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打开 IoT连接的照明

你想无线控制你的灯。你怎么知道使用什么澳门美高梅娱乐城?在本文中,Silicon Labs将通过家庭连接照明提供对用户和设计考虑的深入了解。突出了无线澳门美高梅娱乐城,协议和家庭连接照明生态系统的趋势。我们将考虑无线照明连接的具体设计挑战,以及开发人员如何利用最新澳门美高梅娱乐城满足日益增长的需求。

家庭照明市场

家居照明行业正面临着从白炽灯向LED照明转变的颠覆性澳门美高梅娱乐城。LED照明市场规模达300亿美元,受政府监管的驱动,以降低能源消耗,加速增长。LED灯泡的价格从2014年的25美元下降到2美元以下。智能LED照明将节约能源与方便,智能和分析的连接优势结合在一起。连接照明的市场解决方案必须满足用户的简单性,可靠性和安全性的期望。研究公司IHS Technology预测2018年全球将有11M +智能无线LED灯泡出货量。全球增长预测为2020年以后的5000万+。
房子内部
连接照明和家庭自动化为早期采用者和创新企业家提出了挑战。做市商必须设计出简单,灵活,可靠的照明控制解决方案,其特点包括安全性,未来证明更新以及具有设备互操作性的生态系统。下面的图表列出了用户对连接照明解决方案部署的关注以及设计人员面临的挑战。

连接照明 - 问题

太辣了 成本
如果不起作用呢? 可靠性
太多竞争标准 标准互操作性
单点故障(丢失智能手机?) 灵活的连接(多协议)
它可以被黑客入侵吗? 安全
我如何升级? 未来的证明(无线更新)
哪些灯提供智能手机控制? 生态系统
设计人员想知道哪种无线协议最适合无线连接照明。照明网络需要一个可靠的单一网络,提供即时控制和命令响应。如图1所示的几种不同的无线澳门美高梅娱乐城在这个市场上是可用的。Wi-Fi蓝牙,ZigBee和用于网状网络的线程,以及专有的sub-GHz协议,每个都可满足不同的需求。网状网络提供了一个通信骨干网,允许各种连接的无线设备(如智能LED灯,开关,恒温器和传感器)作为“智能”系统进行互操作。
徽标地带

图1.无线协议

Wi-Fi连接是连接家庭高数据速率澳门美高梅娱乐在线和服务以及通过家庭网关提供互联网云连接的理想选择。但是,由于Wi-Fi的大型协议栈,内存和处理器功耗要求以及星型网络拓扑结构,Wi-Fi不适用于照明网络。
连接家庭中的蓝牙设备提供与智能手机应用的直接连接,提供设备控制,而无需Wi-Fi功耗。然而,蓝牙/ BLE具有有限的网络设备数量,缺乏可扩展性和网状网络的好处。
ZigBee网络澳门美高梅娱乐城是一个基于802.15.4标准的本地网状网络,可以扩展到数百个设备。ZigBee集群库定义了智能灯和家庭自动化设备的功能,可以控制调光,RGB颜色和色温的智能灯。Mesh网络的ZigBee优势是理想的。但是,不支持直接智能手机控制。ZigBee网关路由器可作为将ZigBee设备连接到基于Wi-Fi /以太网IP的LAN网络的桥梁,从而实现互联网控制和云连接。
Thread是一种新兴的网状网络澳门美高梅娱乐城,它提供基于低功耗802.15.4网状网络开放标准的IPv6联网协议,可将数百个设备安全地连接到彼此,并直接连接到Internet Cloud。线程1.1正在出现,所以只有少数基于线程的设备可用。线程设备能够运行ZigBee应用层,提供与可用的ZigBee家庭控制设备的互操作性。ZigBee联盟总裁兼首席执行官托宾·理查森(Tobin Richardson)表示:“ZigBee联盟澳门美高梅娱乐城的一个关键优势是我们的应用层 - 唯一成熟,广泛部署,互操作和开放的物联网应用语言。
最后,在封闭的生态系统中使用专有协议。多频段无线电可用于提供低于2.4GHz的亚GHz频段,这可以提供更长的距离并改善家庭传播。

