Anotimpurile și lumina naturală
Anotimpurile vin și trec. Eu simt ritmul naturii și sunt afectat de schimbarea anotimpurilor. Tranziția de la un anotimp la altul înseamnă schimbarea ciclurilor de lumină solară de care beneficiez.
Când scriu acest articol, acolo unde mă aflu, în emisfera nordică, este perioada solstițiului de iarnă. Aceasta este cea mai scurtă zi din an și voi beneficia de cea mai redusă cantitate de lumină naturală – măsurată de la răsărit la apus.
Nu peste mult timp, va veni primăvara. Zilele se vor mări, iar cantitatea de lumină naturală va crește. Mă bucur de aceste zile mai lungi și de lumina mai multă de care beneficiez. Întotdeauna lumina îmi dă o stare mai bună. Pot să folosesc mai bine orele de lumină care rămân după ce termin munca și, deseori, ies cu bicicleta la plimbare prin pădure, trecând peste rădăcini de copaci și peste viroage. Această trecere la zile mai lungi se face automat, fără ca eu să trebuiască să fac ceva și fără să pot controla acest proces.
Pentru că omul este o ființă inteligentă, a creat dispozitive care să îi ofere lumină. În orașele și satele din întreaga lume, omul valorifică dispozitivele de iluminat pe care le-a creat pentru a aduce lumină acolo unde este întuneric. Societatea civilizată, o ordine socială conectată care încurajează progresul cultural, folosește aceste dispozitive de iluminat pentru a alunga întunericul și pentru a deschide drumul spre un viitor mai luminos.
Odinioară, această sursă de lumină era reprezentată de lumânări de ceară. Ce dezastru! Cât de dificil trebuie să fi fost să iluminezi un spațiu mare și, mai ales, să îl menții bine iluminat.
Însă realitatea tehnologică generată de Internet of Things (IoT) permite acum iluminatul inteligent conectat la un sistem coordonat. Sisteme cu și fără fir permit datelor securizate să conecteze sistemele de iluminat prin intermediul unei abordări conectate și inteligente. Acest articol arată cum iluminatul inteligent conectat deschide calea către un viitor luminos.
Iluminatul inteligent conectat
Trăim vremuri ale schimbării. IoT ia în zilele noastre forma unei revoluții în tehnologie. Tehnologia cu senzori inteligenți și conectivitatea fără fir pe radio-frecvență (RF) se combină pentru a genera noi metode de percepție și de colectare a datelor, precum și de transmitere a acestora în internet. IoT permite crearea de automatizări de uz industrial și personal (rezidențial). Automatizările din clădiri și orașe beneficiază de inteligența umană. Mai exact, acestea au ca scop programarea sistemelor electronice de o manieră coordonată și integrată, care să mimeze sau să îmbunătățească această inteligență umană, creând astfel un sistem automatizat cu un anumit nivel de inteligență. În acest caz, inteligență înseamnă capacitatea de a opera la un nivel acceptabil având în vedere scopul sau obiectivul dorit. Scopul acestor eforturi este de a produce sisteme mai inteligente și mai robuste, care să îmbunătățească condițiile de trai ale oamenilor cu costuri mai mici și cu un impact negativ scăzut asupra mediului.
Sistemele de iluminat conectate presupun trei componente cheie:
- O sursă de lumină, de exemplu un bec sau un LED
- Un corp de iluminat și un ansamblu electromecanic pentru conectarea și securizarea sursei de lumină în poziție și
- Un comutator sau un controler
În ultimii câțiva ani, am observat o trecere rapidă de la sursele de iluminat tradiționale la diode emițătoare de lumină (LED). Succesul adoptării iluminatului cu LED-uri reprezintă calea naturală pentru sistemele de iluminat conectate, digitale, inteligente, controlate prin software. Dacă înainte se foloseau comutatoare simple sus/jos sau cu buton de pornit/oprit, în ziua de astăzi, IoT, în combinație cu produse de iluminat controlate electronic, permite aplicații inteligente de iluminat conectat.
Iluminatul inteligent conectat, utilizat în clădirile inteligente, se folosește de avantajele unor sisteme și platforme electronice multiple, inclusiv senzori de mișcare, integrându-le cu o varietate de metode de control al iluminatului pentru soluții adaptate oricărui mediu în care se utilizează iluminatul controlat. Conectate prin IoT și folosind infrastructuri deschise și configurabile, datele pot fi colectate și utilizate pentru decizii inteligente și operare eficace. Marea flexibilitate a software-ului și simplitatea designului și controlului digital reprezintă avantaje ale platformelor de iluminat inteligent. Furnizorii de componente electronice de top dezvoltă în prezent LED-uri, drivere LED, senzori, transformatoare de putere și diferite dispozitive de control electronic pentru produse de iluminat inteligent. Este vizibilă tendința acestor producători de a se asigura că produsele lor se integrează cu succes în proiectele din industria de automatizare a clădirilor.
