無線技術特別適用于建筑物的自動化，無需復雜和昂貴的布線即可快速，輕松地添加智能。這對設計人員通過選擇技術可獲得的功率預算有影響，并允許設計人員最大限度地延長無線節點的電池壽命，并最大限度地降低大型建筑物自動化的成本。

為建筑物增加自動化功能通過優化加熱和空調來最大限度地降低運行成本，最大限度地減少30％的運行成本。這需要連接在一起的無線傳感器網絡，通常具有控制網絡的集線器。在過去，這個集線器一直是該建筑的專有控制器，但現在通過物聯網（IoT），這個集線器是通往更大事物的門戶。這開放了物聯網（BIoT），無線節點將數據提供給云，以實現高級分析和更好的控制。

市場研究公司Memoori將BIoT視為IP網絡的疊加層傳感器連接所有建筑服務，同時監控，分析和控制，無需人工干預。從建筑物周圍的服務和設備收集數據可以更準確地了解每個建筑物的運行情況，使運營商能夠收集，存儲和分析云中的數據，以便他們可以使用它來提供更好的運營效率。 Memoori估計，建筑系統的整體市場從2014年的1109億美元增長到2020年的181.1億美元，其中三個最大的細分市場是物理安全，照明控制和火災探測。在此范圍內，該公司認為，建筑物內互聯網設備的全球市場從2014年的229.3億美元增加到2020年的850多億美元。

圖1：實現構建物聯網有許多不同的方法，無線連接是必不可少的功能。資料來源：Memoori。

這種增長大部分來自于建筑系統內的連接性目前僅為16％，到2025年將增長到50％。這種增長取決于可用于技術的技術的實施。設計師，并出現了一系列低級和高級標準。例如，B控制是B控制聯盟的新高級標準。這是由兩家德國公司TQ-Group和nxtControl以及Vestamatic和U :: Lux共同推動的。該聯盟是制造商之間的合作，通過以“預先集成”的應用形式同步其單位來提供建筑技術中的組件。

另一個組織，EnOcean聯盟，有350家公司使用315 MHz免許可頻段以及歐洲868 MHz免許可頻段和美國902 MHz頻段，重點是利用環境能源為太陽能電池，熱力發動機或交換機動能源提供無線節點供電。它使用由EnOcean開發的協議，現在是國際電工委員會（IEC）的ISO/IEC 14543-3-10標準的一部分。這使設計人員能夠開發出易于互操作的設備，并可以將能量收集用作無線節點的電源。這使得enOcean的STM300等模塊可以輕松添加到設計中，但也允許開發人員使用自己的實現。一些聯盟合作伙伴現在正在開發Internet網關，以允許這些節點有效地連接到Building IoT基礎設施。

圖2：enOcean的STM300無線收發器可以通過太陽能電池供電，甚至可以通過開關移動的動能供電。

然而隨著互聯網連接的出現，現在有更廣泛的樓宇自動化底層協議。其中許多都基于IEEE802.15.4標準，ZigBee，6LoPAN和Thread協議都使用這種方法。然而，藍牙和IEEE802.11 Wi-Fi的使用也越來越多，以提供連接。

飛思卡爾半導體的MKW2x等設備可用于物聯網的許多監控和控制應用，包括樓宇自動化。這些可以在低于1 GHz和2.4 GHz的免許可頻段中運行，并實現802.15.4，ZigBee和Thread協議棧。 MKW2x是一款低功耗，緊湊型集成器件，由符合2.4 GHz IEEE802.15.4標準的無線電收發器和帶有連接和精密混合信號模擬外設的ARM Cortex-M4微控制器組成。

圖3：飛思卡爾的無線微控制器開發套件允許設計人員輕松實現BIoT的多個節點。

這些設備用于輕松實現基于ZigBee Pro網絡堆棧的連接樓宇自動化的應用程序配置文件，以及允許在節點之間輕松傳輸數據的ZigBee IP網絡堆棧和Smart Energy 2.0應用程序配置文件。

