無線技術(shù)特別適用于建筑物的自動化，無需復(fù)雜和昂貴的布線即可快速，輕松地添加智能。這對設(shè)計(jì)人員通過選擇技術(shù)可獲得的功率預(yù)算有影響，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，并最大限度地降低大型建筑物自動化的成本。

為建筑物增加自動化功能通過優(yōu)化加熱和空調(diào)來最大限度地降低運(yùn)行成本，最大限度地減少30％的運(yùn)行成本。這需要連接在一起的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通常具有控制網(wǎng)絡(luò)的集線器。在過去，這個(gè)集線器一直是該建筑的專有控制器，但現(xiàn)在通過物聯(lián)網(wǎng)（IoT），這個(gè)集線器是通往更大事物的門戶。這開放了物聯(lián)網(wǎng)（BIoT），無線節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)提供給云，以實(shí)現(xiàn)高級分析和更好的控制。

市場研究公司Memoori將BIoT視為IP網(wǎng)絡(luò)的疊加層傳感器連接所有建筑服務(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)可以更準(zhǔn)確地了解每個(gè)建筑物的運(yùn)行情況，使運(yùn)營商能夠收集，存儲和分析云中的數(shù)據(jù)，以便他們可以使用它來提供更好的運(yùn)營效率。 Memoori估計(jì)，建筑系統(tǒng)的整體市場從2014年的1109億美元增長到2020年的181.1億美元，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。在此范圍內(nèi)，該公司認(rèn)為，建筑物內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的全球市場從2014年的229.3億美元增加到2020年的850多億美元。

圖1：實(shí)現(xiàn)構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)有許多不同的方法，無線連接是必不可少的功能。資料來源：Memoori。

這種增長大部分來自于建筑系統(tǒng)內(nèi)的連接性目前僅為16％，到2025年將增長到50％。這種增長取決于可用于技術(shù)的技術(shù)的實(shí)施。設(shè)計(jì)師，并出現(xiàn)了一系列低級和高級標(biāo)準(zhǔn)。例如，B控制是B控制聯(lián)盟的新高級標(biāo)準(zhǔn)。這是由兩家德國公司TQ-Group和nxtControl以及Vestamatic和U :: Lux共同推動的。該聯(lián)盟是制造商之間的合作，通過以“預(yù)先集成”的應(yīng)用形式同步其單位來提供建筑技術(shù)中的組件。

另一個(gè)組織，EnOcean聯(lián)盟，有350家公司使用315 MHz免許可頻段以及歐洲868 MHz免許可頻段和美國902 MHz頻段，重點(diǎn)是利用環(huán)境能源為太陽能電池，熱力發(fā)動機(jī)或交換機(jī)動能源提供無線節(jié)點(diǎn)供電。它使用由EnOcean開發(fā)的協(xié)議，現(xiàn)在是國際電工委員會（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)出易于互操作的設(shè)備，并可以將能量收集用作無線節(jié)點(diǎn)的電源。這使得enOcean的STM300等模塊可以輕松添加到設(shè)計(jì)中，但也允許開發(fā)人員使用自己的實(shí)現(xiàn)。一些聯(lián)盟合作伙伴現(xiàn)在正在開發(fā)Internet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。

圖2：enOcean的STM300無線收發(fā)器可以通過太陽能電池供電，甚至可以通過開關(guān)移動的動能供電。

然而隨著互聯(lián)網(wǎng)連接的出現(xiàn)，現(xiàn)在有更廣泛的樓宇自動化底層協(xié)議。其中許多都基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，ZigBee，6LoPAN和Thread協(xié)議都使用這種方法。然而，藍(lán)牙和IEEE802.11 Wi-Fi的使用也越來越多，以提供連接。

飛思卡爾半導(dǎo)體的MKW2x等設(shè)備可用于物聯(lián)網(wǎng)的許多監(jiān)控和控制應(yīng)用，包括樓宇自動化。這些可以在低于1 GHz和2.4 GHz的免許可頻段中運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)802.15.4，ZigBee和Thread協(xié)議棧。 MKW2x是一款低功耗，緊湊型集成器件，由符合2.4 GHz IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的無線電收發(fā)器和帶有連接和精密混合信號模擬外設(shè)的ARM Cortex-M4微控制器組成。

