作者：樓宇自動化總經(jīng)理 AJINDER SINGH 和樓宇自動化系統(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)實世界物理參數(shù)的傳感器節(jié)點開始。其中許多傳感器節(jié)點使用網(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)點能夠在本地處理數(shù)據(jù)，并且僅在絕對必要時才將信息發(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)點必須能夠使用電池運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算質(zhì)量數(shù)據(jù)以發(fā)送到云端或進行本地處理。

在使用電池運行時需要遠程無線通信和質(zhì)量傳感子系統(tǒng)，這意味著傳感器節(jié)點必須事半功倍。那么讓我們來看看不同的應(yīng)用場景，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界面 (HMI) 的各種子系統(tǒng)。

在傳感器節(jié)點監(jiān)控電機運行狀況的場景中，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)化整個節(jié)點。通過在大部分時間以睡眠模式運行傳感器，無線電機監(jiān)控可以使用單個紐扣電池運行五到七年。如果傳感器無法在大部分時間處于睡眠模式或關(guān)閉（例如一氧化碳或運動檢測器），您可以使用極低功耗或納米功耗解決方案實現(xiàn)傳感模擬信號鏈。

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，特別是對于靜態(tài)電流。因此，當所有傳感器節(jié)點加起來時，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行處理器和 Wi-Fi 是有限制的。為了補充更高的電流消耗，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)點內(nèi)另一個需要深思熟慮實施的重要子系統(tǒng)是HMI，HMI必須直觀，以便傳感器節(jié)點到網(wǎng)絡(luò)的調(diào)試和維護能夠正確有效地進行溝通。傳統(tǒng)上，使用顯示器，但可能會消耗太多電流，尤其是在傳感器節(jié)點的功率預(yù)算有限的情況下。一種創(chuàng)造性的實現(xiàn)方式是使用包含紅色、綠色、藍色和白色LED的色輪，而不是顯示器。這些LED可以產(chǎn)生不同的顏色和/或亮度來傳達傳感器節(jié)點的狀態(tài)，如智能鎖和煙霧探測器等智能家居設(shè)備所示。

為了加快實現(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)級挑戰(zhàn)。創(chuàng)意解決方案將與設(shè)計智能信號鏈和管理電源以及實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