低功耗以太網(wǎng)PHY對于樓宇自動(dòng)化的深遠影響

以太網(wǎng)（電氣和電子工程師協(xié)會(huì )[IEEE] 802.3）在樓宇自動(dòng)化中的使用量正在增長(cháng)，使得使用增強型傳感器和控制網(wǎng)絡(luò )的智能樓宇能夠管理環(huán)境系統（如照明和暖通）、訪(fǎng)問(wèn)控制、安保系統、安全系統，甚至預防性維護監控。新型樓宇通常使用帶專(zhuān)用5類(lèi)增強型（Cat5e）布線(xiàn)、以太網(wǎng)交換機和路由器的樓宇自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò )。即使是現有的樓宇空間也在進(jìn)行改裝，以適應聯(lián)網(wǎng)的傳感器和控制裝置。

改裝具有挑戰性基于兩個(gè)原因：

●需為最初未配置電源的部位提供電源。

●安裝空間有限，因為多數改裝的樓宇起初并未設計用于容納墻壁、天花板和地板中的傳感器和控制器。

盡管許多商業(yè)和工業(yè)樓宇最初設計用于適應輕松重新配置內部空間，但支持易于配電并提供小尺寸的傳感器和控制器技術(shù)使得使用以太網(wǎng)基自動(dòng)化改裝這些樓宇更為可行。

在樓宇自動(dòng)化中部署以太網(wǎng)

以太網(wǎng)在樓宇自動(dòng)化中的使用量正在增長(cháng)歸于以下幾個(gè)原因。

首先，作為一種成熟的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，它提供了一個(gè)完善的硬件和軟件生態(tài)系統，使工程師能夠快速開(kāi)發(fā)即插即用的解決方案。它位于開(kāi)放系統互連模型的基礎，因此支持使用基于標準的數據通信進(jìn)行聚合、傳輸、交換、處理和存儲。

其次，以太網(wǎng)可集成不同供應商的產(chǎn)品，避免使用專(zhuān)有接口。

第三，以太網(wǎng)提供比多數現有的點(diǎn)對點(diǎn)或面向總線(xiàn)的通信協(xié)議更快的數據速度。這歸于三個(gè)原因：

●許多傳感器以低數據速率運行，因此可由單個(gè)控制器實(shí)體提供服務(wù)。而該實(shí)體將其較慢的數據流聚合到轉儲到網(wǎng)絡(luò )上的單個(gè)高速數據流中，從而減少了將數據帶到集中管理和運營(yíng)中心所需的物理連接數量。

●更快的數據速度意味著(zhù)可更快地響應在傳感器端檢測到的事件。這對于安全相關(guān)系統（火災、煙霧、二氧化碳、氣體檢測等）、安保和訪(fǎng)問(wèn)控制至關(guān)重要。

●更高的數據速率擴展了某些類(lèi)型傳感器的部署 - 最顯著(zhù)的是用于監視的攝像頭。IP網(wǎng)絡(luò )攝像頭IPNCs）取代了基于模擬的閉路電視攝像頭技術(shù)。該技術(shù)使用模擬圖像傳感器，以及依賴(lài)于專(zhuān)用同軸電纜的模擬傳輸系統。IPNC生成完全數字化的視頻流，并具有內置網(wǎng)絡(luò )協(xié)議引擎，允許使用Cat5e電纜連接到100BASE-TX網(wǎng)絡(luò )。

綜合電源和網(wǎng)絡(luò )

能夠更廣泛部署IPNC的另一個(gè)因素是IEEE 802.3標準的擴展，以包括以太網(wǎng)供電（PoE）。IEEE 802.3at-2009和IEEE 802.3bt引入了支持通過(guò)Cat5e進(jìn)行電力傳輸的標準。如標準中所述，備選方案A使用有效數據對來(lái)傳輸功率，而備選方案B使用備用雙絞線(xiàn)，從而分離數據和功率。

大多數IPNC目前使用100BASE-TX。它使用兩對Cat5e雙絞線(xiàn)，留下備用雙絞線(xiàn)供電。標準定義了位于電纜兩端的兩個(gè)實(shí)體。供電設備（PSE）負責向電纜另一端的受電設備（PD）進(jìn)行電力輸送。標準定義了四種不同類(lèi)型的使用場(chǎng)景，它們對應于最大功率傳輸能力的四個(gè)級別。表1總結了這些類(lèi)型。

表1：PoE類(lèi)型和電力傳輸規范

從表中可以看出，每種類(lèi)型都支持在PD可用的有限功率預算。因此，在PSE和PD中使用節能設備至關(guān)重要。

系統示例

圖1所示為使用PoE的示例樓宇自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò )。此示例所示為傳感器控制器和連接到網(wǎng)絡(luò )交換機的IPNC的組合。而網(wǎng)絡(luò )交換機也是電源注入器。以標準化語(yǔ)言講，它是PSE。鏈路另一端的傳感器控制器和IPNC是PD。在每個(gè)PD中合并物理層（PHY）處理以太網(wǎng)通信。

鑒于PoE旨在使傳感器（如IPNC）能夠部署到可能無(wú)可用功率或難以配置功率的位置，因此PHY消耗盡可能少的功率預算。從表1中可看出，1類(lèi) PoE鏈路在PD端的功率預算為12.95 W。功率轉換和調節模塊會(huì )有一些損耗，使得應用電路可用的功率小于12.95 W。PHY應僅消耗幾百毫瓦或更少功率，為傳感器節點(diǎn)或IPNC留下絕大部分功率。

圖1：樓宇自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò )拓撲的示例

DP83825I10- / 100-以太網(wǎng)PHY為樓宇自動(dòng)化組件（如傳感器控制器、照明控制器和IPNC）提供緊湊型低功耗連通性解決方案。它在100 Mbps時(shí)僅消耗135 mW，采用24管腳、3 mm×3 mm、四方扁平無(wú)管腳封裝，是業(yè)界最小的一種10/100 PHY。DP83825I具有介質(zhì)相關(guān)接口和介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制（MAC）接口中的集成終端電阻，以及減少MAC上介質(zhì)獨立接口的低管腳數，使系統設計人員能夠實(shí)現小型解決方案并分配更多電路板空間和應用電路的電源。