KNX jest jedynym na świecie systemem magistralnym, który oferuje dla systemów sterowania budynkiem pełen zestaw mediów transmisyjnych: skrętkę, linię zasilającą, fale radiowe i sieć Ethernet IP. Media transmisyjne mogą być ze sobą łączone przy pomocy sprzęgieł medialnych KNX. Aplikacje KNX są uruchamiane przy pomocy programu ETS, który jest narzędziem niezależnym od wytwórców urządzeń.

 

Biorąc pod uwagę długą drogę od pomysłu do produktu końcowego lista pytań nowicjusza chcącego zaimplementować KNX do nowego urządzenia może być całkiem długa:

• Które medium KNX (np. Skrętka czy fale radiowe) powinno być zastosowane?
• Jakie są wymagania KNX odnośnie oprogramowania?
• Jakich obiektów komunikacyjnych użyć – formaty danych – i jak są one programowane?
• Jakie są wymagania sprzętowe odnośnie nowego urządzenia?
• Czy są elementy standardowe?
• Jak urządzenie ma być uruchamiane, to znaczy jakiego trybu uruchamiania należy użyć?
• Czy jest jakaś pomoc, z której można skorzystać w czasie opracowywania nowego urządzenia?
• Jak wygląda proces certyfikacyjny?

 

Aby mieć lepszą orientację, które rozwiązanie będzie najlepiej dopasowane do waszych nowoprodukowanych urządzeń, pomocne jest zapoznanie się ze standardowymi elementami KNX, które dostępne są na rynku dla zastosowania z różnymi mediami komunikacyjnymi.
 

 

W celu uzyskania dalszych informacji o dostępnych elementach urzadzeń KNX proszę kontaktować się z następującymi firmami:

 

Eelectron	Opternus Components GmbH	Tapko Technologies GmbH	Weinzierl Engineering GmbH
www.eelectron.com	www.opternus.com	www.tapko.de	www.weinzierl.de

 

Aspekty implementacyjne związane z produkcją urządzeń TP KNX

 

Przy rozpoznawaniu rynku napotykamy się na kilka terminów technicznych takich jak „BIM“, „BCU“, „SIM“, „TPUART“, „chipset“ i „stos komunikacyjny“. Terminy te oznaczają różne możliwości produkcji nowych urządzeń TP KNX.

 

Porty magistralne - BCU „Bus coupling units“

Są to urządzenia systemowe zawierające obwody sprzęgające z magistralą KNX oraz mikroprocesor, i są produkowane w obudowie. Producent nowego urządzenia musi wyprodukować tylko moduł aplikacyjny jak również hardware i software aplikacji.

 

Moduły interfejsu magistralnego - BIM „Bus Interface Modules“ 

Są one zbudowane tak jak wnętrze BCU z dodatkowymi portami I/O. Moduły te (BIM) są sprzedawane jako elementy, które można lutować bezpośrednio do płytki drukowanej.

Występują wersje BIM z pamięcią flash 8kbyte i 48 kbyte, do której ładowane jest oprogramowanie aplikacyjne. T oprogramowanie tworzone jest w środowisku „Evaluationboard“, „On-Chip Debug Emulator“ i kompilatora C.

 

Moduły interfejsu szeregowego - SIM „Serial Interface Modules“

Zawierają one kompletny system komunikacyjny wraz z aplikacjami. Hardware i software aplikacyjny jest łączony z częścią komunikacyjną za pośrednictwem interfejsu szeregowego. Moduły te (SIM) są sprzedawane jako elementy, które można lutować bezpośrednio do płytki drukowanej.

 

BAOS „Bus Access and Object Server“

Moduł BAOS jest zarówno interfejsem KNX na poziomie telegramu jak i na poziomie kodowania danych (KNX Application Layer). Format telegramu jest zgodny z FT1.2.Dostępny jest zoptymalizowany protokół transmisji szeregowej do komunikacji na poziomie danych.

 

Chip

Chipy modułów BIM są oferowane w celu obejścia wymogów mechanicznych dotyczących kompletnych modułów BIM. Jeśli chodzi o oprogramowanie nie ma różnicy pomiędzy modułem BIM a chipem.

 

TPUART

TPUART zawiera wyłącznie sprzęg do magistrali KNX. Oprogramowanie komunikacyjne dostarczane jest z mikrosterownika. TPUART jest produkowany by z jednej strony zwolnić mikrosterownik z obowiązku kodowania i dekodowania bitów a z drugiej strony by pozwolić na sprzęg do magistrali KNX za pośrednictwem różnego rodzaju mikrosterowników.