微控制器允許實現不同的協議，最多512 KB的閃存用于程序存儲，64 KB的SRAM用于代碼執行。但是，它還包括一個16位模數轉換器，用于簡化節點的設計，還包括一個加密加速塊，以提供數據安全性。 MKW2x的無線電收發器具有高達-102 dBm的接收靈敏度，+ 8 dBm的最大發射輸出功率和高達58 dBm的信道抑制，在0 dBm輸出功率下的發射電流消耗為17 mA，峰值接收電流為低功耗前導碼搜索模式下的15 mA。

大小對于構建控件也很重要，因為無線節點必須適合小型設備項目。 MKW2x采用8 x 8 mm LGA封裝，總觸點為63，工作電壓為1.8 V至3.6 V.

這些不是用于樓宇自動化系統的唯一頻段。例如，Decawave為其超寬帶DW1000 ScenSor（Seek Control Execute Network Sense Obey Respond）單芯片收發器使用了3.6 GHz至6.5 GHz的六個頻段，該收發器也能夠運行802.15.4協議。由于收發器中的相干接收器技術，這允許高達6.8 Mb/s的高數據速率和高達300 m的范圍。超寬帶方法也不受多徑衰落的影響，這對于存在大量反射的建筑環境來說可能是一個問題。低功耗設計的發射功率為-14 dBm，發射電流為31 mA，可實現較長的電池壽命和6 x 6 mm的小型封裝尺寸，以適應無線節點。

圖4：Decawave的DW1000超寬帶收發器使用3.5 GHz至6.5 GHz的頻段，用于抵抗多徑衰落的低功率鏈路建筑物中的反射。

使用模塊可以是為建筑物自動化系統添加無線功能到傳感器或控制節點的有效方法。 Atmel的ATZB-S1-256-3-0-C ZigBit模塊將無線收發器與8位微控制器相結合，可處理250 kb/s至2 Mb/s的傳感器數據，以及幀處理，接收器靈敏度和高傳輸輸出功率，可實現強大的自愈網狀網絡。通過將芯片天線與無線節點的硬件和軟件相結合，開發人員可以專注于將傳感器與系統的其余部分集成。使用802.4.15網狀網絡協議允許將更多節點輕松添加到網絡中，因為節點通過最近鄰居進行通信。這為建筑自動化設計提供了可擴展且穩健的拓撲。然后可以將數據反饋到連接到Internet的網關以進行控制和分析。

圖5：Atmel的ZigBit模塊集成了芯片天線，無線收發器片上系統和8位微控制器，以簡化BIoT無線節點的開發。

緊湊型模塊測量30.0 ×20.0 mm，接收靈敏度為-97 dBm，輸出功率為+3.6 dBm，鏈路預算高達100.6 dB。這可以用于擴展鏈路的范圍，以便使用更少的節點，或者通過使它們更接近來降低每個節點的功率。這可以通過一些復雜的網絡拓撲分析來獲得通過建筑物的節點的正確平衡，但是通過BIoT，可以分析來自節點的數據以確定每個節點的最佳位置。然后，隨著時間的推移，添加新節點，可以改進網絡，以提供來自無線連接的傳感器和控制單元的數據的正確平衡。

設計人員使用該模塊的一個關鍵優勢是，通用IO最多可配置31條線路，以便傳輸傳感器數據并將控制數據傳送到執行器（如門）鎖或開窗器。為了進一步簡化節點的設計，每個模塊都有一個可以在最終產品上使用的預分配MAC地址，并且可以存儲在內部EEPROM中。這可以大大簡化建筑運營商對終端設備的配置。

結論

將更廣泛的互聯網功能添加到樓宇自動化設備是開發人員提供重要意義的巨大機會為建筑運營商節省成本。提供鏈接到傳感器和執行器的無線節點，以及在因特網上分析的數據以及從任何設備控制這些節點的能力，大大提高了這種系統的功能。這可以從315 MHz頻段一直傳輸到6.5 GHz，并針對不同的解決方案進行不同的工程和設計權衡。但是，所有這些都需要由盡可能低的電流供電，以保持最長的電池壽命。