Sistemele moderne de management al clădirilor pot contribui în mod decisiv la creșterea eficienței energetice și a confortului. Sistemele de iluminat inteligente constituie baza pentru un fel de sistem nervos central. Bluetooth asigură, de obicei, “căile neuronale”, dar și alte standarde wireless oferă avantaje. Iluminatul inteligent reprezintă unul dintre cele mai importante sectoare de piață pentru Bluetooth: conform “2021 Bluetooth Market Update” realizat de Bluetooth SIG (Special Interest Group), 27% dintre dispozitivele Bluetooth livrate sunt utilizate pentru iluminatul inteligent. Acest lucru le plasează pe locul al doilea, după aplicațiile pentru electrocasnice inteligente (35%), dar creșterea lor este mai rapidă decât a celor din urmă.
Există motive întemeiate pentru acest lucru: iluminatul conectat cu un control inteligent poate reduce costurile legate de energie cu aproximativ 70 până la 75%. În același timp, nivelurile de confort sunt sporite, de exemplu, permițând utilizatorilor să schimbe culorile luminii după cum doresc sau adaptând automat intensitatea luminii pentru a obține lumina naturală (Human-Centric Lighting, HCL). Acest concept de iluminat oferă un spectru de lumină care trece de la componente intense de albastru în cursul dimineții, care au un efect revigorant, la componente mai roșii seara, care generează un efect calmant.
În plus, se pot utiliza, de exemplu, detectoare de prezență. În funcție de prezența sau nu a unei persoane în cameră, lumina poate fi aprinsă sau stinsă automat. De asemenea, este posibilă o comutare automată a modului de iluminare în funcție de intensitatea de iluminare existentă sau de lumina ambientală dintr-o încăpere.
Iluminatul este omniprezent
În cadrul unei clădiri, iluminatul este utilizat aproape peste tot. Prin urmare, acesta reprezintă în mod evident baza infrastructurii noilor sisteme de management al clădirilor, deoarece tehnologia fără fir integrată în dispozitivele de control al iluminatului poate fi utilizată și pentru numeroase alte aplicații. Bluetooth SIG preconizează că, până în 2029, iluminatul conectat comercial va genera venituri globale de 19,1 miliarde de USD.
Împreună cu Alianța DALI (Digital Addressable Lighting Interface), Bluetooth SIG a definit un gateway care permite ca dispozitivele de iluminat certificate D4i să fie monitorizate și controlate prin Bluetooth Mesh. În acest fel, componentele de iluminat de la diverși furnizori se pot “înțelege” între ele și pot interopera fără probleme.
Figura 1: Bluetooth SIG și DALI au definit un gateway standardizat pentru controlul corpurilor de iluminat D4i prin Bluetooth Mesh.
Mergând dincolo de iluminare, urmărirea activelor în interior sau orientarea în interior poate fi implementată, de exemplu, cu ajutorul iluminatului inteligent. Obiectele care urmează să fie urmărite trebuie să fie echipate cu o baliză. Transceiverul wireless din corpurile de iluminat primește un semnal de date de îndată ce obiectul se află în raza de acțiune. Poziția obiectului poate fi apoi determinată cu ajutorul planului clădirii. Acest lucru este deosebit de util în depozite sau fabrici mari, unde se pot reduce semnificativ timpii de căutare. Procesele pot fi astfel optimizate, în timp ce costurile sunt reduse. În spitale, urmărirea poate contribui în mod substanțial la creșterea vitezei și a calității prin localizarea cu ușurință a echipamentelor mobile de îngrijire a sănătății sau a paturilor de spital.
