智能樓宇自動(dòng)化的傳感器連接

　　智能樓宇設(shè)計(jì)正在邁向第三代，其中不同的控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)交換數(shù)據(jù)，以便為各種樓宇管理系統(tǒng)提供支持。實(shí)現(xiàn)第三代設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于增加分布在樓宇周圍的傳感器數(shù)量和種類。

　　第一代智能樓宇以獨(dú)立的方式處理各個(gè)控制系統(tǒng)，而安保和 HVAC 系統(tǒng)則是大型樓宇所必須安裝的功能。第二代智能樓宇開(kāi)始使用專用網(wǎng)絡(luò)來(lái)互連這些系統(tǒng)，以便對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和實(shí)現(xiàn)更高級(jí)別的集中調(diào)度，例如關(guān)閉無(wú)人房間內(nèi)的照明和暖氣。通過(guò)更加靈活地互連這些系統(tǒng)，第三代智能樓宇系統(tǒng)使控制軟件能夠汲取樓宇設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)并根據(jù)需求變化改進(jìn)相關(guān)功能。通過(guò)將多種類型的傳感器組合在一起，可以提升整個(gè)系統(tǒng)的精確度和響應(yīng)速度。

　　對(duì)于大多數(shù)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其中一項(xiàng)關(guān)鍵要求就是了解樓宇內(nèi)的人員情況。借助按各個(gè)房間呈報(bào)的準(zhǔn)確人員信息，管理系統(tǒng)可以確保提供適當(dāng)?shù)目照{(diào)、安全和照明設(shè)置。例如，如果房間或供暖區(qū)內(nèi)沒(méi)有人，則供暖、通風(fēng)和空調(diào) (HVAC) 服務(wù)可以在人員進(jìn)入之前保持待機(jī)和低能耗狀態(tài)。這種按需工作的 HVAC 有助于節(jié)約能源。

　　很多人都熟悉采用單一傳感器執(zhí)行人員探測(cè)所面臨的問(wèn)題。許多現(xiàn)有系統(tǒng)均采用由 Panasonic 和 ABB 等公司生產(chǎn)的無(wú)源紅外 (IR) 運(yùn)動(dòng)探測(cè)器。在人員快速通過(guò)的走廊和樓梯間里，這些探測(cè)器在大多數(shù)情況下能夠很好地工作。但在安靜的區(qū)域，系統(tǒng)關(guān)閉照明或供暖經(jīng)常讓人感到惱火，因?yàn)楦鶕?jù) PIR 傳感器的探測(cè)，他們似乎在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)都一動(dòng)不動(dòng)。同樣，缺乏運(yùn)動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致某個(gè)位置的 HVAC 被關(guān)閉，從而造成令人不快的冷/熱工作條件。

　　理想情況是，房間占用系統(tǒng)不僅能檢測(cè)到人員的存在，而且還能檢測(cè)到總?cè)藬?shù)和位置，以便更好地控制 HVAC。這可以通過(guò)組合多種類型的傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，它們可用于驅(qū)動(dòng)其他樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)(例如安保系統(tǒng))。因此，單個(gè)集成系統(tǒng)不僅能提高效率和降低成本，而且還可提供非集成系統(tǒng)無(wú)可比擬的舒適度和控制水平。

　　采用 Thread 或 6LowPAN 等協(xié)議的無(wú)線通信讓在任何所需位置部署傳感器變得更加輕松，而不必挑選便于供電或連接網(wǎng)絡(luò)電纜的位置。支持生產(chǎn)者-消費(fèi)者數(shù)據(jù)分布模型的協(xié)議讓向各種控制系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)變得相對(duì)簡(jiǎn)單，使這些傳感器能夠提供照明控制、HVAC、門禁控制和其他樓宇管理功能，而每種功能均可實(shí)現(xiàn)多個(gè)輸入的傳感器融合。傳感器融合有助于確保單個(gè)傳感器不會(huì)提供假陽(yáng)性或假陰性結(jié)果，例如 PIR 傳感器指示，由于沒(méi)有可察覺(jué)的運(yùn)動(dòng)，因此房間內(nèi)沒(méi)有人。

　　房間占用檢測(cè)的另一個(gè)有用數(shù)據(jù)源就是溫度傳感器。當(dāng)人員進(jìn)入房間時(shí)，他們不僅會(huì)觸發(fā) PIR 傳感器，而且溫度傳感器還會(huì)檢測(cè)到與人員數(shù)量成比例的溫度上升。此類傳感器的功能可通過(guò)近紅外圖像傳感器得到增強(qiáng)，后者可以精確地定位熱源。如今供應(yīng)的產(chǎn)品可提供廣闊視野和足夠高的分辨率來(lái)構(gòu)建房間內(nèi)熱源的粗略圖像。例如 Panasonic Grid-EYE，它采用 MEMS 熱電堆技術(shù)來(lái)提供 64 像素紅外圖像。根據(jù)來(lái)自圖像傳感器的輸入，處理軟件可以使用長(zhǎng)期測(cè)量值來(lái)識(shí)別長(zhǎng)時(shí)間處于固定位置的計(jì)算機(jī)和咖啡機(jī)，并從圖像中刪除這些對(duì)象以便顯示人員所在的位置。