生态系统考虑

照明控制设计的无线澳门美高梅娱乐城选择受照明用例,系统集成任务和生态系统的影响。设计者必须考虑支持无线澳门美高梅娱乐城的生态系统的类型。生态系统是互相连接和相互作用的部分网络。例如,在一个企业中,苹果生态系统的成功取决于硬件和软件的整合。
设计者将选择部署的无线生态系统的类型。在ZigBee家庭自动化网络中,有三种主要类型的生态系统:专有或封闭式,开放式系统或混合式。
首先,一方面是专有的或封闭的生态系统。这些生态系统的存在是因为它们的特殊要求不符合标准。你会看到这种类型的封闭生态系统通常在照明或商业和工业应用。
其次,在对面,你会发现完全开放的生态系统。如果你遵守这个标准,例如ZigBee HA 1.2,那么你可以上网。网关将让您的设备加入网络,但它可能会或可能不会识别您的设备的所有功能或属性。
最后,大部分的生态系统都处在混合之中。这些生态系统可以接受其他符合标准的设备。但是,为了充分利用设备的特性和功能,每个设备都需要得到生态系统的认可。这可能被称为“白名单”的设备。

多协议类型 - 照明应用

采用多协议栈的嵌入式无线SoC的发展正在成为提供澳门美高梅娱乐在线可升级性,更好的用户体验以及连接照明设计和家庭自动化的增强用例的差异化因素。蓝牙/ BLE的多协议用户案例用于调试设备加入网络,该网络可能同时运行ZigBee或线程和蓝牙。
程序化的多议定书。最基本的多协议支持需要制造商在生产阶段使用能够运行多种无线协议中的任意一种的软件堆栈来编程的芯片组:蓝牙智能或者ZigBee或者线程或者一些专有协议。
交换多协议。任何多协议平台的下一个发展趋势是能够在设备部署在现场时通过引导加载新的固件镜像来更改支持哪种无线协议。这需要一些基本的构建模块,但是为将来打样现有澳门美高梅娱乐在线开辟了很多机会。以下将来的打样示例描述了一个灯泡制造商,向需要通过提供的应用程序直接从智能手机控制灯光的消费者提供蓝牙灯泡。然而,在未来的某个时候,消费者可能购买使用ZigBee或Thread或某种专有协议的家庭自动化系统,并且可能希望将灯泡添加到该生态系统中。在图1中,智能手机使用BLE连接到无线灯泡来调试ZigBee或Thread网络上的设备。用户操作智能手机应用程序,使设备加入到网络中,与网络中的其他适当设备建立配对,然后切换到照明控制网络使用的ZigBee或线程网状网络栈。图3显示了调试蓝牙堆栈的初始负载,启动加载器执行10-15秒来加载网状堆栈,协议切换到Zig-Bee或Thread。
引导程序

图2.交换协议 - 网状网络上的BLE调试

引导程序图

图3.交换协议 - BLE调试时间要求

动态多协议。任何多协议解决方案必须解决在一个芯片上一起运行多个无线协议的可能性,使用一些时间分片机制在协议之间共享无线电。这就打开了更多的用例,尤其是将Bluetooth Smart与其他无线协议结合在一起时。这些用例中最简单的情况是定期使用通常在ZigBee,Thread或其他无线协议上运行的设备的蓝牙信标。在图4中,零售商店配备了ZigBee控制的照明系统,ZigBee启用的照明设备也可以定期传输蓝牙信标。
超市iot

图4.动态多协议 - ZigBee照明网络中的BLE信标

图4.显示了这个工作中的动态多协议照明示例。在这个零售照明网络中,蓝牙信标用于在网状网络旁边启用接近感知应用。
图5中的一个例子是照明设备在这个零售照明网络中传输蓝牙信标以启用接近感知应用以及网状网络。如果零售商店配备了ZigBee控制的照明系统,那么ZigBee支持的照明设备也可以定期传输蓝牙信号灯。
BLE

图5.动态协议 - 网状网络上的BLE调试

蓝牙信标用于宣传设备的存在和服务。通过对周期性接收的分组使用接收信号强度(RSSI)测量,移动设备可以确定它与任何给定信标的接近程度,以及它是移近还是远离。监视多个信标可以非常准确地了解移动设备在商店中的位置。在这个零售环境的例子中,蓝牙信标可以用来提供优惠券和量身定制的澳门美高梅娱乐在线,与您在商店中的位置相关。该商店将向购物者提供智能手机应用程序,并通过监控店内周围照明灯具发出的信标,该应用程序可以提供特定位置的信息,并根据附近的澳门美高梅娱乐在线和服务创建交互式用户体验。
图6显示了启用此用例的多协议时序要求。一个ZigBee路由器在没有传输的时候总是将它的收音机设置为接收模式,这就允许网络中的其他设备总是向它发送数据包,或者路由它。由于ZigBee流量的占空比较低以及ZigBee网络堆栈中的重试机制,ZigBee路由器有可能在短时间内将其射频切换到其他频率/协议,而不会在应用层丢弃任何消息。

