無線技術(shù)特別適用于樓宇自動(dòng)化，無需復(fù)雜且昂貴的布線即可快速輕松地增加智能。這對(duì)設(shè)計(jì)人員通過技術(shù)選擇可獲得的功率預(yù)算產(chǎn)生了影響，并允許設(shè)計(jì)人員最大限度地延長無線節(jié)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。

通過優(yōu)化供暖和空調(diào)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(yùn)行成本降低多達(dá) 30%。這需要連接在一起的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通常使用集線器控制網(wǎng)絡(luò)。過去，這個(gè)集線器一直是建筑物的專有控制器，但現(xiàn)在有了物聯(lián)網(wǎng) (IoT)，這個(gè)集線器是通向更大事物的門戶。這開啟了物聯(lián)網(wǎng) (BIoT) 的建設(shè)，其中無線節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)饋送到云中，以進(jìn)行高級(jí)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(wǎng)絡(luò)的覆蓋，連接所有樓宇服務(wù)，同時(shí)監(jiān)控、分析和控制，無需人工干預(yù)。從建筑物周圍的服務(wù)和設(shè)備收集數(shù)據(jù)可以更詳細(xì)地了解每座建筑物的運(yùn)行情況，使運(yùn)營商能夠在云中收集、存儲(chǔ)和分析數(shù)據(jù)，以便他們可以使用它來提高運(yùn)營效率。Memoori 估計(jì)，建筑系統(tǒng)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(gè)最大的細(xì)分市場是物理安全、照明控制和火災(zāi)探測(cè)。在此范圍內(nèi)，該公司認(rèn)為大樓內(nèi)支持互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備的全球市場將從 22 美元上漲。

圖 ：構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)有多種不同的實(shí)現(xiàn)方式，無線連接是一項(xiàng)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(gè)事實(shí)，即目前建筑系統(tǒng)內(nèi)的連接性僅為 16%，到 ??2025 年將增長到 50%。這種增長取決于設(shè)計(jì)人員可用技術(shù)的實(shí)施，并且有一系列低端和高標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)。例如，B-control 是 B-control Alliance 的一個(gè)新的高級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。這是由兩家德國公司 TQ-Group 和 nxtControl 以及 Vestamatic 和 U::Lux 推動(dòng)的。該聯(lián)盟是制造商之間的合作，通過在“預(yù)集成”應(yīng)用程序中同步他們的單元來提供他們?cè)诮ㄖ夹g(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(quán)頻段以及歐洲的 868 MHz 和美國的 902 MHz 頻段，重點(diǎn)是使用太陽能電池等環(huán)境能源為無線節(jié)點(diǎn)供電，熱機(jī)或來自開關(guān)的動(dòng)能。這使用由 EnOcean 開發(fā)的協(xié)議，現(xiàn)在是國際電工委員會(huì) (IEC) 的 ISO/IEC 14543-3-10 標(biāo)準(zhǔn)的一部分。這使設(shè)計(jì)人員能夠開發(fā)易于互操作的設(shè)備，并且可以使用能量收集作為無線節(jié)點(diǎn)的電源。這允許諸如STM300之類的模塊從 enOcean 可以輕松添加到設(shè)計(jì)中，但也使開發(fā)人員也可以使用自己的實(shí)現(xiàn)。一些聯(lián)盟合作伙伴現(xiàn)在正在開發(fā)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，以允許這些節(jié)點(diǎn)有效地連接到 Building IoT 基礎(chǔ)設(shè)施。

然而，隨著 Internet 連接的出現(xiàn)，現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)，ZigBee、6LoPAN 和 Thread 協(xié)議都使用這種方法。然而，也越來越多地使用藍(lán)牙和 IEEE802.11 Wi-Fi 來提供這種連接。

Freescale Semiconductor的MKW2x等設(shè)備解決了包括樓宇自動(dòng)化在內(nèi)的許多物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控應(yīng)用。它們可以在 1 GHz 以下和 2.4 GHz 未授權(quán)頻段運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn) 802.15.4、ZigBee 和 Thread 協(xié)議棧。MKW2x 是一款低功耗、緊湊型集成設(shè)備，由一個(gè)符合 2.4 GHz IEEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)的無線電收發(fā)器與一個(gè)具有連接性和精密混合信號(hào)模擬外設(shè)的 ARM Cortex-M4 微控制器組成。

