di Virna Bottarelli |
Quando parliamo di edifici intelligenti lo scenario di sistemi e soluzioni ai quali facciamo riferimento è, per dirlo con le parole di Domenico Di Canosa, presidente di Smart Building Alliance Italia, “molto frammentario”. Di Canosa spiega che “gli assistant sono gateway che in alcuni casi limitano l’esperienza dell’utente e sono soggetti più alle logiche dei marketplace che a quelli di una usabilità reale”. Per questo la priorità deve essere “rendere effettiva l’interoperabilità”, ossia fare in modo che le tecnologie smart fluiscano “agilmente dall’ambiente privato ai servizi comuni di edifici e città”, senza creare difficoltà agli utenti.
Un’occasione per approfondire queste criticità, ma anche le opportunità del settore, la offriranno, due manifestazioni in programma a Fiera Milano: dal 22 al 24 novembre si terranno infatti Sicurezza e Smart Building Expo, appuntamenti biennali per il mondo Smart Home e impiantistica. Una conferma, invece, di quanto l’elettronica sia determinante nella realizzazione di edifici e ambienti domestici intelligenti ce la danno i diversi player che, di seguito, riportano le proprie esperienze e proposte nel comparto.
Dai sensori al power management
Una panoramica sull’elettronica che risiede alla base delle diverse applicazioni di domotica e gestione degli edifici arriva da STMicroelectronics. Dal Gruppo italo-francese evidenziano che ad avere un ruolo determinante nella realizzazione di case ed edifici connessi e orientati al risparmio energetico sono innanzitutto i sensori, che assolvono a più funzioni, dal monitoraggio del benessere ambientale al rilevamento di scosse sismiche: “I sensori consentono di misurare in maniera accurata e rapida variazioni di temperatura, umidità, pressione, in modo da attivare in maniera automatica sistemi di condizionamento, profumatori, tende e filtri di purificazione dell’aria, di rilevare movimenti e campi magnetici, come nel caso dei sistemi di allarme o dell’attivazione automatica dei sistemi di illuminazione, di misurare inclinazioni e vibrazioni nei sistemi di monitoraggio statico e dinamico degli edifici”, spiega Antonio Cirone – Marketing Manager for Sensors, Connectivity and Analog (South and Eastern Europe). Nello specifico, ST ha messo a punto tecnologie che monitorano la variazione della carica elettrostatica (QVAR) e misurano la radiazione infrarossa (TMOS), sensori “smart”, in grado di riconoscere autonomamente gesti e movimenti, senza l’utilizzo di complicati algoritmi, microfoni a bassa distorsione per le applicazioni di interazione vocale e audio accelerometri, che permettono di cancellare il rumore associato alle vibrazioni, nelle lavatrici ad esempio, o di cancellare il ronzio nei citofoni. Un secondo aspetto di edifici e case intelligenti che vede l’elettronica, e i semiconduttori, protagonisti è la connettività: “Il protocollo Bluetooth Low Energy (BLE) è lo standard di riferimento per il controllo e la configurazione degli home appliance. ST realizza soluzioni multiple per piattaforme IoT smart e connesse, ma anche per lighting & reti MESH, basate su BLE radio chip e moduli low power. Radio ST Sub-1GHz sono invece inserite nei contatori smart, nei calorimetri, nei telecomandi per l’apertura di cancelli o porte, nei sensori di fumo e in altri oggetti della Smart Home”. Infine, una terza area di interesse per ST nel settore è il power management. “Anche in questo ambito siamo presenti con un’ampia offerta di soluzioni per convertitori di corrente, ricariche Wireless e via USB-C, eFuse per protezione da sovracorrente e sovratensione”, conclude Cirone.
