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作者：安森美半導(dǎo)體物聯(lián)網(wǎng)（IoT）策略及營(yíng)銷總監(jiān) Pavan Mulabagal 當(dāng)今，物聯(lián)網(wǎng)（loT）的基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)非常完善，其適用范圍已經(jīng)不局限于服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心，廣泛使用在我們的家居、辦公和工廠。 處于物聯(lián)網(wǎng)最外圍的是傳感器，它會(huì)將數(shù)據(jù)采集起來(lái)并中繼回云服務(wù)或者在本地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。傳感器是樓宇智能不可缺少的一環(huán)，它可以在無(wú)人控制的情況下監(jiān)測(cè)控制環(huán)境，帶來(lái)非凡的便利性和經(jīng)濟(jì)性，這樣當(dāng)最后一個(gè)人離開(kāi)房間時(shí)，智能的樓宇也不會(huì)忘記關(guān)燈。 傳感器的原型是一種相對(duì)簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，比如通過(guò)占用檢測(cè)和溫度測(cè)量來(lái)控制供暖和照明，如今該技術(shù)已發(fā)展成熟。對(duì)于用戶而言，樓宇變得愈加智能，背后其實(shí)是其系統(tǒng)智能水平得以提升。 人工智能（AI）的運(yùn)用最終將無(wú)需人工去規(guī)劃智能樓宇運(yùn)營(yíng)時(shí)間表。用于檢測(cè)大面積總體占用情況的簡(jiǎn)單傳感器將會(huì)被更精密的圖像傳感器所取代，這些圖像傳感器可以識(shí)別個(gè)體并提供更個(gè)性化的控制方式。運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器將為能夠識(shí)別個(gè)人面部、手勢(shì)甚至情緒的成像系統(tǒng)鋪平道路。智能音箱或虛擬助手所實(shí)現(xiàn)的音頻控制也為其迅速普及提供了重要幫助。 隨著樓宇變得越來(lái)越智能化，它們的功能也將擴(kuò)展，從而為用戶提供更個(gè)性化的體驗(yàn)，如訪問(wèn)控制和其他安全功能。這不單純是在房間空著時(shí)關(guān)燈實(shí)現(xiàn)節(jié)能，還包括僅允許授權(quán)人員進(jìn)入房間，自動(dòng)為個(gè)人網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)肅清不安全因素，確保室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)安全，甚至幫助查找物品。 智能樓宇將帶來(lái)智能節(jié)能 照明和供暖占目前整體能源消耗的40%。使用占用檢測(cè)和根據(jù)環(huán)境光微弱來(lái)調(diào)整照明水平的做法在如今的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代已經(jīng)過(guò)時(shí)。互聯(lián)照明的采用更具優(yōu)勢(shì)，并完全由現(xiàn)在支持和推進(jìn)IoT發(fā)展的技術(shù)所賦能。 通信是其中的一大關(guān)鍵要素。無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化了智能照明配件的聯(lián)接，提升了其可靠性。隨著以太網(wǎng)供電（PoE）技術(shù)的不斷成熟，加之LED技術(shù)可極大節(jié)省能源，此后無(wú)需專門(mén)聘請(qǐng)電工前來(lái)安裝，使用單根低壓以太網(wǎng)電纜便可實(shí)現(xiàn)照明設(shè)備的供電和聯(lián)接。 如今，這些作為燈具的聯(lián)接端子越來(lái)越多。它們構(gòu)成了智能樓宇網(wǎng)絡(luò)不可或缺的一部分。例如，每個(gè)燈具都可高效地充當(dāng)室內(nèi)導(dǎo)航的信標(biāo)。為燈具添加其他功能如占用檢測(cè)、資產(chǎn)跟蹤、環(huán)境監(jiān)控也變得更加簡(jiǎn)單。所有這些功能均可由集成在單個(gè)聯(lián)接設(shè)備中的多個(gè)傳感器實(shí)現(xiàn)。 正是諸如此類技術(shù)的發(fā)展，樓宇將能夠?yàn)榫幼≌咛峁└嗟谋憷渥罱K帶來(lái)最大的益處將是以更智能的方式節(jié)能。 打造更智能的樓宇 智能樓宇系統(tǒng)的拓?fù)鋵⑷Q于傳感器和執(zhí)行器，如圖1所示。 
圖1：智能樓宇系統(tǒng)拓?fù)涫纠?br /> 位于系統(tǒng)核心的微控制器或數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）將負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)現(xiàn)有的眾多傳感器和執(zhí)行器。除了用于開(kāi)關(guān)燈的機(jī)電式或固態(tài)繼電器外，這將包括用于占用檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)控和訪問(wèn)控制的傳感器，而現(xiàn)有的執(zhí)行器可能包括有刷或無(wú)刷直流（DC）電機(jī)以開(kāi)關(guān)門(mén)窗。使用某種形式的功率調(diào)制如脈寬調(diào)制（PWM）可以實(shí)現(xiàn)可變的照明水平，MCU/DSP就可以很好地執(zhí)行。