KNX é o único sistema de bus a nível mundial que oferece uma gama completa de transmissão de dados para controlo de sistemas em edifícios: Cabos Torçados, Linha de potência, Rádio Frequência e Ethernet IP. As aplicações KNX são programadas através do software ETS, uma ferramenta independente dos fabricantes e distribuidores dos equipamentos. Desde a ideia até ao produto final, a lista de dúvidas para quem quer programar uma solução KNX pode ser bastante grande:
- Qual o meio de transmissão do KNX que deve ser usado (cabos torçados ou rádio frequência)?
- Quais os requisitos de software que o KNX necessita?
- Quais os objetos de comunicação – formato de dados – devem ser usados e como programá-los?
- Quais são os requisitos de hardware para o equipamento?
- Existem componentes Standards?
- Como será programado o equipamento, isto é, quais os modos de configuração que devem ser suportados?
- Existe algum apoio técnico durante a fase de desenvolvimento do produto?
- Como é o processo de certificação?
É importante estudar os componentes KNX Standard que estão disponíveis no mercado e o meio de transmissão utilizado, por forma a escolher a melhor solução para a sua instalação.
Aspectos de implementação dos Equipamentos KNX TP
Será confrontado com diferentes termos técnicos, tais como: “BIM”, “BCU”, “SIM”, “TPUART”, “chipset” e “Pacote de comunicação” quando analisar o mercado. Estes termos representam diferentes possibilidades de como desenvolver um equipamento KNX TP.
BCU „Bus coupling units“
- Isto são equipamentos de sistema que inclui circuitos de acoplamento KNX, o microprocessador que é integrado no invólucro. O gestor do produto só necessita de desenvolver o módulo de aplicação, o hardware e o software.
BIM „Bus Interface Modules“
- Basicamente são construídos como o miolo de um BCU com portas adicionais I/O. Os BIMs são vendidos como módulos que podem ser soldados diretamente à placa do circuito. Existem versões com 8KB e 48KB de memória flash para aplicação do software. O desenvolvimento do software é realizado dentro de um ambiente consistindo em “Evaluationboard”, “On-Chip Debug Emulator” e C-Compiler.
SIM „Serial Interface Modules“
- Contêm o completo sistema de comunicação com aplicações. O hardware e software são acoplados com a comunicação através de uma interface série. Os SIMs são vendidos em módulos que posteriormente são soldados diretamente à placa do circuito.
BAOS „Bus Access and Object Server“
- The BAOS Module is both a KNX interface on Telegram level (KNX Link Layer) as on DataPoint level (KNX Application Layer). The telegram format is FT1.2 conform. An optimized serial protocol is available for the communication on Data- Point level.
Chipset
- Chipsets de BIMs existem para contornar as restrições mecânicas dos BIMs. Não existe diferença entre BIMs e Chipsets ao nível do software.
TPUART
- O TPUART só tem acoplamento com o KNX. O software de comunicação é realizado através de um micro controlador. O TPUART foi desenvolvido para que o micro controlador codifique e descodifique o bit por um lado e que por outro lado permita o acoplamento com o KNX através de diferentes micros controladores.
Communication Stack
- Para desenvolver um equipamento KNX com TPUART, é necessário um pacote de comunicação. Este tipo de acoplamento é o mais efetivo, flexível e a maneira mais barata para desenvolver um equipamento KNX. Para eliminar a necessidade do desenvolvimento do produto ter que se familiarizar com os detalhes de comunicação do KNX, é disponibilizado uma porta de comunicação KNX. O Acoplamento do KNX é realizado através de um acoplador KNX externo, do tipo TPUART, FZE1066. O pacote de comunicação KNX oferece interfaces adicionais para programar a atual aplicação.
Qual é a solução mais correta?
- Os módulos (BIM, SIM BAOS) são recomendados no caso de quantidades mínimas de produção. Oferecem baixos custos de desenvolvimento certificação , o que os torna ideais para começar a desenvolver soluções KNX. Se o espaço disponível for insuficiente ou as quantidades de produção aumentarem, então a alternativa será o uso de chipsets. Os custos iniciais são um pouco maiores comparados com o BIM. TPUART é a solução mais usada, para grandes quantidades de produção. A vantagem do TPUART é o baixo custo por unidade, tendo por outro lado elevados custos de desenvolvimento e de certificação. Em casos particulares, pode ser melhor optar por um Transmissor de Bits (FZE1066).
Aspectos de Implementação para equipamentos KNX PL
BCUs standards e módulos (PIM) existem para KNX PL (110) similar a cabos torçados.
BCU „Bus coupling units“
- Existem equipamentos do sistema os quais incluem o acoplamento KNX, o microprocessador que é fornecido integrado no invólucro. O gestor do produto só tem de desenvolver o módulo de aplicação, o hardware e o software.
