[온세미=마이크 샌디크(Mike Sandyck)] 최근 몇 년간 기업의 스마트 기술 채택이 증가하면서 더욱 자동화된 세상이 됐다. 중앙 컨트롤러에 네트워크로 연결된 행위자를 통해 자동화를 가능하게 한다. 여기에는 데이터를 기반으로 의사 결정을 실행하는 스마트 액추에이터(actuator)를 포함한다. 사용되는 데이터는 클라우드 서비스에 의해 집계될 수 있을 뿐만 아니라 스마트 센서와 같이 연결된 다른 행위자를 사용해 일부 수집할 수 있다.

이러한 자동화는 에너지 효율을 개선에 중요한 역할을 하고 기업과 주택 소유자가 즉각적인 환경을 효과적으로 제어할 수 있다. 모니터링과 원격 관리, 유틸리티 측정, 보안 강화와 같은 기능을 사용할 수 있다.

이 수준의 빌딩 관리와 자동화를 가능하게 하는 수많은 유형의 네트워크로 전 세계 산업화된 국가에서 빠르게 성장하고 있다. KNX는 전 세계적으로 4억 여개의 네트워크 디바이스가 구축된 전 세계 유일의 개방형 벤더 독립 표준으로, 애플리케이션(앱) 공간에서 선도적인 프로토콜로 간주된다.

KNX 협회에는 500개 이상의 회원사와 9만 3000개 이상의 설치 파트너가 있다. 이들은 최소 190개국에 배포된 8000개 이상의 인증 제품을 함께 개발했다. KNX 네트워크는 1000m 세그먼트에서 256개의 주소 지정 가능한 디바이스와 네트워크에서 최대 256개의 세그먼트를 지원하는 다용도의 확장 가능하다.

[표 1] KNX 버스 국제와 지역 통신 표준

국제 ISO / IEC 14543-3
유럽

EN 50090

EN 13321-1

미국 ANSI / ASHRAE 135
중국 GB/T 20965

 

KNX 버스의 통신 프로토콜은 여러 국제 지역 표준[표 1]을 통해 표준화했고, KNX 협회가 관리한다. 여러 기존 통신 프로토콜들의 장점을 결합해 트위스트 페어, RF·IP를 포함한 다양한 미디어에 배포할 수 있는 OSI 기반 프로토콜을 구축한다.

이 매체 중 가장 인기 있는 것은 단순한 트위스트 페어 배선일 것이다. 이 구성에서 케이블은 데이터와 전력을 모두 전달하지만 제공된 전력은 순전히 노드의 회로에 공급하기 위해서다.

스마트 빌딩의 상호 운용성

이 비유는 KNX 네트워크에서 서로 다른 공급업체의 디바이스가 호환하는 방식을 설명하도록 확장될 수 있다. 상호 운용성은 여러 공급업체와 제조업체를 지원하는 모든 인프라의 핵심 요구 사항이다. 이는 KNX 협회가 관리하는 인증 프로그램을 통해 상호 운용성이 보장된다.

인증의 일부는 제조업체가 프로토콜 기능과 지원되는 프로파일을 다루는 KNX 규격의 주요 부분에 대한 규정 준수(compliance)를 입증해야 한다. 또 제품은 표준 데이터 유형과 선택적 기능 블록의 인터네트워킹 요구 사항을 충족해야 한다.

[그림1] KNX는 자동화된 세계를 연결하고 있다.
[그림1] KNX는 자동화된 세계를 연결하고 있다.

이러한 수준의 규정 준수는 KNX 협회의 의도가 아니지만 OEM에게 도전 과제다. 새로운 제품을 시장에 출시하는 것을 가능하도록 단순하게 만드는 것이 이들과 더 넓은 생태계의 이익이다. 이를 지원하기 위해 협회는 이전에 인증된 제품을 기반으로 신제품에 대해 더 간단한 인증 경로를 제공한다.

공식 용어는 파생 제품 또는 OEM 제품이며, 사용 중인 제품이 KNX 협회 회원으로부터 공급하고 해당 제품이 이미 인증된 경우에 적용된다. OEM은 추가 테스트 없이 자체 라벨이 부착된 제품을 자유롭게 판매할 수 있다.

이 상속된 규정 준수는 시스템의 가장 중요한 두 가지 요소인 물리적 계층과 소프트웨어 스택과 관련이 있다. 이러한 요소가 수정 없이 인증되고 존재하는 경우, OEM 제품은 규정을 준수하는 것으로 간주하며 이와 같이 판매될 수 있다.