Sistemele de iluminat automatizate configurate astfel sunt denumite iluminat inteligent. În viitor, companiile și oamenii vor beneficia din ce în ce mai mult de avantajul iluminatului conectat și al IoT. Iluminatul inteligent permite controlul autonom și programat al nivelului și culorii iluminatului și identifică în același timp momentul în care traficul sau activitățile ocupanților clădirii necesită ajustări, oferind o experiență optimizată pentru utilizatori și proprietari. Indiferent dacă este vorba de iluminarea birourilor, a caselor, de iluminatul stradal sau semaforizarea pentru mașini și pietoni, iluminatul inteligent automatizat este acum prezent peste tot în peisajul urban modern. Iluminatul inteligent devine rapid pilonul clădirilor inteligente automatizate din orașele inteligente.
Cu și fără fir
Controlul inteligent al sistemelor de iluminat necesită conexiuni solide și fiabile. Există două metodologii primare de rețea, care combină iluminatul inteligent conectat și IoT: cu și fără fir. În plus, aceste două metodologii primare de rețea pot fi utilizate în diferite combinații, folosind diferite metode și protocoale de comunicare, precum Bluetooth mesh networking, iar limita este dată doar de cerințele aplicației și de creativitatea inginerului.
O rețea cu fir se bazează pe conexiuni electrice directe, fizice, între mai multe puncte din rețea. O rețea fără fir nu necesită nicio conexiune fizică între dispozitive, oferind mai multă libertate decât rețelele cu fir. Rețelele fără fir permit dispozitivelor din rețea să funcționeze fără să fie asociate. Există avantaje și dezavantaje pentru fiecare din cele două abordări. Proiectantul unui sistem inteligent va analiza ce este cel mai potrivit pentru întreaga aplicație și poate proiecta o soluție care să folosească avantajele ambelor metodologii de rețea, atenuându-le punctele slabe.
Iluminatul inteligent conectat din cadrul IoT necesită un inginer care să înțeleagă la un nivel acceptabil specificațiile proiectului de sistem, cerințele de viteză, lățime de bandă și conexiuni cu latență redusă. Sistemele cu fir oferă performanțe de vârf în acești parametri de specificații, dar necesită legarea comutatoarelor la corpurile de iluminat, scăzând astfel nivelul de flexibilitate. Introducerea unor modele fără fir poate afecta unele din aceste specificații, dar poate oferi opțiuni de control al configurației și de management care nu pot fi realizate cu limitările proiectelor cu fir. Însă, îmbunătățirea constantă și dramatică a tehnologiei RF fără fir permite acum opțiuni de proiecte fără fir care nu puteau fi concepute sau nu erau disponibile în trecut.
Controalele pentru iluminat inteligent și IoT folosesc deseori topologii de rețea fără fir tip mesh, în care există interconexiuni redundante între nodurile din rețea. Aceste topologii denumite multipunct oferă un potențial fantastic pentru controlul iluminatului inteligent: în primul rând pentru că interconexiunile redundante ale acestora protejează rețeaua de erorile nodurilor simple, oferind în același timp latență scăzută, viteză mare și o eficiență excelentă. Zigbee șiBluetooth mesh sunt două dintre protocoalele care au câștigat popularitate.
Zigbee și Bluetooth Mesh
Produsele pentru rețele fără fir cu senzori (WSN – Wireless Sensor Network), cu consum redus și bazate pe standarde, pot fi încorporate pentru a îndeplini cerințele aplicațiilor de iluminat inteligent conectat. Sistemele de tip mesh sunt integrate în întreaga lume, conectând în siguranță o varietate de dispozitive inteligente cu aplicații, pentru soluții mai inteligente, mai ecologice și mai eficiente.
Zigbee, la fel ca Bluetooth, reprezintă un set de specificații pentru comunicații în rețele personale fără fir (WPAN – Wireless Personal Area Network). Concepută pentru cicluri cu costuri reduse, consum redus și sarcină redusă, tehnologia Zigbee este ideală pentru rețele WSN și alte rețele cu consum redus care se pot întinde pe distanțe mari. Zigbee se bazează pe standardul IEEE 802.15.4, adăugând însă capacități de rețelistică de tip mesh cu funcții multi-hop și protocol de rutare. Este compatibilă cu rețele în stea și peer-to-peer (de exemplu, mesh și cluster tree), conferindu-i dinamism, scalabilitate și descentralizare. Tehnologia Zigbee nu concurează cu tehnologii precum Wi-Fi (IEEE 802.11) sau Bluetooth (IEEE 802.15.1). În schimb, Zigbee a fost creată pentru aplicații în care rata de transfer de date este mult mai puțin importantă decât eficiența energetică, dimensiunea rețelei și capacitatea de rutare ad-hoc.
