【IoT精选】多协议设计加速智能家居/照明落地

by Administrator Siliconlabs on ‎04-17-2017 02:34 AM

针对家居自动化(Home Automation)行业及智能联网照明(Connected Lighting)市场和技术的发展,芯科科技(Silicon Labs)特别制作了家居自动化发展趋势专栏,全系列总共包含了五篇文章,从基础的无线协议介绍,以及联网照明的设计与应用需求,一直到更深入的说明如何克服物联网(IoT)无线多协议互操作性及共存挑战,以加速家居自动化及联网照明应用落地,都有详细的探讨,内容丰富且实用,让我们一同加入点亮物联网新世界的伟大行列吧!

 

敬请往下阅读每一篇博文的摘要内容,并欢迎Silicon Labs中文在线论坛观看全系列家居自动化发展趋势文章。

 

第一部分:无线协议与联网照明的亲密关系

 

如果你希望开发搭载无线连接功能的智能联网照明产品,你应该选用哪些无线协议?首先,Wi-Fi已经是家喻户晓且无所不在的无线技术,是最容易被联想到的,然而,其网络的功耗及节点成本过高,对于开发联网照明并非理想之选。

 

另一个众所周知的蓝牙技术,因为发展出了低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy)的新标准版本,妥善的解决了功耗的问题,是目前用于智能家居与联网照明的一大热门技术。

 

值得注意的是,针对动辄上百个节点的联网照明应用,行业人士纷纷提高对zigbee标准的关注。Zigbee是一个具有高鲁棒性、自我修复且可扩展的网状网络技术,同时具备低功耗的特性,因而可以轻松地支持智能家居所需的数百个节点的网络建置,从而跃居为当前联网照明设计的大红人。

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图说:zigbee网络特性非尝适合智能家居与联网照明

 

阅读完整博文请点击:http://community.silabs.com/t5/Official-Blog-of-Silicon-Labs/Home-Automation-Wireless-Technologies-a...

 

想要了解更多关于zigbee技术和参考设计信息吗?请访问Silicon Labszigbee智能家居参考设计网页:http://cn.silabs.com/products/wireless/mesh-networking/zigbee-connected-home-reference-designs

 

第二部分:智能联网照明的关键元器件设计

 

紧接著无线技术的基础介绍,我们将进一步说明智能联网照明系统中所需的关键元器件!

 

关于联网照明设计主要有三大组成要素:

  1. LED照明及电力电子器件

  2. 无线协议解决方案

  3. 无线电设计及天线配置

 

联网照明的电力电子设备与传统灯光设计相似。制造商之间的潜在差异在于如何驱动PWM以及时序。在典型的RGB彩色光设计(RGBW)中最多可以有4PWM通道。这些通道用于控制RGB颜色,色温和光强度。

 

无线设计是联网照明的最重要环节,以zigbee照明灯泡为例,灯泡中的无线协议芯片通过无线电元器件与网关通信,提供预设命令,如发现,加入和离开。对于控制,交换机或网关可以发送命令,如开/关,电平(亮度),颜色XYRGB颜色),色相和饱和度。在zigbee协议中,还具有监控网络健康状态和连接状态的诊断功能,所有这些命令都是使用可在zigbee函式库中找到的标准协议来编写的,这为设计提供了灵活性和可升级性。

 

在硬件上,重要的是考虑无线电设计及天线配置。尺寸是无线照明设计中非常重要的考虑因素。灯座尺寸标准化,为了将无线部件安装在灯泡中,无线模块需要尽可能小,且天线需要放置在信号畅通无阻的位置。

 

阅读完整博文请点击:http://community.silabs.com/t5/Official-Blog-of-Silicon-Labs/Home-Automation-Part-2-The-Components-o...  

