智能建筑缺失的技术基础
从工程的角度来看，我们可以轻松地使建筑物更智能，因为我们已经拥有所需的处理器和软件。工程师可以在每个位置放置一个 3 美元的微型处理器并将它们连接在一起。这些位置包括电灯开关、灯座、在窗户上移动隔热罩的电机，以及将水从蓄热罐输送到散热器阀门的泵。
然后是大型电器、恒温器、温度传感器、占用传感器和火灾探测器。这些设备可以控制流向每个房间的中央空气，通过中央暖通空调系统将空气从一个房间移动到另一个房间，并通过太阳能加热或冷却储热水罐，以便在没有阳光照射时使用。此外，他们可以将地下 60°F 的水输送到热泵中，控制嵌入墙壁的电动热窗罩根据需要滑出，并调节每个灯泡的照明。
有什么问题吗？
上面没有发生的原因有几个：
- 我们在建筑物中没有一个公认的标准通信系统，可以以 ≥ 99.999% 的可靠性和低成本连接处理器。 “五个 9”表示系统平均每年 ≤ 10 分钟发生故障。
- 我们没有适用于建筑物中所有设备的公认标准操作系统 (OS)。我们有适用于计算机的 Windows、iPhone 上的 iOS 和其他智能手机上的 Android。这使这些计算设备能够协调并连接到各种软件包。然而，我们没有适用于智能建筑设备的公认操作系统，因此很难以即插即用的方式将多个智能设备集成到建筑中。
如何确保可靠性
当打开物理壁灯开关时，开关与吸顶灯泡之间的通信在 ≥99.999% 的时间内处于运行状态。这是一个微妙的点，很少引起注意，但很重要。住户和建筑商不接受通用建筑基础设施的可靠性降低。
值得注意的是，无线和电力线通信的可靠性要低得多，故障率在 1% 到 10% 之间。这是由于死区、拥挤的频谱、低信噪比、天线太小和信号阻塞造成的。电力线通信涉及将数据信号放置在电源线上，但信号必须先进入保险丝盒，然后再输出；它与沿着电源线的大量动态压降混合在一起，导致频繁出现错误。
在这里，如果工程师想使用低成本 MCU 将建筑物联网，他们需要一根支持 CAN 总线的电线，CAN 总线是汽车用来互连传感器和执行器的网络系统。防止数据线在意外连接到电源线上时受到损坏。
有一种称为“树”的布线拓扑，这意味着一根电缆连接到多个设备并具有分支。人们需要一个支持这一点的数据线系统，因为电力电缆和建筑几何结构就像树中的树枝一样配置。它与以太网不同，以太网在两个设备之间只有一条线，而菊花链则在一条线上有多个设备，没有分支。
轻型和重型应用
人们可以将智能建筑中的消费者分为两类：轻型和重型。轻量级消耗小于 20 W，而重度用户消耗更多。照明类别包括 LED 灯泡、电灯开关、恒温器、温度传感器、占用传感器、火灾探测器、用于窗户热盖的电机、用于窗帘和百叶窗的电机、用于管道/通风口中的风门电机和散热器阀门。重型类别包括 110/220 VAC 电源插座、暖通空调、大型电器和风扇。
例如，10W LED 灯泡在 110 VAC 时消耗 0.1 A，它是 1/200 th 20-A 保险丝。建筑物中的大多数设备都属于轻型类别。为了节省资金，工程师可以连接具有较低电源电压和较不笨重的电源线的照明设备。例如，轻型应用可以在 18-awg 线上传输 48 VDC 电源，而重型应用可以在 14-awg 线上使用传统的 110/220 VAC 电源。
48 VDC 电源涉及成本较低的电子设备和数据线保护。此外，48 VDC 需要具有较少布线限制的建筑规范。因此，如果大多数设备都使用成本较低的 48 VDC 供电，工程师就有可能将节省的资金用于在每个位置集成联网智能设备。
自动化网络从整个建筑的中心位置连接起来。资料来源：曼哈顿 2
所有设备上的通用软件
如果工程师想要低成本和高可靠性的智能设备，只有一种方法可以做到：将相同的软件放在所有设备上。这也是让世界同意让它自由和开放的唯一方法，这意味着任何人都可以免费使用和更改。还有一个要求：质量。如果系统存在缺陷且没有完善的文档记录，则该系统将不会受到欢迎。
存在定义设备如何交互的现有网络协议，但它们不包括促进完整智能系统的软件。因此，工程专业的学生正在 UMass Amherst 和其他名为 BuildingBus 的学校开发一个免费且开放的智能设备操作系统。
任何设备都可以向任何其他设备发送消息；可以读取或写入任何其他设备中的任何端口；可以接收包含其他设备信息的库；可以伪实时监控来自任何其他设备的传感器；并且可以向任何其他设备发送命令。由于每台设备都知道其他设备上正在运行什么软件，因此它可以轻松协调活动，同时具有容错、高可靠性和即插即用的特点。
所有设备上的相同操作系统和可靠的通信系统可以以低成本使建筑物更智能、更节能。研究人员已经在致力于此。然而，目前尚不清楚各种举措中的哪一个将产生最佳解决方案，在未来几年，我们可能会看到几种使建筑更智能的解决方案。
>> 本文最初发表在我们的姊妹网站 EDN .
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