作者：樓宇自動(dòng)化總經(jīng)理 AJINDER SINGH 和樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)工程師 CHRISTINA LEE德州儀器

為智能建筑部署物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 從感應(yīng)現(xiàn)實(shí)世界物理參數(shù)的傳感器節(jié)點(diǎn)開始。其中許多傳感器節(jié)點(diǎn)使用網(wǎng)關(guān)連接到云。傳統(tǒng)上，該方法是通過網(wǎng)絡(luò)收集數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到云端進(jìn)行處理和利用。然而，考慮到許多因素，包括網(wǎng)絡(luò)帶寬、成本和延遲，有充分的理由需要更多的“邊緣”智能，其中傳感器節(jié)點(diǎn)能夠在本地處理數(shù)據(jù)，并且僅在絕對(duì)必要時(shí)才將信息發(fā)送到云端。

由于空間限制和布線成本，越來越多的傳感器節(jié)點(diǎn)必須能夠使用電池運(yùn)行并以無線方式連接到云。無線連接應(yīng)該是一種可靠的遠(yuǎn)程通信協(xié)議，可以在嘈雜的環(huán)境中工作——即使是金屬，也會(huì)干擾無線電通信。傳感、放大和過濾物理參數(shù)數(shù)據(jù)（如溫度、濕度和一氧化碳）的傳感子系統(tǒng)必須能夠提供可靠的信噪比并計(jì)算質(zhì)量數(shù)據(jù)以發(fā)送到云端或進(jìn)行本地處理。

在使用電池運(yùn)行時(shí)需要遠(yuǎn)程無線通信和質(zhì)量傳感子系統(tǒng)，這意味著傳感器節(jié)點(diǎn)必須事半功倍。那么讓我們來看看不同的應(yīng)用場(chǎng)景，以及如何劃分和優(yōu)化從傳感到模擬前端到無線連接到人機(jī)界面 (HMI) 的各種子系統(tǒng)。

在傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)控電機(jī)運(yùn)行狀況的場(chǎng)景中，可以通過在睡眠模式下將電流消耗降至近幾十納安來優(yōu)化整個(gè)節(jié)點(diǎn)。通過在大部分時(shí)間以睡眠模式運(yùn)行傳感器，無線電機(jī)監(jiān)控可以使用單個(gè)紐扣電池運(yùn)行五到七年。如果傳感器無法在大部分時(shí)間處于睡眠模式或關(guān)閉（例如一氧化碳或運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器），您可以使用極低功耗或納米功耗解決方案實(shí)現(xiàn)傳感模擬信號(hào)鏈。

即使電源很容易獲得（在電梯按鈕面板或樓宇安全網(wǎng)關(guān)等情況下），總體上具有低功耗足跡仍然更好，特別是對(duì)于靜態(tài)電流。因此，當(dāng)所有傳感器節(jié)點(diǎn)加起來時(shí)，建筑物的整體能源足跡將最小化，并以碳足跡衡量，從而產(chǎn)生更多的綠色城市。

以一個(gè)由 24 V交流 變壓器供電的可視門鈴應(yīng)用為例。在導(dǎo)致假門鈴響鈴之前，可以拉出多少電流來運(yùn)行處理器和 Wi-Fi 是有限制的。為了補(bǔ)充更高的電流消耗，電源架構(gòu)應(yīng)包括具有納安靜態(tài)電流的高效開關(guān)穩(wěn)壓器以及智能電池管理設(shè)備。

傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)另一個(gè)需要深思熟慮實(shí)施的重要子系統(tǒng)是HMI，HMI必須直觀，以便傳感器節(jié)點(diǎn)到網(wǎng)絡(luò)的調(diào)試和維護(hù)能夠正確有效地進(jìn)行溝通。傳統(tǒng)上，使用顯示器，但可能會(huì)消耗太多電流，尤其是在傳感器節(jié)點(diǎn)的功率預(yù)算有限的情況下。一種創(chuàng)造性的實(shí)現(xiàn)方式是使用包含紅色、綠色、藍(lán)色和白色LED的色輪，而不是顯示器。這些LED可以產(chǎn)生不同的顏色和/或亮度來傳達(dá)傳感器節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，如智能鎖和煙霧探測(cè)器等智能家居設(shè)備所示。

為了加快實(shí)現(xiàn)更智能、更環(huán)保和更具交互性的建筑的愿景，我們需要解決關(guān)鍵的硬件系統(tǒng)級(jí)挑戰(zhàn)。創(chuàng)意解決方案將與設(shè)計(jì)智能信號(hào)鏈和管理電源以及實(shí)施連接的微控制器解決方案具有同等功能。

審核編輯 黃昊宇