無線技術特別適用于建筑物的自動化，無需復雜和昂貴的布線即可快速，輕松地添加智能。這對設計人員通過選擇技術可獲得的功率預算有影響，并允許設計人員最大限度地延長無線節(jié)點的電池壽命，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)化加熱和空調來最大限度地降低運行成本，最大限度地減少30%的運行成本。這需要連接在一起的無線傳感器網絡，通常具有控制網絡的集線器。在過去，這個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(IoT)，這個集線器是通往更大事物的門戶。這開放了物聯(lián)網(BIoT)，無線節(jié)點將數(shù)據(jù)提供給云，以實現(xiàn)高級分析和更好的控制。

市場研究公司Memoori將BIoT視為IP網絡的疊加層傳感器連接所有建筑服務，同時監(jiān)控，分析和控制，無需人工干預。從建筑物周圍的服務和設備收集數(shù)據(jù)可以更準確地了解每個建筑物的運行情況，使運營商能夠收集，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營效率。 Memoori估計，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，其中三個最大的細分市場是物理安全，照明控制和火災探測。在此范圍內，該公司認為，建筑物內互聯(lián)網設備的全球市場從2014年的229.3億美元增加到2020年的850多億美元。

圖1：實現(xiàn)構建物聯(lián)網有許多不同的方法，無線連接是必不可少的功能。資料：Memoori。

這種增長大部分來自于建筑系統(tǒng)內的連接性目前僅為16%，到2025年將增長到50%。這種增長取決于可用于技術的技術的實施。設計師，并出現(xiàn)了一系列低級和高級標準。例如，B控制是B控制聯(lián)盟的新高級標準。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“預先集成”的應用形式同步其單位來提供建筑技術中的組件。

另一個組織，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，重點是利用環(huán)境能源為太陽能電池，熱力發(fā)動機或交換機動能源提供無線節(jié)點供電。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標準的一部分。這使設計人員能夠開發(fā)出易于互操作的設備，并可以將能量收集用作無線節(jié)點的電源。這使得enOcean的STM300等模塊可以輕松添加到設計中，但也允許開發(fā)人員使用自己的實現(xiàn)。一些聯(lián)盟合作伙伴現(xiàn)在正在開發(fā)Internet網關，以允許這些節(jié)點有效地連接到Building IoT基礎設施。

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

然而隨著互聯(lián)網連接的出現(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標準，ZigBee，6LoPAN和Thread協(xié)議都使用這種方法。然而，藍牙和IEEE802.11 Wi-Fi的使用也越來越多，以提供連接。

飛思卡爾半導體的MKW2x等設備可用于物聯(lián)網的許多監(jiān)控和控制應用，包括樓宇自動化。這些可以在低于1 GHz和2.4 GHz的免許可頻段中運行，并實現(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標準的無線電收發(fā)器和帶有連接和精密混合信號模擬外設的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)套件允許設計人員輕松實現(xiàn)BIoT的多個節(jié)點。

這些設備用于輕松實現(xiàn)基于ZigBee Pro網絡堆棧的連接樓宇自動化的應用程序配置文件，以及允許在節(jié)點之間輕松傳輸數(shù)據(jù)的ZigBee IP網絡堆棧和Smart Energy 2.0應用程序配置文件。

微控制器允許實現(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16位模數(shù)轉換器，用于簡化節(jié)點的設計，還包括一個加密加速塊，以提供數(shù)據(jù)安全性。 MKW2x的無線電收發(fā)器具有高達-102 dBm的接收靈敏度，+ 8 dBm的最大發(fā)射輸出功率和高達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碼搜索模式下的15 mA。

大小對于構建控件也很重要，因為無線節(jié)點必須適合小型設備項目。 MKW2x采用8 x 8 mm LGA封裝，總觸點為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的六個頻段，該收發(fā)器也能夠運行802.15.4協(xié)議。由于收發(fā)器中的相干接收器技術，這允許高達6.8 Mb/s的高數(shù)據(jù)速率和高達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)境來說可能是一個問題。低功耗設計的發(fā)射功率為-14 dBm，發(fā)射電流為31 mA，可實現(xiàn)較長的電池壽命和6 x 6 mm的小型封裝尺寸，以適應無線節(jié)點。

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，可實現(xiàn)強大的自愈網狀網絡。通過將芯片天線與無線節(jié)點的硬件和軟件相結合，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網狀網絡協(xié)議允許將更多節(jié)點輕松添加到網絡中，因為節(jié)點通過最近鄰居進行通信。這為建筑自動化設計提供了可擴展且穩(wěn)健的拓撲。然后可以將數(shù)據(jù)反饋到連接到Internet的網關以進行控制和分析。

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，鏈路預算高達100.6 dB。這可以用于擴展鏈路的范圍，以便使用更少的節(jié)點，或者通過使它們更接近來降低每個節(jié)點的功率。這可以通過一些復雜的網絡拓撲分析來獲得通過建筑物的節(jié)點的正確平衡，但是通過BIoT，可以分析來自節(jié)點的數(shù)據(jù)以確定每個節(jié)點的最佳位置。然后，隨著時間的推移，添加新節(jié)點，可以改進網絡，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。

設計人員使用該模塊的一個關鍵優(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。為了進一步簡化節(jié)點的設計，每個模塊都有一個可以在最終產品上使用的預分配MAC地址，并且可以存儲在內部EEPROM中。這可以大大簡化建筑運營商對終端設備的配置。

結論

將更廣泛的互聯(lián)網功能添加到樓宇自動化設備是開發(fā)人員提供重要意義的巨大機會為建筑運營商節(jié)省成本。提供鏈接到傳感器和執(zhí)行器的無線節(jié)點，以及在因特網上分析的數(shù)據(jù)以及從任何設備控制這些節(jié)點的能力，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行不同的工程和設計權衡。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。