智能楼宇不可或缺的传感技术

如今，支持物联网（IoT）的基础设施已非常完善，远超前所未见的服务器和数据中心的范围，直达我们的家居、办公室和工厂。

在边缘的是传感器，以可行的方式采集数据并将其中继回云服务，或在本地进行处理。

这些传感器是使楼宇更智能所不可或缺的，提供一种无需干预的方法来控制环境。

这样做的主要动力是便利性和经济性。当最后一个人离开房间时，自主楼宇永远不会忘记关灯。

最初是一种相对简单的控制系统，例如，用占用检测和温度测量来设置供暖和照明水平，这种技术已经成熟。

从用户的角度来看，就像楼宇变得越来越智能一样，赋能楼宇的系统也变得越来越智能。

人工智能（AI）的使用最终将无需人去规划智能楼宇时间表。

用于检测大面积总体占用情况的简单传感器将被更精密的图像传感器所取代，这些图像传感器可以识别个体并提供更个性化的控制方式。

匿名运动检测器将为可以识别个人面部、手势甚至情绪的成像系统铺平道路。

智能音箱或虚拟助手实现的音频控制是迅速普及的另一个重要功能。

随着楼宇变得越来越智能，它们的功能将扩展以提供更个性化的体验，包括访问控制和其他安全功能。

这不止于在房间空着时关灯以进行能量优化，还包括仅允许授权人员进入房间，在进入房间时自动清理人员以访问安全网络，甚至帮助查找物品。

智能楼宇将带来智能能源

今天，设施管理的两个方面约占能源消耗的40％－照明和供暖。使用占用检测和环境光水平来调整人工照明水平的概念已超出了互联网。

尽管这历史久远，但互联照明的采用占优势，并完全由现在支持和推进IoT的技术所赋能。

一个关键要素是通信。

无线网状网络的出现使把智能照明配件联接在一起更简单和可靠。

以太网供电（PoE）技术的不断发展，及采用LED技术实现的极大节能，使得现在可以使用单根低压以太网电缆进行供电和联接，从而无需聘用电工来安装互联照明。

现在，这些仅作为灯具的联接端子越来越多。它们构成了智能楼宇网络不可或缺的一部分，如每个灯具都可以高效地充当室内导航的信标。

为灯具添加其他功能如占用检测、资产跟踪、环境监控也变得更简单。

所有这些功能都由多个传感器赋能，这些传感器现在可以集成到单个联接的设备中。

当然，像这样的发展将使楼宇能够为居住者提供更多的便利，但是最终最大的益处将是以更智能的方式节能。

打造更智能的楼宇

智能楼宇系统的拓扑将取决于传感器和执行器，如图1所示。

图1：智能楼宇系统示例拓扑

系统核心的微控制器或数字信号处理器（DSP）将负责协调现有的众多传感器和执行器。

除了用于开关灯的机电式或固态继电器外，这将包括用于占用检测、环境监控和访问控制的那些器件，而现有的执行器可能包括有刷或无刷直流（DC）电机以开关门窗。

使用某种形式的功率调制如脉宽调制（PWM）可以实现可变的照明水平，MCU／DSP可很好地执行。

联接将是有线和无线的组合，在这方面，可能使用的协议越来越多，一些协议支持互联网使用的相同协议，因此可以直接访问，其他协议则需要网关。

我们现在也进入了超低功耗系统领域，可以想象到，其中MCU、传感器和执行器都可由从环境中收集的能量如光或热来供电。这为虚拟的自我维持控制系统创造了潜力。

在开发智能楼宇基础设施的通信网络时，要考虑的重要因素包括范围、功率和延迟。

这每个因素的权重将取决于实际应用，但是，进入黑暗的房间和亮灯之间的任何明显的等待时间对于居住者来说都是非常明显的。 这是为何低延迟很重要的一个例子。

通常，本地处理将比仅依靠云处理资源做出本地决策提供更低的延迟。

如果某个传感器能够确定何时有人进入房间以保证增加的光照水平，那么它将带来整体上更好的用户体验。

图2：开发智能楼宇通信基础设施时要考虑的主要因素

图2说明了这些因素如何影响有线/无线技术的选择。

实施简单而强固的网状网络（图3），可以构建包括灯具，风扇和其他资产的联网设备的小网络。