作者：ADI公司 Michal Raninec，系統(tǒng)應(yīng)用工程師

樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）將照明、能源、HVAC、安全和安保集成到單個(gè)直觀的系統(tǒng)中，從而在樓宇的最佳運(yùn)行效率與居住者的生產(chǎn)率和舒適度之間取得平衡。盡管樓宇自動(dòng)化市場(chǎng)非常保守，但它卻取得了可觀的增長(zhǎng)，主要推動(dòng)因素是能源價(jià)格上漲、對(duì)節(jié)能的認(rèn)識(shí)提高以及政府在消防和安保領(lǐng)域的舉措不斷增加。新的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)（例如UL 217煙霧報(bào)警器標(biāo)準(zhǔn)）已經(jīng)生效，目的是讓建筑物更安全、更高效、更舒適。這些趨勢(shì)刺激了新的樓宇自動(dòng)化產(chǎn)品和解決方案的開(kāi)發(fā)，促使制造商以更短的開(kāi)發(fā)周期交付新技術(shù)。這種節(jié)奏變化為BAS公司提供了通過(guò)平臺(tái)化、功耗更低、尺寸更小的靈活系統(tǒng)解決方案滿(mǎn)足此類(lèi)需求的機(jī)會(huì)。

有些產(chǎn)品常常缺乏當(dāng)今瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)所重視的創(chuàng)新敏捷性，樓宇自動(dòng)化控制器就是其中的一個(gè)典型例子?？刂破魇荁AS的大腦，其從建筑物中廣泛部署的傳感器獲取數(shù)據(jù)，并執(zhí)行系統(tǒng)響應(yīng)。這意味著控制器需要有一定數(shù)量的輸入和輸出通道。有些控制器僅提供固定的通道功能，導(dǎo)致架構(gòu)包含未使用的通道。這些額外的未使用通道會(huì)有一些關(guān)聯(lián)費(fèi)用無(wú)法從客戶(hù)那里收回。然而，如果每個(gè)通道都有完全重新配置的能力，那么所有通道都能得到利用。在理想情況下，BAS應(yīng)具有一定數(shù)量的備用通道，以使客戶(hù)不必為未使用的功能付費(fèi)。使通道功能完全可配置可為BAS的設(shè)計(jì)和部署提供最大的靈活性。

圖1.利用AD74412R可在每個(gè)開(kāi)發(fā)階段提高投資回報(bào)率

傳統(tǒng)上，樓宇自動(dòng)化控制器的固定和可配置通道均采用分立實(shí)現(xiàn)方式。但是，分立實(shí)現(xiàn)的可配置通道控制器的物料清單（BOM）可能包含數(shù)百個(gè)元器件。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，分立式解決方案已經(jīng)變得非常高效，而且優(yōu)化得非常好，BOM成本降低到與這一對(duì)成本敏感的市場(chǎng)的預(yù)期一致的水平。然而，新趨勢(shì)和對(duì)敏捷開(kāi)發(fā)的更大需求凸顯了這種方法的一些主要缺點(diǎn)，例如：樓宇自動(dòng)化控制器的產(chǎn)品變體太多，導(dǎo)致規(guī)劃、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和物流異常復(fù)雜。因此，BAS解決方案必須根據(jù)總擁有成本而非簡(jiǎn)單化的BOM成本來(lái)評(píng)估。

集成與分立

根據(jù)需要重新配置通道的能力是消除用不著通道的正確方法，但單憑這點(diǎn)并不能解決控制器設(shè)計(jì)的其他缺點(diǎn)。關(guān)鍵概念是集成，通過(guò)集成簡(jiǎn)化通道設(shè)計(jì)、減小尺寸并提高性能。借助集成解決方案，利用軟件命令便可輕松配置任何通道的功能。軟件可配置的輸入/輸出（I/O）技術(shù)為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)重用和平臺(tái)化提供了可能性，最終將能降低BAS解決方案的總擁有成本，并為樓宇自動(dòng)化控制器的整個(gè)產(chǎn)品生命周期創(chuàng)造價(jià)值（參見(jiàn)圖1）。

控制器開(kāi)發(fā)的第一階段是系統(tǒng)架構(gòu)，此時(shí)要考慮所有客戶(hù)需求并定義新產(chǎn)品。即使在開(kāi)發(fā)的這一早期階段，分立解決方案的不靈活也是一個(gè)明顯的缺點(diǎn)。客戶(hù)的不同需求——例如輸入和輸出通道的比率或數(shù)量——可能導(dǎo)致產(chǎn)生多個(gè)設(shè)計(jì)，這會(huì)增加成本并阻礙對(duì)市場(chǎng)需求的敏捷響應(yīng)。集成的軟件可配置I/O支持平臺(tái)化，使得一個(gè)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的設(shè)計(jì)可以在不同應(yīng)用中重復(fù)使用。可重用性對(duì)于降低設(shè)計(jì)和生產(chǎn)成本至關(guān)重要，稍后將加以討論。

