智能樓宇自動化的傳感器連接

　　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。第二代智能樓宇開始使用專用網(wǎng)絡(luò)來互連這些系統(tǒng)，以便對其進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和實(shí)現(xiàn)更高級別的集中調(diào)度，例如關(guān)閉無人房間內(nèi)的照明和暖氣。通過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。

　　對于大多數(shù)樓宇自動化系統(tǒng)來說，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)行人員探測所面臨的問題。許多現(xiàn)有系統(tǒng)均采用由 Panasonic 和 ABB 等公司生產(chǎn)的無源紅外 (IR) 運(yùn)動探測器。在人員快速通過的走廊和樓梯間里，這些探測器在大多數(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，他們似乎在很長時(shí)間內(nèi)都一動不動。同樣，缺乏運(yùn)動可能會導(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)不僅能檢測到人員的存在，而且還能檢測到總?cè)藬?shù)和位置，以便更好地控制 HVAC。這可以通過組合多種類型的傳感器來實(shí)現(xiàn)，它們可用于驅(qū)動其他樓宇自動化系統(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)無可比擬的舒適度和控制水平。

　　采用 Thread 或 6LowPAN 等協(xié)議的無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)變得相對簡單，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)傳感器不會提供假陽性或假陰性結(jié)果，例如 PIR 傳感器指示，由于沒有可察覺的運(yùn)動，因此房間內(nèi)沒有人。

　　房間占用檢測的另一個(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)，他們不僅會觸發(fā) PIR 傳感器，而且溫度傳感器還會檢測到與人員數(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)來提供 64 像素紅外圖像。根據(jù)來自圖像傳感器的輸入，處理軟件可以使用長期測量值來識別長時(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)注員工的健康問題。在過于干燥的室內(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，干燥空氣還會降低身體對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)探測系統(tǒng)內(nèi)，用于在傳統(tǒng)煙霧探測器的基礎(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)可能不會記錄語音，而是僅使用低級例程來檢測語音，如果靈敏度足夠高，還可檢測到呼吸和細(xì)微動作(例如在鍵盤上打字的動作)。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)分開來，破碎的窗戶通常會產(chǎn)生 10kHz 至 15kHz 的高峰值頻率。

　　位于窗戶附近的光量探測器可以幫助優(yōu)化照明和遮陽系統(tǒng)的活動，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)確定是否需要開燈。來自外部的光量還有助于控制 HVAC 系統(tǒng)，以確保在陽光充足時(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)動傳感器無法提供很多的有用數(shù)據(jù)，因?yàn)樗鼈冊诖蟛糠謺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量人流量，也可用作攝像機(jī)的低成本替代品或用來增強(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(例如來自 Omron 的基于 MEMS 的器件)也有助于探測管道內(nèi)的問題?？赏ㄟ^壓力差變化探測由污物導(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 HVAC 系統(tǒng)的電機(jī)內(nèi)的振動傳感器可以提供另一個(gè)預(yù)防性維護(hù)的源頭 — 過度或不尋常的振動可以指出設(shè)備中可由信號處理軟件檢測到的潛在問題。

　　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)量的連接器來互連各個(gè)系統(tǒng)，并部署電阻器和電容器等無源元件來幫助進(jìn)行濾波和其他形式的信號調(diào)節(jié)。

　　與低功耗無線網(wǎng)絡(luò)相連，用于測量環(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。