近年來，智慧技術在企業中的採用率越來越高，從而創造了一個更自動化的世界。實現自動化的方法之一是透過與中央控制器連網的行為體(actor)，這包括根據資料而執行決策的智慧執行器。使用的資料可由雲端服務匯總，也可使用其他連網的行為體如智慧感測器在本地收集。

這種自動化有助於提高能效，並使企業和屋主更好地控制周圍環境。這可以實現監測、遠端系統管理、水電測量和增強安全性等功能。

有許多類型的網路可實現這種樓宇管理和自動化，但有一種網路因其在全球工業化國家的快速成長而脫穎而出。KNX是全球唯一開放的且獨立於供應商的標準，在全球部署的連網設備近4億台，被視為該應用領域的領先協議。

在KNX協會中，有500多家成員公司和93,000多個設備夥伴。他們共同開發了超過8,000種認證產品，部署在至少190個不同的國家。KNX網路是非常靈活通用和可擴展的，在一個1,000m的網段上支援256個可定址的設備，在一個網路中支援達256個網段。KNX匯流排的通訊協議透過幾個國際和地區標準進行標準化(表1)，由KNX協會管理。它彙集了一些傳統匯流排的優點，創建了一個基於OSI的協議，可在雙絞線、射頻(RF)和IP等各種媒介上部署。

表1：KNX匯流排國際和區域通訊標準。

可能這些媒介中最受歡迎的是簡單的雙絞線。在這種配置中，電纜同時傳輸資料和電力，但提供的電力純粹是供給節點的電路；執行器需要的任何電力都需要單獨提供，在這方面，它類似銅質電話線。

智慧建築中的互通性

這可延伸到描述不同供應商的設備，在KNX網路中的相容方式。互通性是任何基礎設施的一個關鍵要求，促成多個供應商和製造商。在這種情況下，互通性是通過一個認證專案來保證，由KNX協會管理。認證的一部分要求製造商證明符合KNX規範的關鍵部分，包括協議特徵和支援的設定檔，產品還必須滿足標準資料類型和可選功能模組的網路化要求。

KNX正連接自動化世界。

這種合規對OEM來說是個挑戰，這不是KNX協會的目的。盡可能簡單可行地使新產品進入市場，才符合他們的利益和更廣泛的生態系統的利益。為了支援這一點，協會為新產品提供了一個基於先前已認證產品的更簡單的認證途徑。

官方術語是衍生產品，或OEM產品，適用於來自KNX協會成員且已獲認證的產品。然後OEM可以自由地銷售他們的產品，並貼上自己的標籤，無需任何進一步的測試。

這種繼承的合規性涉及到系統的兩個最關鍵的元素，即實體層(physical layer)和軟體堆疊。如果這些元素都經過認證，並且沒有修改，那麼OEM產品就被認為是符合要求，並可以以此進行銷售。

使KNX更簡單

為了加速採用樓宇自動化應用，安森美開發業界首個KNX預認證的系統級封裝(SiP)。NCN5140S含KNX設備的所有關鍵和可認證的元素，包括實體層和媒體存取控制器(MAC)，以及軟體堆疊。這些元素與一個基於Arm Cortex-M0+的微控制器(MCU)一起被整合到NCN5140S中(圖2)。

圖2：NCN5140S SiP架構圖。

由於實體層和協議堆疊是預認證的，所以基於NCN5140S的產品被視為衍生或OEM產品。因此，新產品只需要附加KNX產品修改聲明，而不需要進行全面的合規性測試，這可大大節省OEM開發新的KNX產品的時間和成本。

SiP是為開發網路控制器而設計，這些控制器通常採取使用者面板的形式，用於控制燈光、暖通空調(HVAC)系統、窗簾和百葉窗，以及門禁系統。

用一個軟體工具可進一步自訂NCN5140S，讓安裝人員在安裝時能配置面板。這是用工程工具軟體或ETS進行，它是KNX協會提供的獨立於製造商的配置工具。ETS用來存取資料庫中認證產品的詳細資訊，並配置認證產品。

由於這種高階客製化並不改變底層的韌體，因此認證不受影響，且SiP可以作為多種產品的基礎使用。對於從系統的組成元件開發的控制台來說，情況就不是這樣了。

正是這種預整合和認證，使得基於NCN5140S的產品可被評估為衍生產品。

簡化電容式觸控感應

開發觸控感應介面可能很困難。它們往往是透過檢測電容的微小變化來工作，數量級為皮法(pF)。在設計PCB時仍然需要謹慎，安森美也提供與電容式觸控感應按鈕連接所需的韌體，這個應用軟體與認證的堆疊一起，以二進位檔案的形式提供。該檔案需要在組裝時編入NCN5140S，但一旦安裝後，可在安裝過程中使用ETS進行配置。

在組裝和安裝過程中，OEM必須有效地進行三個階段的工作：

1.將二進位檔案藉由快閃記憶體，存到NCN5140S的微控制器上；

2.透過KNX匯流排介面配置產品的唯一網路ID和應用選項；

3.使用KNX ETS資料庫設置設備參數。

例如，在生產過程中，NCN5140S可以被程式設計，然後配置一個唯一的網路ID。此時，輸入的數量和類型將被定義(多達8個通用或電容式觸控按鈕)，工作模式也被定義(如開關或調光)，輸出的類型和數量(簡單的或RGB LED)也將被設置。

安裝人員將透過ETS資料庫配置控制器功能。例如，這將包括設備名稱、開關行為、調光參數、計時器(如適用)和場景(如不同時間、不同房間或不同日光條件的調光水準)。

總結

KNX協議是個強大平台，支援家庭和樓宇自動化。市場對這種等級的自動化需求越來越大，例如，可結合智慧電錶，以幫助提高各種類型建築物的能源效率。

隨著生態系統不斷成長，以及世界各地有成千上萬的安裝者，KNX正在成為樓宇自動化領域的主導協議，而NCN5140S是簡化KNX產品的開發和認證的重要一步。

本文同步刊登於《電子工程專輯》雜誌2023年2月號

活動簡介

從無線連接、更快的處理和運算、網路安全機制、更複雜的虛擬實境(VR)到人工智慧(AI)等技術，都將在未來的每一個嵌入式系統中發揮更關鍵功能。「嵌入式系統設計研討會」將全面涵蓋在電子產業最受熱議的「智慧」、「互連」、「安全」與「運算」等系統之相關硬體和軟體設計。

會中將邀請來自嵌入式設計相關領域的研究人員、代表廠商以及專家，透過專題演講、產品展示與互動交流，從元件、模組到系統，從概念設計到開發工具，深入介紹嵌入式系統設計領域的最新趨勢、創新和關注重點，並深入分享關於嵌入式系統設計的經驗、成果以及遇到的實際挑戰及其解決方案。

贊助廠商

立即報名