通过KNX简化家庭和楼宇自动化控制面板设计

近年来，企业对智能技术的采用有所增加，创造了一个更加自动化的世界。实现自动化的方法之一是通过与中央控制器联网的参与者。这包括基于数据执行决策的智能执行器。使用的数据可以通过云服务聚合，也可以通过使用其他连接的参与者（例如智能传感器）在本地收集。

这种自动化水平有助于提高能源效率，并让公司和房主更好地控制他们的直接环境。它支持监控、远程管理、公用事业测量和增强的安全性等功能。

有多种类型的网络可以实现这种级别的楼宇管理和自动化，但 KNX® 协议是全球唯一开放且独立于供应商的标准，全球部署了近 4 亿台联网设备。

KNX 协会有 500 多家成员公司和 93，000 多家安装合作伙伴。他们共同开发了 8000 多种认证产品，部署在至少 190 个不同的国家。KNX 网络具有通用性和可扩展性，在 1000m 网段上支持 256 个可寻址设备，在一个网络中支持多达 256 个网段。

KNX 总线的通信协议通过多个国际和地区标准（表 1）进行标准化，并由 KNX 协会管理。它汇集了几种传统总线的优势，创建了一个基于 OSI 的协议，该协议可以部署在各种媒体上，包括双绞线、RF 和 IP。

表 1. KNX Bus 国际和地区通信标准

也许这些媒体中最受欢迎的是简单的双绞线。在这种配置中，电缆同时承载数据和电源，但提供的电源纯粹是为节点的电路供电；执行器所需的任何功率都需要单独提供。在这方面，它类似于铜质电话电缆。

智能建筑中的互操作性

这个类比可以扩展到描述来自不同供应商的设备在 KNX 网络中的兼容方式。互操作性是任何鼓励多个供应商和制造商的基础设施的关键要求。在这种情况下，互操作性通过由 KNX 协会管理的认证计划来确保。部分认证要求制造商证明符合 KNX 规范的关键部分，包括协议功能和支持的配置文件。产品还必须满足标准数据类型和可选功能块的互联要求。

这种合规水平可能会给原始设备制造商带来挑战，这不是 KNX 协会的意图。尽可能简单地将新产品推向市场符合他们的利益和更广泛的生态系统的利益。为了支持这一点，该协会为基于先前已认证的产品的新产品提供了更简单的认证途径。

官方术语是衍生产品或 OEM 产品，如果所使用的产品来自 KNX 协会成员并且该产品已经过认证，则适用。然后，OEM 可以自由销售他们的产品，并附上自己的标签，无需任何进一步的测试。

这种继承的合规性涉及系统的两个最关键的元素，即物理层和软件堆栈。如果这些元素经过认证并且未经修改就存在，则 OEM 产品被认为是合规的并且可以按原样进行销售。

让 KNX 更简单

为了加速楼宇自动化应用的采用，onsemi 开发了业界首个 KNX 预认证系统级封装 （SiP）。NCN5140S 具有 KNX 设备的所有关键和可认证元素，包括物理层 （PHY） 和媒体访问控制器 （MAC），以及软件堆栈。这些元件与基于 Arm® Cortex®-M0+ 的微控制器一起集成到 NCN5140S 中。

由于 PHY 和堆栈是预先认证的，基于 NCN5140S 的产品被认为是衍生产品，或 OEM 产品。因此，新产品只需要携带 KNX 产品修改声明，而不需要进行全面的合规性测试。这可以在开发新的 KNX 产品时显着节省 OEM 的时间和成本。

SiP 专为开发网络控制器而设计，这些控制器通常采用用户面板的形式来控制灯光、HVAC 系统、百叶窗和百叶窗以及访问系统。

NCN5140S 可以通过使用允许安装人员在安装过程中配置面板的软件工具进一步定制。这是使用工程工具软件 （ETS） 执行的，它是由 KNX 协会提供的独立于制造商的配置工具。ETS 用于访问保存在数据库中的认证产品的详细信息，并配置认证产品。

由于这种高级定制不会更改底层固件，因此不会影响认证，因此可以将 SiP 用作多个产品的基础。对于从系统组成部分开发的控制面板，情况并非如此。正是这种预集成和认证允许基于 NCN5140S 的产品被评估为衍生产品。

简化电容式触摸感应

开发触敏界面可能很困难。它们倾向于通过检测电容的微小变化来操作，以皮法拉为单位。虽然 PCB 的设计方式仍需谨慎，但与电容式触摸感应按钮接口所需的固件也由 onsemi 提供。此应用程序软件以及经过认证的堆栈以二进制文件的形式提供。该文件需要在组装过程中编程到 NCN5140S 中，但一旦安装，它们可以在安装过程中使用 ETS 进行配置。

OEM 在总装和安装过程中必须执行三个阶段：

将二进制文件闪存到 NCN5140S 中的微控制器

配置产品的唯一网络 ID 和应用程序选项，通过 KNX 总线接口执行

使用 KNX ETS 数据库设置设备参数。

例如，在生产过程中，可以对 NCN5140S 进行编程，然后配置一个唯一的网络 ID。此时将定义输入的数量和类型（最多 8 个通用或电容式触摸感应按钮）以及操作模式（例如开关或调光）。还将设置输出的类型和数量（简单或 RGB LED）。

安装程序将使用 ETS 数据库配置控制器提供的服务。这可能包括设备名称、开关行为、调光参数、计时器（如果适用）和场景（例如不同时间、房间或日光条件的调光级别）。

结论

KNX 协议是提供家庭和楼宇自动化的强大平台。对这种自动化水平的需求不断增长，它可以与智能电表等设备协同工作，以帮助提高所有类型的建筑物的能源效率。

审核编辑：郭婷