圖3：飛思卡爾的無線微控制器開發(fā)套件允許設(shè)計(jì)人員輕松實(shí)現(xiàn)BIoT的多個(gè)節(jié)點(diǎn)。

這些設(shè)備用于輕松實(shí)現(xiàn)基于ZigBee Pro網(wǎng)絡(luò)堆棧的連接樓宇自動化的應(yīng)用程序配置文件，以及允許在節(jié)點(diǎn)之間輕松傳輸數(shù)據(jù)的ZigBee IP網(wǎng)絡(luò)堆棧和Smart Energy 2.0應(yīng)用程序配置文件。

微控制器允許實(shí)現(xiàn)不同的協(xié)議，最多512 KB的閃存用于程序存儲，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，用于簡化節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，還包括一個(gè)加密加速塊，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的信道抑制，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)碼搜索模式下的15 mA。

大小對于構(gòu)建控件也很重要，因?yàn)闊o線節(jié)點(diǎn)必須適合小型設(shè)備項(xiàng)目。 MKW2x采用8 x 8 mm LGA封裝，總觸點(diǎn)為63，工作電壓為1.8 V至3.6 V.

這些不是用于樓宇自動化系統(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3.6 GHz至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，這對于存在大量反射的建筑環(huán)境來說可能是一個(gè)問題。低功耗設(shè)計(jì)的發(fā)射功率為-14 dBm，發(fā)射電流為31 mA，可實(shí)現(xiàn)較長的電池壽命和6 x 6 mm的小型封裝尺寸，以適應(yīng)無線節(jié)點(diǎn)。

圖4：Decawave的DW1000超寬帶收發(fā)器使用3.5 GHz至6.5 GHz的頻段，用于抵抗多徑衰落的低功率鏈路建筑物中的反射。

使用模塊可以是為建筑物自動化系統(tǒng)添加無線功能到傳感器或控制節(jié)點(diǎn)的有效方法。 Atmel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，可處理250 kb/s至2 Mb/s的傳感器數(shù)據(jù)，以及幀處理，接收器靈敏度和高傳輸輸出功率，可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的自愈網(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)人員可以專注于將傳感器與系統(tǒng)的其余部分集成。使用802.4.15網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)協(xié)議允許將更多節(jié)點(diǎn)輕松添加到網(wǎng)絡(luò)中，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)通過最近鄰居進(jìn)行通信。這為建筑自動化設(shè)計(jì)提供了可擴(kuò)展且穩(wěn)健的拓?fù)?。然后可以將?shù)據(jù)反饋到連接到Internet的網(wǎng)關(guān)以進(jìn)行控制和分析。

圖5：Atmel的ZigBit模塊集成了芯片天線，無線收發(fā)器片上系統(tǒng)和8位微控制器，以簡化BIoT無線節(jié)點(diǎn)的開發(fā)。

緊湊型模塊測量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。這可以用于擴(kuò)展鏈路的范圍，以便使用更少的節(jié)點(diǎn)，或者通過使它們更接近來降低每個(gè)節(jié)點(diǎn)的功率。這可以通過一些復(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，但是通過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，添加新節(jié)點(diǎn)，可以改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)，以提供來自無線連接的傳感器和控制單元的數(shù)據(jù)的正確平衡。

設(shè)計(jì)人員使用該模塊的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢是，通用IO最多可配置31條線路，以便傳輸傳感器數(shù)據(jù)并將控制數(shù)據(jù)傳送到執(zhí)行器（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)可以在最終產(chǎn)品上使用的預(yù)分配MAC地址，并且可以存儲在內(nèi)部EEPROM中。這可以大大簡化建筑運(yùn)營商對終端設(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化設(shè)備是開發(fā)人員提供重要意義的巨大機(jī)會為建筑運(yùn)營商節(jié)省成本。提供鏈接到傳感器和執(zhí)行器的無線節(jié)點(diǎn)，以及在因特網(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，大大提高了這種系統(tǒng)的功能。這可以從315 MHz頻段一直傳輸?shù)?.5 GHz，并針對不同的解決方案進(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，以保持最長的電池壽命。