【導(dǎo)讀】如今，支持物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的基礎(chǔ)設(shè)施已非常完善，遠(yuǎn)超前所未見的服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心的范圍，直達(dá)我們的家居、辦公室和工廠。
在邊緣的是傳感器，以可行的方式采集數(shù)據(jù)并將其中繼回云服務(wù)，或在本地進(jìn)行處理。
這些傳感器是使樓宇更智能所不可或缺的，提供一種無需干預(yù)的方法來控制環(huán)境。
這樣做的主要?jiǎng)恿κ潜憷院徒?jīng)濟(jì)性。當(dāng)最后一個(gè)人離開房間時(shí)，自主樓宇永遠(yuǎn)不會(huì)忘記關(guān)燈。
最初是一種相對(duì)簡單的控制系統(tǒng)，例如，用占用檢測和溫度測量來設(shè)置供暖和照明水平，這種技術(shù)已經(jīng)成熟。
從用戶的角度來看，就像樓宇變得越來越智能一樣，賦能樓宇的系統(tǒng)也變得越來越智能。
人工智能(AI)的使用最終將無需人去規(guī)劃智能樓宇時(shí)間表。
○ 用于檢測大面積總體占用情況的簡單傳感器將被更精密的圖像傳感器所取代，這些圖像傳感器可以識(shí)別個(gè)體并提供更個(gè)性化的控制方式。
○ 匿名運(yùn)動(dòng)檢測器將為可以識(shí)別個(gè)人面部、手勢甚至情緒的成像系統(tǒng)鋪平道路。
○ 智能音箱或虛擬助手實(shí)現(xiàn)的音頻控制是迅速普及的另一個(gè)重要功能。
隨著樓宇變得越來越智能，它們的功能將擴(kuò)展以提供更個(gè)性化的體驗(yàn)，包括訪問控制和其他安全功能。
這不止于在房間空著時(shí)關(guān)燈以進(jìn)行能量優(yōu)化，還包括僅允許授權(quán)人員進(jìn)入房間，在進(jìn)入房間時(shí)自動(dòng)清理人員以訪問安全網(wǎng)絡(luò)，甚至幫助查找物品。
智能樓宇將帶來智能能源
今天，設(shè)施管理的兩個(gè)方面約占能源消耗的40％-照明和供暖。使用占用檢測和環(huán)境光水平來調(diào)整人工照明水平的概念已超出了互聯(lián)網(wǎng)。
盡管這歷史久遠(yuǎn)，但互聯(lián)照明的采用占優(yōu)勢，并完全由現(xiàn)在支持和推進(jìn)IoT的技術(shù)所賦能。
一個(gè)關(guān)鍵要素是通信。
○ 無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)使把智能照明配件聯(lián)接在一起更簡單和可靠。
○ 以太網(wǎng)供電(PoE)技術(shù)的不斷發(fā)展，及采用LED技術(shù)實(shí)現(xiàn)的極大節(jié)能，使得現(xiàn)在可以使用單根低壓以太網(wǎng)電纜進(jìn)行供電和聯(lián)接，從而無需聘用電工來安裝互聯(lián)照明。
現(xiàn)在，這些僅作為燈具的聯(lián)接端子越來越多。它們構(gòu)成了智能樓宇網(wǎng)絡(luò)不可或缺的一部分，如每個(gè)燈具都可以高效地充當(dāng)室內(nèi)導(dǎo)航的信標(biāo)。
為燈具添加其他功能如占用檢測、資產(chǎn)跟蹤、環(huán)境監(jiān)控也變得更簡單。
所有這些功能都由多個(gè)傳感器賦能，這些傳感器現(xiàn)在可以集成到單個(gè)聯(lián)接的設(shè)備中。
當(dāng)然，像這樣的發(fā)展將使樓宇能夠?yàn)榫幼≌咛峁└嗟谋憷?，但是最終最大的益處將是以更智能的方式節(jié)能。
打造更智能的樓宇
智能樓宇系統(tǒng)的拓?fù)鋵⑷Q于傳感器和執(zhí)行器，如圖1所示。
圖1：智能樓宇系統(tǒng)示例拓?fù)?/div>
系統(tǒng)核心的微控制器或數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)將負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)現(xiàn)有的眾多傳感器和執(zhí)行器。
除了用于開關(guān)燈的機(jī)電式或固態(tài)繼電器外，這將包括用于占用檢測、環(huán)境監(jiān)控和訪問控制的那些器件，而現(xiàn)有的執(zhí)行器可能包括有刷或無刷直流(DC)電機(jī)以開關(guān)門窗。
使用某種形式的功率調(diào)制如脈寬調(diào)制(PWM)可以實(shí)現(xiàn)可變的照明水平，MCU/DSP可很好地執(zhí)行。
聯(lián)接將是有線和無線的組合，在這方面，可能使用的協(xié)議越來越多，一些協(xié)議支持互聯(lián)網(wǎng)使用的相同協(xié)議，因此可以直接訪問，其他協(xié)議則需要網(wǎng)關(guān)。
我們現(xiàn)在也進(jìn)入了超低功耗系統(tǒng)領(lǐng)域，可以想象到，其中MCU、傳感器和執(zhí)行器都可由從環(huán)境中收集的能量如光或熱來供電。這為虛擬的自我維持控制系統(tǒng)創(chuàng)造了潛力。