 

Stos komunikacyjny

Aby wprodukować urządzenie KNX dysponując TPUART, potrzebny jest stos komunikacyjny. Takie rozwiązanie jest najbardziej efektywnym, elastycznym i ekonomicznym sposobem produkcji urządzeń KNX. Aby wyeliminować konieczność zapoznawania się wytwórcy ze szczegółami dotyczącymi komunikacji w systemie KNX, sprzedawcy systemu KNX oferują stos komunikacyjny KNX. Sprzęg do magistrali KNX realizowany jest za pośrednictwem TPUART, FZE1066. Stos komunikacyjny KNX ma dodatkowe interfejsy do zaprogramowania aktualnej aplikacji.

 

Jakie rozwiązanie jest właściwe?

Stosowanie modułów (BIM, SIM BAOS) zalecane jest w przypadku małych ilościowo serii produkcyjnych. Wymagają one mniejszych kosztów jeśli idzie o produkcję i certyfikację. Są idealne na rozpoczęcie produkcji urządzeń dla systemu KNX. Jeśli nie dysponujemy wystarczającą przestrzenią lub też wielkość produkcji się zwiększa interesującym rozwiązaniem staje się chip. Wstępny koszt jest trochę większy niż w wypadku modułu BIM. TPUART jest najpopularniejszym rozwiązaniem w wypadku dużej produkcji. Zaletą TPUART jest niski koszt na jednostkę produkcji. Z drugiej strony są to jednak największe koszty związane z nakładami produkcyjnymi i kosztem certyfikacji. W szczególnych przypadkach najlepsze może być wykorzystanie a Bit Transceivera (FZE1066).

 

 

Aspekty implementacyjne związane z produkcją urządzeń KNX PL

 

Podobnie jak dla skrętki, standardowe porty magistralne (BCU) i moduły (PIM) są również dostępne w wypadku zastosowania w nowym urządzeniu medium komunikacyjnego KNX PL (110).

 

Porty magistralne - BCU „Bus coupling units“

Są to urządzenia systemowe zawierające obwody sprzęgające z magistralą KNX, mikroprocesor i są produkowane w obudowie. Producent nowego urządzenia musi wyprodukować tylko moduł aplikacyjny jak również hardware i software aplikacji.

 

Moduły interfejsu do linii zasilającej - PIM „Powerline Interface Modules“

Są one zbudowane z elementów niskonapięciowych portu magistralnego BCU. Moduły te (PIM) są sprzedawane jako elementy, które można lutować bezpośrednio do płytki drukowanej wraz z innymi elementami sprzęgającymi do sieci zasilającej.

 

ACIS ze stosem komunikacyjnym - ACIS with Communication Stack

ASIC dla PL110 odpowiedzialny jest za wysyłanie i odbieranie bitów. Aby zbudować urządzenie w standardzie KNX w oparciu o ASCI potrzebny jest stos komunikacyjny oprogramowania odpowiedzialnego za komunikację po linii zasilającej. Stos komunikacyjny zawiera interfejsy do programowania aplikacji.

 

Jakie rozwiązanie jest właściwe?

W przypadku kompletnego elementu podtynkowego i małej liczby egzemplarzy, port magistralny (BCU) zapewnia najlepsze wyniki ekonomiczne. Dla średniej liczby egzemplarzy zalecany jest moduł PIM – dostępny jest schemat obwodowy. Produkcja urządzeń PL z użyciem ASIC i stosem komunikacyjnym wymaga większych inwestycji w porównaniu z użyciem portów komunikacyjnych BCU i modułów PIM, dlatego jest zalecana tylko w wypadku dużej liczby produkowanych urządzeń.

 

 

Aspekty implementacyjne związane z produkcją urządzeń KNX RF

 

Produkcja urządzeń KNX RF nie wymaga specjalnych elementów KNX. Jednakże aby zredukować potrzebny do produkcji czas i nakłady finansowe, pożytecznym jest wykorzystanie gotowych modułów RF – zwykle w wypadku produkcji na małą skalę. Węzeł KNX RF składa się zasadniczo z następujących elementów:

 

Chip Transceivera

W wypadku elementów KNX RF nie jest potrzebny do tego specjalny chip.