PIM „Powerline Interface Modules“
- Basicamente são construídos a partir da baixa tensão do BCU. Os PIMs são módulos que são soldados ao circuito juntamente com outras partes que servem para o acoplamento.
ACIS with Communication Stack
- O ASIC para o PL110 é responsável por enviar e receber bits. Para construir um equipamento KNX baseado na tecnologia ASIC, é preciso um pacote de comunicação KNX para a linha de potência (software de comunicação). Este pacote de comunicação contem interfaces para programar a aplicação.
Qual é a solução mais correta?
- Em caso de equipamentos de montagem embebida e para quantidades de produção baixas, os BCUs são a escolha mais acertada devido aos preços. Para uma média produção, recomenda-se os PIMs – está disponível um diagrama do circuito. O desenvolvimento de equipamentos PL com pacotes de comunicação ASIC necessitam de grandes investimentos comparados com as BCUs e os PIMs, sendo por isso usado apenas para a produção de grandes quantidades.
Aspectos de Implementação para equipamentos KNX RF
O desenvolvimento de equipamentos KNX RF não necessita de componentes KNX especiais. Para reduzir o tempo e os custos de desenvolvimento será útil integrar módulos RF pré-fabricados, especialmente em caso de produção de pequenas quantidades. Um equipamento KNX RF consiste nos seguintes elementos:
Transceiver Chip
- Para equipamentos KNX RF não é necessário nenhum chip dedicado. Existem atualmente no mercado vários chips que podem ser usados para implementar a RF no KNX.
RF circuit
- O transmissor é construído juntamente com componentes passivos de circuito RF. Baseado na referência de design do chip do fabricante, um circuito pode ser construído e optimizado para os requisitos KNX RF.
Microcontroller
- O núcleo de qualquer equipamento KNX é um micro controlador que lida com a comunicação e com as aplicações. Para a rádio frequência um dos requisitos mais importantes é o baixo consumo de energia. A interface lógica para a ligação do transmissor deve estar presente na maioria dos controladores atuais.
Communication stack
- O standard KNX define um protocolo complexo que nos leva a um grande esforço de certificação e implementação. O pacote de comunicação é o software do sistema para um equipamento KNX RF. Controla o transmissor e lida com toda a comunicação, incluindo procedimentos de configuração. O pacote de comunicação tem uma interface (API) para o desenvolvimento das aplicações.
Aspectos de implementação para equipamentos KNX IP
A transmissão de telegramas KNX através da Ethernet é definida como KNXnet/IP e faz parte do standard KNX. Até agora as especificações incluíam o uso deste meio para routers e interfaces para PC. Os IP routers são similares aos acopladores de linha, à exceção do uso da Ethernet para linha principal. Atualmente também é possível integrar equipamentos KNX diretamente através do IP na rede KNX. Por tudo isto, é que a Etnernet IP (Protocolo Internet) é um meio de transmissão KNX de grande valor. O desenvolvimento de equipamentos KNX IP não tem requisitos especiais. São constituídos basicamente pelos seguintes elementos:
Controlador Ethernet
- Os controladores Ethernet estão disponíveis em diferentes fabricantes de semicondutores. Os controladores Ethernet cumprem com os requisitos do KNX IP. Controladores com uma taxa de transmissão de 10 Mbits são normalmente suficientes.
Microcontroller
- Escolher qual o micro controlador a utilizar depende de qual a desempenho que se quer no equipamento. KNX net/IP pode ser implementado num controlador de 8 bits. Dependendo da aplicação poderão ser necessários controladores mais rápidos. Muitos controladores já oferecem uma interface para a Ethernet no chip, pelo que apenas será necessário completá-lo com o “Physical Layer”.
Communication stack
- O software de um equipamento KNX IP, consiste em 2 pacotes de protocolo. A comunicação através da Ethernet requere um pacote IP com UDP (User Datagram Protocol) devido ao facto da KNX net/IP ser baseado na ligação da comunicação. Os telegramas são transmitidos ponto a ponto ou multiponto através do UDP. O pacote KNX é colocado acima do pacote IP/UDP. Isto é o núcleo base do KNX, que tem ser implementado especialmente para cada equipamento. O pacote KNX usa o pacote IP/UDP como interface do sistema. A tradução dos telegramas KNX para telegramas UDP é estabelecida via KNX net/IP. A aplicação KNX de acesso ao API (Application Programming Interface) do pacote KNX, permite comunicar com todo o sistema.
Qual é a solução mais correta?
- A escolha do hardware apropriado depende basicamente do tipo de aplicação. Implementações de hardware realizadas especialmente para os equipamentos KNX IP estão já disponíveis no mercado. Existem também pacotes de comunicação apropriados. Contudo para os equipamentos mais complexos, são necessários sistemas de operação mais potentes, como por ex: Linux, que contém basicamente um pacote IP com UDP, que pode ser usado. Neste caso, só o pacote KNX, bem como o respectivo programa de aplicação é necessário.