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使用无线家庭局域网使智能电网变得更智能

智能电网的全面实施将需要数百万个无线连接来监控和控制家庭,企业办公系统和工厂内工业系统中的设备。 ZigBee在提供这些连接方面处于领先地位,但不太可能有单一技术解决方案。意思是,所有替代方案--ZigBee,蓝牙和专有解决方案 - 必须一起发挥。幸运的是,供应商提供了大量的信息,文档,应用说明,参考设计和评估套件,以帮助您入门。

在住宅市场中,为智能电网提供优化公用设施所必需的数据操作将涉及使用无线家庭局域网(HAN)的家庭内部以及家庭和智能仪表之间的短距离通信。 ZigBee似乎正在成为美国HAN的首选无线技术,因为已经有超过5000万台基于ZigBee的智能电表正在签约。

ZigBee的快速启动归功于ZigBee联盟决定将其智能能源概况与UtilityAMI定义的OpenHAN规范精确对齐,UtilityAMI是由公用事业承包商协会(UCA)工作组开发的先进计量基础设施。

然而,设计师应注意,几乎可以肯定ZigBee需要在家庭自动化市场中与蓝牙,Wi-Fi和Z-Wave等专有产品交换信息。与所有技术部署一样,赢家通吃场景极不可能,家庭自动化的使用场景在网络需求方面有很大差异。

尽管如此,ZigBee联盟已经认证了大约十几个符合其Smart Energy Profile的产品,包括来自Black and Decker,LG Electronics和NetGear的ZigBee到以太网桥的产品。

虽然它仍处于开发游戏的早期阶段,但ZigBee芯片供应商是忙着发布应用笔记并调整他们用于智能电表设计和家庭能源网关的开发工具。

设计资源

飞思卡尔半导体视频产品培训模块是对ZigBee设计理念的一个很好的介绍。 它概述了IEEE 802.15.4和ZigBee技术,并讨论了它们的特性和优势。

飞思卡尔最近通过推出全面的家庭能源网关参考平台巩固了其在HAN市场的地位,该平台采用飞思卡尔的MC13224V ZigBee无线电芯片作为关键部件。图1显示了包含所有可选功能的框图。

图1:飞思卡尔的家庭能源网关平台包括一个微电网接口。

参考平台旨在围绕HAN快速启动设计。这包括一个基于飞思卡尔i.MX283应用处理器的控制板,该处理器运行与智能电表,家庭自动化系统,宽带IP网络,用户界面和微电网发电单元的连接接口。

Texas Instruments HAN策略包括为设计人员提供使用其ZAP(ZigBee应用处理器)框架更快地编写复杂的ZigBee Smart Energy应用程序的选项。关键组件是TI的第二代ZigBee片上系统解决方案,其中包含核心ZigBee Pro堆栈,并向主处理器公开了几个API接口,用于配置堆栈和数据传输。

其他公司为ZigBee智能家居设计提供帮助 - 但通常规模较小 - 包括Atmel,Jennic和Microchip Technology。他们的方法可能更适合有限范围的设计需求。恩智浦半导体最近通过收购Jennic,提供了几款基于ZigBee无线芯片的模块。 JN5139-001-M/00R1T是一个包含天线的示例。

Atmel创建了许多应用笔记和参考设计,其ZigBee焦点包括一个参考设计,演示天线分集是如何形成的采用AT86RF231收发器实现。类似地,Microchip已经发布了几个ZigBee应用笔记,包括其ZigBee/IEEE 802.15.5收发器系列(包括MRF24J40)的专有ZigBee协议的描述。

然而,认为这是错误的。 ZigBee将是家庭自动化市场中唯一使用的无线协议。

例如,Z-Wave是一个专有系统,其芯片和模块由Sigma Designs提供,提供与ZigBee相同的功能。其第三代单芯片解决方案ZW-0301嵌入了Z-Wave网状网络堆栈。闪存也适用于原始设备制造商,用于嵌入自己的应用软件。

除了专有解决方案之外,HAN(ZigBee占据强势地位)将通过PAN(个人局域网)使用来补充例如当一个人进入房间时自动开启加热或空调的情况。在这些手机启动的应用中,蓝牙低功耗将占据上风。

竞争也将来自至少一种有线技术。具体而言,IEEE最近批准了其IEEE 1901宽带电力线(BPL)标准,该标准几乎不受干扰和RF屏障(例如墙壁)的影响。当然,宽带方面(高达500 Mbits/s)远远超出HAN可能需要的范围,但它的安装成本也很低,并且没有可见的电线。