KNX의 단순화

빌딩 자동화 앱 채택을 가속화하기 위해 온세미는 업계 최초로 사전 인증된 KNX SiP(System-in-Package)를 개발했다. NCN5140S는 소프트웨어 스택과 함께 물리 계층(PHY)과 미디어 액세스 컨트롤러(MAC)를 포함해 KNX 디바이스의 중요하고 인증 가능한 요소를 갖추고 있다.

[그림 2]
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이러한 요소는 Arm Cortex-M0+ 기반 마이크로 컨트롤러와 함께 NCN5140S에 통합된다[그림 2].

PHY와 스택은 사전 인증을 받았기 때문에, NCN5140S 기반 제품은 파생 제품 또는 OEM 제품으로 간주한다. 따라서 신제품은 전체 적합성 테스트를 거치지 않고 KNX 제품 수정 선언(KNX Declaration of Product Modification)만 수행하면 된다. 이를 통해 OEM은 KNX 신제품 개발의 시간과 비용을 크게 절감할 수 있다.

SiP는 조명, HVAC 시스템, 윈도우 블라인드, 셔터, 액세스 시스템을 제어하는 사용자 패널 형식인 네트워크 컨트롤러의 개발을 위해 설계됐다.

NCN5140S는 설치자가 설치 중에 패널을 구성할 수 있는 소프트웨어 툴을 사용하여 추가로 사용자 정의를 할 수 있다. 이는 KNX 협회가 제공하는 제조업체 독립 구성 툴인 ETS(Engineering Tool Software)를 사용해 수행된다. ETS는 데이터베이스에 저장된 인증 제품의 세부 정보에 액세스하고 인증 제품을 구성하는 데 사용된다.

이 고급 사용자 지정은 기본 펌웨어를 변경하지 않기 때문에 인증에 영향을 미치지 않으므로 SiP를 여러 제품의 기반으로 사용할 수 있다. 시스템의 구성 부품에서 개발된 제어판에는 동일하지 않을 것이다. 이 사전 통합·인증을 통해 NCN5140S 기반 제품을 파생 제품으로 평가한다.

정전식 터치 감지 단순화

터치 감지 인터페이스를 개발하는 것은 어려울 수 있다. 이는 피코 패럿(pico Farads)의 순서로 작은 정전 용량 변화를 감지하여 작동하는 경향이 있다. PCB 설계 방식에 주의가 필요하지만, 정전식 터치 감지 버튼을 인터페이스하는 데 필요한 펌웨어도 온세미에서 제공한다.

이 앱 소프트웨어는 인증된 스택과 함께 바이너리로 제공한다. 파일은 어셈블리되는 동안 NCN5140S에 프로그래밍되어야 하지만 설치하는 동안 ETS를 사용해 구성할 수 있다.


① OEM이 최종 어셈블리와 설치 과정에서 수행해야 하는 세 가지 단계는 다음과 같다.

② 바이너리 파일을 NCN5140S의 마이크로컨트롤러에 플래시한다.

③ KNX 버스 인터페이스를 통해 수행되는 제품의 고유한 네트워크 ID와 응용 프로그램 옵션을 구성한다.

④ KNX ETS 데이터베이스를 사용하여 장치 매개변수를 설정한다.


생산 중에 NCN5140S를 프로그래밍한 다음 고유한 네트워크 ID로 구성할 수 있다. 이 시점에서 입력의 수와 유형(최대 8개의 일반 또는 정전식 터치 감지 버튼)은 물론 작동 모드(스위칭 또는 조광)도 정의한다. 출력 유형과 수(단순 또는 RGB LED)도 설정된다.

설치 관리자는 ETS 데이터베이스를 사용해 컨트롤러에서 제공하는 서비스를 구성한다. 장치 이름, 스위치 동작, 조광 매개변수, 타이머(해당하는 경우), 장면(다양한 시간, 방 또는 일광 조건에 대한 조광 수준)이 여기에 포함한다.

KNX 프로토콜은 홈·빌딩 자동화를 제공하는 강력한 플랫폼이다. 스마트 에너지 미터를 통해 모든 유형의 빌딩을 보다 에너지 효율적으로 만드는 데 도움을 줄 수 있는 수준의 자동화에 대한 요구가 증가하고 있다.

이렇게 성장하는 생태계와 전 세계 수천 명의 설치자들과 함께 KNX는 빌딩 자동화 환경에서 지배적인 프로토콜이 되고 있다. NCN5140S는 KNX 제품의 개발과 인증을 간소화하기 위한 중요한 단계이다.

 

 

 

글: 마이크 샌디크(Mike Sandyck)

자료제공: 온세미(www.onsemi.com)

 

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