現(xiàn)無線鏈接的設(shè)備有無線路由器、蜂窩設(shè)備等。 

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

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

雖然有些新房，如高級(jí)房產(chǎn)，可能從一開始就設(shè)計(jì)得很聰明，現(xiàn)有房屋可能會(huì)分階段升級(jí)。所有者可以優(yōu)先考慮加熱或照明系統(tǒng)，作為智能技術(shù)的第一步，然后可以使用其他智能功能擴(kuò)展系統(tǒng)，例如設(shè)備控制器，百葉窗或門鎖。所有類型的智能建筑設(shè)備似乎都有光明的未來，從簡(jiǎn)單的燈開關(guān)，墻壁插頭或散熱器蓋到復(fù)雜的中央控制器。這為新品牌贏得市場(chǎng)份額提供了機(jī)會(huì)，通過提供技術(shù)先進(jìn)或比更成熟的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手提供的產(chǎn)品更加時(shí)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(guān)鍵問題客戶傾向于逐步向其建筑物引入智能功能的市場(chǎng)。

候選連接標(biāo)準(zhǔn)

用于控制設(shè)備(如燈，散熱器閥門，窗戶)的多種連接標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)提出了智能建筑中的開啟器和電器。目前市場(chǎng)上已獲得認(rèn)證產(chǎn)品的流行標(biāo)準(zhǔn)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(luò)拓?fù)?，最多支?32個(gè)節(jié)點(diǎn)。該協(xié)議提供了應(yīng)用級(jí)別的互操作性，并且可以使用許多Z-Wave片上系統(tǒng)設(shè)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(jiǎn)單地將應(yīng)用程序加載到設(shè)備的集成程序存儲(chǔ)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(diào)光器控制器。

圖1：通過提供的API訪問Z-Wave協(xié)議

EnOcean技術(shù)基于極輕的無線電協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)從太陽能電池或其他能源運(yùn)行的無電池模塊 - 諸如動(dòng)力轉(zhuǎn)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(bào)。這對(duì)于諸如燈開關(guān)之類的物品來說是一個(gè)強(qiáng)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(gòu)建的線路供電照明執(zhí)行器(圖2)進(jìn)行通信。 EnOcean交換機(jī)還可以輕松地集成到更大的家庭自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)中。例如，德國KNX開發(fā)商Weinzierl(www.weinzierl.de)建立了一個(gè)EnOcean-KNX網(wǎng)關(guān)，它接收EnOcean無線電報(bào)并在KNX總線上生成適當(dāng)?shù)男盘?hào)。

圖2：無線傳感器與線路驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行器進(jìn)行通信

KNX聲稱是全球唯一根據(jù)ISO/IEC14543-3等標(biāo)準(zhǔn)獲得批準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)，EN-50090(CENELEC)，EN13321-1/2(CEN)，中國家庭自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)GB/T20965和美國ANSI/ASHRAE 135.與基于無線的EnOcean，ZigBee和Z-Wave標(biāo)準(zhǔn)，KNX總線不同可以在各種介質(zhì)上運(yùn)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(yùn)行的無線(KNX RF)。 KNX協(xié)會(huì)還為設(shè)備開發(fā)人員和系統(tǒng)安裝人員提供獨(dú)立于制造商的工具。

ZigBee家庭自動(dòng)化是基于2.4 GHz無線電的著名ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的特殊配置文件。它針對(duì)控制家庭設(shè)備進(jìn)行了優(yōu)化，并使用ZigBee PRO網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)堆棧。 ZigBee Pro可以在各種微控制器上實(shí)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(biāo)準(zhǔn)的EmberZNet網(wǎng)格堆棧。這些模塊允許沒有RF經(jīng)驗(yàn)的開發(fā)人員為其產(chǎn)品添加無線網(wǎng)絡(luò)功能。

使用選擇的標(biāo)準(zhǔn)

每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都有自己的聯(lián)盟或協(xié)會(huì)支持，該聯(lián)盟或協(xié)會(huì)負(fù)責(zé)管理技術(shù)規(guī)范以及許可和產(chǎn)品認(rèn)證等法律方面。認(rèn)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(biāo)準(zhǔn)的市場(chǎng)的OEM必須提供他們的新產(chǎn)品設(shè)計(jì)以進(jìn)行認(rèn)證。

通常，開發(fā)認(rèn)證的，可互操作的設(shè)備(例如燈具，開關(guān)或調(diào)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(wù)。對(duì)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(yīng)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(shè)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(jìn)行認(rèn)證。

集中控制

在智能建筑中，可能需要激活照明在幾個(gè)方面，不限于通過壁掛式控制的傳統(tǒng)手動(dòng)切換或調(diào)光。中央控制器可以被編程為在某些時(shí)間打開或關(guān)閉燈，或者響應(yīng)于也構(gòu)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(hào)，其可以用于調(diào)節(jié)調(diào)光以獲得最佳照明和此外，隨著消費(fèi)者越來越多地采用網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)設(shè)備，智能建筑用戶會(huì)被豐富多彩的應(yīng)用程序所吸引，這些應(yīng)用程序可以控制智能建筑的各個(gè)方面，例如照明，供暖，電器和安全平板電腦或智能手機(jī)的設(shè)置。將智能建筑網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)路由器相連接的網(wǎng)關(guān)設(shè)備為此功能提供了關(guān)鍵，如圖3所示。任何智能建筑技術(shù)都需要這樣的基于IP域的網(wǎng)關(guān)，無論是否與連接到建筑物的平板電腦進(jìn)行通信Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，或通過移動(dòng)設(shè)備通過世界任何地方的蜂窩或Wi-Fi熱點(diǎn)連接到互聯(lián)網(wǎng)。許多制造商都提供網(wǎng)關(guān)，適用于將智能家居網(wǎng)絡(luò)(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(luò)連接到IP域允許使用各種設(shè)備控制設(shè)置

應(yīng)用程序開發(fā)人員可以利用所選技術(shù)支持的功能為最終用戶提供方便的功能。這些包括配置設(shè)備組以允許單擊控制，或創(chuàng)建自定義“場(chǎng)景”以自動(dòng)應(yīng)用照明，加熱和其他設(shè)備的所需設(shè)置。用戶可以創(chuàng)建一個(gè)“家庭影院”場(chǎng)景，同時(shí)調(diào)暗燈光，關(guān)閉百葉窗，調(diào)節(jié)溫度，打開平板電視，或“進(jìn)入睡眠”場(chǎng)景鎖門，關(guān)閉窗戶，關(guān)閉加熱和關(guān)閉除臥室外的所有燈光。

結(jié)論

定義智能建筑內(nèi)設(shè)備之間連接的標(biāo)準(zhǔn)各自提供了產(chǎn)品開發(fā)人員需要能夠解決可量化市場(chǎng)的結(jié)構(gòu)。確保與市場(chǎng)上已有的其他產(chǎn)品的互操作性。協(xié)會(huì)大力推廣自己的標(biāo)準(zhǔn)，但開發(fā)商必須根據(jù)他們提供的資源和準(zhǔn)確的機(jī)會(huì)和競(jìng)爭(zhēng)評(píng)估進(jìn)行選擇。