通過KNX使家庭和樓宇自動化的控制面板設計更簡單

作者：Mike Sandyck，安森美

近年來，智能技術在企業中的采用率越來越高，從而創造了一個更自動化的世界。實現自動化的方法之一是通過與中央控制器聯網的行為體。這包括根據數據而執行決策的智能執行器。使用的數據可由云服務匯總，也可使用其他聯網的行為體如智能傳感器在本地收集。

這種自動化水平有助于提高能效，并使企業和房主更好地控制周圍環境。這可以實現監測、遠程管理、水電測量和增強安全性等功能。

有許多類型的網絡可實現這種樓宇管理和自動化水平，但有一種網絡因其在全球工業化國家的快速增長而脫穎而出。KNX?是全球唯一開放的且獨立于供應商的標準，在全球部署的聯網設備近4億臺， 被視為該應用領域的領先協議。

在KNX協會中，有500多家成員公司和93,000多個安裝伙伴。他們共同開發了超過8000種認證產品，部署在至少190個不同國家。KNX網絡是非常靈活通用和可擴展的，在一個1000 m的網段上支持256個可尋址的設備，在一個網絡中支持達256個網段。KNX總線的通信協議通過幾個國際和地區標準進行標準化(表1)，由KNX協會管理。它匯集了一些傳統總線的優點，創建了一個基于OSI的協議，可在雙絞線、射頻和IP等各種媒介上部署。

表1. KNX總線國際和區域通信標準

可能這些媒介中最受歡迎的是簡單的雙絞線。在這種配置中，電纜同時傳輸數據和電力，但提供的電力純粹是供給節點的電路；執行器需要的任何電力都需要單獨提供。在這方面，它類似于銅質電話線。

智能建筑中的互操作性

這可類比延伸到描述不同供應商的設備在KNX網絡中的兼容方式?；ゲ僮餍允侨魏位A設施的一個關鍵要求，促成多個供應商和制造商。在這種情況下，互操作性是通過一個認證項目來保證的，由KNX協會管理。認證的一部分要求制造商證明符合KNX規范的關鍵部分，包括協議特征和支持的配置文件。產品還必須滿足標準數據類型和可選功能模塊的網絡化要求。

KNX正連接自動化世界

這種合規水平對OEM來說是個挑戰，這不是KNX協會的目的。盡可能簡單可行地使新產品進入市場，才符合他們的利益和更廣泛的生態系統的利益。為了支持這一點，協會為新產品提供了一個基于先前已認證產品的更簡單的認證途徑。

官方術語是衍生產品，或OEM產品，適用于來自KNX協會成員且已獲認證的產品。然后OEM可以自由地銷售他們的產品，并貼上自己的標簽，無需任何進一步的測試。

這種繼承的合規性涉及到系統的兩個最關鍵的元素，即物理層和軟件堆棧。如果這些元素都經過認證，并且沒有修改，那么OEM產品就被認為是符合要求的，并可以以此進行銷售。

使KNX更簡單

為了加速采用樓宇自動化應用，安森美(onsemi)開發了業界首個KNX預認證的系統級封裝(SiP)。NCN5140S含KNX設備的所有關鍵和可認證的元素，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和協議棧是預認證的，所以基于NCN5140S的產品被視為衍生的或OEM產品。因此，新產品只需要附帶KNX產品修改聲明，而不需要進行全面的合規性測試。這可大大節省OEM開發新的KNX產品的時間和成本。

SiP是為開發網絡控制器而設計的，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(HVAC)系統、窗簾和百葉窗以及門禁系統。

用一個軟件工具可進一步自定義NCN5140S，讓安裝人員在安裝時能配置面板。這是用工程工具軟件或ETS進行的，它是KNX協會提供的獨立于制造商的配置工具。ETS用來訪問數據庫中的認證產品的詳細信息，并配置認證產品。

由于這種高級定制并不改變底層的固件，因此認證不受影響，且SiP可以作為多種產品的基礎使用。對于從系統的組成部件開發的控制面板來說，情況就不是這樣了。正是這種預集成和認證，使得基于NCN5140S的產品可被評估為衍生產品。

簡化電容式觸摸感應

開發觸摸感應界面可能很困難。它們往往是通過檢測電容的微小變化來工作的，數量級為皮克法拉。在設計PCB時仍然需要謹慎，安森美也提供與電容式觸摸感應按鈕連接所需的固件。這個應用軟件與認證的堆棧一起，以二進制文件的形式提供。該文件需要在組裝時編入NCN5140S，但一旦安裝后，可在安裝過程中使用ETS進行配置。

在組裝和安裝過程中，OEM必須有效地進行三個階段的工作：

1. 將二進制文件閃存到NCN5140S的微控制器上

2. 通過KNX總線接口配置產品的唯一網ID和應用選項

3. 使用KNX ETS數據庫設置設備參數

例如，在生產過程中，NCN5140S可以被編程，然后配置一個唯一的網絡ID。此時，輸入的數量和類型將被定義(多達8個通用或電容式觸摸感應按鈕)，工作模式也被定義(如開關或調光)。輸出的類型和數量(簡單的或RGB LED)也將被設置。

安裝人員將通過ETS數據庫配置控制器功能。例如，這將包括設備名稱、開關行為、調光參數、計時器(如適用)和場景(如不同時間、不同房間或不同日光條件的調光水平)。

總結

KNX協議是個強大平臺，支持家庭和樓宇自動化。對這種自動化水平的需求越來越大，例如，可結合智能電表，幫助使所有類型的建筑物提高能效。

隨著這生態系統不斷增長，世界各地有成千上萬的安裝程序，KNX正在成為樓宇自動化領域的主導協議。NCN5140S是簡化KNX產品的開發和認證的重要一步。

審核編輯 黃宇