迅猛增长的智能家居市场 HEMS产品投放市场的捷径

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受环保意识的提高和公共支援等的推动,智能家居有望形成巨大市场。因为控制协议的标准化已有进展,所以智能家居产品的市场投放就是和时间的较量。本期将针对缩短“市场投放时间”(Time to Market)以及降低开发成本的瑞萨电子智能家居HEMS解决方案进行解说。

智能家居的核心技术 何谓“HEMS”?如何实现舒适环境的可控和可视?

随着环保意识的不断提高,有效地利用信息技术(IT)实现住宅内部的能源消耗和舒适环境都达到最佳的“智能家居”引人注目。

智能家居的核心技术称为HEMS(Home Energy Management System),此系统通过网络将太阳能发电等能源设备、空调等家电以及热水器等设备互相连接,对住宅内部的能源使用情况进行监视(可视化),在控制电力消耗的同时提供舒适的生活环境(图1)。

图1:智能家居的示意图

图1:智能家居的示意图

人们期待能在外出时通过移动设备进行监视和控制等的各种应用,以及住宅内部的数据通过互联网与云服务或大数据库(分析)连接来提供生活方式信息等的新服务。

标准控制协议采用“ECHONET Lite”!加速对应设备的开发

智能家居HEMS中设置的设备和功能因住宅公司而各不相同,连接各种设备的控制协议没有标准化。因此,在连接不同厂家的设备时存在无法完全控制的问题。

日本经济产业省和企业团体JSCA(Japan Smart Community Alliance)在2012年决定推荐环保网络联盟制定的“ECHONET Lite”为标准控制协议。对于ECHONET Lite相关产品的开发者来说,控制协议的规格化意味着立刻就能开发ECHONET Lite的对应产品。而对于最终用户来说,由于实施了相互通信的认证制度,所以只要是ECHONET Lite对应产品,无论是哪个厂家的设备都可选择。ECHONET Lite对应产品(认证产品)正在快速增多(图2)。

同样地,在美国制定了“SEP(ZigBee Smart Energy Profile) 2.0”,在欧洲制定了“KNX”等的标准控制协议。我们对今后日本的ECHONET Lite同这些国外规格的融合或合作寄予很大的期望。

图2:ECHONET Lite对应设备的构成

图2:ECHONET Lite对应设备的构成

一举解决客户的开发课题!瑞萨电子解决方案 “方便、容易、安心”

虽然智能家居HEMS有望形成巨大市场,但是早期开发设备的课题非常多,其中之一是设备之间通信部分的开发。ECHONET Lite很大的一个特点是采用了不需要另外布线的通信方式(电力线、无线、红外线等),但是考虑到实际的住宅环境,可能很难用一种通信方式来构建HEMS,而需要采用具备不同优点的多种通信方式。瑞萨电子提供的解决方案能大幅度减轻此通信部分的开发负担,使客户能集中精力开发新的功能和服务。

 

使用哪种通信方式更好?

在此,以具体控制住宅内部的温度和照度的网络系统为例,说明瑞萨电子提供的HEMS解决方案(图3)。预计在今后的实际住宅环境中,ZigBee RF4CE无线通信、Wi-SUN无线通信和PLC电力线通信的三种通信方式将成为主流。通过给各种设备选择适合的通信方式,减轻客户的产品开发负担。

图3:住宅内部舒适控制的家庭区域网络

图3:住宅内部舒适控制的家庭区域网络

  • ①适合开关ON/OFF和调整等的无线遥控器:ZigBee RF4CE无线通信

    这是低传送率的近距离无线通信规格,以适用无线遥控器的低成本、低功耗和高速应答为特点。在世界上使用2.4GHz频带。

  • ②适合传感器网络:Wi-SUN无线通信

    这是使用小于1GHz频带而且抗障碍物强的无线通信方式。由于不使用强干扰的2.4GHz,所以通信稳定,并且在同距离的情况下比2.4GHz的功耗小。在日本使用920MHz。

  • ③适合空调和照明器材等的控制网络:PLC电力线通信

    这是以电力线为媒体的通信方式,因使用AC电源线和插座而不需要另外布线。适合于在住宅内部穿透墙壁、天花板和地板等(这些在进行无线通信时都将成为障碍物)进行通信的情况。

可立即评估

瑞萨电子以模块方式提供能实现这些通信方式的功能(图4)。由于通信模块已取得电波法的技术基准符合证明以及总务省特定型号等的认证,所以客户无需履行一切相关手续,可通过样品软件立即开始评估。

图4:已取得技术基准符合证明和特定型号的通信模块一览表

图4:已取得技术基准符合证明和特定型号的通信模块一览表

安心的支持

对于ECHONET Lite、Wi-SUN、PLC等比较新的规格,修改和扩充的速度很快。为对应新的规格支持而随时需要更新信息,这对客户来说是个不小的负担。因此,瑞萨电子通过加入各种规格制定团体,代替客户对应规格标准化和信息更新(图5)。

当然,与此同时,我们还将充分利用瑞萨电子丰富的环保系统,通过与各种伙伴的多方协作提供最新的解决方案。

图5:瑞萨加入的主要联盟

图5:瑞萨加入的主要联盟

HEMS专用控制器的开发毫不费力

对于把握住宅内部的设备和机器情况时不可缺少的HEMS中央控制器,只要使用瑞萨电子单片机就能很容易地进行开发。通过使用瑞萨电子引以为豪的高性能、低功耗16位单片机RL78/L1C丰富的外围功能,便可用一个芯片构成LCD显示、语音输出、触摸键操作、传感器控制、USB通信/充电以及通信模块控制(图6)。

由于使用通用I/O端口来控制触摸键的输入(*1),使用PWM并通过数字放大器进行语音播放,所以不需要为这些功能外接IC,并且因通信模块连接UART而能简单地用于串行通信。

图6:RL78/L1C HMI解决方案套件框图

图6:RL78/L1C HMI解决方案套件框图

(*1)RL78族通过软件实现触摸键功能的“软触摸键”。

如果要提高HEMS中央控制器的功能,只要使用RZ/A1就能支持触摸屏等功能。此时,使用RL78的控制器用作各房间的控制器而不是整个住宅内部的控制器。另外,也有各房间的控制器和HEMS中央控制器进行通信的使用方法。

以上介绍了因市场的迅猛增长而引人注目的智能家居HEMS的瑞萨电子开发解决方案。此解决方案降低了采用新的通信规格时的技术门槛,和环保系统的协作伙伴一起推动客户加快进入市场的速度。除了智能家居以外,还可应用于各种传感器网络和控制网络。