Bluetooth mesh (introdus în iulie 2017) este un protocol bazat pe Bluetooth Low Energy (BLE) care își găsește aplicabilitatea în iluminatul inteligent conectat și IoT. Utilizează un emițător radio Bluetooth care poate opera pe o distanță fizică între 100 și 1000 m. Deoarece este o tehnologie nouă, încă se află în stadiul în care trebuie să își demonstreze aplicabilitatea, eficiența și eficacitatea în implementări pe scară largă. Multe companii și persoane extrem de talentate fac eforturi de îmbunătățire a acestei tehnologii.
Date
Socrate (470–399 î.Hr.) a spus că virtutea este cunoaștere. Francis Bacon (1561–1626) a afirmat că prin cunoaștere se obține puterea. În aplicațiile IoT ale viitorului, colectarea, stocarea și analiza datelor vor genera cunoaștere. IoT va gestiona informații bazate pe date, care vor permite companiilor și oamenilor în general să ia decizii informate. Această tendință va genera noi modalități de a realiza și a utiliza sisteme de iluminat inteligent conectat, inclusiv prin protecția și monitorizarea penelor de curent și a căderilor de tensiune, precum și prin asistență în planificarea operațiunilor de întreținere periodică pentru menținerea celui mai ridicat nivel de eficacitate operațională generală. Cererea pentru un proces decizional și un răspuns cu latență scăzută, în timp real, imperceptibil pentru oameni (<0,05s) va genera creșterea numărului de senzori pentru colectarea datelor. Aceste date vor fi analizate și prelucrate în componenta „inteligentă”, oferind noi perspective, mai valoroase, și crescând oportunitatea pentru noi piețe și pentru adăugarea de valoare. Iluminatul inteligent conectat contribuie la transformarea în realitate a proceselor decizionale bazate pe date.
Securitate
Transmisiile de date trebuie să fie protejate de contingențe și situații neprevăzute. Conexiunile fiabile și sigure sunt esențiale. Sistemele cu fir pot fi tăiate sau interceptate, iar sistemele fără fir sunt supuse interferențelor, căderilor sau accesului prin metode suspecte sau malițioase. Sistemele de iluminat inteligent conectat și IoT utilizează o abordare multi-strat în ceea ce privește siguranța, aplicând măsuri de protecție în diferite puncte ale sistemului.
Principalii pași în această abordare multi-strat pot include crearea unor date de autentificare și a unor parole de autorizare a accesului într-un sistem de operare (OS) protejat și conform. Utilizarea unor protocoale adecvate va permite conectarea de dispozitive în condiții de performanță și securitate robustă și puternică și într-o gamă largă de condiții de operare. Fiecare dispozitiv conectat trebuie monitorizat și trebuie să fie conform cu reviziile de firmware și de software pentru a beneficia de cele mai noi măsuri de protecție și de siguranță. Datele IoT colectate trebuie ingerate și validate înainte de consumul și prelucrarea lor în etapele inferioare și înainte de prelucrarea la nivel superior, pentru a evita erori de intrare în cloud sau în sursele de prelucrare a datelor de nivel superior.
Viitorul
Anotimpurile se schimbă. La fel și tehnologia! IoT a deschis calea pentru conectarea iluminatului inteligent într-un sistem coordonat. Sistemele cu și fără fir permit datelor securizate să conecteze sistemele de iluminat prin intermediul unei abordări coordonate și inteligente. Acest sistem de iluminat inteligent conectat și IoT sunt tehnologiile din următorul anotimp, mai luminos. Gândiți-vă doar cât de mult a avansat tehnologia din epoca focului, a lumânărilor sau a becului lui Edison!
Autor:
Paul Golata
Ca membru al echipei Mouser Electronics din 2011, Paul Golata este Specialist Senior Conținut Tehnic. El contribuie la succesul Mouser prin leadership strategic, execuție tactică, precum și prin anumite directive de marketing și operaționale pentru produsele cu tehnologie avansată. Paul comunică știrile și cele mai noi informații proiectanților, prin crearea de conținut tehnic unic și valoros care facilitează și îmbunătățește poziționarea Mouser Electronics ca distribuitor preferat. Înainte de a se alătura echipei Mouser, Paul a dobândit experiență în diverse funcții de producție, marketing și vânzări la Hughes Aircraft Company, Melles Griot, Piper Jaffray, Balzers Optics, JDSU și Arrow Electronics. Paul are o diplomă BSEET de la DeVry Institute of Technology (Chicago, IL), un MBA de la Pepperdine University (Malibu, CA), și un MDiv (cu BL) și un doctorat de la Southwestern Baptist Theological Seminary (Fort Worth, TX).
Mouser Electronics
Authorised Distributor
www.mouser.com