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了解您的傳感器：使建築物更加智能

發布時間：2020-05-20 責任編輯：lina

【導讀】商業建築需要消耗大量能源以提供其中住戶需求的服務。據統計，電力至少占建築物能耗的60％，但並非所有能源都得到了有效利用。例如，即使走廊和公共場所沒有人在場，這些區域也可能處於長時間照明的明亮狀態。

商業建築需要消耗大量能源以提供其中住戶需求的服務。據統計，電力至少占建築物能耗的60％，但(dan)並(bing)非(fei)所(suo)有(you)能(neng)源(yuan)都(dou)得(de)到(dao)了(le)有(you)效(xiao)利(li)用(yong)。例(li)如(ru)，即(ji)使(shi)走(zou)廊(lang)和(he)公(gong)共(gong)場(chang)所(suo)沒(mei)有(you)人(ren)在(zai)場(chang)，這(zhe)些(xie)區(qu)域(yu)也(ye)可(ke)能(neng)處(chu)於(yu)長(chang)時(shi)間(jian)照(zhao)明(ming)的(de)明(ming)亮(liang)狀(zhuang)態(tai)。辦(ban)公(gong)大(da)樓(lou)的(de)供(gong)暖(nuan)、通風和空調（HVAC）係統通常占總能耗的40％左右，為了確保不浪費能源，需要大規模采用智能技術。

zaiguoqudeershinianzhong，yangedezhengfuhexingyefaguituidonglegenggaodekechixuxinghenengyuanxiaolv，zhexiefaguiyaoqiuxianyoujianzhuwujianshaonengyuanxiaohao，bingjianshaotanpaifang，tongshiyaoqiushiyongkechixucailiaojianzaoxinjianzhuwu，bingzhenghenenggouyouxiaoguanlinenghaodezhinengzidonghuaxitong。

所有這一切的核心都是為了服務在實際建築物中的人們，無論他們是將之作為住宅還是工作環境。提供樓宇自動化係統（BAS）可以使居住者感到更加舒適，因此，提高能源效率的關鍵是建築物能夠根據其中所住人員（或不在場）的需要進行調整和適應的能力。

Memoori進行的研究表明，全球建築係統的收入正在顯著增長，這得益於針對智能建築的物聯網（IoT）技術的發展，這種技術在建築行業越來越多地被稱為建築物聯網（BIoT）。建築物的能源和控製係統占銷售額絕大部分，其次是物理安全/火災探測（232億美元）。根據這些數據，Memoori預測，全球BIoT市場將從2017年的僅為348億美元，增長到2022年的840億美元（複合年增長率為19.4％）。而ResearchandMarkets則略為保守，預計到2023年將達到近520億美元。

能夠感知人員的建築物

智慧建築需要配備“觀察”或“感知”renshifouzaichangdejishu。chulejiancejuzhuzhewai，genzongqizaijianzhuwuneideweizhihuoyidongdenenglihaikeyizuidachengduditigaogezhongxitongdexiaolv。ciwai，jiezhurengongzhineng（AI），建築物最終可以根據居住人的喜好來調整和準備房間。

但是，我們這裏不想離開主題。本文將從節能的角度出發，重點介紹智能建築如何感知和統計住戶。例如，可以使用占用傳感器laigenjurenshifouzaichangzidongdakaihuoguanbizoulanghefangjiandezhaoming，zheyangkeyijianshaozhaomingdedianlixiaohao。zuoweiduihuanjingguangchuanganqidebuchong，keyigenjufangjianneiriguangdeqiangdulaitiaojiedengdeliangdu，congerjinyibujieshengnengyuan。

使智能建築物能夠“觀察”住戶的一種明顯方法是使用配備有高分辨率CMOS圖像傳感器的攝像頭。安森美半導體（ON Semiconductor）的Python係列圖像傳感器能夠提供靈活的配置，以及高速操作時的精確圖像渲染和低讀取噪聲。它們支持80～815fps的幀率，因此能夠捕獲快速移動的場景而不會失真。這些4.5～4.8μm像素圖像傳感器具有VGA至25MP的分辨率，並且針對運動監控、安全和監視等任務對幾種產品型號進行了優化。2.3MP Python2000具有一個片上可編程增益放大器和10位模數轉換器。它支持流水線式和觸發式全局快門讀出模式，以減少噪聲，並通過使用相關雙采樣（CDS）技術可提供更大的動態範圍。

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圖1：安森美半導體的Python圖像傳感器示例。

考kao慮lv這zhe些xie攝she像xiang頭tou隻zhi能neng在zai視shi線xian內nei有you效xiao，因yin此ci需xu要yao在zai一yi些xie特te定ding空kong間jian中zhong安an裝zhuang多duo個ge攝she像xiang頭tou，但dan卻que有you侵qin犯fan隱yin私si的de風feng險xian。這zhe可ke以yi通tong過guo使shi用yong人ren臉lian模mo糊hu機ji器qi視shi覺jiao係xi統tong來lai解jie決jue，將jiang攝she像xiang頭tou安an裝zhuang在zai牆qiang上shang仍reng然ran會hui使shi住zhu戶hu時shi刻ke警jing惕ti“老大哥”一直在注視著他們。

盡jin管guan感gan知zhi人ren是shi否fou在zai場chang就jiu足zu以yi控kong製zhi照zhao明ming，但dan是shi智zhi能neng建jian築zhu還hai需xu要yao能neng夠gou對dui特te定ding空kong間jian中zhong的de人ren進jin行xing計ji數shu，以yi實shi現xian按an需xu控kong製zhi通tong風feng等deng服fu務wu。這zhe需xu要yao使shi用yong基ji於yu占zhan用yong率lv的de檢jian測ce模mo型xing算suan法fa，該gai算suan法fa可ke以yi在zai不bu使shi用yong攝she像xiang頭tou的de情qing況kuang下xia估gu算suan在zai場chang人ren的de數shu量liang，連lian同tong溫wen度du、濕度和CO2傳感器等感測信息，HVAC係統將能夠自動提供最佳的環境條件。

