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利用可互操作的网络实现无线照明控制设计

出处:电子发烧友 发布于:2019-02-14 14:45:42 | 197 次阅读

通过在EmberZNet PRO平台上使用ZigBee Light Link(ZLL)标准实施照明控制解决方案,设计人员可以利用强大且可互操作的网络解决方案来解锁新的,令人兴奋的以消费者为中心的照明应用。

消费者在控制其设备时非常重视便利性,并且随着彩色LED技术的最新进展,选择和修改家庭环境照明的可能性比以往任何时候都大。无线网络进一步为照明控制提供了新的可能性,通过使现代照明系统改造更容易和更具成本效益,同时还使照明系统的控制器在建筑物内或周围的任何地方使用更方便。

这个新兴的无线照明控制市场到目前为止已经有一系列解决方案,每个解决方案都有自己独特的优势和劣势。一个特别的问题是消费者没有简单的方法来确保任何单个产品将与另一个产品一起工作,因此用户极其难以随时间递增地扩展其家庭照明系统。此外,此类网络所需的一些复杂的调试过程通常意味着用户难以添加新设备,即使使用来自同一制造商的产品也是如此。其他解决方案可能需要高成本的专业安装人员。

通过定义所有产品设计人员可用的通用标准,ZigBee联盟的新照明配置文件解决了这两个问题。 ZigBee Light Link(ZLL)与主要的全球照明制造商合作开发,不仅描述了用于高级照明控制的应用程序消息传递协议,而且还包括一种机制,使开箱即用的调试对于消费者而言就像推动一样简单。一个按钮。除了这些新功能外,ZigBee Light Link配置文件还利用了所有ZigBee配置文件通用的关键特性 - 基于低功耗,低成本IEEE 802.15.4无线电技术的强大而安全的网状网络。

简单的设备调试

与任何新的消费者技术一样,复杂性(真实或感知)是增长的重要障碍。 ZLL配置文件开发过程中的一个关键原则是系统的操作非常直观,当然也不比传统的有线照明系统复杂。下面的图1显示了一些可能的调试用例,以演示ZigBee Light Link产品的易用性。

利用可互操作的网络实现无线照明控制设计

图1:ZigBee灯链调试。

在(A)中,用户有一个工厂新鲜的入门套件或类似产品。使用这些设备形成网络只需要打开灯泡电源,向遥控器添加电池并按下按钮。关闭灯泡或从遥控器上取下电池不会产生长期影响,因此重新上电后,网络可以像以前一样继续运行。

在情况(B)中,可以再次将第二盏灯添加到网络中,只需打开电源并按下遥控器上的按钮即可。新灯可以来自同一制造商,也可以来自不同的。每个灯可以由遥控器独立寻址,或者两者都可以使用多播消息同时控制,具体取决于用户的输入。

情况(C)显示了如何将其他设备添加到同一网络,即使一个或多个原始灯暂时未通电(或超出RF范围)。 ZLL网络不依赖于单个协调器节点,因此路由消息或加入其他网络设备时没有单点故障。

最终图像(D)首先显示如果灯1和2重新通电,则所有四个设备将自动形成单个网状网络,而无需任何额外的用户干预。该图还旨在演示系统如何允许在同一网络上的其他远程设备以及多个灯。

高级照明控制功能

与家庭自动化(HA)等其他ZigBee配置文件不同,ZigBee Light Link 100%专为照明应用而设计。这使得ZLL产品可以轻松实现不同的颜色设置,调光水平和亮度;商店氛围设置;或自动化照明控制,以实现最大的便利性和能源效率。这些功能的实现程度完全取决于产品设计人员,系统可以像单个开/关灯和开关一样简单,也可以像全功能家居照明解决方案一样复杂。

这些功能都基于ZigBee集群库概念,该概念提供了一套应用程序级的无线消息传递协议。 ZLL整合并扩展了最适合家庭照明应用的集群,并使用它们来定义一系列标准设备,设计人员可以在这些设备上建立真实世界的产品。通过这种方式,新的ZigBee Light Link产品可以快速,轻松地实现色彩控制,色彩循环和场景存储/设置等高级功能,并以与市场上现有设备无缝运行的方式实现。

确保互操作性

由于整个系统基于开放标准,产品设计人员和消费者可以确信经过认证的ZigBee Light Link设备可以毫无问题地协同工作。确保设备互操作性的第一步是通过ZigBee联盟对产品进行认证。无故障ZigBee认证的最佳途径是选择符合ZigBee标准的平台作为产品的基础。每个EmberZNet PRO堆栈版本都经过独立认证,以确保网络级别的互操作性,并且可以在ZigBee联盟网站上找到所有供应商的认证堆栈平台的完整列表。

一旦选择了合适的平台,下一阶段就是确保应用程序级功能符合ZLL规范。在此,Ember还提供了ZigBee Light Link集群规范的现成可认证软件实现,使设计人员能够快速,轻松地部署照明解决方案。使用Ember提供的Application Builder工具,可以配置任何标准ZLL设备,并可以生成准备编译的软件项目。剩下的唯一任务是配置代码以与特定产品硬件交互,例如在接收到适当的消息时物理地打开和关闭灯。

使用ZigBee标准的另一个好处是,ZLL设备还可以在网络级别与基于其他应用程序配置文件(如HA)的设备互操作。这允许最终用户在家中集成不同的设备,从而在互联家庭中提供更大且更健壮的无线基础设施。

利用可互操作的网络实现无线照明控制设计

图2:网络互操作性。

图2演示了将不同配置文件中的设备添加到单个ZigBee网络的灵活性。 (A)中所示的一个可能的用例是照明网络为网状网络提供主干,因为光可能分布在整个家庭中。这将允许来自其他配置文件的设备利用该网络,从而扩展两个节点之间的可用范围。相反的情况也是可能的,其中现有的家庭自动化网络可以代表ZigBee Light Link设备路由消息 - 这在(B)中示出。另一个有趣的可能性是组合远程实现两个配置文件这样的控制器不仅能够共享相同的网络,而且还能够向/从不同的设备类型发送和接收应用消息。图(C)显示了遥控器作为手持设备,但这同样可以在支持互联网的网关上实现,允许最终用户通过PC或智能手机控制其照明和家庭自动化设备。

从硬件角度来看,芯片供应商市场的竞争导致低成本芯片的可用性非常适合照明控制应用的需求。低睡眠电流是电池驱动器件的一个关键参数,但片上RF功率放大器和先进的32位CPU等功能也意味着具有成本效益的片上系统解决方案现在已成为大众消费市场的可能性。由于该标准基于全球可用的2.4 GHz ISM频段,因此制造商能够向最广泛的受众推销ZigBee Light Link产品。 Ember的EM357 ZigBee片上系统(SoC)是ZLL产品的一个很好的例子,适用于许多无线照明应用。

利用可互操作的网络实现无线照明控制设计

图3:Ember ZigBee光链接平台。

除了前面提到的那些之外,现有的ZigBee PRO网络标准还为无线照明控制应用提供了几个关键优势。为M2M应用设计的现有AES加密机制非常适合消费者照明,因为它们可以防止相邻网络流量和恶意入侵,而不会增加最终用户的复杂性。此外,由于网状网络可扩展到数千个节点,因此扩展解决方案以将大量灯,控制器和传感器集成到单个集成系统中几乎是无限的范围。最后,许多无线系统遭受链路可靠性问题。 ZigBee Light Link利用ZigBee堆栈中设计的分层确认和重试机制,确保可靠地接收应用程序消息,并具有可接受的延迟。

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