|
無(wú)線(xiàn)技術(shù)特別適用于樓宇自動(dòng)化，無(wú)需復雜且昂貴的布線(xiàn)即可快速輕松地增加智能。這對設計人員通過(guò)技術(shù)選擇可獲得的功率預算產(chǎn)生了影響，并允許設計人員最大限度地延長(cháng)無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)的電池壽命并最大限度地降低自動(dòng)化大型建筑物的成本。 通過(guò)優(yōu)化供暖和空調以最大程度地減少電力使用，為建筑物增加自動(dòng)化可以將運行成本降低多達 30%。這需要連接在一起的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )，通常使用集線(xiàn)器控制網(wǎng)絡(luò )。過(guò)去，這個(gè)集線(xiàn)器一直是建筑物的專(zhuān)有控制器，但現在有了物聯(lián)網(wǎng) (IoT)，這個(gè)集線(xiàn)器是通向更大事物的門(mén)戶(hù)。這開(kāi)啟了物聯(lián)網(wǎng) (BIoT) 的建設，其中無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)將數據饋送到云中，以進(jìn)行高級分析和更好的控制。 市場(chǎng)研究公司 Memoori 將 BIoT 視為傳感器上 IP 網(wǎng)絡(luò )的覆蓋，連接所有樓宇服務(wù)，同時(shí)監控、分析和控制，無(wú)需人工干預。從建筑物周?chē)姆⻊?wù)和設備收集數據可以更詳細地了解每座建筑物的運行情況，使運營(yíng)商能夠在云中收集、存儲和分析數據，以便他們可以使用它來(lái)提高運營(yíng)效率。Memoori 估計，建筑系統的整體市場(chǎng)將從 2014 年的 1109 億美元增長(cháng)到 2020 年的 1811 億美元，其中三個(gè)最大的細分市場(chǎng)是物理安全、照明控制和火災探測。在此范圍內，該公司認為大樓內支持互聯(lián)網(wǎng)的設備的全球市場(chǎng)將從 22 美元上漲。 poYBAGLp7BeAADHLAAHYCupP29A624.png 圖 ：構建物聯(lián)網(wǎng)有多種不同的實(shí)現方式，無(wú)線(xiàn)連接是一項必不可少的能力。資料來(lái)源：Memoori。 這種增長(cháng)大部分來(lái)自于這樣一個(gè)事實(shí)，即目前建筑系統內的連接性?xún)H為 16%，到 2025 年將增長(cháng)到 50%。這種增長(cháng)取決于設計人員可用技術(shù)的實(shí)施，并且有一系列低端和高標準出現。例如，B-control 是 B-control Alliance 的一個(gè)新的高級標準。這是由兩家德國公司 TQ-Group 和 nxtControl 以及 VestamaTIc 和 U:  ux 推動(dòng)的。該聯(lián)盟是制造商之間的合作，通過(guò)在“預集成”應用程序中同步他們的單元來(lái)提供他們在建筑技術(shù)中的組件。另一個(gè)組織EnOcean聯(lián)盟有 350 家公司使用 315 MHz 未授權頻段以及歐洲的 868 MHz 和美國的 902 MHz 頻段，重點(diǎn)是使用太陽(yáng)能電池等環(huán)境能源為無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)供電，熱機或來(lái)自開(kāi)關(guān)的動(dòng)能。這使用由 EnOcean 開(kāi)發(fā)的協(xié)議，現在是國際電工委員會(huì ) (IEC) 的 ISO/IEC 14543-3-10 標準的一部分。這使設計人員能夠開(kāi)發(fā)易于互操作的設備，并且可以使用能量收集作為無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)的電源。這允許諸如STM300之類(lèi)的模塊從 enOcean 可以輕松添加到設計中，但也使開(kāi)發(fā)人員也可以使用自己的實(shí)現。一些聯(lián)盟合作伙伴現在正在開(kāi)發(fā)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，以允許這些節點(diǎn)有效地連接到 Building IoT 基礎設施。 然而，隨著(zhù) Internet 連接的出現，現在有更廣泛的用于樓宇自動(dòng)化的底層協(xié)議。其中許多基于 IEEE802.15.4 標準，ZigBee、6LoPAN 和 Thread 協(xié)議都使用這種方法。然而，也越來(lái)越多地使用藍牙和 IEEE802.11 Wi-Fi 來(lái)提供這種連接。 Freescale Semiconductor的MKW2x等設備解決了包括樓宇自動(dòng)化在內的許多物聯(lián)網(wǎng)監控應用。它們可以在 1 GHz 以下和 2.4 GHz 未授權頻段運行，并實(shí)現 802.15.4、ZigBee 和 Thread 協(xié)議棧。MKW2x 是一款低功耗、緊湊型集成設備，由一個(gè)符合 2.4 GHz IEEE802.15.4 標準的無(wú)線(xiàn)電收發(fā)器與一個(gè)具有連接性和精密混合信號模擬外設的 ARM Cortex-M4 微控制器組成。 這些設備用于輕松實(shí)現基于 ZigBee Pro 網(wǎng)絡(luò )堆棧和樓宇自動(dòng)化應用配置文件的連接，以及 ZigBee IP 網(wǎng)絡(luò )堆棧和智能能源 2.0 應用配置文件，允許在節點(diǎn)之間輕松傳輸數據。 