在開發(fā)智能樓宇基礎(chǔ)設(shè)施的通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，要考慮的重要因素包括范圍、功率和延遲。
這每個(gè)因素的權(quán)重將取決于實(shí)際應(yīng)用，但是，進(jìn)入黑暗的房間和亮燈之間的任何明顯的等待時(shí)間對(duì)于居住者來說都是非常明顯的。 這是為何低延遲很重要的一個(gè)例子。
通常，本地處理將比僅依靠云處理資源做出本地決策提供更低的延遲。
如果某個(gè)傳感器能夠確定何時(shí)有人進(jìn)入房間以保證增加的光照水平，那么它將帶來整體上更好的用戶體驗(yàn)。
圖2：開發(fā)智能樓宇通信基礎(chǔ)設(shè)施時(shí)要考慮的主要因素
圖2說明了這些因素如何影響有線/無線技術(shù)的選擇。
實(shí)施簡單而強(qiáng)固的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)（圖3），可以構(gòu)建包括燈具，風(fēng)扇和其他資產(chǎn)的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的小網(wǎng)絡(luò)。
網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)不僅提供了一種擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的方式，其范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了單個(gè)節(jié)點(diǎn)的范圍，它還構(gòu)建冗余性到網(wǎng)絡(luò)中，從而允許使用聯(lián)接的節(jié)點(diǎn)的任意組合在網(wǎng)絡(luò)中傳遞消息。
這就是說，如果局部干擾阻塞使用一個(gè)燈具作為路標(biāo)的消息，則網(wǎng)絡(luò)將自動(dòng)將其重新路由。因此，現(xiàn)在大多數(shù)無線協(xié)議都采用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。
圖3：網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)并提供路由冗余
多傳感器平臺(tái)交付更多
隨著技術(shù)的進(jìn)步，將多個(gè)傳感器集成到一個(gè)平臺(tái)中變得越來越可行，從而為關(guān)聯(lián)資產(chǎn)創(chuàng)造更大的價(jià)值，尤其是在主要價(jià)值由其主要功能定義的情況下。
● 以燈具為例。
它的主要功能是照明，但是正如所討論的，它簡直就是一個(gè)理想的傳感器節(jié)點(diǎn)，用于捕獲大量數(shù)據(jù)。
將多個(gè)傳感器放入一個(gè)資產(chǎn)中，該資產(chǎn)的價(jià)值將大增。
它成為智能樓宇基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵部分，但外觀和行為卻像普通的燈具。
傳感器的物理尺寸小和功耗超低特性，使小外形的PCB可輕易容納多個(gè)傳感器，以監(jiān)測占用、溫度、濕度、空氣質(zhì)量等。
使用超低功耗通信器件如RSL10藍(lán)牙低功耗無線電，該多傳感器平臺(tái)可由單個(gè)紐扣電池供電運(yùn)行數(shù)年（圖4）。
圖4：多傳感器平臺(tái)由RSL10系統(tǒng)級(jí)封裝(RSL10 SIP)賦能的示例
而且現(xiàn)在甚至可以完全省去電池，并利用從環(huán)境中采集的能量為多傳感器互聯(lián)平臺(tái)供電（圖5）。
圖5：能量采集技術(shù)現(xiàn)可為智能傳感器和執(zhí)行器提供主要能源
這使得智能傳感器幾乎可以放置在樓宇中的任何位置。
● 例如，相對(duì)小且不引人注目的太陽能電池可用于從人工照明中采集足夠的能量來為多傳感器平臺(tái)供電，以定期將數(shù)據(jù)發(fā)送回網(wǎng)關(guān)。
總結(jié)
高能效將是智能樓宇持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，要實(shí)現(xiàn)高能效，就要使樓宇更節(jié)能以實(shí)現(xiàn)更低的能耗，并提供采用先進(jìn)技術(shù)的低功耗方案。
在整個(gè)技術(shù)堆棧中，節(jié)能將是關(guān)鍵，從一直使用的傳感器一直到被訪問的云服務(wù)。
隨著部署的傳感器數(shù)量增加，我們對(duì)樓宇的公用設(shè)施應(yīng)用進(jìn)行控制的粒度也隨之增加，從而促進(jìn)高能效的循環(huán)。
但這在很大程度上取決于傳感器、處理器和聯(lián)接技術(shù)的不斷提高的能效。
隨著數(shù)量的增加，甚至可能有必要不依賴能源，使用能量采集技術(shù)以自供電。
安森美半導(dǎo)體正開拓超低功耗傳感和聯(lián)接技術(shù)，如高度集成的藍(lán)牙5方案RSL10。
輔以智能音頻處理和成像系統(tǒng)，安森美半導(dǎo)體始終致力于提供更高能效和更智能的方案。
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