Conectat la rețea prin Bluetooth
Bluetooth Mesh este o tehnologie utilizată de majoritatea sistemelor de iluminat inteligente pentru o comunicație fiabilă și sigură. Astfel, rata scăzută de consum de putere și latența redusă a Bluetooth Low Energy (LE) pot fi utilizate pentru sistemele în care sute sau mii de dispozitive de la diferiți furnizori trebuie să comunice între ele. Bluetooth Mesh utilizează așa-numitul principiu de inundare, care asigură că mesajele ajung la destinație. Acest lucru este posibil deoarece toți participanții din rețea pot comunica direct între ei – iar dacă unul dintre participanți nu reușește, mesajul este transferat mai departe pe o altă rută. În plus, telefoanele inteligente pot fi integrate într-o rețea BLE sau Mesh cu o aplicație corespunzătoare, permițând astfel comutarea corpurilor de iluminat fără un gateway sau o conexiune la internet.
Bluetooth Mesh este susținută, de exemplu, de puternicele SoC-uri multiprotocol din seria nRF52 și nRF53 de la Nordic Semiconductor. În combinație cu nRF21540, utilizatorii se pot bucura de o extindere de 16× a razei de acțiune. nRF5340 este echipat cu două procesoare Arm Cortex-M33. Procesorul de aplicație este optimizat pentru performanță și poate fi tactat la 128 sau 64 MHz, dispune de 1 MB Flash, 512 KB RAM, o unitate în virgulă mobilă (FPU), o memorie cache asociativă bidirecțională de 8 KB și capabilități de instrucțiuni DSP. Procesorul de rețea este tactat la 64 MHz și este optimizat pentru consum redus de putere și eficiență (101 CoreMark/mA). Dispune de 256 KB Flash și 64 KB RAM. În plus față de Bluetooth LE și Mesh, nRF5340 suportă și NFC, Thread și Zigbee. Oferă SPI de mare viteză, QSPI, USB și o temperatură de operare de până la 221°F (105°C).
Numeroși furnizori oferă module bazate pe aceste SoC-uri de la Nordic Semiconductor. Multe dintre acestea au deja antene integrate și sunt precertificate pentru piețele cheie (CE, FCC, IC). Ca atare, acestea contribuie la scurtarea timpului de dezvoltare și la reducerea costurilor. De exemplu, acest lucru este valabil pentru seria ISP de la Insight SiP, modulele PAN1780 și PAN1781 de la Panasonic, MBN52832 de la Murata și diverse module de la iVativ și EnOcean.
Familia ISP de la Insight SiP se caracterizează prin factorul său de formă mic, ceea ce o face deosebit de potrivită pentru utilizarea în aplicații de iluminat. Modulele se bazează pe diverse circuite integrate de la Nordic și pot fi înlocuite cu ușurință datorită compatibilității pinilor.
Modulul PAN1780 de la Panasonic se bazează pe nRF52840-IC produs de Nordic. Grație procesorului Arm Cortex-M4F cu 1 MB Flash și 256 kB RAM, modulul poate fi utilizat de sine stătător, ceea ce ajută la economisirea costurilor și a spațiului. PAN1781 se bazează pe dispozitivul nRF52820 de la Nordic, care are 256 kB Flash și 32 kB RAM și suportă AoA (unghiul de sosire) și AoD (unghiul de plecare) din versiunea 5.1 a specificației Bluetooth Core, așa-numita ‘direction finding’. Acest standard Bluetooth permite astfel o poziționare și mai precisă.
Modulul SX-ULPGN-BTZ de la Silex se bazează pe sistemul pe cip (SoC) Qualcomm QCA4020. Cu Wi-Fi dual-band 802.11 a/b/g/n, Bluetooth LE și conectivitate 802.15.4 (Zigbee, Thread Pro R21), acesta este, de asemenea, ideal pentru iluminat și pentru multe alte aplicații.
Producătorul Cypress/Infineon oferă, de asemenea, cipuri și module Bluetooth Mesh adecvate pentru aplicații de iluminat, de exemplu, circuitul integrat CYW20706 sau modulul CYBT-343026-01, care se bazează pe circuitul integrat CYW20706.
Alte standarde wireless
În plus față de Bluetooth LE și Bluetooth Mesh, alte standarde wireless sunt, de asemenea, comune pentru aplicațiile de iluminat inteligent, cum ar fi standardul EnOcean, Thread, Zigbee sau Wi-Fi.
