通過KNX使家庭和樓宇自動(dòng)化的控制面板設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單

作者：Mike Sandyck，安森美

近年來(lái)，智能技術(shù)在企業(yè)中的采用率越來(lái)越高，從而創(chuàng)造了一個(gè)更自動(dòng)化的世界。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的方法之一是通過與中央控制器聯(lián)網(wǎng)的行為體。這包括根據(jù)數(shù)據(jù)而執(zhí)行決策的智能執(zhí)行器。使用的數(shù)據(jù)可由云服務(wù)匯總，也可使用其他聯(lián)網(wǎng)的行為體如智能傳感器在本地收集。

這種自動(dòng)化水平有助于提高能效，并使企業(yè)和房主更好地控制周圍環(huán)境。這可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程管理、水電測(cè)量和增強(qiáng)安全性等功能。

有許多類型的網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)這種樓宇管理和自動(dòng)化水平，但有一種網(wǎng)絡(luò)因其在全球工業(yè)化國(guó)家的快速增長(zhǎng)而脫穎而出。KNX?是全球唯一開放的且獨(dú)立于供應(yīng)商的標(biāo)準(zhǔn)，在全球部署的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備近4億臺(tái)， 被視為該應(yīng)用領(lǐng)域的領(lǐng)先協(xié)議。

在KNX協(xié)會(huì)中，有500多家成員公司和93,000多個(gè)安裝伙伴。他們共同開發(fā)了超過8000種認(rèn)證產(chǎn)品，部署在至少190個(gè)不同國(guó)家。KNX網(wǎng)絡(luò)是非常靈活通用和可擴(kuò)展的，在一個(gè)1000 m的網(wǎng)段上支持256個(gè)可尋址的設(shè)備，在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中支持達(dá)256個(gè)網(wǎng)段。KNX總線的通信協(xié)議通過幾個(gè)國(guó)際和地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化(表1)，由KNX協(xié)會(huì)管理。它匯集了一些傳統(tǒng)總線的優(yōu)點(diǎn)，創(chuàng)建了一個(gè)基于OSI的協(xié)議，可在雙絞線、射頻和IP等各種媒介上部署。

表1. KNX總線國(guó)際和區(qū)域通信標(biāo)準(zhǔn)

可能這些媒介中最受歡迎的是簡(jiǎn)單的雙絞線。在這種配置中，電纜同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)和電力，但提供的電力純粹是供給節(jié)點(diǎn)的電路；執(zhí)行器需要的任何電力都需要單獨(dú)提供。在這方面，它類似于銅質(zhì)電話線。

智能建筑中的互操作性

這可類比延伸到描述不同供應(yīng)商的設(shè)備在KNX網(wǎng)絡(luò)中的兼容方式?；ゲ僮餍允侨魏位A(chǔ)設(shè)施的一個(gè)關(guān)鍵要求，促成多個(gè)供應(yīng)商和制造商。在這種情況下，互操作性是通過一個(gè)認(rèn)證項(xiàng)目來(lái)保證的，由KNX協(xié)會(huì)管理。認(rèn)證的一部分要求制造商證明符合KNX規(guī)范的關(guān)鍵部分，包括協(xié)議特征和支持的配置文件。產(chǎn)品還必須滿足標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類型和可選功能模塊的網(wǎng)絡(luò)化要求。

KNX正連接自動(dòng)化世界

這種合規(guī)水平對(duì)OEM來(lái)說(shuō)是個(gè)挑戰(zhàn)，這不是KNX協(xié)會(huì)的目的。盡可能簡(jiǎn)單可行地使新產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)，才符合他們的利益和更廣泛的生態(tài)系統(tǒng)的利益。為了支持這一點(diǎn)，協(xié)會(huì)為新產(chǎn)品提供了一個(gè)基于先前已認(rèn)證產(chǎn)品的更簡(jiǎn)單的認(rèn)證途徑。

官方術(shù)語(yǔ)是衍生產(chǎn)品，或OEM產(chǎn)品，適用于來(lái)自KNX協(xié)會(huì)成員且已獲認(rèn)證的產(chǎn)品。然后OEM可以自由地銷售他們的產(chǎn)品，并貼上自己的標(biāo)簽，無(wú)需任何進(jìn)一步的測(cè)試。

這種繼承的合規(guī)性涉及到系統(tǒng)的兩個(gè)最關(guān)鍵的元素，即物理層和軟件堆棧。如果這些元素都經(jīng)過認(rèn)證，并且沒有修改，那么OEM產(chǎn)品就被認(rèn)為是符合要求的，并可以以此進(jìn)行銷售。