Di power management ci parla anche Graeme Clark, Principle Engineer di Renesas Electronics. “Complessi sistemi di gestione oggi controllano in modo automatico molti aspetti dell’edificio, elaborando dati provenienti da un’ampia gamma di sensori ambientali, che forniscono le fondamenta su cui si basano gli edifici intelligenti. Una delle maggiori sfide da affrontare è come alimentare questi sensori: la flessibilità nella configurazione di un edificio moderno è spesso un requisito chiave, quindi un cablaggio fisso per le alimentazioni e la trasmissione dei dati non è la scelta ideale. È meglio sfruttare tecnologie wireless per la comunicazione e tecniche di “energy haversting” per la fornitura dell’alimentazione locale”. Clark evidenzia anche che, mentre in passato i sistemi di automazione degli edifici, conosciuti anche come Building Automation and Control Systems (BACS) o Building Management Systems (BMS), riguardavano essenzialmente riscaldamento, ventilazione e sistemi di aria condizionata (HVAC), oggi includono anche illuminazione, controllo ambientale, sicurezza dei dati, controllo degli accessi, prevenzione degli infortuni e sicurezza antincendio. Questa maggiore complessità richiede “sistemi più intelligenti, con dispositivi più efficienti e tecniche di harvesting avanzate che consentano di costruire delle vere e proprie reti all’interno dei nostri edifici”. Ecco allora che Renesas ha la risposta giusta, con la famiglia di microcontrollori RE, basati sulla tecnologia di processo a bassissimo consumo Silicon on Thin Buried Oxide (SOTB), che consente di raggiungere elevate prestazioni con un consumo di corrente estremamente contenuto e alimentazione a bassa tensione, e l’Energy Harvesting Controller (EHC), una periferica che permette l’accensione dei microcontrollori per mezzo della ridotta quantità di energia estraibile dalle tipiche fonti rinnovabili e che semplifica la gestione stessa dell’energia, immagazzinata in dispositivi come super condensatori o batterie ricaricabili. “Un campo applicativo in cui l’energy harvesting può portare un vantaggio tecnologico significativo è il rilevatore di rottura vetri, presente in molti sistemi di sicurezza. Questa applicazione è costituita solitamente da un semplice microfono e un MCU, il quale è in attesa di rilevare vibrazioni o il rumore della rottura dei vetri, più una radio che invia l’allarme. Questi sensori sono localizzati sulla finestra, un punto perfetto per posizionare una piccola cella solare che può essere sfruttata per caricare una piccola batteria. Il MCU RE01 ha elevate performance pur essendo alimentato a bassa tensione, offre abbastanza potenza per eseguire gli algoritmi necessari per rilevare la rottura del vetro, consumando pochissima energia. La periferica di energy harvesting integrata può ricavare energia da una cella solare e controllare il processo di carica di una piccola batteria, creando così una soluzione veramente compatta; anche le dimensioni sono infatti importanti in caso di prodotti molto piccoli. Rimuovere le batterie da applicazioni di questo tipo elimina la necessità di intervento da parte di un tecnico: non essendoci alcuna batteria possiamo dimenticarci di sostituirla o ricaricarla e quindi il rilevatore sarà sempre acceso, con una vita del prodotto molto più lunga e senza costi di manutenzione”.
Un’altra area in cui l’impiego della tecnologia di energy harvesting può dare significativo vantaggio è il controllo del flusso di un fluido: parliamo, ad esempio, dei rubinetti elettronici. “Qui la difficoltà di progettazione risiede nel fatto che spesso il rubinetto è lontano da una presa di alimentazione e, comunque, non si considera mai molto sicuro avere l’acqua vicino alla corrente elettrica. Inoltre, l’installazione, soprattutto se secondaria, è resa ancora più complessa, dal momento che esistono diverse norme per applicazioni di questo tipo. In realtà, in questo caso, il flusso di acqua di per sé offre già abbastanza energia per alimentare il prodotto. Un possibile progetto potrebbe sfruttare la corrente d’acqua, che fa girare una micro turbina posta all’interno del rubinetto, generando sufficiente energia per alimentare i dispositivi elettronici e caricare una batteria ricaricabile. L’energia immagazzinata nella batteria è sufficiente per mantenere operativo per più di un mese un semplice sensore fotoelettrico che rilevi se un utente ha avvicinato le mani sotto al rubinetto. Oltre a gestire questo riconoscimento, con l’energia a disposizione è possibile anche aprire la valvola a solenoide che rilascia il flusso di acqua. Con lo scorrere dell’acqua, la batteria si ricarica. Il rubinetto sarà così autonomo e il prodotto finale, utilizzando un solenoide bistabile, sarà veramente a basso consumo”.
