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無線無源解決方案的靈活開發

在智能樓宇和智能家居中,無線系統同有線系統相比,要靈活、便利許多,甚至在工業自動化領域也是如此。而無需電池的無線能量采集技術更增加了免維修和持續能量供給的優點。這也是各個設備制造商和開發商們選擇這項綠色的新技術用于新產品開發的一個重要原因。

無線自獲能技術的應用非常多樣,不同的領域為了開發相應的產品會有不同的需求。為了幫助設備開發商面對這些挑戰,EnOcean提供了一套性價比高而且個性化定制的開發平臺,能夠快速的將自獲能無線電技術集成應該用于建筑和工業自動化、智能家居、物聯網(M2M)或者運輸系統。

這個開發平臺包括以下幾個套件:入門(體驗)套件、編程套件、開發套件、熱能開發套件。由于模塊化的概念,設備開發商在開發產品時具有更高的靈活性,并能滿足產品的特殊要求,同時確保他們的競爭優勢。

 

即插即用的快速開發

EnOcean模塊開發平臺的核心—EDK350開發套件提供了包括自獲能和無線電模塊在內的全套開發模塊,以便為客戶提供即插即用的解決方案。該開發套件的核心部分是一個通用編程板。該編程板和DolphinStudio電腦軟件配合使用,為EnOcean模塊提供配置和程序。

完整的EDK350包括:TCM320(收發模塊)、STM300(通用無線電傳感器模塊)、ECO200(機械能采集器)、PTM330(應用ECO200的發射模塊)、PTM210/PTM215(能量采集開關模塊,PTM215包含加密功能)、STM330(自獲能溫度傳感器模塊)、USB300(USB無線電網關)、DolphinStudio(配置和程序開發軟件)以及DolphinAPI(應用程序)。

這個套件可以完全用DolphinView軟件來解讀和表述無線電協議。最新的應用配置文件(EnOcean Equipment Profiles 或者EEP)EEP2.5,同樣可以通過該開發套件接收和發送。這使得來自不同生產商的產品具有了互操作性,從而與其他EnOcean產品或者兼容,或者借助網關與別的自動化標準的產品實現無縫溝通。

專為樓宇自動化打造

開發套件提供了各種能量轉換器和模塊用來創建自獲能無線電解決方案。TCM320收發模塊為智能建筑提供了多種實施方式。例如:單路繼電器模式可以控制模塊引腳的開/關,如果開發者在該引腳上連接一個繼電器,就可以通過開關控制電器設備了,例如用開關控制點燈。DolphinView軟件通過USB300接收并表述EnOcean報文。

PTM210/PTM215按壓發電無線模塊可以用作無需電池的無線遠程控制。開關可以作為貼在墻上的單聯開關或者雙聯開關應用,也可以作為手持式的的遠程四鈕按壓開關控制器。

安全需求

自獲能的PTM215開關實現了加密功能,可應用于需要安全無線通信的智能家居、加密控制系統等其他重要加密應用。它在每一個無線電報文中提供了16bit循環碼。報文頭、報文數據以及當前循環碼依次生成24bit的信息認證碼(MAC)。接收系統可以根據這種編碼方式檢測所接收到數據報文的準確性。

為了更方便的在產品中實現解密和加密功能,設備開發商可以使用DolphinAPI功能庫和一個具有解碼功能的接收設備,即可和例如PTM215開關模塊這樣的設備進行通信了。

按鈕發電

在開發套件中,ECO200能量采集器和PTM330發射模塊可以組成一個完整的無線無源開關系統。機械能轉換器ECO200將采集到的機械能轉換成立刻可用的電能。擁有一個120μWs的電能輸出、穩定的2V電壓和一個無線無源模塊,這足以將三個子報文發送出去了。這種能量采集技術可以用于門和窗簾的控制或者燈的開關以及調光控制。

一個開關按壓發電形變僅需0.04英寸,開關的最大按壓次數超過了300,000次。擁有極短的形變(最新的技術可以使得彈簧形變僅需0.03英寸)使得開關可以按壓一百萬次以上,也就是說,如果一天按壓開關100次,開關的使用壽命超過25年。

無線無源模塊PTM330可以和用彈簧形變獲能的模塊相連接,不需要焊接,而且還可以通過四個開關按鍵發送四個數字信號。此外,再制造一個用戶設備時可以通過接口自行配置報文目錄。像其他的EnOcean無線電模塊一樣,PTM330也擁有一個獨一無二的32-bit識別碼,用以區別其他無線傳感器。無線電覆蓋范圍在室內可以達到30米,在室外可以達到300米。這個完全的即插即用系統大大簡化了無線無源開關方案的實現。

暗光發電

最后,依靠太陽能供電的STM330可以測量室內或機器溫度。該模塊的特點是其極低的功耗和高可靠性。如果每間隔15分鐘發送一次測量數據,一天可充電3.6個小時,那么僅需200lux的光強度就足以使用滿足這個功能的實現。如果該模塊的電容充滿電,可以在完全黑暗的條件下運行四天。USB單向網關可以將測量數據和開關命令傳輸給電腦,DolphinView Basic軟件可以接收這些數據并將其表述出來。

逐步的定制開發

除了開發套件,ESK300入門套件也是為開發者提供的一款模塊化套件。入門套件是為了給開發者提供最初的測試,并了解設計無線自獲能技術產品的基本方法。入門套件包含一個開關模塊,組成不同開關應用的組件,一個溫度傳感器模塊,一個USB網關和可視化的PC軟件。如果需要配置,軟件和硬件都可以滿足要求。如果想要將ESK300入門套件升級為開發套件,可以和包含通用開發模塊、發射模塊和通用傳感器模塊的EPK350編程套件配合使用。

熱能發電

另外,開發者可以利用EDK352熱能開發套件擴充EDK350開發套件。該套件包括STM312無線能量采集傳感器模塊和一個可以與帕爾貼原件配合通過溫度變化為EnOcean模塊供電的ECT310DC/DC處理器。

溫度變化包含了大量的能量。僅僅一滴水下降1度所產生的能量就足以發送20,000個EnOcean無線電報文。這些能量不僅足夠供應無線傳感器,甚至足夠供應一定數量的無線電接收執行器。這些能量來自于熱能發電機。

但是所有廉價的帕爾貼元件都有一個明顯的缺陷,就是它產生的電壓非常小,大約只有10mV/K。一個傳感器模塊需要3V左右的電壓,這時我們可以使用ECT310DC/DC來滿足這個需求。這個優化振蕩器在接收到10mV的輸入電壓時便可以開始它的上變壓工作。如果輸入電壓變為20mV或者更多(也就是大約2℃)輸出電壓就會大于3V。為了使能量采集效率達到30%,輸出電壓最高不超過5V同時輸入電壓大約在500mV。這大約相當于未經調整的太陽能供電電壓。

模塊化的開發套件系列使得產品開發更加豐富靈活。設備生產商可以在未來更簡單的開發出更多產品,同時更快更開放的將三種自獲能技術與無線電技術結合應用于更多新的領域。

 


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