使KNX更簡(jiǎn)單

為了加速采用樓宇自動(dòng)化應(yīng)用，安森美(onsemi)開發(fā)了業(yè)界首個(gè)KNX預(yù)認(rèn)證的系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)。NCN5140S含KNX設(shè)備的所有關(guān)鍵和可認(rèn)證的元素，包括物理層(PHY)和媒體訪問控制器(MAC)，以及軟件棧。這些元素與一個(gè)基于Arm? Cortex?-M0+的微控制器一起被集成到NCN5140S中(圖2)。

由于PHY和協(xié)議棧是預(yù)認(rèn)證的，所以基于NCN5140S的產(chǎn)品被視為衍生的或OEM產(chǎn)品。因此，新產(chǎn)品只需要附帶KNX產(chǎn)品修改聲明，而不需要進(jìn)行全面的合規(guī)性測(cè)試。這可大大節(jié)省OEM開發(fā)新的KNX產(chǎn)品的時(shí)間和成本。

SiP是為開發(fā)網(wǎng)絡(luò)控制器而設(shè)計(jì)的，這些控制器通常采取用戶面板的形式，用于控制燈光、暖通空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)、窗簾和百葉窗以及門禁系統(tǒng)。

用一個(gè)軟件工具可進(jìn)一步自定義NCN5140S，讓安裝人員在安裝時(shí)能配置面板。這是用工程工具軟件或ETS進(jìn)行的，它是KNX協(xié)會(huì)提供的獨(dú)立于制造商的配置工具。ETS用來(lái)訪問數(shù)據(jù)庫(kù)中的認(rèn)證產(chǎn)品的詳細(xì)信息，并配置認(rèn)證產(chǎn)品。

由于這種高級(jí)定制并不改變底層的固件，因此認(rèn)證不受影響，且SiP可以作為多種產(chǎn)品的基礎(chǔ)使用。對(duì)于從系統(tǒng)的組成部件開發(fā)的控制面板來(lái)說(shuō)，情況就不是這樣了。正是這種預(yù)集成和認(rèn)證，使得基于NCN5140S的產(chǎn)品可被評(píng)估為衍生產(chǎn)品。

簡(jiǎn)化電容式觸摸感應(yīng)

開發(fā)觸摸感應(yīng)界面可能很困難。它們往往是通過檢測(cè)電容的微小變化來(lái)工作的，數(shù)量級(jí)為皮克法拉。在設(shè)計(jì)PCB時(shí)仍然需要謹(jǐn)慎，安森美也提供與電容式觸摸感應(yīng)按鈕連接所需的固件。這個(gè)應(yīng)用軟件與認(rèn)證的堆棧一起，以二進(jìn)制文件的形式提供。該文件需要在組裝時(shí)編入NCN5140S，但一旦安裝后，可在安裝過程中使用ETS進(jìn)行配置。

在組裝和安裝過程中，OEM必須有效地進(jìn)行三個(gè)階段的工作：

1. 將二進(jìn)制文件閃存到NCN5140S的微控制器上

2. 通過KNX總線接口配置產(chǎn)品的唯一網(wǎng)ID和應(yīng)用選項(xiàng)

3. 使用KNX ETS數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)置設(shè)備參數(shù)

例如，在生產(chǎn)過程中，NCN5140S可以被編程，然后配置一個(gè)唯一的網(wǎng)絡(luò)ID。此時(shí)，輸入的數(shù)量和類型將被定義(多達(dá)8個(gè)通用或電容式觸摸感應(yīng)按鈕)，工作模式也被定義(如開關(guān)或調(diào)光)。輸出的類型和數(shù)量(簡(jiǎn)單的或RGB LED)也將被設(shè)置。

安裝人員將通過ETS數(shù)據(jù)庫(kù)配置控制器功能。例如，這將包括設(shè)備名稱、開關(guān)行為、調(diào)光參數(shù)、計(jì)時(shí)器(如適用)和場(chǎng)景(如不同時(shí)間、不同房間或不同日光條件的調(diào)光水平)。

總結(jié)

KNX協(xié)議是個(gè)強(qiáng)大平臺(tái)，支持家庭和樓宇自動(dòng)化。對(duì)這種自動(dòng)化水平的需求越來(lái)越大，例如，可結(jié)合智能電表，幫助使所有類型的建筑物提高能效。

隨著這生態(tài)系統(tǒng)不斷增長(zhǎng)，世界各地有成千上萬(wàn)的安裝程序，KNX正在成為樓宇自動(dòng)化領(lǐng)域的主導(dǎo)協(xié)議。NCN5140S是簡(jiǎn)化KNX產(chǎn)品的開發(fā)和認(rèn)證的重要一步。

審核編輯 黃宇