KNX通信在形成智慧城市中的作用

作者: Frederic Valentin,安森美

在工业革命之前，只有一小部分人口在城市居住。但是，今天已有很大不同，全球有超过一半的人口在城区居住，预计这一数字到2050年将达到70%(联合国数据)。然而，城市已负担世界总能源使用量的75%，和超过一半的温室气体排放量，所以如果这数字进一步增加将产生严重后果。

综合能源管理是公认的最佳解决办法。这将允许在大都市优化能源消耗，从而可防治气候变化，化石燃料储量不会那么快地被耗尽，减轻对环境的影响。要实现这要求，就迫切需要推出下一代技术。

尽管几乎我们日常生活中的所有其它元素通过现代电子硬件的利用已发生了不可逆转的变化(通过互联网进行零售交易，通过智能手机获取信息，得益于先进驾驶辅助系统的道路安全的增强等)，我们与我们的工作和生活空间的交互方式并没有太大改变。我们绝大多数仍然以几十年来所使用的完全相同的方式操作加热、照明和气候控制系统。楼宇需要更智能，让居住者与整合到结构中的技术互动，使他们可调节或改变所需参数。家居和楼宇自动化系统的机会正越来越明显。因此，这些基于各种不同通信平台的系统正被探索。

智能总线系统的利用将使家居/楼宇自动化成为成本效益相当高的价值提案，提供更好的运行性能而无需大的财务投资。通过将所有通信设备联接到单一总线，可大大减少设计和安装时间，从而控制与初始实施相关的费用。这也可保持尽可能低的维修、保养和其它运行成本。许多人认为KNX是总线系统，应是建立这一切的基础。

使用无线通信部署物联网(IoT)模块是很有可能的，这能满足广泛的应用，特别是在现有的楼宇中。但在涉及到实现高效的家居/楼宇自动化时将需要辅以现有的有线技术，在大多数情况下，有线技术将作为支柱/主要网络，因为其坚固、安全、私密，并能为总线上的一些应用供电。

适用于智能楼宇的KNX

KNX标准专为满足电气安装的要求而开发。它为工程师提供多物理通信介质，建筑安装业的主要企业都支持其不断激增。基于KNX的家居/楼宇控制系统在某些情况下证实将总能源消耗减半。

使用传统的楼宇控制系统安装，有必要在安装前事先指定网络中的设备或器械将被置于什么位置，以及这些设备或器械将以什么方式被控制。相比之下，KNX安装提供更大的灵活性，如有需要，还能提供更改或增强的功能。

KNX网络基础设施的一个关键属性是它的分散式拓扑结构。完全无需中央控制中心，因为系统的情报基本上被传递到所有组成的设备。这样的结果是如果设备出现故障，网络中的其它设备仍将继续正常工作。

KNX已被世界各地广泛采纳。它是公认的国际标准(ISO/IEC 14543-3)，并获得欧洲CENELEC EN 50090和CEN EN 13321-1及13321-2、美国ANSI/ASHRAE 135、加拿大CSA-ISO/IEC 14543-3、及中国GB/T 20965的批准。此外，超过380家制造企业现是KNX协会会员。所有这一切都加强了这标准可提供的设备间互通和互操作的水平。而且，KNX节点的价格点正逐步降低，这导致一直以来越来越多的潜在机会。新的芯片供应商开始进入这市场，这也有助于使这技术越来越有经济吸引力。

KNX协议具有更大的灵活性

KNX通过几个主要通信介质提供实现楼宇自动化和控制系统的灵活性。这有助于基于指定的特定要求定位恰当的目标细分市场。KNX协议是：

KNX双绞线(KNX TP)协议使KNX信号能通过单独的总线电缆分层传输。由于电源可通过总线提供，在大多数应用中不需要分配一个主电源连接器于网络设备。双绞线拓扑结构可以是线性的、星形的或树状的(或可能是这些结构的组合)，使这协议具有高度的通用性。256个节点可添加在一个总线上，横跨很长的距离。

电力线KNX(KNX PL)协议使用楼宇内已有的配电基础设施。这就是说在无法实现铺设双绞线布线的情况下，采用KNX PL是非常有效的。然而这也有数据传输能力明显降低的缺点(只能完成使用双绞线布线的八分之一)。

射频协议(KNX RF)支持单向或双向操作，目前与KNX TP协议相辅相成。它可能比通过双绞线具有更高的数据传输能力，因此定有重要价值作为扩展有线KNX基础设施的一种方案。

通过互联网协议或以太网(KNX IP/Ethernet)使用KNX是最终的选择。这是最近才指定为KNX介质的，整体必将对这标准的未来成长变得很重要。它将开启访问楼宇内更高级别的通信基础设施的潜力(这被用于电信、数据通信和多媒体)，同时确立一个安装KNX的标准通道，支持已被封装在IP帧内的KNX信号的通道/路径。

通过将器件(传感器、驱动器、电机等)连接到不同的KNX介质(无论是TP、RF、PL或IP/Ethernet)，数据可被传输并作出适当的反应。窗帘、灯具、家用电器、风机、百叶窗、烟雾探测器、防盗报警、监控摄像机、音频设备、计量系统等可根据情况进行运行。在现有的物理接口中，双绞线方案迄今已成为最受欢迎的新装置。这主要是因为其固有的强固性，及相对快的传输速度和更好的信噪比性能。

KNX不断地证明它是用于楼宇自动化应用最具高能效的总线系统，相应地，半导体供应商正推出能满足更高要求的尖端的IC方案。安森美半导体的NCN5120、NCN5121、NCN5110和NCN5130是一系列极其先进的用于双绞线网络的KNX收发器。它们能够以行业领先的信号完整度处理数据的发送和接收，并能在相同总线上传输电力。这些高度复杂的IC体现了公司在双绞线KNX技术方面的专长。每个IC集成一个20V线性稳压器和两个极高能效的DC-DC转换器，覆盖宽广的电压范围(固定的3.3 V和在1.8 V到21 V之间可调)。由于这些器件控制网络上每一节点所需的通信和供电元件，便于装配智能集中的KNX楼宇自动化系统，因而这技术具备的能效和通用性可被充分利用。

虽然市场上现有各种不同的总线技术可用于家居/楼宇自动化，却没有任何一种像KNX那样得到许多不同制造商的大力支持。通过采用这种技术，可建立智能的控制系统，从而所有的应用和设备能通过共同语言沟通。家居/楼宇自动化的控制和监控功能因而得以实现，使用单个统一的架构系统，无需额外的控制中心。由于可实现多种不同的功能-包括空调、照明和访问控制机制。可增强方便和舒适性，而且我们的城市栖息地的能效能够得到提高。因为技术是标准化的，KNX产品都相互兼容，现有的实施易于在需要时修改或可扩展。KNX已在世界舞台上确立的事实意味着它可提供与来自各种不同源的硬件的互操作性，具备所需的范围以方便提供大量功能。