图6.动态多协议 - BLE信标和Zigbee时间分片要求

典型的信标是非常短的数据包,通常最多30个字节,不过在不同的生态系统如Apple iBeacon,Google Eddystone和Radius Networks的AltBeacon之间略有不同。无线电只需要约1ms的时间来传输信标,而信标之间的间隔通常不会短于100ms,这是苹果指定的,因此提供了1%的占空比,并确保无线电可以投入至少99%它的时间主要是无线协议。在某些环境中,信标间隔可能会更长,也许是几秒钟。关键任务是在这个应用程序中管理从ZigBee到蓝牙信号的转换。

物联网云连接

物联网由各种无线澳门美高梅娱乐城和标准组成,每种澳门美高梅娱乐城和标准都提供独特的连接照明解决方案。所有这些硬件和软件元素如何相互通信?
这是一个连接的照明应用场景。智能家庭中连接的照明应用使用连接的2.4GHz射频无线电,堆栈为Bluetooth Smart 4.1,应用程序为自定义。运动传感器用于在有人进入房间时自动打开灯光,使用工作在不同的2.4 GHz调制方案的无线电; 运行基于IP的线程协议栈用于网状网络; 和应用程序是开放的。在智能家庭中确保设备到设备互操作性的一个迅速出现的趋势是使用能够“发言”多种无线“语言”协议的多协议片上系统(SoC)设备。
片上系统实现是支持无线标准的关键设备,可确保支持这些标准的连接设备之间的互操作性。SoC器件必须具有足够的闪存才能在固件中存储多个协议堆栈,并在设备加入网络时实现协议之间的动态切换。将终端用户连接到硬件的应用层软件同样重要。领先的SoC供应商提供全面的硬件,协议栈和软件开发工具来支持多协议设备的设计。这种统一的多协议连接硬件和软件方法将确保无线照明设备和传感器的无缝互操作性。
  • Silicon Labs是智能,连接,节能8位和32位MCU,无线收发器,无线SoC和智能传感器的供应商。
  • 我们的32位EFR32 Gecko MCU澳门美高梅娱乐在线组合包括将近250种澳门美高梅娱乐在线,包括从Cortex-M0 +到Cortex-M4的ARM内核,以及从4KB到1MB的集成闪存,支持广泛的能源敏感电池供电应用。
  • 我们的无线澳门美高梅娱乐在线组合包括IC澳门美高梅娱乐在线(从sub-GHz收发器到2.4 GHz基于ARM的ZigBee SoC),软件堆栈和开发工具。
  • Silicon Labs的MGM111 Mighty Gecko模块是一个预先认证的模块,配有Mighty Gecko无线SoC,可以节省数月的设计和开发工作量,配备2.4 GHz无线电,支持使用ZigBee或线程协议的无线网状网络。
  • Silicon Labs还提供可集成到智能家庭和其他物联网设计中的智能环境传感器(相对湿度和温度)和光学传感器(红外,环境光和紫外线指数)。
  • 凭借这种广泛的MCU,无线,传感器和软件解决方案,我们能够满足广泛的智能家庭应用需求。

从哪里获得更多信息:

Silicon Labs的无线澳门美高梅娱乐在线:
  • www.silabs.com/wireless
Silicon Labs连接照明:
  • 连接照明
  • 照明白皮书
EFR32™Mighty Gecko网状网络无线SoC,用于ZigBee®和线程
Silicon Labs的Mighty Gecko系列SoC非常适合设计节能型无线连接的物联网设备。作为Wireless Gecko澳门美高梅娱乐在线组合的一部分,Mighty Gecko是超级配件,支持2.4 GHz和Sub-GHz协议,包括用于2.4 GHz的zigbee,Thread,BLE和Silicon Labs Connect堆栈,以及用于专有协议的Sub-GHz连接堆栈。
MGM111强大的壁虎模块
Silicon Labs的MGM111 Mighty Gecko模块是一个带有Mighty Gecko无线SoC的预认证模块,可以节省数月的设计和开发工作。MGM111基于EFR32 Mighty Gecko SoC,这是一款高度集成的高能效设备,包括带DSP扩展和FPU的ARM Cortex-M4以及支持使用ZigBee或Thread协议的无线网状网络的2.4 GHz射频低功耗无线应用在照明,连接家庭,楼宇自动化等领域。
Silicon Labs(纳斯达克股票代码:SLAB)
是物联网,互联网基础设施,工业自动化,消费和汽车市场的芯片,软件和解决方案的领先供应商。我们解决了电子行业最棘手的问题,为客户在性能,节能,连接和设计简单性方面提供了显着的优势。凭借卓越的软件和混合信号设计专业澳门美高梅娱乐城,我们的世界级工程团队为其提供支持,Silicon Labs为开发人员提供所需的工具和澳门美高梅娱乐城,帮助他们从最初的想法到最终澳门美高梅娱乐在线快速,轻松地完成工作。

(责任编辑:ioter)

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