Auteur: Kerstin Nasser, Chef de produit corporate Wireless de Rutronik
Les systèmes modernes de gestion des bâtiments peuvent apporter une contribution décisive à l'amélioration de l'efficacité énergétique et du confort. Ainsi, les systèmes d'éclairage intelligents deviennent la base d'une sorte de système nerveux central. Bien que Bluetooth forme souvent les "voies nerveuses", d'autres normes sans fil offrent également des avantages. L'éclairage intelligent est l'un des secteurs de marché les plus importants pour Bluetooth : selon le rapport "2021 Bluetooth Market Update" de Bluetooth SIG (groupe d'intérêt), 27 % des appareils Bluetooth fournis sont déjà utilisés dans des systèmes d'éclairage intelligents. Cela les place au deuxième rang derrière les applications pour appareils intelligents (35 %), mais leur croissance est plus rapide.
Il y a de bonnes raisons à cela : les systèmes d'éclairage connectés avec commande intelligente peuvent réduire les coûts énergétiques de 70 à 75 %. Dans le même temps, ils augmentent le niveau de confort en permettant, par exemple, aux utilisateurs de modifier la couleur de la lumière à leur guise ou d'adapter automatiquement l'éclairage à la lumière naturelle du jour (éclairage centré sur l'homme ou Éclairage centré sur l'humain – HCL). Ce concept offre un spectre de lumière allant de composantes bleu foncé le matin, qui ont un effet vivifiant, à des composantes plus rouges le soir, qui ont un effet calmant.
Et, par exemple, des détecteurs de présence peuvent être utilisés. Selon qu'il y a ou non quelqu'un dans la pièce, la lumière peut s'allumer ou s'éteindre automatiquement. Un changement automatique en fonction de l'intensité de l'éclairage ou de la lumière ambiante d'une pièce est également possible.
l'éclairage est partout
L'éclairage est utilisé dans pratiquement toutes les parties d'un bâtiment. Cela en fait la base d'infrastructure évidente pour les nouvelles approches de gestion des bâtiments, car la technologie sans fil intégrée dans les dispositifs de contrôle d'éclairage peut également être utilisée pour de nombreuses autres applications. Le Bluetooth SIG estime que d'ici 2029, l'éclairage connecté commercial générera 19.100 milliards de dollars de revenus mondiaux.
En association avec Alliance DALI (interface d'éclairage adressable numérique), Bluetooth SIG a défini un porte qui permet de surveiller et de contrôler les luminaires avec le Certifié D4i via Bluetooth Mesh. De cette façon, les composants d'éclairage de différents fabricants peuvent « se comprendre » et interagir de manière transparente.
Au-delà de l'éclairage, il est possible de mettre en œuvre, par exemple, des fonctions de suivi et localisation des actifs ou navigation intérieure à l'aide de solutions d'éclairage intelligentes. Les objets à suivre doivent être équipés d'une balise. L'émetteur-récepteur sans fil des luminaires reçoit son signal de données dès que l'objet se trouve à portée. Par la suite, la position de l'objet peut être déduite à l'aide du plan de construction. Ceci est particulièrement utile dans grands entrepôts ou usines, où il réduit considérablement les temps de recherche. Par conséquent, les processus sont optimisés et les coûts sont réduits. Dans les les hôpitaux, cette capacité de suivi peut aider à augmenter la vitesse et la qualité en localisant rapidement les équipes de soins mobiles ou les lits d'hôpitaux.
En réseau via Bluetooth
Les systèmes d'éclairage intelligents utilisent Bluetooth Mesh pour fournir une communication fiable et sécurisée. Cela vous permet de bénéficier du faible taux de consommation d'énergie et de la latence minimale de Bluetooth basse consommation (LE) dans ces systèmes où des centaines ou des milliers d'appareils de différentes marques doivent communiquer entre eux. Bluetooth Mesh utilise le principe dit d'inondation, qui garantit que les messages atteignent leur destination. Cela est possible car tous les participants au réseau peuvent communiquer directement entre eux – et si un participant échoue, le message est transféré via une autre route. De plus, les téléphones portables peuvent être intégrés à un réseau BLE ou engrener (maillé) avec l'application correspondante (appli), permettant ainsi d'allumer les luminaires sans avoir besoin de porte pas de connexion Internet.
Bluetooth Mesh est pris en charge, par exemple, par les SoC multiprotocoles de la série nRF52 et nRF53 de Nordic Semiconductor. En combinaison avec le nRF21540, les utilisateurs peuvent profiter d'une extension de gamme de seize fois. La nRF5340 intègre deux processeurs Arm Cortex-M33. Le processeur d'application est optimisé en termes de performances, peut être cadencé à 64 ou 128 MHz et dispose de 1 Mo de mémoire Flash, de 512 Ko de RAM, d'une unité à virgule flottante (FPU), d'un cache associatif bidirectionnel de 8 Ko et de capacités de mémoire.Instruction DSP. Le processeur réseau 64 MHz est optimisé pour une faible consommation et une efficacité élevée (101 CoreMark/mA) et dispose de 256 Ko de mémoire Flash et de 64 Ko de RAM. Outre Bluetooth LE et Mesh, le nRF5340 prend également en charge NFC, Thread et Zigbee. Il offre SPI, QSPI et Hi-Speed USB et est évalué à une température de fonctionnement de 105 ° C (221 ° F).
De nombreux fournisseurs fournissent des modules basés sur ces SoC de Nordic Semiconductor. Beaucoup d'entre eux ont déjà des antennes intégrées et sont pré-certifiés pour les principaux marchés (CE, FCC et IC). Ainsi, ils permettent de raccourcir le temps de développement et de réduire les coûts. C'est le cas, par exemple, de la série ISP de InsightSiP, les modules PAN1780 et PAN1781 de Panasonic, modèle MBN52832 de Murata et divers modules iVativ et EnOcean.