 

第三部分:互联照明点亮智能家居的未来

 

互联照明正在工业界和商业市场上迅速扩张。几个明显的趋势是:

1、低功耗和便捷性:更多的规定推动了更好的能量管理

2、数据收集和评估:将传感器集成到系统里以获取更多数据

3、预防性维护,空间规划,精准投放的广告等

 

为照明添加传感器功能

低功耗是互联照明的出发点,而为照明添加传感功能则是其发展的方向。许多传感器现在正被添加进照明系统。占空传感器,环境光传感器,甚至温度传感器都可以用来增强照明控制的智能性。当屋里没人时关掉灯只是智能照明应用的冰山一角。例如,多个占空传感器控制规则已经被添加到了最新版的California Energy Code andStandards中。

 

基于位置的互联照明控制

最新的趋势是基于位置的照明控制。这是根据灯光判断人的位置和密度。灯光可以指示活动的频繁程度和有人与否。因为照明用灯是不能移动的,在工业,商业应用中,甚至一些像是停车场和市中心的户外地方,这些灯基本都是平均分布的,这为判断人的位置提供了良好的指示。

互联照明的趋势是根据周边环境的变化进化照明控制的算法。无线是很难的。当我们过了无线设计这一关时,就可以集中精力于使得互联照明开始工作并改进我们的生活,这就是互联照明的未来。

 

家居自动化/互联照明参考设计

为了帮助世界加速迎向互联照明的新时代,Silicon Labs已经发布zigbee家居自动化及物联网照明参考设计,并领先同行打造了支持最新Thread 无线网状网络标准,可以即时控制20个LED灯泡的Thread智能照明开发套件,请参见下面的图示。

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图说:芯科科技zigbee家居自动化及物联网照明参考设计架构

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图说:芯科科技Thread智能照明开发套件

 

阅读完整博文请点击:http://community.silabs.com/t5/Chinese-Blog/%E4%BA%92%E8%81%94%E7%85%A7%E6%98%8E%E7%82%B9%E4%BA%AE%E... 

 

更多芯科科技无线解决方案、家居自动化及智能照明参考设计信息,请访问:http://www.silabs.com/iot/Pages/zigbee-connected-home-reference-designs.aspx

 

第四部分:zigbee家居自动化的生态系统大解析

 

许多物联网设备开发商都曾问道:我们该如何知道我正在开发的产品会与哪款市场上的产品工作在一起呢。这实际上是个很好的问题。当客户决定走标准路线 (比如zigbee) 时,他们如何知道他们的产品将会与哪款其他的产品工作在一起呢。这带来了关于生态系统的问题。

 

何谓生态系统,其与物联网的关系何在呢。生态系统在此处对不同的人来说可以代表许多不同的事。包括硬件,软件,云端生态系统等一系列相互关联但又不同的事物。但最终仍有以下共同点:

  • 多样性

  • 互操作性

  • 一系列共通的标准

 

多样性

多样性是任何生态系统的巨大优势。同一生态系统中的多个参与者,使得在统一配置下可以实现更多的物的连接。其同样意味着供应商可以专精一门,然后共同合作打造大的共同体。更大的共同体意味着更大的市场份额。

 

互操作性与共通标准

互操作性与多样性息息相关。互操作性意味着来自不同供应商的可以工作在一起,因此创造了更加统一的环境。为了实现互操作性,需要一系列的共通的规则,以及适当的组织工作来规范这些规则。

 

zigbee家居自动化的三类生态系统

首先,有专有的,闭合的生态系统。这些生态系统存在是因为它们有着满足特殊要求的非标准安装。此类闭合的生态系统通常用在照明或商业及工业应用中。

 

第二,在谱系的另一端,你可以找到完全开放的生态系统。如果你执行标准,例如Zigbee HA 1.2,那么你可以加入网络。不过,在这里我必须指出。网关会让你的设备加入网络,但其也许并不能识别出你的设备的全部特征或属性。

 

最终,主流的生态系统介于前两者之间。这些生态系统可以接纳其他标准兼容的设备。但是,为了充分利用设备的特征和功能,你将会需要被生态系统所接纳。有时,会对你的设备使用白名单制度。