Obecnie dostępnych jest kilka chipów, które można zastosować aby zbudować węzeł KNX RF. Dla urządzeń jednokierunkowych dostępne są tanie chipy mogące sygnały tylko nadawać.

 

Obwód RF

Jest to transciver wraz z kilkoma pasywnymi elementami obwodu RF. W oparciu o udostępniony przez producenta projekt chipu, kompletny obwód RF może zostać zaprojektowany i zoptymalizowany tak by spełniał wymagania standardu KNX RF.

 

Microcontroller

Rdzeniem każdego urządzenia KNX jest mikrosterownik, który obsługuje komunikację jak również aplikację tego urządzenia. Jednym z najważniejszych wymagań w stosunku do urządzeń RF jest mały pobór mocy. Logika umożliwiająca podłączenie transcivera jest zawarta w większości współczesnych mikrosterowników.

 

Stos komunikacyjny

Standard KNX definiuje skomplikowany protokół, do którego dopasowanie się wymaga dużego wysiłku jeśli chodzi o implementację jak i późniejszą certyfikację. Dla urządzeń KNX RF stos komunikacyjny to oprogramowanie systemowe. Steruje ono transciverem i całkowicie obsługuje komunikację łącznie z procedurą konfiguracji urządzenia. Stos komunikacyjny ma interfejs (API) do programu aplikacyjnego urządzenia.

Aspekty implementacyjne związane z produkcją urządzeń KNX IP

 

Transmisja telegramów KNX za pośrednictwem Ethernetu zdefiniowana jest jako KNXnet/IP i jest częścią standardu KNX. . Dotychczas specyfikacja ta określała stosowanie tego medium dla interfejsów PC i dla ruterów. Rutery IP są odpowiednikami sprzęgieł liniowych, z wyjątkiem stosowania ich do linii głównych. Ponadto obecnie możliwe jest również integrowanie końcowych urządzeń KNX bezpośrednio poprzez IP do sieci KNX. To dlatego IP (Internet Protokol) Ethernet jest w pełni wartościowym medium z punktu widzenia KNX. Wytwarzanie urządzeń KNX IP nie wymaga specjalnych elementów KNX. Węzeł KNX IP składa się zasadniczo z następujących elementów:

 

 

Sterownik Ethernetowy

Sterowniki Ethernetowi są produkowane przez różne firmy produkujące półprzewodniki. Sterowniki Ethernetowi zasadniczo spełniają wymagania standardu KNX IP. Zwykle wystarczające są sterowniki o szybkości 10 MBits.

 

Microcontroller

Wybór mikrosterownika zależy od żądanej mocy obliczeniowej potrzebnej dla danego urządzenia. KNXnet/ IP może być zasadniczo implementowane na sterownikach 8mio bitowych. Jeśli aplikacja tego wymaga mogą być stosowane mocniejsze sterowniki. Wiele sterowników ma już interfejs do Ethernetu w samym chipie. W tym wypadku trzeba go tylko uzupełnić o warstwę fizyczną.

 

Stos komunikacyjny

Oprogramowanie systemowe urządzenia KNX IP składa się z dwóch stosów protokołów. Komunikacja za pośrednictwem Ethernetu wymaga stosu IP z UDP (User Datagram Protocol)z tego względu, że KNXnet/IP jest oparty o komunikację „bezpołączeniową” (connectionless).Telegramy „unicast” i „multicast” transmitowane są poprzez UDP. Stos KNX umieszczony jest na szczycie stosu IP/UDP. Jest to wspólne jądro KNX (KNX Common Kernel), które musi być implementowane w każdym rodzaju urządzenia. Stos KNX używa stosu IP/UDP jako interfejsu do systemu KNX. Tłumaczenie telegramów KNX na telegramy UDP jest dokonywane poprzez KNXnet/IP. Aplikacje KNX maja dostęp do API (Application Program Interface) stosu KNX by komunikować się z całym systemem.

 

Jakie rozwiązanie jest właściwe?

Wybór właściwego sprzętu (hardwaru) zależy od typu aplikacji. Obecnie na rynku dostępne są implementacje sprzętowe wyprodukowane specjalnie na użytek urządzeń KNX IP. Oferowane są również odpowiednie stosy. Dla złożonych urządzeń można użyć mocniejszego systemu operacyjnego, np. Linux, który zawiera już stos IP z UDP. W takim przypadku wymagany jest tylko stos KNX i odpowiedni program aplikacyjny.