智能建筑缺少的技术基础

从工程的角度来看，我们可以轻松地使建筑物更智能，因为我们已经拥有所需的处理器和软件。工程师可以在每个位置放置一个 3 美元的微型处理器并将它们联网。这些位置包括电灯开关、电灯插座、将隔热罩移到窗户上的电机，以及将水从储热罐输送到散热器阀门的泵。

然后是大型电器、恒温器、温度传感器、占用传感器和火灾探测器。这些设备可以控制流向每个房间的中央空气，通过中央HVAC 系统将空气从一个房间移动到另一个房间，并通过太阳能加热或冷却储热水箱，以便在没有阳光时使用。此外，他们可以将地下 60°F 的水转移到热泵中，控制嵌入在墙壁中的电动热窗罩，根据需要滑出，并调整每个灯泡的照明。

所以有什么问题？

没有发生上述情况有几个原因：

我们在建筑物中没有公认的标准通信系统，可以以 ≥99.999% 的可靠性和低成本连接处理器。“五个 9”是指系统平均每年故障 ≤10 分钟。

我们没有可在建筑物中的所有设备上运行的公认标准操作系统 (OS)。我们有适用于计算机的 Windows、适用于 iPhone 的 iOS 和适用于其他智能手机的 Android。这使这些计算设备能够协调和连接到各种软件包。然而，我们还没有一个公认的智能建筑设备操作系统，因此很难以即插即用的方式将多个智能设备集成到一个建筑中。

如何保证可靠性

当打开物理壁灯开关时，开关与天花板灯泡之间的通信在≥99.999% 的时间内是可操作的。这是一个微妙的点，很少受到关注，但却很重要。居住者和建筑商不接受普通建筑基础设施的可靠性降低。

值得注意的是，无线和电力线通信的可靠性明显降低，故障率约为 1% 到 10%。这是由于盲区、频谱拥挤、信噪比低、天线太小和信号阻塞造成的。电力线通信涉及将数据信号放置在电源线上，但信号必须先进入保险丝盒，然后再输出；它与沿电源线的大量动态电压降混合在一起，导致频繁出现错误。

在这里，如果工程师想使用低成本的 MCU 将建筑物联网，他们需要一根支持CAN 总线的电线，CAN 总线是汽车用来互连传感器和执行器的网络系统。如果数据线意外连接到电源线，它将保护数据线免受损坏。

有一种称为“树”的布线拓扑，这意味着一根电缆连接到多个设备并具有分支。人们需要一个支持这一点的数据线系统，因为电力电缆和建筑物的几何形状就像树上的树枝一样。它与以太网不同，以太网在两个设备之间有一条线，也不同于菊花链，它在一条线上有多个设备，没有分支。

轻型和重型应用

人们可以将智能建筑中的消费者分为两类：轻型和重型。轻量级消耗不到 20 W，而重度用户消耗更多。照明类别包括 LED 灯泡、电灯开关、恒温器、温度传感器、占用传感器、火灾探测器、窗户隔热罩电机、窗帘和百叶窗电机、管道/通风口阻尼器电机和散热器阀门。重型类别包括 110/220 V AC电源插座、HVAC、大型电器和风扇。

例如，一个 10-W LED 灯泡在 110 V AC下消耗 0.1 A，它是 20-A保险丝的 1/200 。建筑物中的大多数设备都属于灯光类别。为了省钱，工程师可以连接具有较低电源电压和较轻电源线的轻型设备。例如，轻型应用可以在 18-awg 电线上路由 48 V DC电源，而重型应用可以在 14-awg 电线上使用传统的 110/220 V AC电源。

48 V DC电源涉及成本较低的电子设备和数据线保护。此外，48 V DC需要具有较少布线限制的建筑规范。因此，如果大多数设备都使用成本较低的 48 V DC供电，工程师可以将节省的资金重新用于在每个位置集成联网智能设备。

自动化网络从整个建筑物的中央位置连接。资料来源：曼哈顿 2

所有设备上的通用软件

如果工程师想要低成本和高可靠性的智能设备，只有一种方法可以做到这一点：将相同的软件安装到所有设备上。这也是让世界同意让它免费和开放的唯一途径，这意味着任何人都可以免费使用和更改。还有一个要求：质量。如果系统有缺陷且没有充分记录，则系统不会受到好评。

现有的网络协议定义了设备如何交互，但它们不包括促进完整智能系统的软件。因此，工程专业的学生正在 UMass Amherst 和其他学校开发一个名为BuildingBus的免费和开放的智能设备操作系统。

任何设备都可以向任何其他设备发送消息；可以读取或写入任何其他设备中的任何端口；可以接收包含其他设备信息的库；可以伪实时监控来自任何其他设备的传感器；并且可以向任何其他设备发送命令。由于每个设备都知道其他设备上正在运行什么软件，因此它可以轻松协调活动，同时具有容错、高可靠性和即插即用的特点。

所有设备上的相同操作系统和可靠的通信系统可以使建筑物更智能、更节能且成本更低。研究人员已经在研究这个。然而，目前尚不清楚各种举措中的哪一个会产生最佳解决方案，并且在未来几年，我们可能会看到几种解决方案的出现，以使建筑更智能。

审核编辑 黄昊宇