事半功倍：打造更智能、更环保的建筑

作者：楼宇自动化总经理 AJINDER SINGH 和楼宇自动化系统工程师 CHRISTINA LEE德州仪器

为智能建筑部署物联网 (IoT) 从感应现实世界物理参数的传感器节点开始。其中许多传感器节点使用网关连接到云。传统上，该方法是通过网络收集数据并将其发送到云端进行处理和利用。然而，考虑到许多因素，包括网络带宽、成本和延迟，有充分的理由需要更多的“边缘”智能，其中传感器节点能够在本地处理数据，并且仅在绝对必要时才将信息发送到云端。

由于空间限制和布线成本，越来越多的传感器节点必须能够使用电池运行并以无线方式连接到云。无线连接应该是一种可靠的远程通信协议，可以在嘈杂的环境中工作——即使是金属，也会干扰无线电通信。传感、放大和过滤物理参数数据（如温度、湿度和一氧化碳）的传感子系统必须能够提供可靠的信噪比并计算质量数据以发送到云端或进行本地处理。

在使用电池运行时需要远程无线通信和质量传感子系统，这意味着传感器节点必须事半功倍。那么让我们来看看不同的应用场景，以及如何划分和优化从传感到模拟前端到无线连接到人机界面 (HMI) 的各种子系统。

在传感器节点监控电机运行状况的场景中，可以通过在睡眠模式下将电流消耗降至近几十纳安来优化整个节点。通过在大部分时间以睡眠模式运行传感器，无线电机监控可以使用单个纽扣电池运行五到七年。如果传感器无法在大部分时间处于睡眠模式或关闭（例如一氧化碳或运动检测器），您可以使用极低功耗或纳米功耗解决方案实现传感模拟信号链。

即使电源很容易获得（在电梯按钮面板或楼宇安全网关等情况下），总体上具有低功耗足迹仍然更好，特别是对于静态电流。因此，当所有传感器节点加起来时，建筑物的整体能源足迹将最小化，并以碳足迹衡量，从而产生更多的绿色城市。

以一个由 24 V交流 变压器供电的可视门铃应用为例。在导致假门铃响铃之前，可以拉出多少电流来运行处理器和 Wi-Fi 是有限制的。为了补充更高的电流消耗，电源架构应包括具有纳安静态电流的高效开关稳压器以及智能电池管理设备。

传感器节点内另一个需要深思熟虑实施的重要子系统是HMI，HMI必须直观，以便传感器节点到网络的调试和维护能够正确有效地进行沟通。传统上，使用显示器，但可能会消耗太多电流，尤其是在传感器节点的功率预算有限的情况下。一种创造性的实现方式是使用包含红色、绿色、蓝色和白色LED的色轮，而不是显示器。这些LED可以产生不同的颜色和/或亮度来传达传感器节点的状态，如智能锁和烟雾探测器等智能家居设备所示。

为了加快实现更智能、更环保和更具交互性的建筑的愿景，我们需要解决关键的硬件系统级挑战。创意解决方案将与设计智能信号链和管理电源以及实施连接的微控制器解决方案具有同等功能。

审核编辑 黄昊宇