從工程的角度來看，我們可以輕松地使建筑物更智能，因為我們已經(jīng)擁有所需的處理器和軟件。工程師可以在每個位置放置一個 3 美元的微型處理器并將它們聯(lián)網(wǎng)。這些位置包括電燈開關(guān)、電燈插座、將隔熱罩移到窗戶上的電機，以及將水從儲熱罐輸送到散熱器閥門的泵。

然后是大型電器、恒溫器、溫度傳感器、占用傳感器和火災(zāi)探測器。這些設(shè)備可以控制流向每個房間的中央空氣，通過中央HVAC 系統(tǒng)將空氣從一個房間移動到另一個房間，并通過太陽能加熱或冷卻儲熱水箱，以便在沒有陽光時使用。此外，他們可以將地下 60°F 的水轉(zhuǎn)移到熱泵中，控制嵌入在墻壁中的電動熱窗罩，根據(jù)需要滑出，并調(diào)整每個燈泡的照明。

所以有什么問題？

沒有發(fā)生上述情況有幾個原因：

我們在建筑物中沒有公認的標(biāo)準(zhǔn)通信系統(tǒng)，可以以 ≥99.999% 的可靠性和低成本連接處理器?！拔鍌€ 9”是指系統(tǒng)平均每年故障 ≤10 分鐘。

我們沒有可在建筑物中的所有設(shè)備上運行的公認標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng) (OS)。我們有適用于計算機的 Windows、適用于 iPhone 的 iOS 和適用于其他智能手機的 Android。這使這些計算設(shè)備能夠協(xié)調(diào)和連接到各種軟件包。然而，我們還沒有一個公認的智能建筑設(shè)備操作系統(tǒng)，因此很難以即插即用的方式將多個智能設(shè)備集成到一個建筑中。

如何保證可靠性

當(dāng)打開物理壁燈開關(guān)時，開關(guān)與天花板燈泡之間的通信在≥99.999% 的時間內(nèi)是可操作的。這是一個微妙的點，很少受到關(guān)注，但卻很重要。居住者和建筑商不接受普通建筑基礎(chǔ)設(shè)施的可靠性降低。

值得注意的是，無線和電力線通信的可靠性明顯降低，故障率約為 1% 到 10%。這是由于盲區(qū)、頻譜擁擠、信噪比低、天線太小和信號阻塞造成的。電力線通信涉及將數(shù)據(jù)信號放置在電源線上，但信號必須先進入保險絲盒，然后再輸出；它與沿電源線的大量動態(tài)電壓降混合在一起，導(dǎo)致頻繁出現(xiàn)錯誤。

在這里，如果工程師想使用低成本的 MCU 將建筑物聯(lián)網(wǎng)，他們需要一根支持CAN 總線的電線，CAN 總線是汽車用來互連傳感器和執(zhí)行器的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。如果數(shù)據(jù)線意外連接到電源線，它將保護數(shù)據(jù)線免受損壞。

有一種稱為“樹”的布線拓撲，這意味著一根電纜連接到多個設(shè)備并具有分支。人們需要一個支持這一點的數(shù)據(jù)線系統(tǒng)，因為電力電纜和建筑物的幾何形狀就像樹上的樹枝一樣。它與以太網(wǎng)不同，以太網(wǎng)在兩個設(shè)備之間有一條線，也不同于菊花鏈，它在一條線上有多個設(shè)備，沒有分支。

輕型和重型應(yīng)用

人們可以將智能建筑中的消費者分為兩類：輕型和重型。輕量級消耗不到 20 W，而重度用戶消耗更多。照明類別包括 LED 燈泡、電燈開關(guān)、恒溫器、溫度傳感器、占用傳感器、火災(zāi)探測器、窗戶隔熱罩電機、窗簾和百葉窗電機、管道/通風(fēng)口阻尼器電機和散熱器閥門。重型類別包括 110/220 V AC電源插座、HVAC、大型電器和風(fēng)扇。

例如，一個 10-W LED 燈泡在 110 V AC下消耗 0.1 A，它是 20-A保險絲的 1/200 。建筑物中的大多數(shù)設(shè)備都屬于燈光類別。為了省錢，工程師可以連接具有較低電源電壓和較輕電源線的輕型設(shè)備。例如，輕型應(yīng)用可以在 18-awg 電線上路由 48 V DC電源，而重型應(yīng)用可以在 14-awg 電線上使用傳統(tǒng)的 110/220 V AC電源。

48 V DC電源涉及成本較低的電子設(shè)備和數(shù)據(jù)線保護。此外，48 V DC需要具有較少布線限制的建筑規(guī)范。因此，如果大多數(shù)設(shè)備都使用成本較低的 48 V DC供電，工程師可以將節(jié)省的資金重新用于在每個位置集成聯(lián)網(wǎng)智能設(shè)備。

自動化網(wǎng)絡(luò)從整個建筑物的中央位置連接。資料來源：曼哈頓 2

所有設(shè)備上的通用軟件

如果工程師想要低成本和高可靠性的智能設(shè)備，只有一種方法可以做到這一點：將相同的軟件安裝到所有設(shè)備上。這也是讓世界同意讓它免費和開放的唯一途徑，這意味著任何人都可以免費使用和更改。還有一個要求：質(zhì)量。如果系統(tǒng)有缺陷且沒有充分記錄，則系統(tǒng)不會受到好評。

現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議定義了設(shè)備如何交互，但它們不包括促進完整智能系統(tǒng)的軟件。因此，工程專業(yè)的學(xué)生正在 UMass Amherst 和其他學(xué)校開發(fā)一個名為BuildingBus的免費和開放的智能設(shè)備操作系統(tǒng)。

任何設(shè)備都可以向任何其他設(shè)備發(fā)送消息；可以讀取或?qū)懭肴魏纹渌O(shè)備中的任何端口；可以接收包含其他設(shè)備信息的庫；可以偽實時監(jiān)控來自任何其他設(shè)備的傳感器；并且可以向任何其他設(shè)備發(fā)送命令。由于每個設(shè)備都知道其他設(shè)備上正在運行什么軟件，因此它可以輕松協(xié)調(diào)活動，同時具有容錯、高可靠性和即插即用的特點。

所有設(shè)備上的相同操作系統(tǒng)和可靠的通信系統(tǒng)可以使建筑物更智能、更節(jié)能且成本更低。研究人員已經(jīng)在研究這個。然而，目前尚不清楚各種舉措中的哪一個會產(chǎn)生最佳解決方案，并且在未來幾年，我們可能會看到幾種解決方案的出現(xiàn)，以使建筑更智能。

審核編輯 黃昊宇