La famille Insight SiP ISP se caractérise par son petit facteur de forme, particulièrement adapté aux applications d'éclairage. Les modules sont basés sur divers circuits intégrés nordiques et peuvent être facilement interchangés en raison de la compatibilité des broches.
Le module Panasonic PAN1780 est basé sur le Nordique nRF52840-IC. Grâce à l'Arm Cortex-M4F intégré avec 1 Mo de Flash et 256 Ko de RAM, il peut être utilisé en mode autonome (Utilisation d'un-seul), ce qui permet d'économiser de l'argent et de l'espace. Pour sa part, PAN1781 est basé sur le Nordique nRF52820, qui a 256 Ko de Flash et 32 Ko de RAM et prend en charge l'angle d'arrivée (AoA) et l'angle de départ (AoD) du version 5.1 de la spécification Bluetooth Core, appelée radiogoniométrie (RDF). Par conséquent, cette norme Bluetooth permet un positionnement encore plus précis.
Le module SX-ULPGN-BTZ de Silex est basé sur le SoC Qualcomm QCA4020. Avec la connectivité Wi-Fi bi-bande 802.11 a/b/g/n, Bluetooth LE et 802.15.4 (Zigbee et Thread Pro R21), il est également idéal pour les systèmes d'éclairage et de nombreuses autres applications.
Cyprès/Infineon propose également des puces et des modules Bluetooth Mesh pour des solutions d'éclairage telles que CI CYW20706 ou le module CYBT-343026-01, qui est basé sur le circuit intégré CYW20706 lui-même.
pour les systèmes domotiques et
Les applications IoT sont auto-alimentées en accumulant de l'énergie.
Autres normes sans fil
Outre Bluetooth LE et Bluetooth Mesh, d'autres normes sans fil sont également courantes dans les applications d'éclairage, telles que le Sur Ocean, Thread, Zigbee ou Wi-Fi.
L'avantage du Wi-Fi par rapport au Bluetooth réside dans sa portée nettement supérieure. Cependant, l'exigence de plus de puissance qui en résulte est peut-être aussi le plus grand inconvénient de cette technologie. De plus, l'intégration de luminaires dans un réseau Wi-Fi est un peu plus complexe, car il faut entrer un mot de passe et l'identifiant du service set (SSID - Identificateur d'ensemble de services) pour chaque luminaire. Et un réseau Wi-Fi peut atteindre ses limites lorsque de nombreux luminaires sont connectés.
Zigbee peut être utilisé pour créer un réseau maillé (engrener) grand et robuste. En cas de défaillance d'un participant au réseau, les informations peuvent être renvoyées via un autre chemin et ne sont donc pas perdues. Lors de la configuration du réseau, un pont ou un concentrateur est également requis, qui à son tour est connecté au routeur WLAN. Le pont ou hub envoie la commande (on/off) aux luminaires via Zigbee. Contrairement à Bluetooth Mesh, la transmission de données est acheminée lorsque des appareils individuels (coordinateur, routeur et appareils finaux) se voient attribuer différentes tâches. Cela signifie qu'un certain itinéraire est spécifié pour les données à travers le réseau.
Thread fonctionne de manière similaire à Zigbee : ici aussi, la distribution des données est acheminée, par exemple, via un chemin prédéfini. Thread est un protocole engrener basé sur IPv6. Cela facilite l'intégration dans les grands réseaux IP. Ce protocole est également pris en charge par les CI nordiques et constitue la base idéale pour les couches d'application basées sur les threads telles que Matière, HomeKit, DALI+, KNX IdO, OCF, etc.
La norme sans fil sub-GHz EnOcean (868 MHz selon la spécification RED, 902 MHz selon la spécification FCC/IC et 928 MHz selon la spécification ARIB) offre une grande fiabilité lors de l'envoi de télégrammes courts. Il y a peu de probabilité de collision au sein d'un réseau, permettant ainsi un grand réseau de capteurs. De plus, il n'y a aucune interférence avec DECT ou WLAN. L'utilisation du code tournant et du cryptage 128 AES garantit une sécurité avancée des données. À l'intérieur des bâtiments, la norme sans fil EnOcean atteint une couverture allant jusqu'à 30 mètres.
La société EnOcean est notamment connue pour sa technologie de stockage d'énergie. Il propose des capteurs sans fil sans entretien basés sur la norme sans fil EnOcean, ainsi que Bluetooth et Zigbee. Le nouveau multicapteur IoT STM 550 (Fig. 2) fournit des informations d'état (ouvert/fermé) grâce à un contact magnétique et peut mesurer la température, l'humidité, l'accélération/orientation et l'éclairage. La cellule solaire intégrée produit suffisamment d'énergie pour les mesures et la transmission des données de résultat en utilisant, par exemple, Bluetooth, Zigbee ou la norme EnOcean.
Conclusion
Qu'il s'agisse de Bluetooth, Bluetooth Mesh, EnOcean, WLAN, Thread ou Zigbee - toutes les normes sans fil ont leurs avantages et leurs inconvénients spécifiques et il est nécessaire de décider individuellement laquelle est la plus appropriée pour chaque application. Cependant, ils partagent quelque chose en commun : ils forment le système nerveux central de l'éclairage domestique intelligent et apportent donc des améliorations en termes d'efficacité, de commodité, de confort et d'extensions pour, par exemple, inclure un système de navigation et de suivi.