定義好產(chǎn)品之后，設(shè)計(jì)即啟動(dòng)。在此階段，設(shè)計(jì)重用充分顯示了其重要性。與分立實(shí)現(xiàn)不同，集成且可配置的I/O可以快速迭代，縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，并釋放寶貴的資源。硬件和軟件設(shè)計(jì)均從資源密集型、冗長(zhǎng)、多產(chǎn)品變體開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)向通過(guò)單一設(shè)計(jì)來(lái)滿(mǎn)足眾多需求，這樣可減少研發(fā)時(shí)間和成本，同時(shí)保持成熟架構(gòu)的高可靠性和穩(wěn)健性。利用集成式可重新配置設(shè)計(jì)的“任何引腳提供任何功能”方法，滿(mǎn)足不同應(yīng)用的需求要容易得多（參見(jiàn)圖2）。

圖2.軟件可配置I/O使任何引腳可提供任何功能

從業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)角度看，常規(guī)開(kāi)發(fā)策略的響應(yīng)速度很慢，會(huì)帶來(lái)不必要的風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致錯(cuò)失機(jī)會(huì)或錯(cuò)過(guò)客戶(hù)最后期限。集成式可配置I/O的靈活性和易用性有助于最大程度地提高投資回報(bào)率（ROI），同時(shí)盡可能縮短上市時(shí)間和收益時(shí)間。

完成設(shè)計(jì)階段之后，下一步是生產(chǎn)階段。從BOM的采購(gòu)和管理開(kāi)始，集成解決方案很快就會(huì)顯示出其優(yōu)勢(shì)。分立實(shí)現(xiàn)的通用控制器常常包含數(shù)百個(gè)元器件，這些元器件都需要采購(gòu)、在倉(cāng)庫(kù)中儲(chǔ)存并運(yùn)輸?shù)缴a(chǎn)設(shè)施。管理如此大量的不同元器件自然會(huì)增加總成本。而采用單芯片解決方案和可重復(fù)使用的設(shè)計(jì)，BOM物流就會(huì)簡(jiǎn)單得多——采購(gòu)部門(mén)需要打交道的供應(yīng)商更少，所需的儲(chǔ)存空間更小。

圖3.分立和集成通道功能實(shí)現(xiàn)的比較

由于元器件數(shù)量減少，PCB尺寸可減小多達(dá)40％，生產(chǎn)中的貼裝成本也顯著降低。此外，由于軟件可配置I/O支持設(shè)計(jì)重用，控制器制造商將需要更多同類(lèi)型的PCB。因此，電路板的批量折扣也有助于節(jié)省成本。圖3總結(jié)了分立和集成通道功能實(shí)現(xiàn)的比較。

最后但并非最不重要的一點(diǎn)是，與多個(gè)變體的分立實(shí)現(xiàn)相比，生產(chǎn)中的測(cè)試遵循統(tǒng)一的程序，設(shè)置所花費(fèi)的時(shí)間更少。設(shè)計(jì)復(fù)雜性的增加甚至可能會(huì)提升測(cè)試失敗的風(fēng)險(xiǎn)。集成式可重復(fù)使用解決方案可以從多方面節(jié)省成本和其他資源，認(rèn)證就是一個(gè)例子，此外還有成品物流、安裝、技術(shù)支持等方面。當(dāng)許多不同設(shè)計(jì)基于多個(gè)平臺(tái)時(shí)，與基于集成式軟件可配置I/O的通用可重用解決方案相比，對(duì)銷(xiāo)售、技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)和安裝技術(shù)人員的培訓(xùn)會(huì)更加繁瑣。

結(jié)論

軟件可配置I/O為樓宇自動(dòng)化市場(chǎng)帶來(lái)了創(chuàng)新，該市場(chǎng)傳統(tǒng)上偏保守，但在多種因素的推動(dòng)下，它正變得更加敏捷，并能更快地響應(yīng)不斷變化的客戶(hù)需求。集成和設(shè)計(jì)可重用性是實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵特性。有些人可能認(rèn)為集成解決方案是簡(jiǎn)單的BOM替代品，實(shí)際上可能會(huì)增加成本，但事實(shí)上，從更大的角度看待這件事，并考慮其在整個(gè)產(chǎn)品生命周期中創(chuàng)造的總體價(jià)值，集成解決方案很快就會(huì)打消任何疑問(wèn)。

為了克服分立設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)，ADI公司開(kāi)發(fā)了完全可通過(guò)軟件配置的I/O AD74412R。該器件將分立信號(hào)鏈集成在單個(gè)芯片中，并提供四個(gè)完全可配置的通道。從產(chǎn)品定義到設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，再到安裝與運(yùn)行，AD74412R可在整個(gè)控制器生命周期中創(chuàng)造價(jià)值。它是市場(chǎng)上的第一款此類(lèi)產(chǎn)品，為客戶(hù)提供一種簡(jiǎn)便的方法來(lái)增加投資回報(bào)，同時(shí)縮短產(chǎn)品上市時(shí)間和收益時(shí)間。

圖4.完全可通過(guò)軟件配置的集成I/O—AD74412R

作者簡(jiǎn)介

Michal Raninec是ADI公司自動(dòng)化與能源事業(yè)部工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案部門(mén)的前系統(tǒng)應(yīng)用工程師。其專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域包括電化學(xué)氣體檢測(cè)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。Michal畢業(yè)于捷克布爾諾科技大學(xué)，獲得電子工程碩士學(xué)位。