該微控制器允許實(shí)施不同的協(xié)議，其中高達 512 KB 的閃存用于程序存儲和 64 KB 的 SRAM 用于代碼執行。但是，它還包括一個(gè) 16 位模數轉換器以簡(jiǎn)化節點(diǎn)的設計，以及一個(gè)加密加速模塊以提供數據安全性。MKW2x 的無(wú)線(xiàn)電收發(fā)器具有高達 -102 dBm 的接收靈敏度、+8 dBm 的最大發(fā)射輸出功率和高達 58 dBm 的通道抑制，在 0 dBm 輸出功率下的發(fā)射電流消耗為 17 mA，峰值接收電流為低功耗前導搜索模式下為 15 mA。 尺寸對于構建控制也很重要，因為無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)必須適合小型設備。MKW2x 采用 8 x 8 mm LGA 封裝，總共有 63 個(gè)觸點(diǎn)，工作電壓在 1.8 V 和 3.6 V 之間。 這些并不是用于樓宇自動(dòng)化系統的唯一頻段。例如， Decawave為其超寬帶DW1000 ScenSor （Seek Control Execute Network Sense Obey Respond）單芯片收發(fā)器使用了從 3.6 GHz 到 6.5 GHz 的六個(gè)頻段，該收發(fā)器也能夠運行 802.15.4 協(xié)議。由于收發(fā)器中的相干接收器技術(shù)，這允許高達 6.8 Mb/s 的高數據速率和高達 300 m 的范圍。超寬帶方法也不受多徑衰落的影響，這在構建有大量反射的環(huán)境中可能是一個(gè)問(wèn)題。低功耗設計具有 -14 dBm 的發(fā)射功率和 31 mA 的發(fā)射電流，可實(shí)現較長(cháng)的電池壽命和適合無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)的 6 x 6 mm 小型封裝尺寸。 pYYBAGLp7DaAX374AADF-hujTrQ906.png 圖 ：Decawave 的 DW1000 超寬帶收發(fā)器使用 3.5 GHz 至 6.5 GHz 的頻帶用于低功率鏈路，可抵抗建筑物反射造成的多徑衰落。 使用模塊可以是為樓宇自動(dòng)化系統的傳感器或控制節點(diǎn)添加無(wú)線(xiàn)功能的有效方式。愛(ài)特梅爾的 ATZB-S1-256-3-0-C ZigBit模塊將無(wú)線(xiàn)收發(fā)器與 8 位微控制器相結合，以處理從 250 kb/s 到高達 2 Mb/s 的傳感器數據，以及幀處理、接收器靈敏度和高發(fā)射輸出功率，以實(shí)現強大的自我修復網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò ). 通過(guò)將芯片天線(xiàn)與無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)的硬件和軟件相結合，開(kāi)發(fā)人員可以專(zhuān)注于傳感器與系統其余部分的集成。使用 802.4.15 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )協(xié)議可以輕松地將其他節點(diǎn)添加到網(wǎng)絡(luò )中，因為節點(diǎn)通過(guò)最近的鄰居進(jìn)行通信。這為樓宇自動(dòng)化設計提供了可擴展且穩健的拓撲。然后可以將數據反饋到連接到 Internet 的網(wǎng)關(guān)以進(jìn)行控制和分析。 現貨電子元件 元器件采購 如需樣品請前往創(chuàng )芯為電子購買(mǎi)。 緊湊型模塊的尺寸為 30.0 × 20.0 mm，接收靈敏度為 -97 dBm，輸出功率為 +3.6 dBm，鏈路預算高達 100.6 dB。這可以用來(lái)擴展鏈路的范圍，以便使用更少的節點(diǎn)，或者通過(guò)讓它們更靠近來(lái)降低每個(gè)節點(diǎn)的功率。這可能需要一些復雜的網(wǎng)絡(luò )拓撲分析來(lái)獲得通過(guò)建筑物的節點(diǎn)的正確平衡，但是使用 BIoT 可以分析來(lái)自節點(diǎn)的數據以確定每個(gè)節點(diǎn)的最佳位置。然后，隨著(zhù)時(shí)間的推移，隨著(zhù)新節點(diǎn)的添加，網(wǎng)絡(luò )可以得到改進(jìn)，以提供來(lái)自傳感器和控制單元的數據的適當平衡，所有這些都以無(wú)線(xiàn)方式連接。 使用該模塊的設計人員的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢是有多達 31 條可配置的通用 IO 線(xiàn)，因此可以引入傳感器數據并將控制數據傳送到執行器，例如門(mén)鎖或開(kāi)窗器。為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化節點(diǎn)的設計，每個(gè)模塊都有一個(gè)預分配的 MAC 地址，可以在最終產(chǎn)品上使用，并且可以存儲在內部 EEPROM 中。這可以極大地簡(jiǎn)化樓宇運營(yíng)商對終端設備的配置。 結論 將更廣泛的互聯(lián)網(wǎng)功能添加到樓宇自動(dòng)化設備中是開(kāi)發(fā)人員為樓宇運營(yíng)商節省大量成本的巨大機會(huì )。提供連接到傳感器和執行器的無(wú)線(xiàn)節點(diǎn)，再加上在互聯(lián)網(wǎng)上分析的數據以及從任何設備控制這些節點(diǎn)的能力，極大地提高了此類(lèi)系統的功能。這可以從 315 MHz 頻帶一直到 6.5 GHz 提供，并針對不同的解決方案進(jìn)行不同的工程和設計權衡。但是，所有這些都需要由盡可能低的電流供電，以保持盡可能長(cháng)的電池壽命。 |