Avantajul Wi-Fi în comparație cu Bluetooth este reprezentat de raza sa de acțiune semnificativ mai mare. Totuși, necesarul de putere mai mare care rezultă este poate și cel mai mare dezavantaj al acestei tehnologii. În plus, integrarea corpurilor de iluminat într-o rețea Wi-Fi este oarecum mai complexă, deoarece trebuie introduse o parolă și un SSID (Service Set Identifier) pentru fiecare corp de iluminat. Iar o rețea Wi-Fi își poate atinge limitele atunci când sunt conectate mai multe corpuri de iluminat.
Figura 2: Multisenzorul STM 550 de la EnOcean pentru aplicații de automatizare a locuinței și IoT este autoalimentat datorită recoltării de energie.
Zigbee poate fi utilizată pentru a crea o rețea mesh mare și robustă. În cazul în care un participant la rețea cedează, informațiile pot fi transmise pe o rută alternativă și, astfel, acestea nu se pierd. Pentru a configura rețeaua, este nevoie și de o punte sau de un hub, care se conectează la routerul WLAN. Puntea (sau hub-ul) trimite comanda (pornit/oprit) către corpurile de iluminat prin Zigbee. Spre deosebire de Bluetooth Mesh, transmisia de date este rutată pe măsură ce sarcini diferite sunt atribuite dispozitivelor individuale (coordonator, router și dispozitive finale). Acest lucru înseamnă că este specificată o anumită cale pentru datele prin rețea.
Thread funcționează într-un mod similar cu Zigbee: și aici, distribuția datelor este rutată, adică prin intermediul unei căi predefinite. Thread este un protocol mesh bazat pe IPv6. Acest lucru face relativ ușoară integrarea sa în rețele IP mai mari. Protocolul Thread este, de asemenea, compatibil cu circuitele integrate de la Nordic și constituie o bază perfectă pentru nivelurile de aplicații bazate pe Thread, cum ar fi Matter, HomeKit, DALI+, KNX IoT, OCF etc.
Standardul wireless EnOcean sub-GHz (868 MHz conform specificației RED, 902 MHz conform specificației FCC/IC, 928 MHz conform specificației ARIB) oferă o fiabilitate ridicată prin transmiterea de mesaje scurte. Există o probabilitate redusă de coliziune în cadrul rețelei, permițând astfel o rețea mare de senzori. În plus, nu există interferențe cu DECT sau WLAN. Utilizarea unui cod de rulare și a unei criptări AES 128 asigură o securitate avansată a datelor. În interiorul clădirilor, standardul wireless EnOcean atinge o rază de acțiune de până la 30 de metri.
Furnizorul EnOcean este cunoscut în special pentru tehnologia sa de recoltare a energiei. Acesta oferă senzori wireless fără mentenanță care se bazează pe standardul wireless EnOcean, precum și pe Bluetooth și Zigbee. Noul multisenzor STM 550 IoT (figura 2) oferă informații de stare (deschis/închis) datorită unui contact magnetic și poate măsura temperatura, umiditatea, accelerația/orientarea și iluminarea. Celula solară integrată produce suficientă energie pentru măsurători și pentru a transmite datele măsurate prin Bluetooth, Zigbee sau prin standardul EnOcean, de exemplu.
Concluzie
Fie că este vorba de Bluetooth, Bluetooth Mesh, EnOcean, WLAN, Thread sau Zigbee – toate standardele wireless au avantajele și dezavantajele lor specifice și trebuie să se decidă individual care este cel mai potrivit pentru aplicația respectivă. Cu toate acestea, un lucru este valabil pentru toate: ele formează “sistemul nervos central” pentru iluminatul inteligent al locuinței și, implicit, pentru o mai mare eficiență, comoditate, confort și extindere, de exemplu, pentru a include un sistem de navigație și urmărire.
Autor: Kerstin Naser, Product Sales Manager Wireless
Rutronik | https://www.rutronik.com
