物联网趋势为系统复杂性敞开大门

作者：Punya Prakash

BAS 是管理各种楼宇服务的通信网络基础设施。如图 1 所示，一个有效的 BAS 的关键是拥有一个可以为新旧建筑技术以及小型和大型商业设施服务的无处不在的系统。借助完善的自动化解决方案，可以通过建筑物到建筑物的通信而不仅仅是建筑物到电网的通信来进行有效的能源管理。有线和无线通信协议都必须结合到这些系统中，以推动进一步的智能。

楼宇自动化设备网络通常包括主总线和辅助总线，它们连接到各种系统节点，例如楼宇管理系统 （BMS）单元和区域控制器以及终端节点。控制系统通过主总线连接到 BMS。这些后端控制系统包括一个集中和互连的设备网络，用于监视和控制环境。这种控制单元专为楼宇自动化而设计，可以支持单个或多个网络和通信协议。

主要和次要总线可能连接到诸如低级控制器、简单 I/O 设备和最终用户应用程序（例如房间恒温器或警报监控系统）之类的设备。控制系统监控建筑物中的分布式设备，管理网络的优先级结构并向其他控制器提供反馈。从各个系统节点获取数据到控制系统需要某种通信协议。主要和次要总线可以通过 RS-485、以太网、控制器局域网 （CAN） 或无线连接网络连接。

建筑物中的一些遗留系统依赖于控制器和终端节点之间的有线协议进行通信。许多新应用程序使用更快的有线协议，可以迅速从更多传感器传输数据。然而，在较旧的建筑中这样做需要对基础设施进行重大升级，更不用说更大的软件集成挑战了。使用无线协议消除了对基础设施进行巨大更改的需要，同时促进了增强的用户和管理体验。

此外，随着物联网设备和智能传感器技术的增加，这样的终端节点是可以实现的。尽管无线协议可以帮助解决基础设施挑战，但考虑到这些终端节点中启用的无线技术的组合，它确实引入了进一步的软件和系统集成复杂性。

最突出的有线通信协议可能基于 RS-485 或以太网等串行接口以实现更快的通信，包括：

BACnet 是一种开放式楼宇自动化控制和通信标准，被接受为国际标准 （ISO） 16484-5，由美国供暖、制冷和空调工程师协会 （ASHRAE） 建立和监控。

LonMark，一种基于专有 LonTalk 通信协议的标准，它建立了一套规则来管理设备之间的通信。与 BACnet 一样，LonWorks 已被国际标准组织接受和采用，包括美国国家标准协会/消费电子协会 （ANSI/CEA） 709.1 和电气和电子工程师协会 （IEEE） 1473-L。

Modbus，一个真正的开放标准，也是工业制造环境中使用最广泛的协议之一。其消息结构在设备之间建立主/从和客户端/服务器通信。

如前所述，终端节点应用程序中的无线支持呈增长趋势，如今这些应用程序使用四种协议之一：

低功耗蓝牙，一种开源的标准化协议，旨在跨越个人、工业和物联网网络，具有固有的智能手机互操作性。它适用于使用纽扣电池运行的设备或能量收集应用，例如小型传感器和智能门锁。

低于 1 GHz 的远程无线协议，通过墙壁具有较低的射频衰减，非常适合室内覆盖。低于 1 GHz 的频段在电梯监控系统等终端节点中运行良好，这些终端节点必须通过混凝土墙和其他障碍物进行通信。

Wi-Fi，使电池或线路供电的终端节点能够快速连接到互联网。这使得诸如恒温器、各种传感器、摄像机甚至电器等楼宇自动化系统能够轻松安全地连接到云端。

网关或双频设备，使用上述三种协议的某种组合，例如 Wi-Fi 加蓝牙低功耗或低于 1 GHz 加蓝牙低功耗。将两种协议组合到一个应用程序中有助于设计人员创建灵活且强大的完全连接的 BAS。

BAS 开发人员继续探索支持标准化开放通信协议的可扩展、具有成本竞争力的解决方案。有线和无线协议现在已集成到楼宇控制系统的各个方面。TI 的SimpleLink MCU 平台提供广泛的有线和无线 MCU 产品组合，这些产品是高度集成的低功耗解决方案，使开发人员能够快速将连接协议添加到 BCS 系统中的终端节点。借助所有 SimpleLink MCU 的通用软件，代码可在应用之间重复使用，从而可以轻松地将功能添加到新的或现有的应用中。