如今，支持物聯網(IoT)的基礎設施已非常完善，遠超前所未見的服務器和數據中心的范圍，直達我們的家居、辦公室和工廠。

在邊緣的是傳感器，以可行的方式采集數據并將其中繼回云服務，或在本地進行處理。

這些傳感器是使樓宇更智能所不可或缺的，提供一種無需干預的方法來控制環境。

這樣做的主要動力是便利性和經濟性。當最后一個人離開房間時，自主樓宇永遠不會忘記關燈。

最初是一種相對簡單的控制系統，例如，用占用檢測和溫度測量來設置供暖和照明水平，這種技術已經成熟。

從用戶的角度來看，就像樓宇變得越來越智能一樣，賦能樓宇的系統也變得越來越智能。

人工智能(AI)的使用最終將無需人去規劃智能樓宇時間表。

用于檢測大面積總體占用情況的簡單傳感器將被更精密的圖像傳感器所取代，這些圖像傳感器可以識別個體并提供更個性化的控制方式。

匿名運動檢測器將為可以識別個人面部、手勢甚至情緒的成像系統鋪平道路。

智能音箱或虛擬助手實現的音頻控制是迅速普及的另一個重要功能。

隨著樓宇變得越來越智能，它們的功能將擴展以提供更個性化的體驗，包括訪問控制和其他安全功能。

這不止于在房間空著時關燈以進行能量優化，還包括僅允許授權人員進入房間，在進入房間時自動清理人員以訪問安全網絡，甚至幫助查找物品。

智能樓宇將帶來智能能源

今天，設施管理的兩個方面約占能源消耗的40％-照明和供暖。使用占用檢測和環境光水平來調整人工照明水平的概念已超出了互聯網。

盡管這歷史久遠，但互聯照明的采用占優勢，并完全由現在支持和推進IoT的技術所賦能。

一個關鍵要素是通信。

無線網狀網絡的出現使把智能照明配件聯接在一起更簡單和可靠。

以太網供電(PoE)技術的不斷發展，及采用LED技術實現的極大節能，使得現在可以使用單根低壓以太網電纜進行供電和聯接，從而無需聘用電工來安裝互聯照明。

現在，這些僅作為燈具的聯接端子越來越多。它們構成了智能樓宇網絡不可或缺的一部分，如每個燈具都可以高效地充當室內導航的信標。

為燈具添加其他功能如占用檢測、資產跟蹤、環境監控也變得更簡單。

所有這些功能都由多個傳感器賦能，這些傳感器現在可以集成到單個聯接的設備中。

當然，像這樣的發展將使樓宇能夠為居住者提供更多的便利，但是最終最大的益處將是以更智能的方式節能。

打造更智能的樓宇

智能樓宇系統的拓撲將取決于傳感器和執行器，如圖1所示。

圖1：智能樓宇系統示例拓撲

系統核心的微控制器或數字信號處理器(DSP)將負責協調現有的眾多傳感器和執行器。

除了用于開關燈的機電式或固態繼電器外，這將包括用于占用檢測、環境監控和訪問控制的那些器件，而現有的執行器可能包括有刷或無刷直流(DC)電機以開關門窗。

使用某種形式的功率調制如脈寬調制(PWM)可以實現可變的照明水平，MCU/DSP可很好地執行。

聯接將是有線和無線的組合，在這方面，可能使用的協議越來越多，一些協議支持互聯網使用的相同協議，因此可以直接訪問，其他協議則需要網關。

我們現在也進入了超低功耗系統領域，可以想象到，其中MCU、傳感器和執行器都可由從環境中收集的能量如光或熱來供電。這為虛擬的自我維持控制系統創造了潛力。

在開發智能樓宇基礎設施的通信網絡時，要考慮的重要因素包括范圍、功率和延遲。

這每個因素的權重將取決于實際應用，但是，進入黑暗的房間和亮燈之間的任何明顯的等待時間對于居住者來說都是非常明顯的。這是為何低延遲很重要的一個例子。

通常，本地處理將比僅依靠云處理資源做出本地決策提供更低的延遲。

如果某個傳感器能夠確定何時有人進入房間以保證增加的光照水平，那么它將帶來整體上更好的用戶體驗。

圖2：開發智能樓宇通信基礎設施時要考慮的主要因素

圖2說明了這些因素如何影響有線/無線技術的選擇。

實施簡單而強固的網狀網絡（圖3），可以構建包括燈具，風扇和其他資產的聯網設備的小網絡。

網狀網絡不僅提供了一種擴展網絡的方式，其范圍遠遠超出了單個節點的范圍，它還構建冗余性到網絡中，從而允許使用聯接的節點的任意組合在網絡中傳遞消息。

這就是說，如果局部干擾阻塞使用一個燈具作為路標的消息，則網絡將自動將其重新路由。因此，現在大多數無線協議都采用網狀網絡。

圖3：網狀網絡擴展網絡并提供路由冗余

多傳感器平臺交付更多

隨著技術的進步，將多個傳感器集成到一個平臺中變得越來越可行，從而為關聯資產創造更大的價值，尤其是在主要價值由其主要功能定義的情況下。

以燈具為例。

它的主要功能是照明，但是正如所討論的，它簡直就是一個理想的傳感器節點，用于捕獲大量數據。

將多個傳感器放入一個資產中，該資產的價值將大增。

它成為智能樓宇基礎設施的關鍵部分，但外觀和行為卻像普通的燈具。

傳感器的物理尺寸小和功耗超低特性，使小外形的PCB可輕易容納多個傳感器，以監測占用、溫度、濕度、空氣質量等。

使用超低功耗通信器件如RSL10藍牙低功耗無線電，該多傳感器平臺可由單個紐扣電池供電運行數年（圖4）。

圖4：多傳感器平臺由RSL10系統級封裝(RSL10 SIP)賦能的示例

而且現在甚至可以完全省去電池，并利用從環境中采集的能量為多傳感器互聯平臺供電（圖5）。

圖5：能量采集技術現可為智能傳感器和執行器提供主要能源

這使得智能傳感器幾乎可以放置在樓宇中的任何位置。

例如，

相對小且不引人注目的太陽能電池可用于從人工照明中采集足夠的能量來為多傳感器平臺供電，以定期將數據發送回網關。

總結

高能效將是智能樓宇持續發展的基礎，要實現高能效，就要使樓宇更節能以實現更低的能耗，并提供采用先進技術的低功耗方案。

在整個技術堆棧中，節能將是關鍵，從一直使用的傳感器一直到被訪問的云服務。

隨著部署的傳感器數量增加，我們對樓宇的公用設施應用進行控制的粒度也隨之增加，從而促進高能效的循環。

但這在很大程度上取決于傳感器、處理器和聯接技術的不斷提高的能效。

隨著數量的增加，甚至可能有必要不依賴能源，使用能量采集技術以自供電。

安森美半導體正開拓超低功耗傳感和聯接技術，如高度集成的藍牙5方案RSL10。

輔以智能音頻處理和成像系統，安森美半導體始終致力于提供更高能效和更智能的方案。