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  • 无需电源与布线的新型无线智能控制系统

  • 2014-02-18 09:29 来源:智慧产品圈 关键字:智能控制系统 智能家居 安防 浏览量:122
  • 导读: 新型无线通信技术EnOcean是当前唯一使用能量采集技术的无线国际标准,很好地满足了超低功耗与节能以及安装简易、维护方便等的功能需求。
  •   未来数以亿计的无线设备将接入庞大的"物联网"系统中,一方面无线通信终端设备呈爆发式增长,根据思科统计2013年全球有约近78亿台无线通信终端设备,预计到2017年将超过100亿台,由此无线通信在智能手机、平板电脑、M2M等消费类终端产品的应用的需求会急剧上升;另一方面,随着智慧城市、智能建筑、智能家居、智慧家庭等概念的兴起,办公楼、工厂、住宅等的监控管理系统对无线技术的需求也在高速上涨。从能源的角度来看,建筑物每年消耗的能源是全球总量的41%,使用智能建筑系统的建筑则可以节省30%的能源。在这种情况下,如果有一种无线通信技术能够在实现这些设备的超低功耗设计的同时解决它们的供电问题,智能控制系统、传感网络等都无需电池/电源供电和与之配套的布线,那么全球每年的能源消耗量和损耗量将会大幅度减少。新型无线通信技术EnOcean是世界上唯一使用能量采集技术的无线国际标准,很好地满足了超低功耗与节能以及安装简易、维护方便等的功能需求。

      图1:2012~2017年全球无线通信终端设备市场发展情况

      EnOcean的技术优势与特色

      EnOcean无线通信协议是一个无需电源与电线即可提供低功耗数据传输的无线传感器解决方案,当前有868.3MHz(欧洲、中国)、315MHz(北美、中国)、902MHz(北美)、928MHz(日本)四个使用频段。其工作原理是收集存在于自然界微小的能量(机械能、光能/太阳能、温差能等)并将之转换为电力,以微少的电力加上超低功耗的主芯片以及专为节能而设的无线传输协议来实现无线通信的功能。

      该协议最初由德国EnOcean公司提出,并且成立EnOcean联盟进行推进,目前联盟拥有超过350家成员公司,包括西门子、霍尼韦尔、立维腾、德州仪器、ABB、通用电气、欧司朗、清华同方、罗姆、欧姆龙、尚飞、万可等等。成员类型分为发起者、参与者、合作者三类,现在联盟的CEO兼主席GrahamMartin是前ZigBee联盟的主席。

      不同的无线通信技术有其各自的优势及最佳应用领域,如上表所示,WiFi非常适合大数据量的传输,可使电脑、笔记本、平板、手机等进行直接通信;蓝牙(Bluetooth)属于近距离无线通信技术,被广泛应用于手机、耳机、笔记本、打印机、PDA以及近一年来非常火热的穿戴式电子设备上;Z-Wave被成功用于民用住房内简单并且单独的系统;ZigBee当前主要被应用于近距离智能抄表、RF4CE(pointtopointRC)以及家用智能开关上。基于上面的几种无线通信协议的设备都需要电源/电池供电,相比较而言,EnOcean非常适合智能家居、智能楼宇、智能抄表、工业控制等应用,所有支持EnOcean协议的无线开关、传感器等都不需要电池、电源供电和与之配套的电源线,整个通信系统实现了真正的无数据线、无电源线、无电池。此外,EnOcean的室内传输距离高达30m(用中继器可达100m),空旷地带传输距离为300m。

      "该技术同ZigBee、WiFi、Bluetooth、Z-Wave等无线技术相比最大的优点就是自发电、几乎无需保养、极低的功耗以及传输距离远。"罗姆(ROHM)公司相关人员表示道,该公司是EnOcean联盟的发起者会员,也是第一家来自亚洲的发起者,致力于无线通信技术和元器件技术。EnOcean当前主流应用领域为智能建筑,使用该无源无线绿色解决方案优点在于:无需布线,实现了无建筑垃圾和噪音,施工中不影响楼宇的正常运营;无需电池,免去了后期维护及对环境的污染;安装便捷无限制,施工安装简单,普通电工即可完成,无需特殊资质,改造一个房间比打扫一个房间还快,可随时更改设备的布置和工程设计,开关面板位置不再受图纸限制,在后期装修时可以根据业主具体要求随时更改;无线通讯技术稳定,抗干扰能力强,免维护。

     

      图2:相较有线传感器方案,采用易能森联盟成员的产品无需布线、安装简单,构建了一个无源无线智能控制系统。

      EnOcean几种不同的应用案例

      EnOcean的产品形式有很多,包括无线发射和接收模块、无线按键模块、无线温度/湿度传感器、无线门窗开关传感器、动能转电能模块、温差能转电能稳压模块和无线电源开关模块等等。当前联盟拥有超过1,200个互相兼容的产品,被成功应用于全球超过25万栋建筑,包括办公楼、展览中心、医院、学校、文化遗产、工业基地、智能家居等领域。

      EnOcean无线无源技术应用于建筑及工业领域的控制系统中,控制系统包括中央控制器、无线无源开关、无线无源温湿度传感器、照度传感器、人体红外传感器等产品,可实现门禁系统、照明系统、空调系统、遮阳系统的自动化控制,营造节能、舒适与安全的办公空间。EnOcean在这方面有很多成功的应用案例,例如德国法兰克福交通枢纽--TheSquaire使用超过12,000个无源无线开关和传感器,用于照明和空调调控,从而节省了大约90公里的线缆;西班牙马德里的标志建筑太空塔&水晶塔中应用了4,200套无源无线照明开关、人体红外传感器、光照传感器以及接入KNX总线系统等产品,节约了40%的照明成本、31公里线缆和80%的改造成本;在德国NH酒店连锁的25家酒店(5,000个房间)应用中,酒店正常运行的同时进行改装,EnOcean的应用使得用于冷暖空调的能源消耗减少20%,不仅节省了安装时间,也让该酒店在2年内即可通过节省能源费用收回改造投资。

      另外,智能家居建设中如果使用EnOcean的开关,那么图4中所有红色的线(专门为了开关拉的单火线)可以全部省略,不用开槽拉回路,这样平均一个150平左右的家庭可以节省至少100米的开槽、埋管、穿线的工程,并且业主还可以随时改变开关位置和控制逻辑。

      除了应用于绿色智能建筑、智能家居外,EnOcean技术也能应用于结构健康监测、环境监测和医疗护理。如德国瓦伦Mueritz医院通过控制温度实现节能目的的案例,整个工程通过安装不需电池的无线门窗感测器,窗口打开控制冷暖气关闭,这样解决了因为打开窗口而导致能源损失的问题(整个工程节省/减少:22%冷/暖气的能源消耗、每间房间每年800kWh的电力和270kg二氧化碳排放量)。此工程安装方式简易灵活,投资回本期少于三年,满足了要求低投资成本以及在施工时不能对医院运作有很大影响的要求。

      当前应用在物联网的各种无线通信协议还在混战中,很多应用领域包括智能家居、智能照明等都还没有统一的标准。而在下一个蓝海市场智慧家庭领域里,混战中是某一种协议成为标准化/主流还是多种并行发展、能够兼容接入家庭网络中,个人认为如果有一个产品作为中继器,能够兼容诸多协议,让不同的协议在其最佳的产品领域里发挥最大能量,不同产品之间互联的简单化又能够发挥到极致,那么百花齐放更值得期待!