智能绿色楼宇

July 13, 2023

Fanny Hu

发布于2023-07-14

虽然智能化的浪潮席卷了办公室、医院、学校和工厂，但这些商业楼宇自身往往并不是很智能，因而在需要解决能效问题、追踪资产和改善照明时，就会陷入几乎没有数据可作为决策依据，也没有多少自动化方式来将发现的信息转化为行动的境地。但是，由于欧盟约三分之一的温室气体排放与商业楼宇有关（欧洲环境署），并且业主和物业也面临降低维护成本、改善楼宇管理的压力，因而智能楼宇和照明解决方案正越来越多地得到采用。

出于显而易见的原因，在新建的项目中，这些方案的部署比较简单，因为必要的电缆和连接以及先进的照明和建筑结构都已在设计图纸上确定。但是，在数量庞大的现有房产中，改造也是完全可行的，这有助于节省能源和成本。

虽然智能楼宇解决方案层出不穷，但长期的支持、强大的供应商基础和健全的技术实施必不可少，尤其对于需要在未来十年或二十年内持续运作的系统更是如此。KNX协会为智能楼宇技术提供了一套标准，该协会拥有500家制造商和8,000种认证产品，并在全球范围内具有大量成功部署案例。安森美 (onsemi) NCN5140评估板为开关应用提供了良好的起点，从而简化了KNX认证产品的开发（图1）。

这款系统级封装 (SiP) 基于NCN5140S，集成了Arm Cortex-M0+微控制器和KNX收发器。以该SiP为基础，只需一个滤波电容器、一个Tx电阻器和一个扇入电阻器，以便定义节点从双绞线引出的电流等级，即可开发KNX节点。

该评估板有两个版本，两者均有八个按键，但其中一种采用机械按键，另一种采用电容式触摸按键。这些按键对应八个RGB LED，后者的亮度由预认证的应用程序代码控制，可照亮按钮或触摸区域。该评估板提供完全认证的KNX开关应用程序，由经过认证的物理层和KNX软件栈提供支持，适用于控制智能照明和百叶窗、卷帘以及通风系统。

图1：这些KNX八按键开关评估板基于安森美NCN5140S SiP（图源：贸泽电子）

智能照明

白炽灯的时代早已一去不复返，荧光灯管也已基本淘汰。取而代之的是LED，它不仅具有出色的照明性能，而且由于体积小，还可以做成各种创新的形式和外形。但是，LED要达到最佳性能，就需要采用优质的驱动器，以提供所需的智能功能，并延长灯具的使用寿命。NCL31000及其姐妹产品NCL31001提供智能LED驱动，同时支持智能光通信和室内定位（图2）。

图2：NCL3100X LED驱动器框图（图源：贸泽电子）

这两款产品的核心是高效率、双同步降压型LED驱动器，开关频率可调范围为44.4kHz至1MHz，并支持低至零电流的PWM调光，此外还支持扩频控制，可改善传导EMI。NCL3100X采用了电流检测电阻器，可监测流经电感器的电流，这是器件计量功能的一部分。其他可以收集的数据包括内部电压、电流和LED电压。所有数据每100毫秒采样一次，并且和状态、警告与错误数据一起，共享给集中式楼宇管理系统。NCL31001相比NCL31000的不同之处在于，它不包含内部辅助转换器和3.3V降压转换器。

NCL3100X的连接通过SPI或I2C提供，具体取决于所选的器件，可以让微控制器的使用更容易上手。NCL31000ASGEVB评估板（图3）是一款兼容Arduino的扩展板，支持高达100W功率的LED灯串。同时，通过直接连接到SPI或I2C引脚，也可以轻松支持其他微控制器开发平台。

图3：兼容Arduino的NCL31000ASGEVB评估板（图源：贸泽电子）

资产追踪

对于在医院和实验室等共享资源环境中工作的人来说，追踪设备可能是最头痛的事情之一，只消喝杯咖啡休息一下的工夫，刚刚还用着的东西可能就会不翼而飞。资产跟踪是一项重大挑战，通常情况下离不开那些只需一块电池就能运行数年的无线电技术。虽然工程师对此类无线技术的选择余地并不小，但在低功耗电池工作方面，低功耗蓝牙 (BLE) 是一项脱颖而出的技术。

安森美RSL10是一款高度集成的SoC，它可以满足此类应用的低功耗需求，并提供蓝牙5.2连接，其2.4GHz无线电收发器还可用于其他低功耗无线协议。该器件以Arm Cortex-M3处理器为核心，在1.25V电池电压下，深度睡眠电流消耗为50nA，保留8kB RAM情况下的电流消耗为300nA，并且可通过OTA方式更新固件。安森美RSL10已用于医院中的多种资产追踪应用，可防止设备囤积和盗窃（图4），为工作人员节省大量寻找医疗设备的时间，有助于改善患者护理并节省资金。如果在后端与机器学习相结合的话，还有助于更好地了解员工需求、设备利用率和预防性维护措施。

图4：这款SECO-RSL10-TAG-GEV资产标签评估套件中采用了RSL10（图源：贸泽电子）

以太网供电

虽然无线是许多应用的唯一解决方案，但还是有其他应用耗电量较高，例如会议室的数字标牌、PTZ摄像机或照明系统。智能照明系统会将照明控制与PIR等占用传感器相结合，通过关闭空房间的灯光，尽可能降低功耗。通过以太网供电 (PoE)，此类设备可以连接到楼宇管理系统，无需本地电源即可提供能源监测和占用数据。

对于受电设备 (PD)，也就是PoE中消耗电流的组件，安森美NCP1095可满足开发IEEE 802.3af/at和-3bt兼容设备的各种需求。该器件提供检测签名、分类握手、浪涌电流限制和过流保护功能，适用于功率高达90W的应用。该器件还支持维持功率特征 (MPS) 脉冲，使开发团队能够构建具有极低待机功耗模式的PoE节点。为了尽可能缩短物料清单，NCP1095还集成了一个辅助电源检测引脚，这样就可以通过单独的电源适配器将设备直接连接到非PoE网络（图5）。

图5：NXP1095为PoE应用提供高达90W的指定功率级别，同时通过辅助电源支持非PoE安装（图源：贸泽电子）

如今，建筑商和建筑师都面临着提供节能商业地产的压力，楼宇自动化为这些努力提供了支撑。楼宇管理者不仅能够监控功耗，而且还可以通过合适的软件探索如何进一步提高能效。KNX和NCN5140S等解决方案提供了所需的行业支持，以确保该标准在当今的解决方案和未来的持续开发方面得到支持。NCL31000/1等内置智能和监测功能的LED驱动器可以实现能源监测，从而提高能效。

楼宇正变得更智能

借助RSL10等低功耗SoC，就可以通过追踪建筑物中昂贵的设备，提高使用效率，并深入了解瓶颈问题的所在。最后，当需要更多电力时，NCP1095 PoE设备可以使以太网提供电力传输和数据连接。

公司简介

安森美 (onsemi) 通过推动颠覆性创新，助力打造更美好的未来。该公司专注于汽车和工业终端市场，正加速推动汽车电气化和安全、工业自动化、可持续能源电网以及5G和云基础设施等领域的大趋势变革。凭借创新的产品组合，安森美创造了能应对复杂挑战的智能电源和传感技术，并致力于打造更清洁、更安全、更智能的世界。安森美拥有响应迅速且可靠的供应链和质量控制流程，以及健全的ESG计划，在各大主要市场形成了由制造工厂、销售和营销办事处以及工程中心组成的全球网络。