La soluzione stack integrata Knx, sviluppata da Avnet Silica, in collaborazione con Infineon e Weinzierl, costituisce una piattaforma certificata per creare nuovi dispositivi bus in modo efficace.
Case e fabbriche intelligenti stanno crescendo rapidamente, contribuendo a formare la spina dorsale delle smart city del futuro. Per garantire una comunicazione efficace, è indispensabile la standardizzazione. A tale proposito, il bus Knx si è evoluto fino a diventare una soluzione leader omologata a livello europeo, internazionale e cinese. Considerando che sempre più organizzazioni entrano in questo mercato, i progettisti devono fronteggiare una grande sfida: realizzare rapidamente delle soluzioni basate su Knx riducendo la curva di apprendimento.
Il settore home e building automation
La domotica e l'automazione degli edifici consentono alle persone di accedere e controllare più unità tramite un dispositivo mobile da qualsiasi punto del mondo. Fino a poco tempo fa, questo tipo di automazione si trovava solo nei grandi edifici commerciali e nelle abitazioni di fascia alta. Oggi, si tratta di soluzioni abbastanza diffuse, proposte come piattaforma da molti costruttori. Domotica e building automation sono indissolubilmente legati al concetto di Internet of Things, in cui dispositivi in precedenza isolati possono essere oggi accessibili e controllabili da remoto, grazie ad un indirizzo IP. La sicurezza è un'area fondamentale poiché sistemi di allarme, porte, finestre, serrature, rilevatori di fumo e altri sensori sono sempre più collegati l’uno all’altro. L'automazione comporta anche un aumento dell'efficienza energetica, soprattutto grazie al controllo da remoto di termostati, sistemi di riscaldamento, luci e prese elettriche.
Automazione significa che per tutti i dispositivi collegati è possibile programmare e pianificare degli eventi. Tale capacità può essere usata per controllare vari oggetti quando l'edificio non è occupato, ma permette anche di automatizzare le attività ripetitive, semplificando la vita degli occupanti della struttura. Oltre ai comandi a tempo, l'automazione consente a un evento di attivare un altro evento non pianificato, ad esempio l'accensione del riscaldamento se la temperatura scende al di sotto di un certo livello o l'attivazione delle luci nel caso in cui venga rilevata una presenza. Grazie alle funzionalità di localizzazione dei moderni dispositivi mobili, gli edifici intelligenti possono rilevare quando coloro che vi abitano stanno per fare ritorno a casa, gestendo il riscaldamento affinché raggiunga una temperatura ottimale nel momento esatto di arrivo per garantire il comfort degli ambienti e l'ottimizzazione energetica. Non dovrebbe sorprendere il fatto che il numero di "oggetti" collegati sia in piena espansione. Molte stime, incluso un recente rapporto della società di ricerche di mercato IHS, indicano che entro il 2025 saranno installati 50 miliardi di dispositivi connessi. Tale numero implica che vi siano più dispositivi per ogni singola persona sul pianeta: di questa enorme mole, le stime prevedono che building e home automation rappresenteranno una parte estremamente significativa.
Standard in uso nel mercato
Per interoperare tra loro, i dispositivi necessitano di un sistema che permetta di comunicare con un linguaggio comune. Sebbene esistano diverse soluzioni di questo tipo, tra cui EnOcean, Thread, LonWorks e BACnet, Knx sta emergendo in termini di funzionalità e numero di installazioni. Knx è in circolazione da tempo ed è ormai ed è ormai uno standard maturo, indipendente dal produttore e dall'applicazione. Knx è stato omologato a livello internazionale (Iso/Iec 14543-3), europeo (Cenelec EN 50090 e EN 13321-1), cinese (GB/T 20965) e Ansi/Ashrae (Ansi/Ashrae 135), garantendo così la compatibilità tra i dispositivi Knx di diversi fornitori. In Europa, Asia e nelle Americhe si possono trovare diversi milioni di installazioni Knx, a dimostrazione della validità dell'approccio offerto da questo standard. Oggi, oltre 370 aziende associate Knx in tutto il mondo offrono più di 7.000 gruppi di prodotti omologati Knx in diversi domini applicativi. Ovunque sia presente, Knx apporta benefici significativi ad architetti, progettisti e imprenditori e, soprattutto, a proprietari e inquilini di immobili. Con Knx, l'illuminazione e il riscaldamento si attivano solo quando necessario. L'accensione può essere basata su profili temporali o sul rilevamento di presenza e prossimità, risparmiando così energia e denaro. I livelli di illuminazione possono essere automatizzati in relazione all'intensità ambientale, mentre è possibile mantenere un livello minimo specificato nelle aree chiave riducendo così il consumo di energia (lasciando accese solo le sorgenti di luce dove sono presenti delle persone). Collegando tutti i dispositivi con un singolo bus, grazie a Knx è possibile ridurre notevolmente i tempi e i costi di progettazione e installazione. Un unico software indipendente dal produttore consente lo sviluppo e la configurazione di installazioni contenenti prodotti certificati Knx. Trattandosi di una risorsa indipendente dal costruttore e dall'applicazione, gli integratori di sistemi possono combinare in un unico impianto qualsiasi prodotto certificato Knx utilizzando vari supporti di comunicazione (doppino, radio frequenza, linea elettrica o IP/Ethernet). Grazie all'architettura aperta, le installazioni Knx possono adattarsi facilmente alle nuove applicazioni e sono semplici da estendere. All'installazione bus esistente possono essere collegati nuovi componenti che introducono funzionalità e capacità aggiuntive oppure che estendono ulteriormente la copertura nell'edificio.