　　可以利用二氧化碳傳感器(例如由 Figaro 制造的傳感器)為房間占用檢測(cè)軟件提供數(shù)據(jù)，并在空氣質(zhì)量大幅下降時(shí)通知 HVAC 系統(tǒng)是否需要增加通風(fēng)量。由濕度傳感器提供的其他信息可用來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化 HVAC 的操作。任何用人單位都最為關(guān)注員工的健康問(wèn)題。在過(guò)于干燥的室內(nèi)環(huán)境下，容易出現(xiàn)頭痛、眼睛受刺激、喉嚨痛和皮膚干燥等癥狀。

　　此外，干燥空氣還會(huì)降低身體對(duì)空氣傳播感染的抵御能力。

　　在氣流控制中考慮濕度和二氧化碳濃度不僅有助于保持較高的舒適度，還有助于改善健康狀況。如今，包括 Honeywell、Sensirion 和 Texas Instruments 在內(nèi)的多家供應(yīng)商提供了各種濕度傳感器(某些傳感器包含溫度感應(yīng)功能)。濕度和二氧化碳傳感器也可以裝在火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)內(nèi)，用于在傳統(tǒng)煙霧探測(cè)器的基礎(chǔ)上進(jìn)一步確認(rèn)發(fā)生火災(zāi)。

　　房間人員數(shù)據(jù)的另一個(gè)可能的來(lái)源就是麥克風(fēng)。為了確保人員的隱私，這些系統(tǒng)可能不會(huì)記錄語(yǔ)音，而是僅使用低級(jí)例程來(lái)檢測(cè)語(yǔ)音，如果靈敏度足夠高，還可檢測(cè)到呼吸和細(xì)微動(dòng)作(例如在鍵盤上打字的動(dòng)作)。此類麥克風(fēng)的理想安裝位置是在窗戶附近。這樣它們也能向安保系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。例如，響亮尖銳的噪聲表明窗戶被打破了。軟件通?？梢詫⑦@種破碎聲與其他響亮的聲音區(qū)分開(kāi)來(lái)，破碎的窗戶通常會(huì)產(chǎn)生 10kHz 至 15kHz 的高峰值頻率。

　　位于窗戶附近的光量探測(cè)器可以幫助優(yōu)化照明和遮陽(yáng)系統(tǒng)的活動(dòng)，以確保每個(gè)房間的整體亮度保持一致。與房間占用感應(yīng)系統(tǒng)配合使用，這些傳感器可在外部光線變暗時(shí)確定是否需要開(kāi)燈。來(lái)自外部的光量還有助于控制 HVAC 系統(tǒng)，以確保在陽(yáng)光充足時(shí)保持充分通風(fēng)，從而使房間內(nèi)保持舒適。

　　在樓宇內(nèi)人流量大的區(qū)域(例如大堂、公共走廊和樓梯)和零售環(huán)境下，基于 PIR 的運(yùn)動(dòng)傳感器無(wú)法提供很多的有用數(shù)據(jù)，因?yàn)樗鼈冊(cè)诖蟛糠謺r(shí)間內(nèi)都處于觸發(fā)狀態(tài)。地板中的應(yīng)變計(jì)或壓力傳感器可用于測(cè)量人流量，也可用作攝像機(jī)的低成本替代品或用來(lái)增強(qiáng)其功能。

　　HVAC 系統(tǒng)內(nèi)自帶的壓力傳感器和空氣流量傳感器(例如來(lái)自 Omron 的基于 MEMS 的器件)也有助于探測(cè)管道內(nèi)的問(wèn)題?？赏ㄟ^(guò)壓力差變化探測(cè)由污物導(dǎo)致的堵塞，特別是當(dāng)它們聚積在顯示氣流不正常的傳感器前方區(qū)域時(shí)。用于驅(qū)動(dòng) HVAC 系統(tǒng)的電機(jī)內(nèi)的振動(dòng)傳感器可以提供另一個(gè)預(yù)防性維護(hù)的源頭 — 過(guò)度或不尋常的振動(dòng)可以指出設(shè)備中可由信號(hào)處理軟件檢測(cè)到的潛在問(wèn)題。

　　考慮與樓宇內(nèi)的其他電子和電氣系統(tǒng)進(jìn)行安全集成非常重要。低壓智能樓宇控制器通常需要與高壓子系統(tǒng)(例如 HVAC、AC 照明網(wǎng)絡(luò)以及自動(dòng)門和百葉窗內(nèi)的電機(jī))進(jìn)行交互。繼電器可以為靈敏的電子控制系統(tǒng)提供可靠隔離。由 Pilz 生產(chǎn)的 PNOZ 系列之類的器件可提供其他安全功能，例如內(nèi)置冗余，可在內(nèi)部部件出現(xiàn)故障時(shí)防止意外操作。需要采用高質(zhì)量的連接器來(lái)互連各個(gè)系統(tǒng)，并部署電阻器和電容器等無(wú)源元件來(lái)幫助進(jìn)行濾波和其他形式的信號(hào)調(diào)節(jié)。

　　與低功耗無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相連，用于測(cè)量環(huán)境狀況的各種傳感器有助于實(shí)現(xiàn)新一代的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)?？稍诙鄠€(gè)控制系統(tǒng)內(nèi)使用由這些傳感器提供的信息來(lái)為集成樓宇管理提供支持。得益于物聯(lián)網(wǎng)，這些系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)更高效率、更低運(yùn)行成本并讓人員獲得更高舒適度。