這些設(shè)備用于輕松實(shí)現(xiàn)基于 ZigBee Pro 網(wǎng)絡(luò)堆棧和樓宇自動(dòng)化應(yīng)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(yīng)用配置文件，允許在節(jié)點(diǎn)之間輕松傳輸數(shù)據(jù)。

該微控制器允許實(shí)施不同的協(xié)議，其中高達(dá) 512 KB 的閃存用于程序存儲(chǔ)和 64 KB 的 SRAM 用于代碼執(zhí)行。但是，它還包括一個(gè) 16 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器以簡化節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，以及一個(gè)加密加速模塊以提供數(shù)據(jù)安全性。MKW2x 的無線電收發(fā)器具有高達(dá) -102 dBm 的接收靈敏度、+8 dBm 的最大發(fā)射輸出功率和高達(dá) 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(dǎo)搜索模式下為 15 mA。

尺寸對(duì)于構(gòu)建控制也很重要，因?yàn)闊o線節(jié)點(diǎn)必須適合小型設(shè)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(tǒng)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(yùn)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(dá) 6.8 Mb/s 的高數(shù)據(jù)速率和高達(dá) 300 m 的范圍。超寬帶方法也不受多徑衰落的影響，這在構(gòu)建有大量反射的環(huán)境中可能是一個(gè)問題。低功耗設(shè)計(jì)具有 -14 dBm 的發(fā)射功率和 31 mA 的發(fā)射電流，可實(shí)現(xiàn)較長的電池壽命和適合無線節(jié)點(diǎn)的 6 x 6 mm 小型封裝尺寸。

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(tǒng)的傳感器或控制節(jié)點(diǎn)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(fā)器與 8 位微控制器相結(jié)合，以處理從 250 kb/s 到高達(dá) 2 Mb/s 的傳感器數(shù)據(jù)，以及幀處理、接收器靈敏度和高發(fā)射輸出功率，以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的自我修復(fù)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò). 通過將芯片天線與無線節(jié)點(diǎn)的硬件和軟件相結(jié)合，開發(fā)人員可以專注于傳感器與系統(tǒng)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(jié)點(diǎn)添加到網(wǎng)絡(luò)中，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)通過最近的鄰居進(jìn)行通信。這為樓宇自動(dòng)化設(shè)計(jì)提供了可擴(kuò)展且穩(wěn)健的拓?fù)洹Ｈ缓罂梢詫?shù)據(jù)反饋到連接到 Internet 的網(wǎng)關(guān)以進(jìn)行控制和分析。?

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(yù)算高達(dá) 100.6 dB。這可以用來擴(kuò)展鏈路的范圍，以便使用更少的節(jié)點(diǎn)，或者通過讓它們更靠近來降低每個(gè)節(jié)點(diǎn)的功率。這可能需要一些復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治鰜慝@得通過建筑物的節(jié)點(diǎn)的正確平衡，但是使用 BIoT 可以分析來自節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)以確定每個(gè)節(jié)點(diǎn)的最佳位置。然后，隨著時(shí)間的推移，隨著新節(jié)點(diǎn)的添加，網(wǎng)絡(luò)可以得到改進(jìn)，以提供來自傳感器和控制單元的數(shù)據(jù)的適當(dāng)平衡，所有這些都以無線方式連接。?

使用該模塊的設(shè)計(jì)人員的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是有多達(dá) 31 條可配置的通用 IO 線，因此可以引入傳感器數(shù)據(jù)并將控制數(shù)據(jù)傳送到執(zhí)行器，例如門鎖或開窗器。為了進(jìn)一步簡化節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，每個(gè)模塊都有一個(gè)預(yù)分配的 MAC 地址，可以在最終產(chǎn)品上使用，并且可以存儲(chǔ)在內(nèi)部 EEPROM 中。這可以極大地簡化樓宇運(yùn)營商對(duì)終端設(shè)備的配置。

結(jié)論?

將更廣泛的互聯(lián)網(wǎng)功能添加到樓宇自動(dòng)化設(shè)備中是開發(fā)人員為樓宇運(yùn)營商節(jié)省大量成本的巨大機(jī)會(huì)。提供連接到傳感器和執(zhí)行器的無線節(jié)點(diǎn)，再加上在互聯(lián)網(wǎng)上分析的數(shù)據(jù)以及從任何設(shè)備控制這些節(jié)點(diǎn)的能力，極大地提高了此類系統(tǒng)的功能。這可以從 315 MHz 頻帶一直到 6.5 GHz 提供，并針對(duì)不同的解決方案進(jìn)行不同的工程和設(shè)計(jì)權(quán)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。?