Выключатель со встроенным радиопередатчиком и харвестером энергии для систем управления освещением

Фирма Cherry (ZF Electronics) хорошо известна благодаря своим электромеханическим компонентам (переключателям, датчикам и т. д.). Также в номенклатуре компании присутствуют выключатели со встроенным радиопередатчиком и харвестером энергии, которые не требуют собственного элемента питания. Такое решение идеально подходит для создания систем освещения. Понимая это, ZF Electronics представила новые специализированные одно- и двухклавишные выключатели AFIM-101x, выполнение в традиционном форм-факторе 55х55 мм.

Беспроводные переключатели от ZF Electronics работают без элементов питания

Рис. 1. Беспроводные переключатели от ZF Electronics работают без элементов питания

Традиционная организация освещения предусматривает прямую коммутацию осветительных приборов с помощью выключателей света. При этом разводка цепей проводится силовыми проводами от осветительного прибора и от выключателя к щитку (распределительной коробке) (рис. 2). 

Традиционная разводка освещения

Рис. 2. Традиционная разводка освещения

У такого решения есть несколько недостатков:

  • необходимость укладки проводов как до светильника, так и до выключателя;
  • значительная суммарная длина кабелей;
  • необходимость штробления стен или размещения коробов;
  • невозможность «безболезненного» переноса выключателей и т. д.

Конечно, современные системы позволяют заменить силовые провода, идущие от выключателя, на информационную шину или вовсе отказаться от проводов в пользу беспроводного интерфейса. Однако в первом случае все равно придется иметь дело с проводкой, а второй вариант, как правило, оказывается слишком дорогим. Кроме того, существующие беспроводные решения требуют собственного элемента питания (аккумулятора или батарейки). К счастью, большинство проблем было чрезвычайно элегантно решено компанией ZF Electronics.

При включении света пользователь нажимает на клавишу, прилагая механическое усилие. Инженеры из ZF Electronics предложили не тратить это усилие впустую, а преобразовать его в электрическую энергию, которую далее можно потратить на питание радиопередатчика. При этом возможно переслать управляющей системе информацию о состоянии клавиши.

Предложенный концепт оказывается вполне реализуемым, тем более что ZF Electronics достаточно давно выпускает беспроводные переключатели. Их основным элементом является харвестер механической энергии или, говоря по-простому, генератор (рис. 3). Принцип его работы заключается в том, что при нажатии на кнопку происходит смещение постоянного магнита. Это приводит к возникновению движущегося магнитного поля, которое генерирует электрический сигнал в катушке, намотанной на миниатюрном сердечнике.

Принцип действия электро-механического генератора в переключателе

Рис. 3. Принцип действия электро-механического генератора в переключателе

Полученный электрический импульс запасается и преобразуется в напряжение питания для радиопередающего модуля (рис. 4). В настоящее время для передачи используются наиболее популярные открытые диапазоны частот 868 МГц,915 МГц и 2,4 ГГц. Благодаря этому, с их помощью, возможно организовать большинство популярных протоколов, в том числе KNX-RF и ZigBee.

Схема безбатарейных беспроводных переключателей от ZF Electronics

Рис. 4. Схема безбатарейных беспроводных переключателей от ZF Electronics

Сейчас номенклатура ZF Electronics включает как сами генераторы (моностабильный AFIG-0007 и бистабильный AFIG-0007), так и различные бескорпусные и корпусные выключатели (рис. 5). Интересно, что внешне они похожи на самые обыкновенные выключатели, за исключением того, что у них вместо выводов есть проводная антенна.

Генераторы и микропереключатели от ZF Electronics

Рис. 5. Генераторы и микропереключатели от ZF Electronics

Большинство переключателей и микровыключателей от ZF Electronics используют для передачи фирменный протокол ZF Protocol (868 МГц или 915 МГц). Для приема их сообщений необходимо использовать ресиверы AFZE-1003 (868 МГц), AFZE-5003 (915 МГц) (рис. 6). После получения сигналов от выключателей приемник может напрямую управлять осветительными приборами, для этого у него предусмотрены низковольтные (48 В) и высоковольтные (230 В) релейные выходы, а также трансиверы RS232 и RS485 для подключения к информационным шинам. Настройка приемника осуществляется с помощью USB-интерфейса и прикладного ПО от ZF Electronics.

AFZE-1003/ AFZE-5003 – приемники радиосигналов микропереключателей от ZF Electronics

Рис. 6. AFZE-1003/ AFZE-5003 – приемники радиосигналов микропереключателей от ZF Electronics

Для быстрого знакомства с законченной системой из датчиков и приемника компания ZF Electronics предлагает отладочные наборы: AFIK-1002 (868 МГц) и AFIK-5002 (915 МГц) (рис. 7). Они включают в себя приемники, выключатели, антенны, кабели и руководство пользователя. 

