作者：ADI公司 Michal Raninec，系統應用工程師

樓宇自動化系統（BAS）將照明、能源、HVAC、安全和安保集成到單個直觀的系統中，從而在樓宇的最佳運行效率與居住者的生產率和舒適度之間取得平衡。盡管樓宇自動化市場非常保守，但它卻取得了可觀的增長，主要推動因素是能源價格上漲、對節能的認識提高以及政府在消防和安保領域的舉措不斷增加。新的標準和法規（例如UL 217煙霧報警器標準）已經生效，目的是讓建筑物更安全、更高效、更舒適。這些趨勢刺激了新的樓宇自動化產品和解決方案的開發，促使制造商以更短的開發周期交付新技術。這種節奏變化為BAS公司提供了通過平臺化、功耗更低、尺寸更小的靈活系統解決方案滿足此類需求的機會。

有些產品常常缺乏當今瞬息萬變的市場所重視的創新敏捷性，樓宇自動化控制器就是其中的一個典型例子。控制器是BAS的大腦，其從建筑物中廣泛部署的傳感器獲取數據，并執行系統響應。這意味著控制器需要有一定數量的輸入和輸出通道。有些控制器僅提供固定的通道功能，導致架構包含未使用的通道。這些額外的未使用通道會有一些關聯費用無法從客戶那里收回。然而，如果每個通道都有完全重新配置的能力，那么所有通道都能得到利用。在理想情況下，BAS應具有一定數量的備用通道，以使客戶不必為未使用的功能付費。使通道功能完全可配置可為BAS的設計和部署提供最大的靈活性。

圖1.利用AD74412R可在每個開發階段提高投資回報率

傳統上，樓宇自動化控制器的固定和可配置通道均采用分立實現方式。但是，分立實現的可配置通道控制器的物料清單（BOM）可能包含數百個元器件。經過多年發展，分立式解決方案已經變得非常高效，而且優化得非常好，BOM成本降低到與這一對成本敏感的市場的預期一致的水平。然而，新趨勢和對敏捷開發的更大需求凸顯了這種方法的一些主要缺點，例如：樓宇自動化控制器的產品變體太多，導致規劃、設計、生產和物流異常復雜。因此，BAS解決方案必須根據總擁有成本而非簡單化的BOM成本來評估。

集成與分立

根據需要重新配置通道的能力是消除用不著通道的正確方法，但單憑這點并不能解決控制器設計的其他缺點。關鍵概念是集成，通過集成簡化通道設計、減小尺寸并提高性能。借助集成解決方案，利用軟件命令便可輕松配置任何通道的功能。軟件可配置的輸入/輸出（I/O）技術為簡化設計重用和平臺化提供了可能性，最終將能降低BAS解決方案的總擁有成本，并為樓宇自動化控制器的整個產品生命周期創造價值（參見圖1）。

控制器開發的第一階段是系統架構，此時要考慮所有客戶需求并定義新產品。即使在開發的這一早期階段，分立解決方案的不靈活也是一個明顯的缺點。客戶的不同需求——例如輸入和輸出通道的比率或數量——可能導致產生多個設計，這會增加成本并阻礙對市場需求的敏捷響應。集成的軟件可配置I/O支持平臺化，使得一個經過驗證的設計可以在不同應用中重復使用。可重用性對于降低設計和生產成本至關重要，稍后將加以討論。

定義好產品之后，設計即啟動。在此階段，設計重用充分顯示了其重要性。與分立實現不同，集成且可配置的I/O可以快速迭代，縮短開發時間，并釋放寶貴的資源。硬件和軟件設計均從資源密集型、冗長、多產品變體開發轉向通過單一設計來滿足眾多需求，這樣可減少研發時間和成本，同時保持成熟架構的高可靠性和穩健性。利用集成式可重新配置設計的“任何引腳提供任何功能”方法，滿足不同應用的需求要容易得多（參見圖2）。

圖2.軟件可配置I/O使任何引腳可提供任何功能

從業務開發角度看，常規開發策略的響應速度很慢，會帶來不必要的風險，導致錯失機會或錯過客戶最后期限。集成式可配置I/O的靈活性和易用性有助于最大程度地提高投資回報率（ROI），同時盡可能縮短上市時間和收益時間。

完成設計階段之后，下一步是生產階段。從BOM的采購和管理開始，集成解決方案很快就會顯示出其優勢。分立實現的通用控制器常常包含數百個元器件，這些元器件都需要采購、在倉庫中儲存并運輸到生產設施。管理如此大量的不同元器件自然會增加總成本。而采用單芯片解決方案和可重復使用的設計，BOM物流就會簡單得多——采購部門需要打交道的供應商更少，所需的儲存空間更小。

圖3.分立和集成通道功能實現的比較

由于元器件數量減少，PCB尺寸可減小多達40％，生產中的貼裝成本也顯著降低。此外，由于軟件可配置I/O支持設計重用，控制器制造商將需要更多同類型的PCB。因此，電路板的批量折扣也有助于節省成本。圖3總結了分立和集成通道功能實現的比較。

最后但并非最不重要的一點是，與多個變體的分立實現相比，生產中的測試遵循統一的程序，設置所花費的時間更少。設計復雜性的增加甚至可能會提升測試失敗的風險。集成式可重復使用解決方案可以從多方面節省成本和其他資源，認證就是一個例子，此外還有成品物流、安裝、技術支持等方面。當許多不同設計基于多個平臺時，與基于集成式軟件可配置I/O的通用可重用解決方案相比，對銷售、技術支持團隊和安裝技術人員的培訓會更加繁瑣。

結論

軟件可配置I/O為樓宇自動化市場帶來了創新，該市場傳統上偏保守，但在多種因素的推動下，它正變得更加敏捷，并能更快地響應不斷變化的客戶需求。集成和設計可重用性是實現這種轉變的關鍵特性。有些人可能認為集成解決方案是簡單的BOM替代品，實際上可能會增加成本，但事實上，從更大的角度看待這件事，并考慮其在整個產品生命周期中創造的總體價值，集成解決方案很快就會打消任何疑問。

為了克服分立設計的缺點，ADI公司開發了完全可通過軟件配置的I/O AD74412R。該器件將分立信號鏈集成在單個芯片中，并提供四個完全可配置的通道。從產品定義到設計和生產，再到安裝與運行，AD74412R可在整個控制器生命周期中創造價值。它是市場上的第一款此類產品，為客戶提供一種簡便的方法來增加投資回報，同時縮短產品上市時間和收益時間。

圖4.完全可通過軟件配置的集成I/O—AD74412R

作者簡介

Michal Raninec是ADI公司自動化與能源事業部工業物聯網解決方案部門的前系統應用工程師。其專業領域包括電化學氣體檢測和無線傳感器網絡。Michal畢業于捷克布爾諾科技大學，獲得電子工程碩士學位。