 

一旦你决定了生态系统的类型,那么下一步该如何加入生态系统,以及需要怎样做出选择呢。即使在zigbee生态系统内部,每一部分也有所不同。这是因为在类似HA1.2的标准之内,也有着需要选择安装的特征。

 

创建zigbee生态系统十步骤

1.     选择标准协议,比如ZHA1.2

2.     定义应用需求

3.     本地控制或云端控制:规则创建,通知等

4.     决定应用层需求:例如色彩控制,温度识别

5.     选择平台提供商

6.     特殊的/附加的需求

7.     支持选择性特征:设备处理程序,功能等

8.     认证或批准

9.     全套测试和认证

10.白名单产品批准

 

阅读完整博文请点击:http://community.silabs.com/t5/Chinese-Blog/Zigbee%E5%AE%B6%E5%B1%85%E8%87%AA%E5%8A%A8%E5%8C%96%E7%9...   

 

欲了解Silicon Labs zigbee家居自动化参考设计的更多信息,请访问:

请访问:http://cn.silabs.com/solutions/home-automation-and-entertainment.html

 

第五部分:多协议互通挑战迎刃解,家居自动化展翅飞

 

这是本系列最后一篇博文,让我们一起来展望智能家居与联网照明的大未来。当前有很多因素阻碍了家居自动化市场的增长,其中最大的不利因素就是技术和协议的碎片化。市场上有许多不同的无线技术,如 Wi-Fi Bluetooth zigbee,和未来将用于网状网络的 Thread以及专有的Sub-GHz协议,每一个都满足不同的需求。

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图说:家居自动化发展的最大挑战在于融合多种无线协议的控制和应用

 

认识无线协议的主要区别

在这些连接技术中,无线协议间的区别主要取决于三大块:物理层,无线协议栈,和应用层。如果我们写一部无线小说,那么物理层(也被叫做无线)可以被解释为单词,协议栈就是语法-组织单词的规则,应用层就是组成小说的详细的,描述性的句子。 

 

又比如,智能家居中的连接照明应用:连接的照明用具的无线在2.4GHz下操作,协议栈是Bluetooth Smart 4.1,应用就是定义的操作。动作传感器,用来在当有人进入房间时自动亮灯,可以使用在不同的2.4GHz调制方案下的无线,操作用于网状网络的基于IPThread协议栈,而应用就是亮灯。

 

所以我们如何让所有的硬件和软件互相通话,并且保证互操作性呢。智能家居领域内保证设备与设备间可互操作性的最新趋势是使用能够识别多种无线语言的多协议SoC设备。 

 

多波段/多协议无线SoC成最佳解方

Silicon Labs领先业界提供了多波段、多协议的Wireless Gecko无线SoC系列解决方案,包括三个产品线,它们分别针对现实世界中不同的IoT使用场景和最受欢迎的无线协议而进行了优化:

 

  • Mighty Gecko:支持运行于2.4GHz波段的Zigbee、Thread和Bluetoothlow energy连接,和可用于2.4GHz波段和Sub-GHz波段的专有协议。

     

  • Blue Gecko:支持运行于2.4GHz波段的Bluetooth low energy连接,和可运行于2.4GHz波段和Sub-GHz波段的专有协议。

     

  • Flex Gecko:支持2.4GHz波段和Sub-GHz波段的灵活的专有无线协议,适用于多种应用场景。

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图说:通过多波段、多协议无线SoC,我们可以实现一切家居自动化的无线连接应用

 

阅读完整博文请点击:http://community.silabs.com/t5/Chinese-Blog/%E6%97%A0%E7%BA%BF%E5%A4%9A%E5%8D%8F%E8%AE%AE%E4%BA%92%E... 

 

详细了解Silicon Labs的Wireless Gecko系列产品及开发工具包信息,请访问:http://cn.silabs.com/products/wireless/wireless-gecko-iot-connectivity-portfolio

 

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