智能楼宇自动化的传感器连接

智能楼宇设计正在迈向第三代，其中不同的控制系统负责交换数据，以便为各种楼宇管理系统提供支持。实现第三代设计的关键在于增加分布在楼宇周围的传感器数量和种类。

第一代智能楼宇以独立的方式处理各个控制系统，而安保和 HVAC 系统则是大型楼宇所必须安装的功能。第二代智能楼宇开始使用专用网络来互连这些系统，以便对其进行远程控制和实现更高级别的集中调度，例如关闭无人房间内的照明和暖气。通过更加灵活地互连这些系统，第三代智能楼宇系统使控制软件能够汲取楼宇设计经验并根据需求变化改进相关功能。通过将多种类型的传感器组合在一起，可以提升整个系统的精确度和响应速度。

对于大多数楼宇自动化系统来说，其中一项关键要求就是了解楼宇内的人员情况。借助按各个房间呈报的准确人员信息，管理系统可以确保提供适当的空调、安全和照明设置。例如，如果房间或供暖区内没有人，则供暖、通风和空调 (HVAC) 服务可以在人员进入之前保持待机和低能耗状态。这种按需工作的 HVAC 有助于节约能源。

很多人都熟悉采用单一传感器执行人员探测所面临的问题。许多现有系统均采用由 Panasonic 和 ABB 等公司生产的无源红外 (IR) 运动探测器。在人员快速通过的走廊和楼梯间里，这些探测器在大多数情况下能够很好地工作。但在安静的区域，系统关闭照明或供暖经常让人感到恼火，因为根据 PIR 传感器的探测，他们似乎在很长时间内都一动不动。同样，缺乏运动可能会导致某个位置的 HVAC 被关闭，从而造成令人不快的冷/热工作条件。

理想情况是，房间占用系统不仅能检测到人员的存在，而且还能检测到总人数和位置，以便更好地控制 HVAC。这可以通过组合多种类型的传感器来实现，它们可用于驱动其他楼宇自动化系统（例如安保系统）。因此，单个集成系统不仅能提高效率和降低成本，而且还可提供非集成系统无可比拟的舒适度和控制水平。

采用 Thread 或 6LowPAN 等协议的无线通信让在任何所需位置部署传感器变得更加轻松，而不必挑选便于供电或连接网络电缆的位置。支持生产者-消费者数据分布模型的协议让向各种控制系统传送数据变得相对简单，使这些传感器能够提供照明控制、HVAC、门禁控制和其他楼宇管理功能，而每种功能均可实现多个输入的传感器融合。传感器融合有助于确保单个传感器不会提供假阳性或假阴性结果，例如 PIR 传感器指示，由于没有可察觉的运动，因此房间内没有人。

房间占用检测的另一个有用数据源就是温度传感器。当人员进入房间时，他们不仅会触发 PIR 传感器，而且温度传感器还会检测到与人员数量成比例的温度上升。此类传感器的功能可通过近红外图像传感器得到增强，后者可以精确地定位热源。如今供应的产品可提供广阔视野和足够高的分辨率来构建房间内热源的粗略图像。例如 Panasonic Grid-EYE，它采用 MEMS 热电堆技术来提供 64 像素红外图像。根据来自图像传感器的输入，处理软件可以使用长期测量值来识别长时间处于固定位置的计算机和咖啡机，并从图像中删除这些对象以便显示人员所在的位置。

可以利用二氧化碳传感器（例如由 Figaro 制造的传感器）为房间占用检测软件提供数据，并在空气质量大幅下降时通知 HVAC 系统是否需要增加通风量。由湿度传感器提供的其他信息可用来进一步优化 HVAC 的操作。任何用人单位都最为关注员工的健康问题。在过于干燥的室内环境下，容易出现头痛、眼睛受刺激、喉咙痛和皮肤干燥等症状。

此外，干燥空气还会降低身体对空气传播感染的抵御能力。

在气流控制中考虑湿度和二氧化碳浓度不仅有助于保持较高的舒适度，还有助于改善健康状况。如今，包括 Honeywell、Sensirion 和 Texas Instruments 在内的多家供应商提供了各种湿度传感器（某些传感器包含温度感应功能）。湿度和二氧化碳传感器也可以装在火灾探测系统内，用于在传统烟雾探测器的基础上进一步确认发生火灾。  

房间人员数据的另一个可能的来源就是麦克风。为了确保人员的隐私，这些系统可能不会记录语音，而是仅使用低级例程来检测语音，如果灵敏度足够高，还可检测到呼吸和细微动作（例如在键盘上打字的动作）。此类麦克风的理想安装位置是在窗户附近。这样它们也能向安保系统提供数据。例如，响亮尖锐的噪声表明窗户被打破了。软件通常可以将这种破碎声与其他响亮的声音区分开来，破碎的窗户通常会产生 10kHz 至 15kHz 的高峰值频率。

位于窗户附近的光量探测器可以帮助优化照明和遮阳系统的活动，以确保每个房间的整体亮度保持一致。与房间占用感应系统配合使用，这些传感器可在外部光线变暗时确定是否需要开灯。来自外部的光量还有助于控制 HVAC 系统，以确保在阳光充足时保持充分通风，从而使房间内保持舒适。

在楼宇内人流量大的区域（例如大堂、公共走廊和楼梯）和零售环境下，基于 PIR 的运动传感器无法提供很多的有用数据，因为它们在大部分时间内都处于触发状态。地板中的应变计或压力传感器可用于测量人流量，也可用作摄像机的低成本替代品或用来增强其功能。

HVAC 系统内自带的压力传感器和空气流量传感器（例如来自 Omron 的基于 MEMS 的器件）也有助于探测管道内的问题。可通过压力差变化探测由污物导致的堵塞，特别是当它们聚积在显示气流不正常的传感器前方区域时。用于驱动 HVAC 系统的电机内的振动传感器可以提供另一个预防性维护的源头 — 过度或不寻常的振动可以指出设备中可由信号处理软件检测到的潜在问题。

考虑与楼宇内的其他电子和电气系统进行安全集成非常重要。低压智能楼宇控制器通常需要与高压子系统（例如 HVAC、AC 照明网络以及自动门和百叶窗内的电机）进行交互。继电器可以为灵敏的电子控制系统提供可靠隔离。由 Pilz 生产的 PNOZ 系列之类的器件可提供其他安全功能，例如内置冗余，可在内部部件出现故障时防止意外操作。需要采用高质量的连接器来互连各个系统，并部署电阻器和电容器等无源元件来帮助进行滤波和其他形式的信号调节。

与低功耗无线网络相连，用于测量环境状况的各种传感器有助于实现新一代的楼宇自动化系统。可在多个控制系统内使用由这些传感器提供的信息来为集成楼宇管理提供支持。得益于物联网，这些系统将实现更高效率、更低运行成本并让人员获得更高舒适度。

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