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無線技術特別適用于樓宇自動化，無需復雜且昂貴的布線即可快速輕松地增加智能。這對設計人員通過技術選擇可獲得的功率預算產生了影響，并允許設計人員最大限度地延長無線節點的電池壽命并最大限度地降低自動化大型建筑物的成本。 通過優化供暖和空調以最大程度地減少電力使用，為建筑物增加自動化可以將運行成本降低多達 30%。這需要連接在一起的無線傳感器網絡，通常使用集線器控制網絡。過去，這個集線器一直是建筑物的專有控制器，但現在有了物聯網 (IoT)，這個集線器是通向更大事物的門戶。這開啟了物聯網 (BIoT) 的建設，其中無線節點將數據饋送到云中，以進行高級分析和更好的控制。 市場研究公司 Memoori 將 BIoT 視為傳感器上 IP 網絡的覆蓋，連接所有樓宇服務，同時監控、分析和控制，無需人工干預。從建筑物周圍的服務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提高運營效率。Memoori 估計，建筑系統的整體市場將從 2014 年的 1109 億美元增長到 2020 年的 1811 億美元，其中三個最大的細分市場是物理安全、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網的設備的全球市場將從 22 美元上漲。 poYBAGLp7BeAADHLAAHYCupP29A624.png 圖 ：構建物聯網有多種不同的實現方式，無線連接是一項必不可少的能力。資料來源：Memoori。 這種增長大部分來自于這樣一個事實，即目前建筑系統內的連接性僅為 16%，到 2025 年將增長到 50%。這種增長取決于設計人員可用技術的實施，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 推動的。該聯盟是制造商之間的合作，通過在“預集成”應用程序中同步他們的單元來提供他們在建筑技術中的組件。另一個組織EnOcean聯盟有 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，重點是使用太陽能電池等環境能源為無線節點供電，熱機或來自開關的動能。這使用由 EnOcean 開發的協議，現在是國際電工委員會 (IEC) 的 ISO/IEC 14543-3-10 標準的一部分。這使設計人員能夠開發易于互操作的設備，并且可以使用能量收集作為無線節點的電源。這允許諸如STM300之類的模塊從 enOcean 可以輕松添加到設計中，但也使開發人員也可以使用自己的實現。一些聯盟合作伙伴現在正在開發互聯網網關，以允許這些節點有效地連接到 Building IoT 基礎設施。 然而，隨著 Internet 連接的出現，現在有更廣泛的用于樓宇自動化的底層協議。其中許多基于 IEEE802.15.4 標準，ZigBee、6LoPAN 和 Thread 協議都使用這種方法。然而，也越來越多地使用藍牙和 IEEE802.11 Wi-Fi 來提供這種連接。 Freescale Semiconductor的MKW2x等設備解決了包括樓宇自動化在內的許多物聯網監控應用。它們可以在 1 GHz 以下和 2.4 GHz 未授權頻段運行，并實現 802.15.4、ZigBee 和 Thread 協議棧。MKW2x 是一款低功耗、緊湊型集成設備，由一個符合 2.4 GHz IEEE802.15.4 標準的無線電收發器與一個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現基于 ZigBee Pro 網絡堆棧和樓宇自動化應用配置文件的連接，以及 ZigBee IP 網絡堆棧和智能能源 2.0 應用配置文件，允許在節點之間輕松傳輸數據。 該微控制器允許實施不同的協議，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 16 位模數轉換器以簡化節點的設計，以及一個加密加速模塊以提供數據安全性。MKW2x 的無線電收發器具有高達 -102 dBm 的接收靈敏度、+8 dBm 的最大發射輸出功率和高達 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，因為無線節點必須適合小型設備。MKW2x 采用 8 x 8 mm LGA 封裝，總共有 63 個觸點，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）單芯片收發器使用了從 3.6 GHz 到 6.5 GHz 的六個頻段，該收發器也能夠運行 802.15.4 協議。由于收發器中的相干接收器技術，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境中可能是一個問題。低功耗設計具有 -14 dBm 的發射功率和 31 mA 的發射電流，可實現較長的電池壽命和適合無線節點的 6 x 6 mm 小型封裝尺寸。 pYYBAGLp7DaAX374AADF-hujTrQ906.png 圖 ：Decawave 的 DW1000 超寬帶收發器使用 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化系統的傳感器或控制節點添加無線功能的有效方式。愛特梅爾的 ATZB-S1-256-3-0-C ZigBit模塊將無線收發器與 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射輸出功率，以實現強大的自我修復網狀網絡. 通過將芯片天線與無線節點的硬件和軟件相結合，開發人員可以專注于傳感器與系統其余部分的集成。使用 802.4.15 網狀網絡協議可以輕松地將其他節點添加到網絡中，因為節點通過最近的鄰居進行通信。這為樓宇自動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 的網關以進行控制和分析。 現貨電子元件 元器件采購 如需樣品請前往創芯為電子購買。 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。這可以用來擴展鏈路的范圍，以便使用更少的節點，或者通過讓它們更靠近來降低每個節點的功率。這可能需要一些復雜的網絡拓撲分析來獲得通過建筑物的節點的正確平衡，但是使用 BIoT 可以分析來自節點的數據以確定每個節點的最佳位置。然后，隨著時間的推移，隨著新節點的添加，網絡可以得到改進，以提供來自傳感器和控制單元的數據的適當平衡，所有這些都以無線方式連接。 使用該模塊的設計人員的一個關鍵優勢是有多達 31 條可配置的通用 IO 線，因此可以引入傳感器數據并將控制數據傳送到執行器，例如門鎖或開窗器。為了進一步簡化節點的設計，每個模塊都有一個預分配的 MAC 地址，可以在最終產品上使用，并且可以存儲在內部 EEPROM 中。這可以極大地簡化樓宇運營商對終端設備的配置。 結論 將更廣泛的互聯網功能添加到樓宇自動化設備中是開發人員為樓宇運營商節省大量成本的巨大機會。提供連接到傳感器和執行器的無線節點，再加上在互聯網上分析的數據以及從任何設備控制這些節點的能力，極大地提高了此類系統的功能。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，以保持盡可能長的電池壽命。 |