Отладочный набор AFIK-1002 для беспроводных переключателей

Рис. 7. Отладочный набор AFIK-1002 для беспроводных переключателей

Очевидно, что все перечисленные компоненты имеют высокий потенциал для применения в множестве самых различных областей. В частности идея беспроводных выключателей является чрезвычайно интересной для систем освещения. Однако для ее внедрения необходимо выполнить следующие условия: организовать поддержку традиционных протоколов (KNX или ZigBee) и создать подходящее корпусное исполнение. Идя навстречу потребителям, инженеры ZF Electronics сделали всю грязную работу и предложили готовые выключатели, выполненные в традиционном форм-факторе 55x55 мм, со встроенным радиопередатчиком, генератором и поддержкой популярных протоколов (рис. 8). Единственное, что потребуется от потребителя при установке, это организовать клавишную систему и рамку, что не является особой проблемой.

Беспроводной переключатель на базе AFIM-101x

Рис. 8. Беспроводной переключатель на базе AFIM-101x

В настоящее время к услугам разработчиков и потребителей предлагаются следующие модели выключателей:

  • AFIM-1007 – одноклавишный выключатель с протоколом ZF868 МГц (поставляется по запросу);
  • AFIM-1008 – одноклавишный выключатель с протоколом Enocean 868 МГц;
  • AFIM-2001– одноклавишный выключатель с протоколом ZF2,4 ГГц (поставляется по запросу);
  • AFIM-2003 – одноклавишный выключатель с протоколом ZigBee GP (будет доступен в 2017 году);
  • AFIM-1010 – двухклавишный выключатель с протоколом KNX-RF868 МГц;
  • AFIM-1011 – двухклавишный выключатель с протоколом Enocean 868 МГц;
  • AFIM-2002 – двухклавишный выключатель с протоколом ZF2,4 ГГц (поставляется по запросу);
  • AFIM-2004 – двухклавишный выключатель с протоколом ZigBee GP (будет доступен в 2017 году);
  • AFIM-1013 – двухклавишный выключатель с протоколом ZF868 МГц (поставляется по запросу).

Кроме самих беспроводных выключателей для пользователей доступны дополнительные модули (рис. 9).

AFZE-1008 – ресивер KNXRF. Его главной целью является прием радиосообщений по протоколу KNX RF и ретрансляция их в проводной интерфейс KNX. Таким образом, AFZE-1008  по сути представляет собой мост между KNX RF и KNX.

AFZM-0001 – адаптер-программатор для модулей выключателей. Выключатели имеют возможность настройки различных параметров, однако для этого необходимо обеспечить подключение программатора и постоянное питание. AFZM-0001 работает от пары батареек AAA (1,2…1,5 В) и при подключении к беспроводному выключателю переводит его в режим программирования.

Элементы беспроводной системы для работы с протоколом KNX

Рис. 9. Элементы беспроводной системы для работы с протоколом KNX

Совсем недавно была опубликована достаточно интересная и позитивная новость, касающаяся практического применения описанной технологии. Компания NXP представила беспроводную систему управления освещением, построенную на базе выключателей от ZF Electronics и сверхминиатюрного беспроводного микроконтроллера JN5168 от NXP.

В этой системе микроконтроллеры JN5168 принимали сигналы от беспроводных выключателей по ZigBee и управляли работой светодиодной лампы. При этом сами микроконтроллеры имеют столь малые размеры (6x6 мм), что вся система управления уместилась в стандартном цоколе Е27 (рис. 10)!

Система управления на базе микроконтроллера JN5168 умещается в цоколе лампы E27

Рис. 10. Система управления на базе микроконтроллера JN5168 умещается в цоколе лампы E27

В качестве заключения хочется выделить преимущества представленного решения для потребителей:

  • свободное размещение выключателей;
  • «безболезненное» перемещение выключателя в любое место и в любое время;
  • отсутствие необходимости протяжки проводов к выключателям;
  • освобождение от рутинной работы по штроблению стен и прокладки коробов для проводов;
  • нет необходимости менять элементы питания (батарейки и аккумуляторы);
  • поддержка различных протоколов в том числе: ZF Protocol (868 МГц,915 МГц), ZigBee GP, KNX-RF, Enocean 868 МГц;
  • одноклавишные и двухклавишные решения;
  • значительный радиус действия до 30 м (в здании);
  • уникальные ID позволяют использовать множество выключателей одновременно;
  • «нулевой» уровень потребления;
  • значительный срок службы до 1 миллиона переключений;
  • возможность использования традиционных цоколей Е27 при использовании микроконтроллерной системы на базе сверхминиатюрного беспроводного микроконтроллера JN5168 от NXP.

Характеристики выключателей AFIM-1010:

  • тип: беспроводной безбатарейный двухклавишный выключатель;
  • протокол: KNX-RF 2.0 S-mode;
  • частота передачи: 868.3 МГц;
  • дальность действия: 30 м (внутри здания);
  • длительность передачи (типовое): 19 мс;
  • диапазон рабочих температур: -20…+45 °C;
  • габаритные размеры: 40x40x11,2 мм;
  • корпус рамки: 55x55 мм.
Производитель: CHERRY Electrical Products
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
AFIM-1010
CHERRY Electrical Products
Арт.: 2264151 ИНФО PDF
Поиск
предложений
Двухклавишный выключатель с протоколом KNX-RF868 МГц
AFIM-1010
-
Поиск
предложений

Сравнение позиций

  • ()