Sfide nello sviluppo dei prodotti Knx
Benché sia teoricamente possibile acquistare una copia dello standard di riferimento e sviluppare un sistema Knx da zero, questo non è l’approccio consigliabile. Come in molti mercati emergenti, anche nell'automazione domestica e degli edifici il time-to-market è un aspetto fondamentale; per acquisire quote di mercato, i costruttori devono lanciare più rapidamente possibile i loro prodotti. Portare un prodotto Knx sul mercato comporta diversi passaggi per i progettisti. A secondo della funzionalità e della configurazione, è necessario selezionare un profilo adeguato. Il passo successivo è sviluppare l'hardware e il software necessari e selezionare il supporto di trasmissione. Il codice deve quindi essere tradotto in un formato leggibile dal pacchetto software Ets. Per poter commercializzare il prodotto con l'indispensabile marchio Knx, il pacchetto deve quindi essere verificato, e inviato a Knx per l'omologazione e la certificazione. Fortunatamente, i principali produttori e distributori hanno individuato e indirizzato le sfide associate allo sviluppo dei sistemi Knx proponendo degli strumenti hardware e software che consentono ai progettisti di creare i prodotti rapidamente e in tutta sicurezza.
Per avere successo nel mercato delle costruzioni, le aziende devono essere in grado di fornire rapidamente nuove soluzioni compatibili Knx. Questo potrebbe comportare una curva di apprendimento significativa, ma i tool di sviluppo omologati Knx supportati dal flessibile microprocessore XMC1404 di Infineon offrono un valore inestimabile nel ridurre la complessità e i tempi di sviluppo.
Una soluzione integrata
Avnet Silica, in collaborazione con Infineon e Weinzierl, ha sviluppato un nuovo stack Knx Ngs che offre una piattaforma completamente certificata per creare nuovi dispositivi bus in modo molto efficace. Rispetto alle soluzioni di generazione precedente, lo strumento riduce radicalmente i tempi di sviluppo, soprattutto nelle applicazioni complesse. La demo board include tutto l'hardware necessario per definire una soluzione omologabile Knx (Fig. 1). La scheda base è alimentata da un'interfaccia Usb e presenta due porte Com. Sono inoltre disponibili diversi pulsanti e indicatori Led, indispensabili ai fini dell'esercizio e del debug dei progetti. Una serie di jumper permette l’uso delle diverse linee I/O dal microcontrollore per varie funzioni. A seconda del supporto selezionato per l'applicazione, i socket disponibili permettono di inserire schede Uart Knx. La scheda di base include anche la possibilità di collegare un modulo microcontrollore per implementare la comunicazione bus (protocollo Knx) ed eseguire le attività richieste dall'applicazione. Il microcontrollore scelto è la versione XMC1404, appartenente alla serie XMC di Infineon. L'XMC1404 è la soluzione più completa della serie XMC1400. Questo dispositivo "super set" si basa sul popolare core Arm Cortex-M0 a 48 MHz ed è noto per le sue caratteristiche personalizzabili e per l'ampia scalabilità (Fig. 2). Questa soluzione di microcontrollo include un avanzato coprocessore matematico a 96MHz e fino a 200 kB di memoria flash Ecc e 16 kB di Ram. L'USIC a 4 canali supporta più protocolli tra cui Spi, Sci/Uart, I2C e I2S. Nell'Mcu sono inclusi anche quattro comparatori analogici e un Adc a 12 bit con doppio sample-and-hold che forniscono utili funzioni di rilevamento nelle applicazioni di home e building automation basate su sensori analogici. Il sistema di sviluppo dello stack Knx include il codice sorgente in linguaggio "C" e altri strumenti software. Il tutto è compatibile con il tool Knx Ets, il quale consente la configurazione in "modalità sistema". Nel pacchetto è previsto in dotazione uno schema circuitale completo). Per la loro applicazione, i progettisti possono scegliere i migliori supporti di trasmissione in quanto il sistema di sviluppo è in grado di utilizzare doppino, radiofrequenza ed Ethernet. Il firmware è molto snello ed è ideale per i dispositivi su bus Knx. Esso include lo stack di comunicazione e un'implementazione completa del modello di dispositivo standardizzato, noto come sistema B. Tutte le risorse Knx (comprese memoria e proprietà) sono completamente emulate dal firmware, assicurando la totale compatibilità con il tool software Ets. Il codice sorgente è modulare e viene fornito corredato di documentazione dettagliata. Lo sviluppo dell'applicazione si basa su un'Api Knx facile da usare. Per lo sviluppo dell’applicativo lo stack Knx Ngs prevede un approccio guidato attraverso l’utilizzo del tool di scripting kScript. Utilizzando una descrizione dell'applicazione in sintassi Python, kScript genera la voce di database per il software Ets, così come i file di configurazione e intestazione per lo stack Knx. Il flusso di lavoro completamente integrato riduce i tempi di sviluppo e facilita la gestione delle modifiche. Per un debug efficiente, nel pacchetto è presente il tool TraceMon.