其他用於檢測在場住戶的傳感器包括對係統具有較小影響，同時具備高性價比的無源紅外（PIR）運動傳感器。鬆下（Panasonic）提供的PIR設備包括寬視野EKMB和EKMC係列，它們具有扁平和矩形兩種形態，可以在單軸上進行高達150°的檢測。這些傳感器可提供1µA、2µA和6µA型號，能夠適應多種電池供電應用，它們的重疊檢測區域可確定直接接近傳感器的運動。

歐姆龍電子（Omron Electronics）的D6T係列是超靈敏的紅外熱傳感器，它充分利用了歐姆龍電子專有的MEMS傳感技術。與依靠運動檢測的PIR傳感器不同，D6T係(xi)列(lie)通(tong)過(guo)人(ren)體(ti)熱(re)量(liang)感(gan)應(ying)來(lai)判(pan)斷(duan)是(shi)否(fou)有(you)人(ren)在(zai)場(chang)。當(dang)無(wu)人(ren)在(zai)場(chang)時(shi)，除(chu)了(le)可(ke)以(yi)自(zi)動(dong)關(guan)閉(bi)燈(deng)或(huo)空(kong)調(tiao)外(wai)，它(ta)們(men)還(hai)適(shi)用(yong)於(yu)監(jian)測(ce)室(shi)溫(wen)並(bing)感(gan)測(ce)發(fa)生(sheng)的(de)過(guo)熱(re)等(deng)異(yi)常(chang)變(bian)化(hua)，從(cong)而(er)有(you)助(zhu)於(yu)防(fang)火(huo)。

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圖2：歐姆龍的D6T紅外傳感器。

德州儀器（TI）的IWR1642係列包括集成有FMCW雷達技術的複雜單芯片mmWave傳感器，它們在76～81GHz頻段內運行，具有高達4GHz的連續啁啾聲（chirp）。這些傳感器采用專有的低功耗45nm RFCMOS工藝製造，非常適合人數統計等樓宇自動化場合中使用。這些傳感器集成了一個DSP子係統，具有用於射頻信號處理的高性能C674x處理器內核，還集成有一個基於ARM R4F的處理器子係統，主要負責前端配置和控製，並支持校準功能。

除訪問控製外，RFID係xi統tong也ye可ke用yong於yu在zai一yi定ding程cheng度du上shang對dui商shang業ye建jian築zhu中zhong的de人ren員yuan進jin行xing統tong計ji。在zai大da多duo數shu情qing況kuang下xia，這zhe種zhong方fang法fa能neng夠gou確que定ding多duo租zu戶hu建jian築zhu物wu內nei的de總zong人ren數shu。然ran而er，要yao進jin行xing細xi微wei而er準zhun確que的de統tong計ji，隻zhi有you在zai單dan個ge公gong司si使shi用yong的de建jian築zhu物wu或huo設she施shi中zhong（或由單個物業管理部門監督）才可行。

傳感器陣列或係統

不同類型的占用檢測和人員跟蹤/jishuchuanganqidoujuyouzijixiangduideyouquedian，zhequjueyuchengbenyinsuhejianzhuwuneifangjiandebuju。yinci，youbiyaokaolvcaiyongchuanganqizuhehuozhenliedexitong，yitigaogeidinghuanjingzhongdejiancejingdu。zhexiechuanganqibenshenyexuyaojiaoshaoweihu，congeryouzhuyujiangdizhengtinenghao。

德州儀器（TI）的占用檢測參考設計采用了IWR6843毫米波傳感器，適用於室內和室外人員計數應用，該參考設計采用了MMWAVEICBOOST和IWR6843ISK評估模塊以及LAUNCHXL-CC1352R1無線微控製器單元（MCU）LaunchPad。

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圖3：德州儀器的LAUNCHXL-CC1352R1 LaunchPad開發套件。

Silicon Labs的PIR 占用傳感器評估套件是EFM32和EFR32入門套件的附件板，它能夠演示采用已連接和未連接MCU而實現的占用感測和環境光感測係統。該評估套件與SLSTK3402A EFM32 PG12入門套件兼容，還可提供PIR運動信號的實時GUI顯示，性能彙總和測試方法。

如果傳感器能夠在不消耗電流的情況下工作，那麼它們將可以大幅度提高建築物的能效水平。Molex的Transcend係(xi)列(lie)無(wu)線(xian)占(zhan)用(yong)傳(chuan)感(gan)器(qi)為(wei)自(zi)供(gong)電(dian)方(fang)式(shi)，從(cong)而(er)提(ti)供(gong)了(le)一(yi)種(zhong)經(jing)濟(ji)高(gao)效(xiao)的(de)方(fang)式(shi)來(lai)控(kong)製(zhi)無(wu)人(ren)在(zai)場(chang)房(fang)間(jian)的(de)能(neng)耗(hao)。這(zhe)種(zhong)傳(chuan)感(gan)器(qi)從(cong)室(shi)內(nei)照(zhao)明(ming)中(zhong)收(shou)集(ji)光(guang)伏(fu)能(neng)量(liang)，並(bing)使(shi)用(yong)RF技術與附近的其他Transcendqijianjinxingwuxiantongxin。ruguocaiyongzhexiechuanganqi，mougekongjianzaitedingshijianduanneiweibeizhanyong，zelouyuzidonghuaxitongkeyizhongzhiwendushuiping，guanbizhaomingdengfuwu。

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