聯(lián)接將是有線和無(wú)線的組合，因此，可能使用的協(xié)議越來(lái)越多。其中，一些協(xié)議支持互聯(lián)網(wǎng)使用的相同協(xié)議，因而可以直接訪問(wèn)，其他協(xié)議則需要網(wǎng)關(guān)。 超低功耗系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入視野。可以想象，其中MCU、傳感器和執(zhí)行器都可由從環(huán)境中收集的能量來(lái)供電，比如光或熱，因而為虛擬的自我維持控制系統(tǒng)創(chuàng)造了發(fā)展?jié)摿Α?br /> 在開(kāi)發(fā)智能樓宇基礎(chǔ)設(shè)施的通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要著重考慮范圍、功率和延遲這三大因素，而各因素的權(quán)重則取決于實(shí)際應(yīng)用。例如，進(jìn)入黑暗的房間和亮燈之間的任何等待時(shí)長(zhǎng)的差別對(duì)于居住者來(lái)說(shuō)都是非常明顯的。在這個(gè)場(chǎng)景中，低延遲就很重要。 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。若某個(gè)傳感器可自行確定何時(shí)有人進(jìn)入房間，并增加照明度，那么它可在整體提升用戶體驗(yàn)。
圖2：開(kāi)發(fā)智能樓宇通信基礎(chǔ)設(shè)施時(shí)要考慮的主要因素 圖2說(shuō)明了這些因素是如何影響有線/無(wú)線技術(shù)的選擇。實(shí)施簡(jiǎn)單而強(qiáng)固的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)（圖3），可以構(gòu)建包括燈具、風(fēng)扇等聯(lián)網(wǎng)設(shè)備組成的小型網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)不僅提供范圍遠(yuǎn)超單個(gè)節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的方式，還將冗余性構(gòu)建到網(wǎng)絡(luò)中，從而允許通過(guò)聯(lián)接節(jié)點(diǎn)的任意組合在網(wǎng)絡(luò)中傳遞消息。這意味著，如果受到局部干擾，燈具無(wú)法作為路標(biāo)傳遞消息時(shí)，網(wǎng)絡(luò)則將自動(dòng)將其重新路由。因此，現(xiàn)在大多數(shù)無(wú)線協(xié)議都采用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。
圖3：網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)并提供路由冗余 多傳感器平臺(tái)交付更多 隨著技術(shù)的進(jìn)步，將多個(gè)傳感器集成到一個(gè)平臺(tái)中的可行性愈發(fā)增長(zhǎng)，從而為聯(lián)接資產(chǎn)創(chuàng)造更大的價(jià)值，尤其是在主要價(jià)值由其主要功能定義的情況下。以燈具為例，其主要功能是照明，但同時(shí)它也是可用于捕捉大量數(shù)據(jù)的理想傳感器節(jié)點(diǎn)。 將多個(gè)傳感器集成至一個(gè)設(shè)備中，其價(jià)值將會(huì)實(shí)現(xiàn)大幅提升。看似普通的燈具卻可成為智能樓宇基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵部分。傳感器的小尺寸和超低功耗特性，使小外形的PCB可輕松容納多個(gè)傳感器，以監(jiān)測(cè)占用、溫度、濕度、空氣質(zhì)量等。使用超低功耗通信器件如RSL10 藍(lán)牙低功耗無(wú)線電，該多傳感器平臺(tái)可由單個(gè)紐扣電池供電運(yùn)行數(shù)年（圖4）。
圖4：多傳感器平臺(tái)由RSL10系統(tǒng)級(jí)封裝（RSL10 SIP）賦能的示例 此外，現(xiàn)在甚至可以完全省去電池，并利用從環(huán)境中采集的能量為多傳感器互聯(lián)平臺(tái)供電（圖5）。
圖5：能量采集技術(shù)現(xiàn)可為智能傳感器和執(zhí)行器提供主要能源 因此，智能傳感器幾乎可以放置在樓宇中的任何位置。例如，相對(duì)小巧且不引人注目的太陽(yáng)能電池可用于從人工照明中采集足夠的能量來(lái)為多傳感器平臺(tái)供電，并將數(shù)據(jù)定期發(fā)送回網(wǎng)關(guān)。 總結(jié) 高能效將是智能樓宇持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。要實(shí)現(xiàn)高能效的目標(biāo)，就要使樓宇更節(jié)能以實(shí)現(xiàn)更低的能耗，并提供采用先進(jìn)技術(shù)的低功耗方案。 在整個(gè)技術(shù)堆棧中，從使用傳感器到云服務(wù)訪問(wèn)，節(jié)能將是關(guān)鍵。隨著傳感器部署數(shù)量的增加，對(duì)樓宇公用設(shè)施應(yīng)用進(jìn)行控制的粒度也隨之提升，從而可促進(jìn)高能效的循環(huán)。但這在很大程度上取決于傳感器、處理器和聯(lián)接技術(shù)的能效。隨著數(shù)量的增加，不依賴能源使用能量采集技術(shù)以實(shí)現(xiàn)自供電，未來(lái)可能成為必要技術(shù)。 安森美半導(dǎo)體正開(kāi)拓超低功耗傳感和聯(lián)接技術(shù)，如高度集成的藍(lán)牙5方案RSL10。輔以智能音頻處理和成像系統(tǒng)，安森美半導(dǎo)體始終致力于提供更高能效和更智能的方案。 |
