软件可配置 I/O 如何改变楼宇自动化

楼宇自动化系统 (BAS) 将照明、能源、暖通空调、安全和安保集成到一个直观的系统中，在楼宇运营的最佳效率与居住者的生产力和舒适度之间取得平衡。虽然楼宇自动化市场非常保守，但其增长主要是由于能源价格上涨、节能意识提高以及政府在消防安全领域的举措不断增加。新的标准和法规，例如烟雾报警器的 UL 217 标准，已经生效，使建筑物更安全、更高效、更舒适。这样的趋势刺激了新楼宇自动化产品和解决方案的开发，推动制造商在更短的开发周期内提供新技术。这种节奏的变化为 BAS 公司创造了机会，通过平台化的灵活系统解决方案来满足这些需求，提供更低的功耗和更小的尺寸。

楼宇自动化控制器是一个典型的例子，该产品通常缺乏在当今瞬息万变的市场中如此重要的创新敏捷性。控制器是 BAS 的大脑。他们从部署在整个建筑物中的传感器获取数据并执行系统的响应。这意味着控制器需要有一定数量的输入和输出通道。某些控制器仅提供固定通道功能，从而导致架构具有未使用的通道。这些额外未使用的渠道会产生无法从客户那里收回的相关成本；但是，启用每个通道的完全可重构性可确保可以使用所有通道。在理想情况下，BAS 应具有有限数量的备用、未使用的通道，以便客户无需为未使用的功能付费。启用通道功能的完全可配置性为 BAS 的设计和部署提供了最大的灵活性。

传统上，楼宇自动化控制器对固定和可配置通道使用离散实现。然而，离散实现的可配置通道控制器的物料清单 (BOM) 可能包括数百个组件。经过多年的发展，分立解决方案已经变得非常高效和优化，可以降低 BOM 成本，以满足这个对成本敏感的市场的期望。尽管如此，新趋势和对敏捷开发的更多需求凸显了这种方法的一些主要缺点，例如楼宇自动化控制器中太多产品变体的规划、设计、生产和物流的复杂性。因此，必须根据总拥有成本而非简化的 BOM 成本角度来评估 BAS 解决方案。

集成与离散

根据需要重新配置通道的能力是消除未使用通道的正确方法，但这并不能解决控制器设计的其他缺点。关键概念是使通道设计得以简化、占用空间更小、性能更好的集成。通过集成解决方案，可以使用软件命令轻松配置任何通道的功能。软件可配置输入/输出 (I/O) 技术开启了轻松设计重用和平台化的可能性，最终降低 BAS 解决方案的总拥有成本并在楼宇自动化控制器的整个产品生命周期中创造价值（见图 1） ).

图 1. 使用软件可配置 I/O 提高每个开发阶段的投资回报。 （来源：Analog Devices）

控制器开发的第一阶段是系统架构。在这一点上，考虑了所有客户要求并定义了新产品。即使在开发的早期阶段，离散解决方案的不灵活也是一个明显的缺点。客户的各种需求——例如输入输出通道的比例或数量——可能会导致多种设计，从而增加成本并阻碍对市场需求的敏捷响应。集成的、软件可配置的 I/O 使经过验证的设计能够在不同应用中实现平台化和可重用性。如本文稍后所述，可重用性对于降低设计和生产成本至关重要。

根据产品定义，设计开始。在这个阶段，设计重用充分体现了它的重要性。与离散实现不同，集成且可配置的 I/O 可实现快速迭代、减少时间并释放宝贵的资源。在硬件和软件设计方面，从资源密集型、冗长的多产品变体开发转向满足多种要求的单一设计，减少了研发时间和成本，同时保持了经过验证的架构的高可靠性和稳健性。使用集成、可重构设计的“任意引脚上的任意功能”方法（见图 2），可以更轻松地满足不同应用的需求。

图 2. 具有软件可配置 I/O 的任何引脚上的任何功能。 （来源：Analog Devices）

从业务发展的角度来看，传统开发策略的缓慢响应会导致失去机会或错过客户最后期限的不必要风险。集成的可配置 I/O 的灵活性和易用性有助于最大限度地提高投资回报 (ROI)，同时尽可能缩短上市时间和实现收入的时间。

从设计阶段开始，生产阶段是下一步。从 BOM 的采购和管理开始，集成解决方案很快就显示出其优势。分立实施的通用控制器通常包括数百个组件，这些组件必须购买、存储在仓库中并运输到生产设施。管理如此大量的不同组件自然会增加总成本。凭借单芯片解决方案和可重复使用的设计，简化了 BOM 物流——采购部门处理的供应商更少，所需的存储空间也更少。

由于组件数量较少，PCB 的尺寸可以缩小 40%，并且生产中的取放成本也显着降低。此外，由于软件可配置 I/O 支持设计重用，控制器制造商将需要更多相同类型的 PCB。因此，电路板上的批量折扣也有助于节省成本。图 3 总结了离散和集成通道功能实现的比较。

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图 3. 离散和集成通道功能实现的比较。 （来源：Analog Devices）

最后但并非最不重要的一点是，与多变体、离散实施相比，生产测试遵循统一的程序，并且设置时间更少。设计复杂性的增加甚至可能增加测试失败的风险。认证只是集成的、可重复使用的解决方案可以节省成本和其他资源的另一个方面的例子，当涉及到成品物流、安装和技术支持时，名单还在继续。与基于集成软件可配置 I/O 的通用、可重复使用的解决方案相比，当众多不同的设计基于多个平台时，对销售、技术支持团队和安装技术人员的培训要广泛得多。

结论

软件可配置 I/O 为楼宇自动化市场带来了创新，虽然传统上保守，但现在正被推动变得更加敏捷，并更快地响应不断变化的客户需求。集成和设计可重用性是实现这种转变的关键特性。有些人可能会将集成解决方案视为简单的 BOM 替代品，实际上可能会增加成本，但实际上，从更大的角度来看，并考虑在整个产品生命周期中创造的整体价值时，集成解决方案很快就会克服任何疑虑。

Analog Devices AD74412R 等器件解决了分立设计的缺点，将分立信号链集成在单个芯片中并提供多个完全可配置的通道。这种类型的设备在整个控制器生命周期中创造价值，从产品定义到设计和生产，再到安装和运行。

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